Ενέργεια δεσμού ή ενέργεια διάσπασης δεσμών
Τα άτομα απαιτούν περισσότερη ενέργεια για να σταθούν μόνα τους από ό,τι όταν βρίσκονται σε δεσμό. Έτσι, συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ενώσεις. Τα συνδεδεμένα άτομα απαιτούν λιγότερη ενέργεια από τα μεμονωμένα άτομα. Η ενέργεια απελευθερώνεται όταν δημιουργείται ένας δεσμός και η ενέργεια χρησιμοποιείται για να σπάσει έναν δεσμό. Έτσι, όταν λαμβάνει χώρα μια χημική αντίδραση, πολυάριθμοι μοριακοί δεσμοί σπάνε και σχηματίζονται επίσης νέοι δεσμοί. Αυτή η απελευθερωμένη ενέργεια υπάρχει κυρίως ως θερμότητα.
Η ενέργεια δεσμού είναι μια μέση τιμή που μετρά την αντοχή δεσμού ενός χημικού δεσμού, ενώ η ενέργεια διάστασης δεσμού σπάει ένα μόνο συγκεκριμένο δεσμό.
Ενέργεια δεσμών (E)
Η ενέργεια του δεσμού είναι μια μέση τιμή της αντοχής του δεσμού σε μια χημική αντίδραση. Γράφεται ως (Ε). Παρέχει την απαιτούμενη ενέργεια για τη δημιουργία ή τη διάσπαση ενός δεσμού μεταξύ των ίδιων ατόμων σε μια ένωση, δηλαδή μπορεί να είναι ενδόθερμος ή εξώθερμος.
Όταν η ενέργεια του δεσμού είναι υψηλή, σημαίνει ότι ο δεσμός είναι ισχυρός. Η υψηλότερη αντοχή δεσμού απαιτεί μεγαλύτερη ενέργεια δεσμού για να σπάσει. Για παράδειγμα, ένας απλός δεσμός άνθρακα-άνθρακα απαιτεί ενέργεια δεσμού 80 kcal/mol και ένας πολύ ισχυρότερος διπλός δεσμός άνθρακα-άνθρακα χρειάζεται ενέργεια 145 kcal/mol.
Όταν καταναλώνεται ενέργεια, θα είναι μια ενδόθερμη αντίδραση. Όταν απελευθερώνεται ενέργεια, είναι μια εξώθερμη αντίδραση.
2H2 + O2 →2 H2O +135 kcal είναι μια εξώθερμη αντίδραση όπου η ενέργεια απελευθερώνεται ως θερμότητα.
N2 + O2 + 45 kcal → 2NO είναι μια ενδόθερμη αντίδραση όπου χρησιμοποιείται ενέργεια.
Όταν η ενέργεια του δεσμού (E) που συνδέεται με ένα ζεύγος ατόμων είναι υψηλή, τόσο ισχυρότερος είναι ο δεσμός και τόσο μικρότερη είναι η απόσταση μεταξύ των 2 ατόμων.
Όταν λαμβάνει χώρα μια αντίδραση, η ενέργεια του δεσμού λαμβάνει υπόψη όλο τον σχηματισμό και τη διάσταση του δεσμού. Ας υποθέσουμε ότι μια χημική αντίδραση είχε 2, 3 kcal στην πλευρά του αντιδρώντος και 3, 4 kcal στην πλευρά του προϊόντος. Τότε, η ενέργεια του δεσμού είναι -2 kcal (μέσος όρος της συνολικής ενέργειας που απορροφάται – συνολική ενέργεια που εκπέμπεται). Δεδομένου ότι η τιμή είναι αρνητική, είναι μια εξώθερμη αντίδραση.
Μπορούμε να υπολογίσουμε την ενέργεια δεσμού (E) ως:
ΔH =∑H(ομόλογα σπασμένα) – ∑H(δεσμοί που σχηματίστηκαν)
Με λίγα λόγια, κάθε χημικός δεσμός έχει μια συγκεκριμένη ενέργεια δεσμού μαζί του. Είναι η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για να σπάσει ή να σχηματιστεί ο αντίστοιχος δεσμός. Η θερμότητα που απελευθερώνεται ή απορροφάται σε μια αντίδραση μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας αυτήν την ενέργεια δεσμού.
Ενέργεια διάστασης δεσμών (H)
Η ενέργεια διάστασης δεσμού είναι η ενέργεια που απαιτείται για τη διάσπαση ενός συγκεκριμένου δεσμού. Διαχωρίζει τα άτομα σε ελεύθερες ρίζες. Γράφεται ως (Η). Η ενέργεια διάστασης δεσμού είναι η ενεργειακή αλλαγή που συμβαίνει όταν ένας δεσμός υφίσταται διάσταση. Είναι συγκεκριμένο για ένα μόνο ομόλογο.
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η ενέργεια 1, 2, 3, 4 kcal σε μια χημική αντίδραση είναι η διάσταση του δεσμού ενέργειες (χρησιμοποιείται για να σπάσει έναν δεσμό). Ο μέσος όρος αυτών των ενεργειών είναι η ενέργεια του δεσμού.
