Cómo calcular la entalpía de enlace

Cuando las moléculas se forman por la unión de átomos que forman enlaces, el proceso requiere una entrada de energía para crear el enlace o libera energía en forma de calor porque los átomos en cuestión "quieren" vínculo. En cualquier caso, el sistema que consiste en las moléculas de reactivo y las moléculas de producto experimenta un cambio de energía, que en este contexto se denomina cambio de entalpía.

Las moléculas, como probablemente sepa, vienen en todo tipo de "sabores" y el número de enlaces diferentes y tipos de enlaces observados entre varios tipos de átomos (C−C, C = C, C−H, N−O, C = O, etc.) da como resultado una amplia variedad de entalpías de enlace. El cambio de entalpía para una reacción se puede calcular a partir de los valores individuales de entalpía de enlace de una manera aritmética simple.

Por lo general, a los átomos no les "gusta" existir por sí mismos; la mayoría está maldita con arreglos de sus electrones que los dejan en estados de energía menos que óptimos. Solo compartiendo, donando o ganando electrones la mayoría de los átomos pueden alcanzar un estado de energía más bajo (es decir, preferible). (Los gases nobles, como el helio y el neón, son excepciones notables).

Cuando los átomos comparten electrones para crear enlaces, la conexión resultante se llama enlace covalente. Agua (H₂O) es uno de los muchos ejemplos cotidianos de compuestos con enlaces covalentes. Por otro lado, cuando la diferencia de electronegatividad entre átomos es suficientemente grande, un átomo de efecto arranca un electrón del otro, creando un enlace iónico, como en la sal de mesa (cloruro de sodio, o NaCl).

Los diferentes tipos de enlaces tienen diferentes energías de enlace según el número de pares de electrones involucrados (dos en un llamado enlace simple, cuatro en un doble enlace y ocho en un triple enlace) y cómo los dos átomos se relacionan entre sí en términos de potencial eléctrico y otros factores. El resultado es que las energías de enlace individuales, o entalpías de enlace, han sido determinados experimentalmente,

Entalpía es una cantidad en termodinámica que describe el calor que se transfiere durante las reacciones químicas. Como calor, se puede considerar como una de las muchas formas de energía en la ciencia física (por ejemplo, energía potencial gravitacional, energía cinética, energía sónica, etc.).

Entalpía de enlace es la energía necesaria para formar o romper un enlace determinado. Su valor puede cambiar entre moléculas, incluso para el mismo tipo de enlace. Por ejemplo, la energía de enlace de H₂Los dos enlaces O − H de O son 464 kilojulios por mol (kJ / mol), pero en metanol (CH₃OH) el enlace O − H tiene una entalpía de 427 kJ / mol.

La entalpía de enlace D_{x − y} de una molécula de gas diatómico XY es el cambio de entalpía para el proceso representado por la reacción genérica:

XY (g) → X (g) + Y (g)

ΔH ° (298 K) = D_{x − y}

Cualquier fórmula de entalpía de enlace se da a 298 K por convención para estandarizar la ecuación. Esta es aproximadamente la temperatura ambiente, igual a 25 ° C o 77 ° F. En realidad, la reacción anterior suele ser hipotética, ya que la mayoría de las moléculas no existen como gases monoatómicos a 298 K.

Si tiene una reacción simple entre dos moléculas y conoce las entalpías de enlace del individuo enlaces, puede utilizar la siguiente relación para calcular el cambio de entalpía total para el reacción. Si es negativo, se libera calor y la reacción es exotérmica; si es positivo, la reacción es endotérmica (y no continuará sin la adición de energía).

H_rxn= ΣΔH_roto+ ΣΔH_hecho

Calcule la entalpía de la reacción:

CO (g) + 2 H₂(g) ⟶ CH₃OH (g)

La entalpía de los enlaces en la molécula se puede determinar a partir de las entalpías de los enlaces individuales. Para esto, consulte una tabla como la página que se proporciona en los Recursos.

Puede ver que hay un total de tres enlaces rotos: el triple enlace entre C y O y los dos enlaces H − H. La entalpía total es 1072 + 2 (432) = 1,936 kJ.

El número de enlaces formados es cinco: tres C−Enlaces H, un enlace C-O y un enlace O − H. La entalpía total de estos enlaces es 3 (411) + 358 + 459 = 2050 kJ.

Por tanto, el cambio de entalpía total es 1.936 - 2.050 = −114 kJ. El signo negativo muestra que la reacción es exotérmica, liberadora en lugar de requerir energía para continuar.