Kiedy cząsteczki są tworzone przez łączenie atomów tworzących wiązania, proces wymaga albo wkład energii w celu wytworzenia wiązania lub uwalnia energię w postaci ciepła, ponieważ atomy, o których mowa, „chcą” więź. W obu przypadkach układ składający się z cząsteczek reagentów i cząsteczek produktu podlega zmianie energii, która w tym kontekście nazywana jest zmianą entalpii.
Cząsteczki, jak zapewne wiesz, mają różne „smaki” i liczbę różnych wiązań i typów wiązań obserwowanych między różnymi typami atomów (C−C, C=C, C−H, N−O, C=O i tak dalej) skutkuje szeroką gamą entalpii wiązania. Zmianę entalpii dla reakcji można obliczyć z poszczególnych wartości entalpii wiązania w prosty sposób arytmetyczny.
Co to jest wiązanie chemiczne?
Atomy zazwyczaj nie „lubią” istnieć samodzielnie; większość jest przeklętych układami swoich elektronów, które pozostawiają je w stanach energetycznych mniej niż optymalnych. Tylko poprzez dzielenie się, oddawanie lub pozyskiwanie elektronów większość atomów może osiągnąć niższy (tj. preferowany) stan energetyczny. (Gazy szlachetne, takie jak hel i neon, są godnymi uwagi wyjątkami.)
Kiedy atomy dzielą się elektronami, tworząc wiązania, powstałe połączenie nazywa się wiązaniem kowalencyjnym. Woda (H2O) jest jednym z wielu codziennych przykładów związków z wiązaniami kowalencyjnymi. Z drugiej strony, gdy różnica elektroujemności między atomami jest wystarczająco duża, jeden atom w atom efekt wyrywa elektron z drugiego, tworząc wiązanie jonowe, jak w soli kuchennej (chlorek sodu lub NaCl).
Różne rodzaje wiązań mają różne energie wiązania w zależności od liczby zaangażowanych par elektronów (dwie w tak zwanym wiązaniu pojedynczym, cztery w wiązaniu podwójnym i osiem w wiązaniu potrójnym) i jak te dwa atomy odnoszą się do siebie pod względem potencjału elektrycznego i innych czynników. Rezultat jest taki, że indywidualne energie wiązania, lub, entalpie wiązania, zostały eksperymentalnie ustalone,
Co to jest entalpia wiązania?
Entalpia jest wielkością termodynamiki opisującą ciepło, które jest przenoszone podczas reakcji chemicznych. Jako ciepło można je traktować jako jedną z wielu form energii w naukach fizycznych (np. grawitacyjna energia potencjalna, energia kinetyczna, energia dźwiękowa itd.).
Entalpia wiązania to energia wymagana do utworzenia lub zerwania danej więzi. Jego wartość może zmieniać się między cząsteczkami, nawet dla tego samego typu wiązania. Na przykład energia wiązania H2Dwa wiązania O-H to 464 kilodżuli na mol (kJ / mol), ale w metanolu (CH3OH) jedno wiązanie O-H ma entalpię 427 kJ/mol.
Równania entalpii wiązania
Entalpia wiązania Dx−y dwuatomowej cząsteczki gazu XY jest zmianą entalpii dla procesu reprezentowanego przez reakcję ogólną:
XY(g) → X(g) + Y(g)
ΔH° (298 K) = Dx−y
Dowolny wzór entalpii wiązania jest podany przy 298 K umownie w celu ujednolicenia równania. Jest to w przybliżeniu temperatura pokojowa, równa 25 °C lub 77 °F. W rzeczywistości powyższa reakcja jest najczęściej hipotetyczna, ponieważ większość cząsteczek nie istnieje jako gazy jednoatomowe w temperaturze 298 K.
Jeśli masz prostą reakcję między dwiema cząsteczkami i znasz entalpie wiązań danej osoby wiązania, możesz użyć następującej zależności do obliczenia całkowitej zmiany entalpii dla reakcja. Jeśli jest ujemny, uwalniane jest ciepło, a reakcja jest egzotermiczna; jeśli jest pozytywna, reakcja jest endotermiczna (i nie będzie przebiegać bez dodania energii).
Hrxn=ΣΔHzłamany+ ΣΔHzrobiony
Przykłady problemów z entalpią wiązania
Oblicz entalpię reakcji:
CO(g) + 2 H2(g) ⟶ CH3OH(g)
Entalpię wiązań w cząsteczce można określić na podstawie entalpii poszczególnych wiązań. W tym celu zapoznaj się z tabelą, taką jak na stronie podanej w Zasobie.
Widać, że zerwane są w sumie trzy wiązania: Potrójne wiązanie między C i O oraz dwa wiązania H-H. Całkowita entalpia wynosi 1072 + 2(432) = 1936 kJ.
Liczba utworzonych wiązań wynosi pięć: trzy C−Wiązania H, jedno wiązanie C-O i jedno wiązanie O-H. Całkowita entalpia tych wiązań wynosi 3(411) + 358 + 459 = 2050 kJ.
Zatem całkowita zmiana entalpii wynosi 1936 − 2050 = -114 kJ. Znak ujemny pokazuje, że reakcja jest egzotermiczna, wyzwalająca, a nie wymagająca energii do dalszego przebiegu.