Quando le molecole sono formate dall'unione di atomi che formano legami, il processo richiede o un input di energia per creare il legame o libera energia sotto forma di calore perché gli atomi in questione "vogliono" legame. In entrambi i casi, il sistema costituito dalle molecole reagenti e dalle molecole del prodotto subisce un cambiamento di energia, che in questo contesto è chiamato cambiamento di entalpia.
Le molecole, come probabilmente saprai, sono disponibili in tutti i tipi di "sapori" e il numero di diversi legami e tipi di legame osservati tra i vari tipi di atomi (C−C, C=C, C−H, N−O, C=O e così via) determina un'ampia varietà di entalpie di legame. La variazione di entalpia per una reazione può essere calcolata dai singoli valori dell'entalpia di legame in modo semplice aritmetico.
Che cos'è un legame chimico?
Agli atomi in genere non "piace" di esistere da soli; la maggior parte è maledetta con disposizioni dei loro elettroni che li lasciano in stati energetici non ottimali. Solo condividendo, donando o guadagnando elettroni, la maggior parte degli atomi può raggiungere uno stato energetico inferiore (cioè preferibile). (I gas nobili, come l'elio e il neon, sono notevoli eccezioni.)
Quando gli atomi condividono gli elettroni per creare legami, la connessione risultante è chiamata legame covalente. Acqua (H2O) è uno dei tanti esempi quotidiani di composti con legami covalenti. D'altra parte, quando la differenza di elettronegatività tra gli atomi è sufficientemente grande, un atomo in effetto strappa un elettrone dall'altro, creando un legame ionico, come nel sale da cucina (cloruro di sodio, o NaCl).
Diversi tipi di legami hanno differenti energie di legame in base al numero di coppie di elettroni coinvolte (due in un cosiddetto legame singolo, quattro in un doppio legame e otto in un triplo legame) e come i due atomi si relazionano tra loro in termini di potenziale elettrico e altri fattori. Il risultato è che le energie di legame individuali, o entalpie di legame, sono stati determinati sperimentalmente,
Che cos'è l'entalpia di legame?
entalpia è una quantità in termodinamica che descrive il calore che viene trasferito durante le reazioni chimiche. Come calore, può essere pensato come una delle tante forme di energia nella scienza fisica (ad esempio, energia potenziale gravitazionale, energia cinetica, energia sonora e così via).
Entalpia di legame è l'energia necessaria per formare o rompere un determinato legame. Il suo valore può cambiare tra le molecole, anche per lo stesso tipo di legame. Ad esempio, l'energia di legame di H2I due legami O−H di O sono 464 kilojoule per mole (kJ/mol), ma in metanolo (CH3OH) l'unico legame O−H ha un'entalpia di 427 kJ/mol.
Le equazioni dell'entalpia di legame
L'entalpia di legame Dx−y di una molecola di gas biatomico XY è la variazione di entalpia per il processo rappresentato dalla generica reazione:
XY(g) → X(g) + Y(g)
H° (298 K) = Dx−y
Qualsiasi formula di entalpia di legame è data a 298 K per convenzione per standardizzare l'equazione. Questa è approssimativamente la temperatura ambiente, pari a 25 °C o 77 °F. In realtà, la reazione di cui sopra è molto spesso ipotetica, poiché la maggior parte delle molecole non esiste come gas monoatomici a 298 K.
Se hai una semplice reazione tra due molecole e conosci le entalpie di legame dell'individuo legami, è possibile utilizzare la seguente relazione per calcolare la variazione di entalpia totale per il reazione. Se è negativo, viene rilasciato calore e la reazione è esotermica; se positiva, la reazione è endotermica (e non procederà senza l'aggiunta di energia).
Hrxn=ΣΔHrotto+ Hfatto
Esempi di problemi di entalpia di legame
Calcola l'entalpia della reazione:
CO(g) + 2 H2(g) ⟶ CH3OH(g)
L'entalpia dei legami nella molecola può essere determinata dalle entalpie dei singoli legami. Per questo, fare riferimento a una tabella come la pagina fornita nelle Risorse.
Puoi vedere che ci sono un totale di tre legami rotti: il triplo legame tra C e O e i due legami H−H. L'entalpia totale è 1072 + 2(432) = 1.936 kJ.
Il numero di legami formati è cinque: tre C−Legami H, un legame C-O e un legame O-H. L'entalpia totale di questi legami è 3(411) + 358 + 459 = 2.050 kJ.
Quindi la variazione di entalpia totale è 1.936 − 2.050 = −114 kJ. Il segno negativo mostra che la reazione è esotermica, liberatoria piuttosto che richiedere energia per procedere.