วิธีการคำนวณเอนทัลปีบอนด์

เมื่อโมเลกุลเกิดขึ้นจากการรวมตัวของอะตอมที่สร้างพันธะ กระบวนการก็ต้องการ การป้อนพลังงานเพื่อสร้างพันธะหรือปลดปล่อยพลังงานเป็นความร้อนเพราะอะตอมที่เป็นปัญหา "ต้องการ" ถึง พันธบัตร ไม่ว่าในกรณีใด ระบบที่ประกอบด้วยโมเลกุลของสารตั้งต้นและโมเลกุลของผลิตภัณฑ์จะผ่านการเปลี่ยนแปลงพลังงาน ซึ่งในบริบทนี้เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงของเอนทัลปี

อย่างที่คุณอาจทราบ โมเลกุลนั้นมี "รสชาติ" ทุกประเภท และจำนวนของพันธะและพันธะประเภทต่าง ๆ ที่สังเกตพบระหว่างอะตอมประเภทต่างๆ (C−C, C=C, C−H, นู๋−O, C=O และอื่นๆ) ส่งผลให้เกิดเอนทาลปีของพันธะที่หลากหลาย การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีสำหรับปฏิกิริยาสามารถคำนวณได้จากค่าแต่ละค่าของเอนทาลปีของพันธะด้วยวิธีทางคณิตศาสตร์อย่างง่าย

อะตอมมักไม่ "ชอบ" ที่จะมีอยู่โดยลำพัง ส่วนใหญ่ถูกสาปแช่งด้วยการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่ปล่อยให้พวกเขาอยู่ในสถานะพลังงานที่น้อยกว่าที่เหมาะสม โดยการแบ่งปัน บริจาค หรือรับอิเล็กตรอนเท่านั้นจึงจะสามารถทำให้อะตอมส่วนใหญ่มีสถานะพลังงานที่ต่ำกว่า (เช่น ที่พึงประสงค์) ได้ (ก๊าซมีตระกูล เช่น ฮีเลียมและนีออน เป็นข้อยกเว้นที่น่าสังเกต)

เมื่ออะตอมใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเพื่อสร้างพันธะ การเชื่อมต่อที่ได้จะเรียกว่าพันธะโควาเลนต์ น้ำ (H

พันธะประเภทต่าง ๆ มีพลังงานพันธะที่แตกต่างกันตามจำนวนคู่อิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้อง (สองในพันธะเดี่ยวที่เรียกว่าสี่ ในพันธะคู่และแปดในพันธะสาม) และความสัมพันธ์ของอะตอมทั้งสองในแง่ของศักย์ไฟฟ้าและปัจจัยอื่นๆ ผลที่ได้คือพลังงานพันธะของแต่ละบุคคลหรือ เอนทาลปีของพันธบัตร, ถูกกำหนดโดยการทดลอง,

เอนทัลปี เป็นปริมาณในอุณหพลศาสตร์ที่อธิบายความร้อนที่ถ่ายเทระหว่างปฏิกิริยาเคมี ในแง่ของความร้อน อาจถือได้ว่าเป็นพลังงานหลายรูปแบบในวิทยาศาสตร์กายภาพ (เช่น พลังงานศักย์โน้มถ่วง พลังงานจลน์ พลังงานเสียง และอื่นๆ)

เอนทาลปีบอนด์ เป็นพลังงานที่จำเป็นในการสร้างหรือทำลายพันธะที่กำหนด ค่าของมันสามารถเปลี่ยนแปลงได้ระหว่างโมเลกุล แม้กระทั่งสำหรับพันธะประเภทเดียวกัน ตัวอย่างเช่น พลังงานพันธะของ H₂พันธะ O−H สองพันธะของ O คือ 464 กิโลจูลต่อโมล (kJ/mol) แต่เป็นเมทานอล (CH₃OH) พันธะ O−H หนึ่งพันธะมีเอนทาลปี 427 กิโลจูล/โมล

พันธะเอนทาลปี D_x−y ของโมเลกุลก๊าซไดอะตอมมิก XY คือการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีสำหรับกระบวนการที่แสดงโดยปฏิกิริยาทั่วไป:

XY(g) → X(g) + Y(g)

ΔH° (298 K) = D_x−y

สูตรเอนทาลปีของพันธะใด ๆ ที่ 298 K ตามแบบแผนเพื่อสร้างมาตรฐานของสมการ นี่คืออุณหภูมิห้องโดยประมาณ เท่ากับ 25 °C หรือ 77 °F ในความเป็นจริง ปฏิกิริยาข้างต้นมักเป็นการสมมุติ เนื่องจากโมเลกุลส่วนใหญ่ไม่มีอยู่จริงในรูปของก๊าซ monatomic ที่ 298 K

หากคุณมีปฏิกิริยาง่าย ๆ ระหว่างสองโมเลกุลและรู้พันธะเอนทาลปีของแต่ละบุคคล คุณสามารถใช้ความสัมพันธ์ต่อไปนี้เพื่อคำนวณการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีทั้งหมดสำหรับ ปฏิกิริยา. ถ้ามันเป็นลบ ความร้อนจะถูกปล่อยออกมา และปฏิกิริยาจะเป็นคายความร้อน หากเป็นบวก ปฏิกิริยาจะดูดความร้อน (และจะไม่ดำเนินต่อไปหากไม่มีพลังงานเพิ่มเติม)

โฮ_rxn=ΣΔH_หัก+ ΣΔH_ทำ

คำนวณเอนทาลปีของปฏิกิริยา:

CO(g) + 2 H₂(ช) ⟶ CH₃OH(ก.)

เอนทาลปีของพันธะในโมเลกุลสามารถหาได้จากเอนทาลปีของพันธะแต่ละตัว สำหรับสิ่งนี้ ให้อ้างอิงถึงตาราง เช่น เพจที่ให้ไว้ในแหล่งข้อมูล

คุณจะเห็นได้ว่ามีการหักพันธะทั้งหมดสามอัน: พันธะสามตัวระหว่าง C และ O และพันธะ H−H สองอัน เอนทาลปีทั้งหมดคือ 1072 + 2 (432) = 1,936 kJ

จำนวนพันธบัตรที่เกิดขึ้นคือห้า: สาม C−พันธะ H พันธะ C-O หนึ่งตัว และพันธะ O−H หนึ่งตัว เอนทาลปีรวมของพันธบัตรเหล่านี้คือ 3(411 ) + 358 + 459 = 2,050 kJ

ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีทั้งหมดคือ 1,936 − 2,050 = −114 kJ. เครื่องหมายลบแสดงว่าปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ปลดปล่อยพลังงานออกมาแทนที่จะต้องใช้พลังงานเพื่อดำเนินการต่อ