Como calcular a entalpia de ligação

Quando as moléculas são formadas pela união de átomos que formam ligações, o processo requer um entrada de energia para criar a ligação ou libera energia como calor porque os átomos em questão "querem" ligação. Em ambos os casos, o sistema que consiste nas moléculas do reagente e nas moléculas do produto sofre uma mudança de energia, que neste contexto é chamada de mudança de entalpia.

As moléculas, como você provavelmente sabe, vêm em todos os tipos de "sabores", e o número de diferentes ligações e tipos de ligações observadas entre vários tipos de átomos (C−C, C = C, C−H, N−O, C = O e assim por diante) resulta em uma ampla variedade de entalpias de ligação. A alteração da entalpia para uma reação pode ser calculada a partir dos valores individuais da entalpia da ligação de uma forma aritmética simples.

Os átomos normalmente não "gostam" de existir por conta própria; muitos são amaldiçoados com arranjos de seus elétrons que os deixam em estados de energia abaixo do ideal. Somente compartilhando, doando ou ganhando elétrons, a maioria dos átomos pode atingir um estado de energia inferior (isto é, preferível). (Os gases nobres, como hélio e néon, são exceções notáveis.)

Quando os átomos compartilham elétrons para criar ligações, a conexão resultante é chamada de ligação covalente. Água (H₂O) é um dos muitos exemplos do dia-a-dia de compostos com ligações covalentes. Por outro lado, quando a diferença de eletronegatividade entre os átomos é suficientemente grande, um átomo em efeito arranca um elétron do outro, criando uma ligação iônica, como no sal de cozinha (cloreto de sódio, ou NaCl).

Diferentes tipos de ligações têm diferentes energias de ligação com base no número de pares de elétrons envolvidos (dois em uma ligação chamada simples, quatro em uma ligação dupla e oito em uma ligação tripla) e como os dois átomos se relacionam entre si em termos de potencial elétrico e outros fatores. O resultado é que as energias individuais de ligação, ou entalpias de ligação, foram determinados experimentalmente,

Entalpia é uma quantidade em termodinâmica que descreve o calor que é transferido durante as reações químicas. Como calor, pode ser considerado como uma das muitas formas de energia nas ciências físicas (por exemplo, energia potencial gravitacional, energia cinética, energia sônica e assim por diante).

Entalpia de ligação é a energia necessária para formar ou quebrar um determinado vínculo. Seu valor pode mudar entre as moléculas, mesmo para o mesmo tipo de ligação. Por exemplo, a energia de ligação de H₂As duas ligações O-H de O são 464 kilojoules por mol (kJ / mol), mas em metanol (CH₃OH) a ligação O − H tem uma entalpia de 427 kJ / mol.

A entalpia de ligação D_{x − y} de uma molécula de gás diatômico XY é a mudança de entalpia para o processo representado pela reação genérica:

XY (g) → X (g) + Y (g)

ΔH ° (298 K) = D_{x − y}

Qualquer fórmula de entalpia de ligação é dada em 298 K por convenção para padronizar a equação. Esta é aproximadamente a temperatura ambiente, igual a 25 ° C ou 77 ° F. Na realidade, a reação acima é geralmente hipotética, já que a maioria das moléculas não existe como gases monoatômicos a 298 K.

Se você tem uma reação simples entre duas moléculas e conhece as entalpias de ligação do indivíduo títulos, você pode usar a seguinte relação para calcular a mudança de entalpia total para o reação. Se for negativo, o calor é liberado e a reação é exotérmica; se positivo, a reação é endotérmica (e não ocorrerá sem a adição de energia).

H_rxn= ΣΔH_quebrado+ ΣΔH_feito

Calcule a entalpia da reação:

CO (g) + 2 H₂(g) ⟶ CH₃OH (g)

A entalpia das ligações na molécula pode ser determinada a partir das entalpias das ligações individuais. Para isso, consulte uma tabela como a página fornecida nos Recursos.

Você pode ver que há um total de três ligações quebradas: A ligação tripla entre C e O e as duas ligações H − H. A entalpia total é 1072 + 2 (432) = 1.936 kJ.

O número de ligações formadas é cinco: três C−Ligações H, uma ligação C-O e uma ligação O-H. A entalpia total dessas ligações é 3 (411) + 358 + 459 = 2.050 kJ.

Assim, a mudança de entalpia total é 1.936 - 2.050 = -114 kJ. O sinal negativo mostra que a reação é exotérmica, libertadora em vez de exigir energia para prosseguir.