כיצד לחשב אנתלפיית אג"ח

כאשר מולקולות נוצרות על ידי חיבור אטומים היוצרים קשרים, התהליך או דורש קלט של אנרגיה ליצירת הקשר או משחרר אנרגיה כחום מכיוון שהאטומים המדוברים "רוצים" אגרת חוב. בשני המקרים, המערכת המורכבת ממולקולות המגיב ומולקולות התוצר עוברת שינוי אנרגטי, אשר בהקשר זה מכונה שינוי אנטלפי.

מולקולות, כפי שאתה בוודאי יודע, מגיעות בכל מיני "טעמים", ומספר הקשרים השונים וסוגי הקשר הנצפים בין סוגים שונים של אטומים (C−C, C = C, C.−H, N−O, C = O וכן הלאה) מביא למגוון רחב של אנטלפיות קשר. ניתן לחשב את שינוי האנטלפיה לתגובה מתוך הערכים האינדיבידואליים של אנלפת הקשר באופן אריתמטי פשוט.

אטומים בדרך כלל לא "אוהבים" להתקיים בכוחות עצמם; רובם מקוללים בסידורי האלקטרונים שלהם שמשאירים אותם במצבי אנרגיה פחות אופטימליים. רק על ידי שיתוף, תרומה או השגת אלקטרונים יכולים רוב האטומים להגיע למצב אנרגיה נמוך יותר (כלומר עדיף). (הגזים האצילים, כמו הליום וניאון, הם יוצאים מן הכלל הבולטים).

כאשר אטומים חולקים אלקטרונים ליצירת קשרים, הקשר שנוצר נקרא קשר קוולנטי. מים (H₂O) היא אחת מהדוגמאות היומיומיות של תרכובות עם קשרים קוולנטיים. מצד שני, כאשר ההבדל האלקטרוני שלילי בין אטומים גדול מספיק, אטום אחד פנימה אפקט משגר אלקטרון מהאחר ויוצר קשר יוני, כמו במלח שולחן (נתרן כלורי, או NaCl).

סוגים שונים של קשרים כוללים אנרגיות קשר שונות על בסיס מספר זוגות האלקטרונים המעורבים (שניים בקשר יחיד שנקרא, ארבעה בקשר כפול ושמונה בקשר משולש) וכיצד שני האטומים מתייחסים זה לזה מבחינת הפוטנציאל החשמלי וגורמים אחרים. התוצאה היא שאנרגיות קשר אינדיבידואליות, או אנטלפיות קשר, נקבעו בניסוי,

אנתלפיה היא כמות בתרמודינמיקה המתארת ​​את החום המועבר במהלך תגובות כימיות. כחום, ניתן לחשוב עליו כאחת מצורות האנרגיה הרבות במדע הפיזיקלי (למשל, אנרגיה פוטנציאלית של כוח משיכה, אנרגיה קינטית, אנרגיה קולית וכן הלאה).

אנלפיית בונד האם האנרגיה הנדרשת ליצירת או נתק קשר נתון. ערכו יכול להשתנות בין מולקולות, אפילו לאותו סוג קשר. לדוגמא, אנרגיית הקשר של H₂שני קשרי ה- O-H של O הם 464 קילו-ג'ול למול (kJ / mol), אך במתנול (CH₃OH) לקשר O-H האחד יש אנטלפיה של 427 kJ / mol.

אנטלפיית הקשר ד_{x − y} של מולקולת גז דיאטומית XY היא שינוי האנטלפיה לתהליך המיוצג על ידי התגובה הגנרית:

XY (g) → X (g) + Y (g)

ΔH ° (298 K) = D_{x − y}

כל נוסחת אנטלפיה של אגרות חוב ניתנת ב- 298 K על פי אמנה כדי לתקנן את המשוואה. זוהי טמפרטורת חדר בערך, השווה ל- 25 מעלות צלזיוס או 77 מעלות צלזיוס. במציאות, התגובה שלעיל לרוב היפותטית, מכיוון שרוב המולקולות אינן קיימות כגזים מונומטיים ב 298 ק.

אם יש לך תגובה פשוטה בין שתי מולקולות ואתה יודע את אנטלפיות הקשר של הפרט איגרות חוב, אתה יכול להשתמש בקשר הבא כדי לחשב את השינוי הכולל באנטלפיה עבור ה- תְגוּבָה. אם הוא שלילי, החום משתחרר, והתגובה היא אקסותרמית; אם היא חיובית, התגובה היא אנדותרמית (ולא תמשיך ללא תוספת אנרגיה).

ה_rxn= ΣΔH_{שָׁבוּר}+ ΣΔH_{עָשׂוּי}

חשב את האנטלפיה של התגובה:

CO (g) + 2 H₂(ז) ⟶ CH₃OH (ז)

את האנטלפיה של הקשרים במולקולה ניתן לקבוע מתוך האנטלפיות של הקשרים הבודדים. לשם כך, עיין בטבלה כמו הדף המופיע במשאבים.

ניתן לראות שיש בסך הכל שלוש קשרים שבורים: הקשר המשולש בין C ל- O ושני קשרים H-H. האנטלפיה הכוללת היא 1072 + 2 (432) = 1,936 kJ.

מספר האג"ח שנוצר הוא חמש: שלוש C−קשרי H, קשר C-O אחד וקשר O-H אחד. האנטלפיה הכוללת של קשרים אלה היא 3 (411) + 358 + 459 = 2,050 kJ.

לפיכך השינוי הכולל באנטלפיה הוא 1,936 - 2,050 = -114 kJ. הסימן השלילי מראה שהתגובה היא אקסותרמית, משחררת ולא דורשת אנרגיה כדי להמשיך.