10

Chơng 2
Chơng 2Chơng 2
Chơng 2 Tơng tác ion
Tơng tác ion Tơng tác ion
Tơng tác ion - lỡng cực dung môi
lỡng cực dung môi lỡng cực dung môi
lỡng cực dung môi

trong các dung dịch điện ly
trong các dung dịch điện lytrong các dung dịch điện ly
trong các dung dịch điện ly 2.1. Nguyên nhân của sự điện li và tơng tác ion

chúng với các phân tử nớc.

HCl + H
2
O H
3
O
+
+ Cl
-

ở đây proton chuyển từ phân tử HCl đến phân tử H
2
O tạo thành ion hydroxoni.
Ngoài ra, các ion H
3
O
+
và Cl
-
đợc tạo thành đã tham gia vào tơng tác ion - dipol với
các phân tử H
2
O d. Vì vậy, khi tạo thành dung dịch axit clohidric, năng lợng cần
thiết để bẻ gãy liên kết hoá học H - Cl (khoảng 432kJ/mol), đợc bù trừ bởi năng lợng
liên kết của proton (H
+
) với phân tử nớc trong ion H
3
O

e, và nằm cách nhau một khoảng r. Lực tơng tác tính điện của hai ion này
đợc xác định theo định luật Coulomb là:

2
1 2
2
4
o
c
o
Z Z e
F
r

=
(2.1)

ở đây
o
là độ thẩm điện môi trong môi trờng chân không.
Đồ thị biểu diễn năng lợng tơng tác của hai ion trình bày ở hình 2.1.

U
r
r
o
F
C
F
d

F
r
+
=
(2.2)

Trong đó B và n là các hằng số, n > 1.
Vậy lực tơng tác tổng cộng của các ion là:

122
1 2
2 1
4
o
c d
n
o
Z Z e
B
F F F
r r

+
= + = +
(2.3)
r = r
o
và F = 0; nên ta có: 2 1
1 2
4
n
o o
o
Z Z e r
B


=
(2.5)

Phơng trình (2.4) đợc viết lại: 2
1 2
1
(1 )
4
o
o o
Z Z e
U

(2.7)

Phân tích cấu trúc Rơngen cho phép xác định hình học của các tinh thể và xác
định các thông số A và r
o
. Hằng số n đợc tính từ các số liệu về độ lớn của tinh thể theo
công thức: 4
2
1 18
o
o
r
n
Ae

+
=
(2.8)
13 ở đây là hệ số nén. Đối với NaCl ta thu đợc n = 7,5. Đối với các muối khác,
gía trị của n dao động từ 5 đến 12.
Khi tính năng lợng mạng lới tinh thể NaCl theo công thức (2.7) ta đợc gía trị
sau:
G
NaCl

H
3
H
4
H
5
H
+
+
+e
-e
Với: H
1
= - 496kJ/mol; H
2
= 365 kJ/mol; H
3
= 109 kJ/mol;
H
4
= -121 kJ/mol và H
5
= - 411 kJ/mol.

H
NaCl
= - (H

-
Cl
-
Br
-
I
-

Na
+
911 774 741 -
K
+
810 702 678 637
Rb
+
780 - 658 621
Cs
+
744 - - 604
14 Nh vậy, sự tạo thành các ion khi phá vỡ mạng lới tinh thể đòi hỏi phải tiêu tốn
một năng lợng rất lớn. Nếu năng lợng này không đợc bổ chính bởi năng lợng
hydrat hóa, thì khả năng phân ly của chất tan bằng không.

2.3. Năng lợng solvat hóa
2.3. Năng lợng solvat hóa2.3. Năng lợng solvat hóa
2.3. Năng lợng solvat hóa

.2:
Sơ đồ để tính năng lợng solvat hóa theo mô hình Born

Theo mô hình này, ion đợc xem nh quả cầu tích điện có bán kính r
i
và dung
môi là môi trờng đồng nhất liên tục có hằng số điện môi . Quá trình chuyển các quả
cầu tích điện từ chân không vào môi trờng đợc chia thành 3 giai đoạn:
1- Sự phóng điện quả cầu trong chân không.
2- Sự chuyển các quả cầu khong tích điện từ chân không vào dung môi.
3- Sự tích điện của quả cầu trong môi trờng.
ở đây giả thiết rằng công của giai đoạn 2: W
2
= 0, và để tính công của các giai
đoạn 1 và 3 (W
1
và W
3
) ta sử dụng các định luật tĩnh điện cơ bản và ta thu đợc các
biểu thức sau:
2
1
8
i o
o i
Z e
W
r

=

2
1
(1 )
8
i o
A
o i
Z e
G N
r

=
(2.10)

Mặt khác, ta có phơng trình Gibb - Helmholt: ( )
d G
H G T
dT

=
(2.11)

Từ (2.10) và (2.11) ta đợc biểu thức entanpi solvat hóa:

2
(1 . )
8

+
0,60 1143 1163
Na
+
0,95 722 734
K
+
1,33 515 524
Rb
+
1,48 463 471
Cs
+
1,69 406 412
F
-
1,36 504 513
Cl
-
1,81 379 386
Br
-
1,95 352 358
I
-
2,16 317 323

Năng lợng hydrat hóa của phân tử là tổng năng lợng hydrat hóa của các ion
trong phân tử và kết quả cho thấy năng lợng hydrat hoá phân tử tính theo mô hình
Born khá lớn và hoàn toàn có thể đảm bảo phá vỡ mạng lới tinh thể khi tạo thành dung

ht
-
NaCl
tt
ở đây H
ht
là hiệu ứng nhiệt hoà tan đợc ngoại suy đến dung dịch muối rất
loãng. Từ chu trình này ta thu đợc hiệu ứng nhiệt solvat hoá đối với NaCl nh sau:

H
S
(NaCl)
= H
S
+
+ H
S
-
= H
ht
- H
NaCl
= -768 kJ/mol

Bằng phơng pháp tơng tự ta tính đợc H
S
với các muối khác.

môI khi đa chất điện ly vào nó (hiệu ứng điện giải). Những mô hình phức tạp hơn cho
phép loại tr sự khác nhau giữa giá trị H
S
theo nhiệt động và theo mô hình solvat hóa.