Hoe obligatie-enthalpie te berekenen

Wanneer moleculen worden gevormd door het samenvoegen van atomen die bindingen vormen, vereist het proces ofwel een invoer van energie om de binding te creëren of maakt energie vrij als warmte omdat de atomen in kwestie "willen" band. In beide gevallen ondergaat het systeem bestaande uit de reactantmoleculen en de productmoleculen een energieverandering, die in dit verband een enthalpieverandering wordt genoemd.

Moleculen hebben, zoals je waarschijnlijk weet, allerlei "smaken" en het aantal verschillende bindingen en bindingstypes dat wordt waargenomen tussen verschillende soorten atomen (C−C, C=C, C−H, Nee−O, C=O enzovoort) resulteert in een grote verscheidenheid aan bindingsenthalpieën. De enthalpieverandering voor een reactie kan op een eenvoudige rekenkundige manier worden berekend uit de individuele waarden van bindingsenthalpie.

Atomen houden er doorgaans niet van om op zichzelf te bestaan; de meesten zijn vervloekt met rangschikkingen van hun elektronen die hen in minder dan optimale energietoestanden achterlaten. Alleen door het delen, doneren of verkrijgen van elektronen kunnen de meeste atomen een lagere (d.w.z. de voorkeur verdienende) energietoestand bereiken. (De edelgassen, zoals helium en neon, zijn opmerkelijke uitzonderingen.)

Wanneer atomen elektronen delen om bindingen te creëren, wordt de resulterende verbinding een covalente binding genoemd. Water (H₂O) is een van de vele alledaagse voorbeelden van verbindingen met covalente bindingen. Aan de andere kant, wanneer het elektronegativiteitsverschil tussen atomen voldoende groot is, zal één atoom in effect rukt een elektron uit het andere, waardoor een ionische binding ontstaat, zoals in keukenzout (natriumchloride of NaCl).

Verschillende soorten bindingen hebben verschillende bindingsenergieën op basis van het aantal betrokken elektronenparen (twee in een zogenaamde enkele binding, vier in een dubbele binding en acht in een drievoudige binding) en hoe de twee atomen zich tot elkaar verhouden in termen van elektrisch potentieel en andere factoren. Het resultaat is dat individuele bindingsenergieën, of bindingsenthalpie, proefondervindelijk zijn vastgesteld,

Enthalpie is een grootheid in de thermodynamica die de warmte beschrijft die wordt overgedragen tijdens chemische reacties. Als warmte kan het worden gezien als een van de vele vormen van energie in de natuurwetenschap (bijv. potentiële zwaartekrachtenergie, kinetische energie, sonische energie enzovoort).

Bond enthalpie is de energie die nodig is om een ​​bepaalde binding te vormen of te verbreken. De waarde ervan kan tussen moleculen veranderen, zelfs voor hetzelfde type binding. Bijvoorbeeld de bindingsenergie van H₂De twee O-H-bindingen van O zijn 464 kilojoule per mol (kJ/mol), maar in methanol (CH₃OH) de ene O−H-binding heeft een enthalpie van 427 kJ/mol.

De bindingsenthalpie D_x−y van een diatomisch gasmolecuul XY is de enthalpieverandering voor het proces dat wordt weergegeven door de generieke reactie:

XY(g) → X(g) + Y(g)

ΔH° (298 K) = D_x−y

Elke bindingsenthalpieformule wordt volgens afspraak gegeven bij 298 K om de vergelijking te standaardiseren. Dit is ongeveer kamertemperatuur, gelijk aan 25 °C of 77 °F. In werkelijkheid is de bovenstaande reactie meestal hypothetisch, aangezien de meeste moleculen niet bestaan ​​als monoatomaire gassen bij 298 K.

Als je een eenvoudige reactie hebt tussen twee moleculen en de bindingsenthalpieën van het individu kent? bindingen, kunt u de volgende relatie gebruiken om de totale enthalpieverandering voor de te berekenen reactie. Als het negatief is, komt er warmte vrij en is de reactie exotherm; indien positief, is de reactie endotherm (en zal niet verlopen zonder de toevoeging van energie).

H_rxn=ΣΔH_gebroken+ H_gemaakt

Bereken de enthalpie van de reactie:

CO(g) + 2 H₂(g) ⟶ CH₃OH(g)

De enthalpie van de bindingen in het molecuul kan worden bepaald uit de enthalpie van de individuele bindingen. Raadpleeg hiervoor een tabel zoals de pagina in de bronnen.

Je kunt zien dat er in totaal drie bindingen zijn verbroken: de drievoudige binding tussen C en O en de twee H−H-bindingen. De totale enthalpie is 1072 + 2(432) = 1.936 kJ.

Het aantal gevormde bindingen is vijf: drie C−H-bindingen, één C-O-binding en één O-H-binding. De totale enthalpie van deze bindingen is 3(411) + 358 + 459 = 2.050 kJ.

De totale enthalpieverandering is dus 1.936 − 2.050 = −114 kJ. Het negatieve teken geeft aan dat de reactie exotherm is, bevrijdend in plaats van dat er energie voor nodig is.