Lorsque des molécules sont formées par la jonction d'atomes qui forment des liaisons, le processus nécessite soit un apport d'énergie pour créer la liaison ou libère de l'énergie sous forme de chaleur parce que les atomes en question "veulent" lier. Dans les deux cas, le système constitué des molécules de réactif et des molécules de produit subit un changement d'énergie, qui dans ce contexte est appelé un changement d'enthalpie.
Les molécules, comme vous le savez probablement, se présentent sous toutes sortes de "saveurs", et le nombre de liaisons et de types de liaisons différents observés entre divers types d'atomes (C−C, C=C, C−H, N−O, C=O et ainsi de suite) se traduit par une grande variété d'enthalpies de liaison. Le changement d'enthalpie pour une réaction peut être calculé à partir des valeurs individuelles d'enthalpie de liaison d'une manière arithmétique simple.
Qu'est-ce qu'une liaison chimique ?
Les atomes n'aiment généralement pas « n'aiment » pas exister seuls; la plupart sont maudits avec des arrangements de leurs électrons qui les laissent dans des états d'énergie moins qu'optimaux. Ce n'est qu'en partageant, en donnant ou en obtenant des électrons que la plupart des atomes peuvent atteindre un état énergétique inférieur (c'est-à-dire préférable). (Les gaz rares, tels que l'hélium et le néon, sont des exceptions notables.)
Lorsque les atomes partagent des électrons pour créer des liaisons, la connexion résultante est appelée liaison covalente. Eau (H2O) est l'un des nombreux exemples quotidiens de composés avec des liaisons covalentes. D'autre part, lorsque la différence d'électronégativité entre les atomes est suffisamment grande, un atome dans effet arrache un électron de l'autre, créant une liaison ionique, comme dans le sel de table (chlorure de sodium, ou NaCl).
Différents types de liaisons ont des énergies de liaison différentes en fonction du nombre de paires d'électrons impliquées (deux dans une liaison simple, quatre dans une double liaison et huit dans une triple liaison) et comment les deux atomes se rapportent les uns aux autres en termes de potentiel électrique et d'autres facteurs. Le résultat est que les énergies de liaison individuelles, ou enthalpies de liaison, ont été déterminés expérimentalement,
Qu'est-ce que l'enthalpie de liaison ?
Enthalpie est une grandeur en thermodynamique décrivant la chaleur qui est transférée lors de réactions chimiques. En tant que chaleur, elle peut être considérée comme l'une des nombreuses formes d'énergie en science physique (par exemple, l'énergie potentielle gravitationnelle, l'énergie cinétique, l'énergie sonique, etc.).
Enthalpie de liaison est l'énergie nécessaire pour former ou rompre une liaison donnée. Sa valeur peut changer entre les molécules, même pour le même type de liaison. Par exemple, l'énergie de liaison de H2Les deux liaisons O−H de O sont de 464 kilojoules par mole (kJ/mol), mais dans le méthanol (CH3OH) la liaison O−H a une enthalpie de 427 kJ/mol.
Les équations d'enthalpie de liaison
L'enthalpie de liaison Dx−y d'une molécule de gaz diatomique XY est la variation d'enthalpie pour le processus représenté par la réaction générique :
XY(g) → X(g) + Y(g)
H° (298 K) = Dx−y
Toute formule d'enthalpie de liaison est donnée à 298 K par convention pour normaliser l'équation. C'est approximativement la température ambiante, égale à 25 °C ou 77 °F. En réalité, la réaction ci-dessus est le plus souvent hypothétique, car la plupart des molécules n'existent pas sous forme de gaz monoatomiques à 298 K.
Si vous avez une réaction simple entre deux molécules et connaissez les enthalpies de liaison de l'individu liaisons, vous pouvez utiliser la relation suivante pour calculer le changement d'enthalpie totale pour le réaction. S'il est négatif, de la chaleur est dégagée et la réaction est exothermique; si elle est positive, la réaction est endothermique (et ne se déroulera pas sans apport d'énergie).
Hrxn=ΣΔHcassé+ Hfait
Exemples de problèmes d'enthalpie de liaison
Calculer l'enthalpie de la réaction :
CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)
L'enthalpie des liaisons dans la molécule peut être déterminée à partir des enthalpies des liaisons individuelles. Pour cela, référez-vous à un tableau tel que la page donnée dans les Ressources.
Vous pouvez voir qu'il y a un total de trois liaisons rompues: La triple liaison entre C et O et les deux liaisons H−H. L'enthalpie totale est de 1072 + 2(432) = 1 936 kJ.
Le nombre de liaisons formées est de cinq: trois C−liaisons H, une liaison C-O et une liaison O-H. L'enthalpie totale de ces liaisons est de 3(411 ) + 358 + 459 = 2 050 kJ.
Ainsi, le changement d'enthalpie totale est de 1 936 − 2 050 = −114 kJ. Le signe négatif montre que la réaction est exothermique, libératrice plutôt que nécessitant de l'énergie pour se dérouler.