Différence clé - Énergie de Solvatation vs Énergie de Réseau
L'énergie de solvatation est la variation de l'énergie de Gibbs d'un solvant lorsqu'un soluté est dissous dans ce solvant. L'énergie du réseau est soit la quantité d'énergie libérée lors de la formation d'un réseau à partir d'ions, soit la quantité d'énergie nécessaire pour décomposer un réseau. La principale différence entre l'énergie de solvatation et l'énergie du réseau est que l'énergie de solvatation donne le changement d'enthalpie lors de la dissolution d'un soluté dans un solvant, tandis que l'énergie du réseau donne le changement d'enthalpie lors de la formation (ou de la rupture) d'un réseau.
Qu'est-ce que l'énergie de solvatation ?
L'énergie de solvatation est la variation de l'énergie de Gibbs lorsqu'un ion ou une molécule est transféré d'un vide (ou de la phase gazeuse) à un solvant. La solvatation est l'interaction entre un solvant et des molécules ou des ions d'un soluté. Le soluté est le composé qui va être dissous dans le solvant. Certains solutés sont composés de molécules alors que d'autres contiennent des ions.
L'interaction entre les particules de solvant et de soluté détermine de nombreuses propriétés d'un soluté. Ex: solubilité, réactivité, couleur, etc. Au cours du processus de solvatation, les particules de soluté sont entourées de molécules de solvant formant des complexes de solvatation. Lorsque le solvant impliqué dans cette solvatation est l'eau, le processus est appelé hydratation.
Différents types de liaisons chimiques et d'interactions se forment au cours du processus de solvatation; liaisons hydrogène, interactions ion-dipôle et forces de Van der Waal. Les propriétés complémentaires du solvant et du soluté déterminent la solubilité d'un soluté dans un solvant. Par exemple, la polarité est un facteur majeur qui détermine la solubilité d'un soluté dans un solvant. Les solutés polaires se dissolvent bien dans les solvants polaires. Les solutés non polaires se dissolvent bien dans les solvants non polaires. Mais la solubilité des solutés polaires dans les solvants non polaires (et vice versa) est faible.
Figure 01: Solvatation d'un cation sodium dans l'eau
En matière de thermodynamique, la solvatation n'est possible (spontanée) que si l'énergie de Gibbs de la solution finale est inférieure aux énergies de Gibbs individuelles du solvant et du soluté. Par conséquent, l'énergie libre de Gibbs doit être une valeur négative (l'énergie libre de Gibbs du système doit être diminuée après la formation de la solution). La solvatation comprend différentes étapes avec différentes énergies.
- Formation d'une cavité de solvant pour faire place aux solutés. Ceci est thermodynamiquement défavorable car lorsque les interactions entre les molécules de solvant diminuent et que l'entropie diminue.
- La séparation de la particule de soluté de la masse est également thermodynamiquement défavorable. C'est parce que les interactions soluté-soluté sont diminuées.
- Les interactions solvant-soluté ont lieu lorsque le soluté pénètre dans la cavité du solvant est thermodynamiquement favorable.
L'énergie de solvatation est également connue sous le nom d'enthalpie de solvatation. Il est utile d'expliquer la dissolution de certains réseaux dans des solvants alors que certains réseaux ne le font pas. Le changement d'enthalpie de solution est la différence entre les énergies de libération d'un soluté de la masse et de combinaison de soluté avec un solvant. Si un ion a une valeur négative pour le changement d'enthalpie de la solution, cela indique que l'ion est plus susceptible de se dissoudre dans ce solvant. Une valeur positive élevée indique que l'ion est moins susceptible de se dissoudre.
Qu'est-ce que l'énergie de réseau ?
L'énergie du réseau est une mesure de l'énergie contenue dans le réseau cristallin d'un composé, égale à l'énergie qui serait libérée si les ions composants étaient réunis depuis l'infini. L'énergie de réseau d'un composé peut également être définie comme la quantité d'énergie nécessaire pour décomposer un solide ionique en ses atomes en phase gazeuse.
Les solides ioniques sont des composés très stables en raison des enthalpies de formation des molécules ioniques ainsi que de la stabilité due à l'énergie de réseau de la structure solide. Mais l'énergie du réseau ne peut pas être mesurée expérimentalement. Par conséquent, un cycle de Born-Haber est utilisé pour déterminer l'énergie de réseau des solides ioniques. Plusieurs termes doivent être compris avant de dessiner un cycle Born-Haber.
- Énergie d'ionisation - La quantité d'énergie nécessaire pour éliminer un électron d'un atome neutre dans le gaz
- Affinité électronique - La quantité d'énergie qui est libérée lorsqu'un électron est ajouté à un atome neutre dans le gaz
- Énergie de dissociation - La quantité d'énergie nécessaire pour briser un composé en atomes ou en ions.
- Énergie de sublimation - La quantité d'énergie nécessaire pour convertir un solide en sa vapeur
- La chaleur de formation - Le changement d'énergie lorsqu'un composé est formé à partir de ses éléments.
- Loi de Hess - Une loi qui stipule que le changement global de l'énergie d'un certain processus peut être déterminé en divisant le processus en différentes étapes.
Figure 02: Le cycle de Born-Haber pour la formation du fluorure de lithium (LiF)
Le cycle de Born-Haber peut être donné par l'équation suivante.
Chaleur de formation=chaleur d'atomisation + énergie de dissociation + somme des énergies d'ionisation + somme des affinités électroniques + énergie du réseau
Alors l'énergie de réseau d'un composé peut être obtenue en réarrangeant cette équation comme suit.
Énergie du réseau=chaleur de formation – {chaleur d'atomisation + énergie de dissociation + somme des énergies d'ionisation + somme des affinités électroniques}
Quelle est la différence entre l'énergie de solvatation et l'énergie du réseau ?
Énergie de Solvatation vs Énergie de Réseau |
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| L'énergie de solvatation est la variation de l'énergie de Gibbs lorsqu'un ion ou une molécule est transféré d'un vide (ou de la phase gazeuse) à un solvant. | L'énergie du réseau est une mesure de l'énergie contenue dans le réseau cristallin d'un composé, égale à l'énergie qui serait libérée si les ions composants étaient réunis depuis l'infini. |
| Principe | |
| L'énergie de solvatation donne le changement d'enthalpie lors de la dissolution d'un soluté dans un solvant. | L'énergie du réseau donne le changement d'enthalpie lors de la formation (ou de la rupture) d'un réseau. |
Résumé - Énergie de Solvatation vs Énergie de Réseau
L'énergie de solvatation est le changement d'enthalpie d'un système pendant la solvatation d'un soluté dans un solvant. L'énergie du réseau est la quantité d'énergie libérée lors de la formation d'un réseau ou la quantité d'énergie nécessaire pour décomposer un réseau. La différence entre l'énergie de solvatation et l'énergie du réseau est que l'énergie de solvatation donne le changement d'enthalpie lors de la dissolution d'un soluté dans un solvant, tandis que l'énergie du réseau donne le changement d'enthalpie lors de la formation (ou de la rupture) d'un réseau.
