So berechnen Sie die Bindungsenthalpie

Wenn Moleküle durch die Verbindung von Atomen gebildet werden, die Bindungen bilden, erfordert der Prozess entweder eine Energiezufuhr zur Herstellung der Bindung oder setzt Energie als Wärme frei, weil die betreffenden Atome "wollen" Bindung. In beiden Fällen erfährt das System aus den Reaktandenmolekülen und den Produktmolekülen eine Energieänderung, die in diesem Zusammenhang als Enthalpieänderung bezeichnet wird.

Moleküle gibt es, wie Sie wahrscheinlich wissen, in allen möglichen "Geschmacksrichtungen", und die Anzahl der verschiedenen Bindungen und Bindungstypen, die zwischen verschiedenen Atomtypen beobachtet werden (C−C, C=C, C−H, N−O, C=O usw.) führt zu einer Vielzahl von Bindungsenthalpien. Aus den Einzelwerten der Bindungsenthalpie lässt sich auf einfache arithmetische Weise die Enthalpieänderung einer Reaktion berechnen.

Atome mögen es normalerweise nicht, allein zu existieren; die meisten sind mit Anordnungen ihrer Elektronen verflucht, die sie in weniger als optimalen Energiezuständen belassen. Nur durch die gemeinsame Nutzung, Abgabe oder Aufnahme von Elektronen können die meisten Atome einen niedrigeren (d. h. bevorzugten) Energiezustand erreichen. (Die Edelgase wie Helium und Neon sind bemerkenswerte Ausnahmen.)

Wenn Atome Elektronen teilen, um Bindungen zu bilden, wird die resultierende Verbindung als kovalente Bindung bezeichnet. Wasser (H₂O) ist eines von vielen alltäglichen Beispielen für Verbindungen mit kovalenten Bindungen. Andererseits, wenn die Elektronegativitätsdifferenz zwischen den Atomen ausreichend groß ist, ist ein Atom in Effekt entzieht dem anderen ein Elektron, wodurch eine ionische Bindung entsteht, wie in Kochsalz (Natriumchlorid oder NaCl).

Verschiedene Bindungsarten haben unterschiedliche Bindungsenergien basierend auf der Anzahl der beteiligten Elektronenpaare (zwei in einer sogenannten Einfachbindung, vier in einer Doppelbindung und acht in einer Dreifachbindung) und wie sich die beiden Atome in Bezug auf das elektrische Potenzial und andere Faktoren zueinander verhalten. Das Ergebnis ist, dass einzelne Bindungsenergien oder Bindungsenthalpien, experimentell ermittelt wurden,

Enthalpie ist eine thermodynamische Größe, die die Wärme beschreibt, die bei chemischen Reaktionen übertragen wird. Als Wärme kann man sie sich als eine der vielen Energieformen in der Physik vorstellen (z. B. potentielle Gravitationsenergie, kinetische Energie, Schallenergie usw.).

Bindungsenthalpie ist die Energie, die benötigt wird, um eine gegebene Bindung zu bilden oder zu brechen. Sein Wert kann sich zwischen Molekülen ändern, sogar für dieselbe Art von Bindung. Zum Beispiel die Bindungsenergie von H₂Die beiden OH-Bindungen von O betragen 464 Kilojoule pro Mol (kJ/mol), aber in Methanol (CH₃OH) hat die eine OH-Bindung eine Enthalpie von 427 kJ/mol.

Die Bindungsenthalpie D_x−y eines zweiatomigen Gasmoleküls XY ist die Enthalpieänderung für den Prozess, der durch die generische Reaktion dargestellt wird:

XY(g) → X(g) + Y(g)

ΔH° (298 K) = D_x−y

Jede Formel für die Bindungsenthalpie wird per Konvention bei 298 K angegeben, um die Gleichung zu standardisieren. Dies entspricht ungefähr der Raumtemperatur von 25 °C oder 77 °F. In Wirklichkeit ist die obige Reaktion meistens hypothetisch, da die meisten Moleküle bei 298 K nicht als einatomige Gase existieren.

Wenn Sie eine einfache Reaktion zwischen zwei Molekülen haben und die Bindungsenthalpien des Individuums kennen Anleihen können Sie die Gesamtenthalpieänderung für die Reaktion. Wenn er negativ ist, wird Wärme freigesetzt und die Reaktion ist exotherm; falls positiv, ist die Reaktion endotherm (und läuft nicht ohne Energiezufuhr ab).

H_rxn=ΣΔH_gebrochen+ H_gemacht

Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie:

CO(g) + 2 H₂(g) ⟶ CH₃OH(g)

Aus den Enthalpien der einzelnen Bindungen lässt sich die Enthalpie der Bindungen im Molekül bestimmen. Beachten Sie dazu eine Tabelle wie die Seite in den Ressourcen.

Sie sehen, dass insgesamt drei Bindungen gebrochen sind: Die Dreifachbindung zwischen C und O und die beiden H-H-Bindungen. Die Gesamtenthalpie beträgt 1072 + 2(432) = 1.936 kJ.

Die Zahl der gebildeten Bindungen beträgt fünf: drei C−H-Bindungen, eine C-O-Bindung und eine O-H-Bindung. Die Gesamtenthalpie dieser Bindungen beträgt 3(411) + 358 + 459 = 2.050 kJ.

Somit beträgt die Gesamtenthalpieänderung 1.936 − 2.050 = -114 kJ. Das negative Vorzeichen zeigt an, dass die Reaktion exotherm ist und Energie freisetzt, um fortzufahren.