Як обчислити енергію зв`язку: 12 кроків

Енергія зв`язку є важливим поняттям в хімії. Вона визначає кількість енергії, яка необхідна для розриву ковалентного зв`язку між двома атомами газу. Дане поняття не застосовується по відношенню до іонних зв`язків. Коли два атоми з`єднуються в молекулу, можна визначити, наскільки міцна зв`язок між ними - досить знайти енергію, яку необхідно затратити для розриву зв`язку з цим. Пам`ятайте, що одиничний атом не володіє енергією зв`язку, ця енергія характеризує силу зв`язку двох атомів в молекулі. Щоб розрахувати енергію зв`язку для будь-якої хімічної реакції, просто визначте загальну кількість розірваних зв`язків і відніміть з нього кількість утворилися зв`язків.

кроки

Частина 1 з 2:

Визначте розірвані і утворилися зв`язку

1. Запишіть рівняння для обчислення енергії зв`язку. Згідно з визначенням, енергія зв`язку являє собою суму розірваних зв`язків за вирахуванням суми сформованих зв`язків: ΔH = ΣH_{(Розірвані зв`язки)} - ΣH_{(Утворилися зв`язку)}. ΔH позначає зміна енергії зв`язку, яке називають також ентальпії зв`язку, а ΣH відповідає сумі енергій зв`язку для обох частин рівняння хімічної реакції.

Дане рівність висловлює закон Гесса.
Енергія зв`язку вимірюється в килоджоулях на моль (кДж / моль).

2. Запишіть хімічне рівняння і вкажіть усі зв`язки між окремими елементами. Якщо дано рівняння реакції у вигляді хімічних символів і цифр, корисно переписати його і позначити всі зв`язки між атомами. Така наочна запис дозволить вам легко порахувати зв`язку, які розриваються і утворюються в ході даної реакції.

Пам`ятайте, що в лівій частині рівняння розташовані реагенти, а в правій - продукти реакції.

Одинарні, подвійні і потрійні зв`язки мають різний енергією, тому будьте уважні і правильно позначайте зв`язку між різними елементами.

Наприклад, розглянемо наступну реакцію: H₂(Газ) + Br₂(Газ) ---> 2 HBr (газ)

H-H + Br-Br ---> 2 H-Br

3. Вивчіть правила підрахунку розірваних і утворилися зв`язків. У більшості випадків при розрахунках використовуються середні значення енергії зв`язку. Одна і та ж зв`язок може мати трохи різну енергію, в залежності від конкретної молекули, тому зазвичай використовують середні значення енергії зв`язку..

Розриви одинарному, подвійному і потрійному хімічного зв`язку розглядаються як одна розірваний зв`язок. Хоча ці зв`язки мають різні енергіями, в кожному випадку вважається, що розривається одна зв`язок.

Те ж саме відноситься і до утворення одинарної, подвійний або потрійний зв`язку. Кожен такий випадок розглядається як формування однієї нової зв`язку.

У нашому прикладі всі зв`язки є одинарними.

4. Визначте, які зв`язки розриваються в лівій частині рівняння. Ліва частина хімічного рівняння містить реагують речовини, і в ній представлені всі зв`язки, які розриваються в результаті реакції. Це ендотермічний процес, тобто для розриву хімічних зв`язків необхідно затратити певну енергію.

До нашому прикладі ліва частина рівняння реакції містить одну зв`язок H-H і одну зв`язок Br-Br.

5. Підрахуйте кількість утворилися зв`язків в правій частині рівняння. Справа вказані продукти реакції. У цій частині рівняння представлені всі зв`язки, які утворюються в результаті хімічної реакції. Це екзотермічний процес, і він протікає з виділенням енергії (зазвичай у вигляді тепла).

У нашому прикладі в правій частині рівняння містяться дві зв`язку H-Br.

