Πώς να υπολογίσετε το Bond Enthalpy

Όταν τα μόρια σχηματίζονται με τη σύνδεση ατόμων που σχηματίζουν δεσμούς, η διαδικασία απαιτεί είτε ένα είσοδος ενέργειας για τη δημιουργία του δεσμού ή την απελευθέρωση της ενέργειας ως θερμότητας, επειδή τα εν λόγω άτομα «θέλουν» δεσμός. Σε κάθε περίπτωση, το σύστημα που αποτελείται από τα μόρια αντιδρώντος και τα μόρια προϊόντος υφίσταται μια αλλαγή ενέργειας, η οποία σε αυτό το πλαίσιο ονομάζεται αλλαγή ενθαλπίας.

Τα μόρια, όπως πιθανότατα γνωρίζετε, έρχονται σε κάθε είδους «γεύσεις» και τον αριθμό των διαφορετικών δεσμών και τύπων δεσμών που παρατηρούνται μεταξύ διαφόρων τύπων ατόμων (C−C, C = C, C−Η, Ν−O, C = O και ούτω καθεξής) οδηγεί σε μια μεγάλη ποικιλία ενθαλπίων δεσμών. Η αλλαγή της ενθαλπίας για μια αντίδραση μπορεί να υπολογιστεί από τις μεμονωμένες τιμές της ενθαλπίας δεσμού με έναν απλό αριθμητικό τρόπο.

Τα άτομα συνήθως δεν «θέλουν» να υπάρχουν μόνα τους. οι περισσότεροι είναι καταραμένοι με διευθετήσεις των ηλεκτρονίων τους που τα αφήνουν σε λιγότερο από βέλτιστες ενεργειακές καταστάσεις. Μόνο με τη διανομή, τη δωρεά ή την απόκτηση ηλεκτρονίων μπορούν τα περισσότερα άτομα να επιτύχουν χαμηλότερη (δηλαδή, προτιμώμενη) ενεργειακή κατάσταση. (Τα ευγενή αέρια, όπως το ήλιο και το νέον, είναι αξιοσημείωτες εξαιρέσεις.)

Όταν τα άτομα μοιράζονται ηλεκτρόνια για τη δημιουργία δεσμών, η προκύπτουσα σύνδεση ονομάζεται ομοιοπολικός δεσμός. Νερό (Η₂Ο) είναι ένα από τα πολλά καθημερινά παραδείγματα ενώσεων με ομοιοπολικούς δεσμούς. Από την άλλη πλευρά, όταν η διαφορά ηλεκτροαρνητικότητας μεταξύ ατόμων είναι αρκετά μεγάλη, ένα άτομο εισέρχεται Το αποτέλεσμα αποσπά ένα ηλεκτρόνιο από το άλλο, δημιουργώντας έναν ιοντικό δεσμό, όπως στο επιτραπέζιο αλάτι (χλωριούχο νάτριο, ή NaCl).

Διαφορετικά είδη δεσμών έχουν διαφορετικές ενέργειες δεσμών με βάση τον αριθμό των ζευγών ηλεκτρονίων που εμπλέκονται (δύο σε ένα λεγόμενο μονό δεσμό, τέσσερα σε διπλό δεσμό και οκτώ σε τριπλό δεσμό) και πώς τα δύο άτομα σχετίζονται μεταξύ τους όσον αφορά το ηλεκτρικό δυναμικό και άλλους παράγοντες. Το αποτέλεσμα είναι ότι οι ενέργειες των ατομικών δεσμών, ή ενθαλπίες δεσμών, έχουν προσδιοριστεί πειραματικά,

Ενθαλπία είναι μια ποσότητα θερμοδυναμικής που περιγράφει τη θερμότητα που μεταφέρεται κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων. Ως θερμότητα, μπορεί να θεωρηθεί ως μία από τις πολλές μορφές ενέργειας στη φυσική επιστήμη (π.χ. ενέργεια βαρύτητας, κινητική ενέργεια, ηχητική ενέργεια και ούτω καθεξής).

Ενθαλπία δεσμών είναι η ενέργεια που απαιτείται για το σχηματισμό ή τη διακοπή ενός δεδομένου δεσμού. Η τιμή του μπορεί να αλλάξει μεταξύ μορίων, ακόμη και για τον ίδιο τύπο δεσμού. Για παράδειγμα, η ενέργεια του δεσμού του Η₂Οι δύο δεσμοί O − H είναι 464 kilojoules ανά mole (kJ / mol), αλλά σε μεθανόλη (CH₃OH) ο μοναδικός δεσμός O-H έχει ενθαλπία 427 kJ / mol.

Η ενθαλπία δεσμού D_{x − ε} ενός μορίου διατομικού αερίου XY είναι η αλλαγή ενθαλπίας για τη διαδικασία που αντιπροσωπεύεται από τη γενική αντίδραση:

XY (g) → X (g) + Y (g)

ΔΗ ° (298 Κ) = D_{x − ε}

Οποιοσδήποτε τύπος ενθαλπίας δεσμού δίδεται στα 298 K κατά συνθήκη για την τυποποίηση της εξίσωσης. Αυτή είναι περίπου η θερμοκρασία δωματίου, ίση με 25 ° C ή 77 ° F. Στην πραγματικότητα, η παραπάνω αντίδραση είναι πιο συχνά υποθετική, καθώς τα περισσότερα μόρια δεν υπάρχουν ως ατομικά αέρια στα 298 Κ.

Εάν έχετε μια απλή αντίδραση μεταξύ δύο μορίων και γνωρίζετε τις ενθαλπίες του ατόμου δεσμούς, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την ακόλουθη σχέση για να υπολογίσετε τη συνολική αλλαγή ενθαλπίας για το αντίδραση. Εάν είναι αρνητική, η θερμότητα απελευθερώνεται και η αντίδραση είναι εξώθερμη. Εάν είναι θετική, η αντίδραση είναι ενδοθερμική (και δεν θα προχωρήσει χωρίς την προσθήκη ενέργειας).

Η_rxn= ΣΔΗ_{σπασμένος}+ ΣΔΗ_έκανε

Υπολογίστε την ενθαλπία της αντίδρασης:

CO (g) + 2 Η₂(ζ) ⟶ CH₃ΟΗ (ζ)

Η ενθαλπία των δεσμών στο μόριο μπορεί να προσδιοριστεί από τις ενθαλπίες των επιμέρους δεσμών. Για αυτό, ανατρέξτε σε έναν πίνακα όπως η σελίδα που δίνεται στους πόρους.

Μπορείτε να δείτε ότι έχουν σπάσει συνολικά τρεις δεσμοί: Ο τριπλός δεσμός μεταξύ C και O και των δύο δεσμών H − H. Η συνολική ενθαλπία είναι 1072 + 2 (432) = 1.936 kJ.

Ο αριθμός των δεσμών που σχηματίζονται είναι πέντε: τρία C.−Ο δεσμοί H, ένας δεσμός C-O και ένας δεσμός O-H. Η συνολική ενθαλπία αυτών των ομολόγων είναι 3 (411) + 358 + 459 = 2.050 kJ.

Έτσι, η συνολική αλλαγή ενθαλπίας είναι 1.936 - 2.050 = −114 kJ. Το αρνητικό σημάδι δείχνει ότι η αντίδραση είναι εξώθερμη, απελευθερώνει παρά απαιτεί ενέργεια για να προχωρήσει.