Ενέργεια και Δύναμη Δεσμών
Ενέργεια δεσμού (BE) είναι η μέση ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη διάσπαση όλων των χημικών δεσμών μεταξύ των ίδιων δύο τύπων ατόμων σε ένα μόριο (π.χ. άνθρακα και υδρογόνο, υδρογόνο και οξυγόνο). Ονομάζεται επίσης μέση ενθαλπία δεσμού ή μέση ενθαλπία δεσμού. Τυπικές μονάδες είναι οι χιλιοθερμίδες ανά γραμμομόριο (kcal/mol) ή οι χιλιοτζούλες ανά mole (kJ/mol). Η ενέργεια του δεσμού είναι ένα μέτρο της αντοχής του δεσμού ενός χημικού δεσμού.
Διαφορά μεταξύ ενέργειας δεσμού και ενέργειας διάσπασης δεσμών
Η ενέργεια του δεσμού και η ενέργεια διάστασης δεσμών είναι σχετικές έννοιες. Η ενέργεια του δεσμού είναι ο μέσος όρος όλων των ενεργειών διάστασης δεσμών για έναν μεμονωμένο τύπο δεσμού σε ένα μόριο.
Μπορεί να υποθέσετε ότι η ενέργεια διάστασης του δεσμού είναι μια σταθερή τιμή για έναν τύπο δεσμού (π.χ. C-H, O-H, O=O), αλλά στην πραγματικότητα αλλάζει μετά τη διάσπαση κάθε χημικού δεσμού. Η σύνθεση του υπόλοιπου μορίου επηρεάζει επίσης τις τιμές ενέργειας διάστασης δεσμών.
Για παράδειγμα, η ενέργεια διάστασης δεσμού για O-H στο νερό (H2 Ο) είναι διαφορετικό όταν σπάει ο πρώτος δεσμός σε σύγκριση με όταν σπάει ο δεύτερος δεσμός. Η ενέργεια του δεσμού είναι ο μέσος όρος αυτών των τιμών.
Η ενέργεια του δεσμού είναι μια μοναδική τιμή για έναν συγκεκριμένο δεσμό σε ένα μόριο (π.χ. O-H), ενώ η ενέργεια διάστασης δεσμού μπορεί να αλλάξει ανάλογα με το αν είναι ο πρώτος σπασμένος δεσμός ή όχι και τι συμβαίνει στην υπόλοιπη ένωση.
Αξίζει να σημειωθεί ότι οι πίνακες τιμών διάστασης δεσμών είναι για διάσπαση ομολυτικού δεσμού. Αυτό σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια που συμμετέχουν σε έναν δεσμό διαιρούνται εξίσου μεταξύ των προϊόντων όταν ο δεσμός σπάει. Στην πραγματικότητα, ορισμένοι δεσμοί σπάνε ετερολυτικά, όπου τα κοινά ηλεκτρόνια πηγαίνουν στο ένα προϊόν και όχι στο άλλο. Αυτό συμβαίνει με μέταλλα μετάπτωσης και ορισμένους συνδέτες.
Σχέση μεταξύ της ενέργειας του δεσμού και της ισχύος του δεσμού
Οι μεγάλες τιμές ενέργειας των δεσμών δείχνουν ισχυρούς χημικούς δεσμούς και σταθερά μόρια. Η υψηλή ενέργεια δεσμού συσχετίζεται με μικρές αποστάσεις μεταξύ δύο ατόμων που συμμετέχουν σε έναν ομοιοπολικό δεσμό. Οι μικρές τιμές ενέργειας των δεσμών υποδεικνύουν σχετικά ασθενείς χημικούς δεσμούς και λιγότερο σταθερά μόρια. Υπάρχει μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ δύο ατόμων όταν η ενέργεια του δεσμού είναι μικρή. Έτσι, εάν γνωρίζετε την απόσταση μεταξύ δύο ατόμων σε έναν χημικό δεσμό, μπορείτε να προβλέψετε την ενέργεια του δεσμού. Επίσης, οι βραχείς δεσμοί τείνουν να είναι διπλοί ή τριπλοί δεσμοί, ενώ οι μακροί δεσμοί είναι απλοί δεσμοί.
Είναι λίγο διαφορετικό στις ιοντικές ενώσεις επειδή τα ιόντα συχνά διατάσσονται σε ένα πλέγμα. Η απόσταση δεν είναι τόσο αξιόπιστος δείκτης αντοχής του δεσμού. Η ενέργεια του δεσμού αυξάνεται καθώς αυξάνεται η διαφορά μεταξύ των τιμών ηλεκτραρνητικότητας των δύο ατόμων. Με άλλα λόγια, οι ισχυρότεροι ιοντικοί δεσμοί σχηματίζονται μεταξύ ατόμων με μεγάλες διαφορές ηλεκτραρνητικότητας.
Απελευθερώνεται ενέργεια όταν σπάνε ή σχηματίζονται δεσμοί;
Το σπάσιμο ενός χημικού δεσμού απαιτεί πάντα εισροή ενέργειας. Ο δεσμός απορροφά ενέργεια έτσι ώστε τα άτομα να μπορούν να διαχωριστούν. Το σπάσιμο του δεσμού είναι μια ενδόθερμη διαδικασία. Οι τιμές του έχουν πάντα θετικό πρόσημο.
Ο σχηματισμός ενός χημικού δεσμού πάντα απελευθερώνει ενέργεια. Ο σχηματισμός δεσμού είναι μια εξώθερμη διαδικασία. Η μεταβολή της ενθαλπίας του είναι αρνητική.
Το αν μια χημική αντίδραση είναι εξώθερμη ή ενδόθερμη εξαρτάται από τη διαφορά μεταξύ της ενέργειας που απορροφάται για τη διάσπαση των δεσμών και της ενέργειας που απελευθερώνεται για το σχηματισμό νέων. Εάν η διάσπαση του δεσμού απορροφά λιγότερη ενέργεια από αυτή που απελευθερώνει ο σχηματισμός δεσμού, τότε η αντίδραση είναι εξώθερμη. Εάν η διάσπαση του δεσμού απορροφά περισσότερη ενέργεια από ό,τι απελευθερώνει ο σχηματισμός δεσμού, τότε η αντίδραση είναι ενδόθερμη.
