Κατανοώντας τις Ενέργειες Δεσμών:Σχηματισμός &Διάσπαση

Τι είναι η ενέργεια των ομολόγων;

Κανένα μόριο στη χημεία δεν θα υπήρχε χωρίς δεσμούς που συνδέουν άτομα. Επειδή ο σχηματισμός δεσμών απελευθερώνει ενέργεια, υπάρχουν μόρια επειδή τα άτομα προτιμούν μια σταθερή ένωση με λιγότερη ενέργεια. Για να σπάσουν αυτοί οι σταθεροί δεσμοί, πρέπει να προστεθεί ενέργεια στο σύστημα. Επομένως, αυτή η τιμή είναι γνωστή ως ενέργεια δεσμού.

Κατά τη διάσπαση των δεσμών απαιτείται πάντα ενέργεια ως ενδόθερμη αντίδραση. Από την άλλη πλευρά, η ενέργεια απελευθερώνεται πάντα όταν σχηματίζονται δεσμοί ως εξώθερμη αντίδραση.

Οι ενέργειες των δεσμών, ή η ισχύς ενός δεσμού, καθορίζουν πόση ενέργεια απελευθερώνεται ή απαιτείται σε αυτές τις διαδικασίες. Τα μόρια μπορεί να διαφέρουν ως προς τις συνολικές ενθαλπίες αντίδρασης ανάλογα με τους δεσμούς τους.

Η ενέργεια σχηματισμού δεσμού ενός μορίου είναι η θερμότητα/ενέργεια που απελευθερώνεται κατά το σχηματισμό του προϊόντος. Σε μια αντίδραση, η ενέργεια σχηματισμού δεσμού είναι η ενέργεια που απελευθερώνεται στο στάδιο σχηματισμού προϊόντος. Κατά συνέπεια, αυτή η τιμή είναι πάντα αρνητική, καθώς σχηματίζοντας δεσμούς απελευθερώνεται ενέργεια.

Η ενέργεια διάστασης δεσμού ενός μορίου είναι η θερμότητα που απαιτείται για τη διάσπαση των δεσμών. Σε μια αντίδραση, η ενέργεια διάστασης του δεσμού είναι η ενέργεια που απαιτείται για τη διάσπαση των δεσμών του αρχικού αντιδραστηρίου. Κατά συνέπεια, αυτή η τιμή είναι πάντα θετική καθώς το σπάσιμο των δεσμών απαιτεί ενέργεια.

Η προσθήκη των ενεργειών διάστασης και σχηματισμού έχει ως αποτέλεσμα τη συνολική ενθαλπία της αντίδρασης ή το καθαρό σύνολο ενέργειας σε όλη την πρόοδο της αντίδρασης. Έτσι, οι ενέργειες σχηματισμού δεσμού και διάστασης καθορίζουν εάν η ενθαλπία μιας συνολικής αντίδρασης είναι ενδόθερμη ή εξώθερμη.

Εάν το σπάσιμο των δεσμών του αντιδραστηρίου απαιτεί περισσότερη ενέργεια από την ενέργεια που απελευθερώνεται στο σχηματισμό του προϊόντος, η αντίδραση είναι ενδόθερμη. Εάν ο σχηματισμός ενός προϊόντος απελευθερώνει περισσότερη ενέργεια από το σπάσιμο των δεσμών του αντιδρώντος, η αντίδραση είναι εξώθερμη.

Τύπος ενθαλπίας δεσμού

Επομένως, ο τύπος ενέργειας δεσμού βοηθά στον υπολογισμό της ενθαλπίας μιας αντίδρασης με βάση τις ενέργειες διάστασης και σχηματισμού δεσμών. Η παρακάτω αντίδραση υπολογίζει τη συνολική ενθαλπία καθώς οι δεσμοί που σχηματίζονται αφαιρούνται από τους δεσμούς που έχουν σπάσει.

   

Σε αυτήν την εξίσωση:

   

συνολική ενθαλπία αντίδρασης

   

άθροισμα θερμότητας που απελευθερώνεται από το σχηματισμό δεσμών του προϊόντος

   

άθροισμα θερμότητας που απορροφάται από το σπάσιμο των δεσμών του αντιδρώντος

Αυτή η εξίσωση μπορεί να λύσει οποιαδήποτε από αυτές τις τρεις τιμές και είναι ένας βασικός τύπος στη θερμοδιααμική, τη φυσική χημεία και πολλά άλλα.

Ποιότητα ισχύος δεσμών και περιοδικές τάσεις

Διάφορες ιδιότητες καθορίζουν τις ενέργειες διάσπασης και σχηματισμού ενός δεσμού. Συνήθως, η ισχύς ενός δεσμού εξαρτάται από:

• Μήκος δεσμού
• Εντολή ομολόγων
• Γωνία δεσμού

Πρώτον, καθώς οι βραχύτεροι δεσμοί μοιράζονται περισσότερα ηλεκτρόνια σθένους με άλλα άτομα, αυτοί οι δεσμοί είναι συχνά ισχυρότεροι και απαιτούν περισσότερη ενέργεια για να σπάσουν από τους μεγαλύτερους δεσμούς. Καθώς η απόσταση μεταξύ των πυρήνων των δύο ατόμων μειώνεται, η ισχύς του δεσμού αυξάνεται.