Частина 2 з 2:

Розрахуйте енергію зв`язку

1. Знайдіть необхідні значення енергії зв`язку. Є безліч таблиць, в яких наведені значення енергії зв`язку для самих різних з`єднань. Такі таблиці можна знайти в інтернеті або довіднику з хімії. Слід пам`ятати, що значення енергії зв`язку завжди наводяться для молекул в газоподібному стані.

Для нашого прикладу необхідно знайти значення енергії зв`язків H-H, Br-Br і H-Br.
H-H = 436 кДж / моль- Br-Br = 193 кДж / моль- H-Br = 366 кДж / моль.
Щоб обчислити енергію зв`язку для молекул в рідкому стані, необхідно також знайти ентальпію випаровування даної рідини. Ця кількість енергії, яка необхідна для перекладу речовини з рідкого в газоподібний стан. Дане значення додається до загальної енергії зв`язку.

Наприклад, в разі води необхідно додати в рівняння ентальпію випаровування води (+41 кДж).

2. Помножте значення енергії зв`язку на число розірваних зв`язків. У ряді реакцій одна зв`язок може розриватися кілька разів. Наприклад, якщо молекула складається з 4 атомів водню, то енергію зв`язку водню слід врахувати 4 рази, тобто помножити на 4.

У нашому прикладі кожна молекула має по одній зв`язку, тому значення енергії зв`язку просто множаться на 1.

H-H = 436 x 1 = 436 кДж / моль

Br-Br = 193 x 1 = 193 кДж / моль

3. Складіть все енергії розірваних зв`язків. Після того як ви помножите значення енергій зв`язку на відповідну кількість зв`язків в лівій частині рівняння, необхідно знайти загальну суму.

Знайдемо сумарну енергію розірваних зв`язків для нашого прикладу: H-H + Br-Br = 436 + 193 = 629 кДж / моль.

4. Помножте значення енергії зв`язку на кількість утворилися зв`язків. Як і у випадку з розірваними зв`язками в лівій частині рівняння, слід взяти значення енергій зв`язку в правій частині рівняння і помножити їх на відповідне число цих зв`язків. Наприклад, якщо утворюється чотири зв`язку між атомами водню, необхідно помножити енергію зв`язку на 4.

У нашому прикладі утворюється дві зв`язку H-Br, тому енергію зв`язку H-Br (366 кДж / моль) слід помножити на 2: 366 x 2 = 732 кДж / моль.

5. Складіть все енергії утворилися зв`язків. Як і в випадку розірваних зв`язків, слід скласти всі енергії утворилися зв`язків, які представлені в правій частині рівняння. Якщо в результаті реакції утворюється лише одна речовина, даний крок можна пропустити.

У нашому прикладі утворюється одна речовина, тому енергія сформувалися зв`язків дорівнює подвоєною енергії зв`язку H-Br, тобто 732 кДж / моль.

6. Відніміть енергію утворилися зв`язків з енергії розірваних зв`язків. Після того як ви складете всі зв`язки в лівій і правій частинах рівняння, просто відніміть від розірваних зв`язків утворилися зв`язку. Згадайте наведене вище рівняння: ΔH = ΣH_{(Розірвані зв`язки)} - ΣH_{(Утворилися зв`язку)}. Підставте обчислені значення і знайдіть різницю.

Для нашого прикладу маємо: ΔH = ΣH_{(Розірвані зв`язки)} - ΣH_{(Утворилися зв`язку)} = 629 кДж / моль - 732 кДж / моль = -103 кДж / моль.

7. Визначте, чи є реакція ендотермічної або екзотермічної. Останній крок при обчисленні енергії зв`язку полягає в тому, щоб з`ясувати, поглинається або виділяється енергія в ході даної реакції. При ендотермічних реакціях енергія поглинається, і підсумкова енергія зв`язку має позитивне значення, в той час як при екзотермічних реакціях енергія виділяється, і енергія зв`язку набуває від`ємних значень.

У нашому прикладі загальна енергія зв`язку негативна, тобто розглянута реакція є екзотермічної.