Οι μετρήσεις για την ενέργεια διάστασης δεσμών ξεκίνησαν τη δεκαετία του 1930. Η τιμή ενέργειας διάστασης του πειραματικού δεσμού άλλαζε από καιρό σε καιρό. Πολλές σημαντικές οργανικές ενώσεις επαναμετρήθηκαν επίσης πολλές φορές. Το C-H στο μεθάνιο είναι ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα αυτού. Ήταν 98 kcal/mol στην αρχή, αλλά τώρα, έχει αλλάξει σε 105 kcal/mol. Η σταθερά ισορροπίας είναι πολύ ευαίσθητη σε τυχόν σφάλματα που σχετίζονται με την ενέργεια διάστασης του δεσμού.
Οι μέθοδοι πειραματικής μέτρησης της ενέργειας διάστασης δεσμών περιλαμβάνουν φασματομετρία, κινητική πυρόλυσης, χημική ισορροπία, φωτοκινητικότητα και και φασματομετρία μάζας.
Ερωτήσεις προηγούμενων ετών
Ένας δεσμός Η-Η και ένας δεσμός Ι-Ι συνδυάζονται για να σχηματίσουν 2 δεσμούς Η-Ι. (Η-Η =436 KJ/mol, Ι-Ι =151 KJ/mol, Η-Ι =297 KJ/mol). Ποια είναι η αλλαγή της ενθαλπίας και τι είδους αντίδραση είναι αυτή;
H2+I2→2HI
ΔH =∑H(σπασμένα δεσμά ) – ∑H(δημιουργήθηκαν δεσμοί)
∑H(σπασμένα δεσμά)=436 + 151 =587 KJ/mol
∑H(δημιουργήθηκαν δεσμοί)=2 x 297
E =587 – (2 x 297)
=-7 KJ/mol
Είναι μια εξώθερμη αντίδραση.
A2 + B2 2C (ενέργεια δεσμού A =430 KJ/mol, ενέργεια δεσμού B =240 KJ/mol, ενέργεια δεσμού C =425 KJ/mol). Υπολογίστε την αλλαγή ενέργειας.
ΔH =∑H(σπασμένα δεσμά ) – ∑H(δημιουργήθηκαν δεσμοί)
=(430+ 240) – (2 x 425)
=670 – 850
=-180 KJ/mol
-180 KJ/mol είναι η υπολογισμένη μεταβολή ενέργειας. Επομένως, είναι μια εξώθερμη αντίδραση.
2C A2 + B2 (ενέργεια δεσμού C =360 KJ/mol, ενέργεια δεσμού A =430 KJ/mol, ενέργεια δεσμού B =200 KJ/mol). Υπολογίστε την αλλαγή ενέργειας
ΔH =∑H(ομόλογα που έχουν σπάσει) – ∑H(δημιουργήθηκαν δεσμοί)
=(2 x 360) – (430+200)
=720 – 630
=+90 KJ/mol
+90 KJ/mol είναι η υπολογισμένη μεταβολή ενέργειας. Ως εκ τούτου, είναι μια ενδόθερμη αντίδραση.
H2 + ½ O2 H2O (Η-Η είναι 432 KJ/mol, 0 =0 είναι 496 KJ/mol, Η-Ο είναι 463 KJ/mol). Υπολογίστε την αλλαγή ενέργειας.
ΔH =∑H(ομόλογα που έχουν σπάσει) – ∑H(σχηματισμένα ομόλογα)
=(432 + (0,5)(496)) – (2 x 463)
=680 – 926
=-240 KJ/mol
Η υπολογιζόμενη μεταβολή ενέργειας είναι – 240 KJ/mol.
Ως εκ τούτου, είναι μια ενδόθερμη αντίδραση.
Συμπέρασμα
Η ενέργεια του δεσμού είναι μια μέση τιμή της αντοχής του δεσμού σε μια χημική αντίδραση. Γράφεται ως (Ε).
Μπορούμε να υπολογίσουμε την ενέργεια δεσμού (E) ως:
ΔH =∑H(ομόλογα σπασμένα) – ∑H(δεσμοί που σχηματίστηκαν)
Η ενέργεια δεσμού παρέχει την απαιτούμενη ενέργεια για τη δημιουργία ή τη διάσπαση ενός δεσμού. Μπορεί να είναι είτε ενδόθερμο είτε εξώθερμο. Ενώ η ενέργεια διάστασης δεσμού είναι η ενέργεια που απαιτείται για να σπάσει ένας συγκεκριμένος δεσμός. Γράφεται ως (Η). Είναι η ενεργειακή αλλαγή που συμβαίνει όταν ένας δεσμός υφίσταται διάσπαση.
Οι μέθοδοι πειραματικής μέτρησης της ενέργειας διάστασης δεσμών περιλαμβάνουν φασματομετρία, κινητική πυρόλυσης, χημική ισορροπία και κινητική φωτόλυση και φασματομετρία μάζας.