Ομοίως, καθώς οι τριπλοί και οι διπλοί δεσμοί είναι και οι δύο βραχύτεροι από έναν απλό δεσμό, έτσι οι πολλαπλοί δεσμοί έχουν υψηλότερες ενέργειες διάστασης και σχηματισμού. Επομένως, μια υψηλότερη σειρά δεσμού έχει ως αποτέλεσμα περισσότερη ενέργεια που απαιτείται για να σπάσει ο δεσμός.

Επιπλέον, καθώς μια μεγαλύτερη γωνία μεταξύ των ατόμων οδηγεί σε μικρότερα μήκη δεσμού, τα μόρια με μεγαλύτερες γωνίες απαιτούν περισσότερη ενέργεια για να σπάσουν τους δεσμούς τους. Το αντίθετο ισχύει για μόρια με μικρότερη γωνία μεταξύ των ατόμων.

Όσον αφορά τις τάσεις του περιοδικού πίνακα που σχετίζονται με τις ενέργειες σχηματισμού/διάσπασης δεσμών, τα άτομα μεγαλώνουν καθώς μετακινείστε προς τα κάτω και αριστερά στον περιοδικό πίνακα. Καθώς οι μεγαλύτερες ατομικές ακτίνες οδηγούν σε μεγαλύτερους δεσμούς, αυτά τα άτομα συχνά σχηματίζουν δεσμούς με μικρότερες ενέργειες διάστασης και σχηματισμού. Αυτή η περιοδική τάση ισχύει αντίστροφα για άτομα με μικρότερες ατομικές ακτίνες/μήκη δεσμού.

Σημαντικά γραφήματα και πίνακες

Ο παρακάτω πίνακας παραθέτει πειραματικά καθορισμένες μέσες ενέργειες σχηματισμού/διάσπασης δεσμών για διαφορετικούς δεσμούς. Όλες οι ενεργειακές τιμές αναφέρονται σε (kJ/mol)

Χρησιμοποιώντας τον παραπάνω τύπο ενέργειας δεσμού, οποιαδήποτε τιμή στην εξίσωση μπορεί να προσδιοριστεί προσθέτοντας τις ενέργειες των δεσμών μέσα σε ένα μόριο.

H-H432 kJ/molC=C614 kJ/molS-Cl253 kJ/molH-F565 kJ/molO=O495 kJ/molS-H347 kJ/molH-Cl427 kJ/molN=O607 kJ/molI-Br39-C kJ/molN=N418 kJ/molN-O201 kJ/molC-H413 kJ/molC=N615 kJ/molF-Cl253 kJ/mol Μέσες ενέργειες δεσμού σε (kJ/mol)

Πρόβλημα εξάσκησης εξίσωσης ενέργειας δεσμού

Τέλος, ας προσπαθήσουμε να υπολογίσουμε την ενέργεια σχηματισμού δεσμού, την ενέργεια διάστασης και τη συνολική ενθαλπία αντίδρασης με δύο προβλήματα εξάσκησης!

Για παράδειγμα, ας εξετάσουμε την καύση του μεθανίου σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό.

   

Μέσα σε αυτήν την αντίδραση, ποια είναι η συνολική ενθαλπία της αντίδρασης; Ομοίως, είναι η αντίδραση εξώθερμη ή ενδόθερμη;

Εν ολίγοις, μπορούμε να λύσουμε αυτό το πρόβλημα χρησιμοποιώντας τον παραπάνω πίνακα μέσης ενέργειας δεσμού και τον τύπο ενθαλπίας δεσμού. Από την πλευρά των αντιδρώντων, υπάρχουν 4 δεσμοί C-H και 2 δεσμοί O=O. Στην πλευρά των προϊόντων, υπάρχουν 2 δεσμοί C=O και 4 δεσμοί O-H.

Κύση μεθανίου

Επομένως, προσθέτοντας όλες τις μέσες ενέργειες δεσμού στα προϊόντα και τα αντιδρώντα, μπορούμε στη συνέχεια να υπολογίσουμε τη συνολική ενθαλπία αντίδρασης.

   

Επομένως, η συνολική ενέργεια που απαιτείται για τη διάσπαση των δεσμών των αντιδρώντων είναι 2642 kJ/mol. Η συνολική ενέργεια για το σχηματισμό των δεσμών των προϊόντων είναι 3450 kJ/mol.

Στη συνέχεια, συνδέστε αυτές τις δύο τιμές στον τύπο ενέργειας δεσμού και η συνολική ενθαλπία αντίδρασης είναι -808 kJ/mol , μια εξώθερμη αντίδραση.

Για περισσότερη βοήθεια, παρακολουθήστε το διαδραστικό μας βίντεο σχετικά με την ενέργεια διάσπασης δεσμών!

Σχετικά άρθρα

Κάντε κλικ στους παρακάτω συνδέσμους του άρθρου για περισσότερα άρθρα ChemTalk που σχετίζονται με τον σχηματισμό δεσμών και τις ενέργειες διάσπασης!

• Ενθαλπία δεσμού και ενέργεια δεσμών
• Τι είναι ένας χημικός δεσμός;
• Θερμότητα αντίδρασης
• Ενδόθερμες έναντι εξώθερμων αντιδράσεων
• Οι νόμοι της θερμοδυναμικής