Как рассчитать энтальпию связи

Когда молекулы образуются путем соединения атомов, образующих связи, процесс требует либо ввод энергии для создания связи или высвобождает энергию в виде тепла, потому что рассматриваемые атомы «хотят» связь. В любом случае система, состоящая из молекул реагента и молекул продукта, претерпевает изменение энергии, которое в данном контексте называется изменением энтальпии.

Молекулы, как вы, наверное, знаете, бывают самых разных «ароматов», и количество различных связей и типов связей, наблюдаемых между различными типами атомов (C−С, С = С, С−H, N−O, C = O и так далее) приводит к большому разнообразию энтальпий связи. Изменение энтальпии реакции может быть вычислено из индивидуальных значений энтальпии связи простым арифметическим способом.

Атомы обычно не «любят» существовать сами по себе; большинство из них проклято расположением своих электронов, которое оставляет их в неоптимальном энергетическом состоянии. Только разделяя, отдавая или получая электроны, большинство атомов может достичь более низкого (т.е. предпочтительного) энергетического состояния. (Благородные газы, такие как гелий и неон, являются заметными исключениями.)

Когда атомы обмениваются электронами для создания связей, полученная связь называется ковалентной связью. Вода (H₂O) - один из многих повседневных примеров соединений с ковалентными связями. С другой стороны, когда разность электроотрицательностей между атомами достаточно велика, один атом в эффект отрывает один электрон от другого, создавая ионную связь, как в поваренной соли (хлорид натрия или NaCl).

Различные типы связей имеют разную энергию связи в зависимости от количества задействованных электронных пар (две в так называемой одинарной связи, четыре в двойной связи и восемь в тройной связи) и как два атома относятся друг к другу с точки зрения электрического потенциала и других факторов. В результате энергия отдельных связей или энтальпии связи, экспериментально определены,

Энтальпия это величина в термодинамике, описывающая тепло, которое передается во время химических реакций. Как тепло, его можно рассматривать как одну из многих форм энергии в физической науке (например, гравитационная потенциальная энергия, кинетическая энергия, звуковая энергия и т. Д.).

Связанная энтальпия это энергия, необходимая для образования или разрыва данной связи. Его значение может меняться между молекулами, даже для одного и того же типа связи. Например, энергия связи H₂Две O-H связи O составляют 464 килоджоулей на моль (кДж / моль), но в метаноле (CH₃OH) одна связь O-H имеет энтальпию 427 кДж / моль.

Энтальпия связи D_х-у молекулы двухатомного газа XY - это изменение энтальпии для процесса, представленного общей реакцией:

XY (г) → X (г) + Y (г)

ΔH ° (298 К) = D_х-у

Любая формула энтальпии связи дана при 298 K условно для стандартизации уравнения. Это примерно комнатная температура, равная 25 ° C или 77 ° F. В действительности описанная выше реакция чаще всего является гипотетической, поскольку большинство молекул не существует в виде одноатомных газов при 298 К.

Если у вас есть простая реакция между двумя молекулами и вы знаете энтальпии связи отдельных связей, вы можете использовать следующее соотношение для расчета общего изменения энтальпии для реакция. Если он отрицательный, выделяется тепло, и реакция экзотермична; если положительный, реакция эндотермическая (и не будет продолжаться без добавления энергии).

ЧАС_rxn= ΣΔH_{сломанный}+ ΣΔH_сделал

Рассчитайте энтальпию реакции:

CO (г) + 2 H₂(г) ⟶ CH₃ОН (г)

Энтальпия связей в молекуле может быть определена из энтальпий отдельных связей. Для этого обратитесь к таблице, такой как страница, приведенная в разделе "Ресурсы".

Вы можете видеть, что всего разорваны три связи: тройная связь между C и O и две связи H-H. Полная энтальпия составляет 1072 + 2 (432) = 1936 кДж.

Количество образующихся связей - пять: три C−H-связи, одна связь C-O и одна связь O-H. Суммарная энтальпия этих связей составляет 3 (411) + 358 + 459 = 2,050 кДж.

Таким образом, полное изменение энтальпии составляет 1936 - 2050 = −114 кДж. Отрицательный знак показывает, что реакция является экзотермической, высвобождая, а не требуя энергии для протекания.