Kako izračunati entalpijo obveznic

Ko molekule nastanejo s spajanjem atomov, ki tvorijo vezi, postopek zahteva ali vnos energije za ustvarjanje vezi ali sprošča energijo kot toploto, ker zadevni atomi to "želijo" obveznica. V obeh primerih se sistem, sestavljen iz molekul reaktantov in molekul produkta, spremeni v energijsko, kar se v tem kontekstu imenuje entalpijska sprememba.

Molekule, kot verjetno že veste, imajo različne vrste "okusov" in število različnih vezi in vrst vezi, ki jih opazimo med različnimi vrstami atomov (C−C, C = C, C−H, N−O, C = O in tako naprej) povzroči široko paleto entalpij vezi. Spremembo entalpije za reakcijo lahko na enostaven aritmetični način izračunamo iz posameznih vrednosti entalpije vezi.

Atomi običajno ne marajo obstajati sami; večina jih je preklet z razporeditvijo svojih elektronov, ki jih pustijo v manj kot optimalnih energetskih stanjih. Samo z izmenjavo, darovanjem ali pridobivanjem elektronov lahko večina atomov doseže nižje (tj. Prednostno) energijsko stanje. (Plemeniti plini, kot sta helij in neon, so pomembne izjeme.)

Ko si atomi delijo elektrone, da ustvarijo vezi, nastalo povezavo imenujemo kovalentna vez. Voda (H₂O) je eden izmed mnogih vsakdanjih primerov spojin s kovalentnimi vezmi. Po drugi strani pa je, ko je razlika elektronegativnosti med atomi dovolj velika, en atom v učinek izvleče elektron iz drugega in ustvari ionsko vez, kot pri kuhinjski soli (natrijev klorid ali NaCl).

Različne vrste vezi imajo različne energije vezi glede na število vključenih elektronskih parov (dve v tako imenovani enojni vezi, štiri v dvojni vezi in osem v trojni vezi) in kako sta atoma med seboj povezana glede na električni potencial in druge dejavnike. Rezultat je, da posamezne vezi vezi, oz entalpije vezi, so bili eksperimentalno določeni,

Entalpija je količina v termodinamiki, ki opisuje toploto, ki se prenaša med kemičnimi reakcijami. Kot toploto jo lahko razumemo kot eno izmed mnogih oblik energije v fizikalni znanosti (npr. Gravitacijsko potencialno energijo, kinetično energijo, zvočno energijo itd.).

Entalpija vezi je energija, potrebna za tvorbo ali prekinitev dane vezi. Njegova vrednost se lahko spreminja med molekulami, tudi za isto vrsto vezi. Na primer, vezna energija H₂O-dve vezi O-H sta 464 kilojoulov na mol (kJ / mol), vendar v metanolu (CH₃OH) ena O-H vez ima entalpijo 427 kJ / mol.

Entalpija vezi D_{x − y} dvoatomske molekule plina XY je sprememba entalpije za postopek, ki ga predstavlja generična reakcija:

XY (g) → X (g) + Y (g)

ΔH ° (298 K) = D_{x − y}

Katera koli formula entalpije vezi je po dogovoru podana pri 298 K za standardizacijo enačbe. To je približno sobna temperatura, enaka 25 ° C ali 77 ° F. V resnici je zgornja reakcija najpogosteje hipotetična, saj večina molekul ne obstaja kot monatomski plini pri 298 K.

Če imate preprosto reakcijo med dvema molekulama in poznate entalpije vezi posameznika obveznic, lahko uporabite naslednje razmerje za izračun skupne spremembe entalpije za reakcija. Če je negativna, se sprosti toplota in reakcija je eksotermna; če je pozitivna, je reakcija endotermna (in ne bo potekala brez dodajanja energije).

H_rxn= ΣΔH_zdrobljen+ ΣΔH_narejeno

Izračunajte entalpijo reakcije:

CO (g) + 2H₂(g) ⟶ CH₃OH (g)

Entalpijo vezi v molekuli lahko določimo iz entalpij posameznih vezi. Za to glejte tabelo, kot je stran, navedena v virih.

Vidite lahko, da so skupaj prekinjene tri vezi: trojna vez med C in O ter dve H-H vezi. Skupna entalpija je 1072 + 2 (432) = 1.936 kJ.

Število oblikovanih obveznic je pet: tri C−H vezi, ena C-O vez in ena O-H vez. Skupna entalpija teh vezi je 3 (411) + 358 + 459 = 2.050 kJ.

Tako je celotna sprememba entalpije 1.936 - 2.050 = −114 kJ. Negativni znak kaže, da je reakcija eksotermna, sprošča in ne zahteva energije za nadaljevanje.