Úvod do chemie

Termíny

• Vazbová energieMíra pevnosti chemické vazby. Experimentálně se určuje měřením tepla (nebo entalpie) potřebného k rozpadu molekuly na jednotlivé atomy.
• entalpieV termodynamice je to míra tepelného obsahu chemické nebo fyzikální soustavy měřená za podmínek konstantního tlaku.
• Morseova křivkaKresba znázorňující závislost energie spojené se soustavou dvou atomů na vzdálenosti mezi nimi (označované jako „mezijaderná vzdálenost“).
• rovnovážná délka vazbyPrůměrná vzdálenost mezi dvěma atomy, když jsou vzájemně vázány.

Energie spojená s chemickou vazbou

Energie vazby je měřítkem pevnosti chemické vazby, což znamená, že nám říká, jaká je pravděpodobnost, že dvojice atomů zůstane spojena za přítomnosti energetických poruch. Případně si ji můžeme představit jako míru stability získané při vzájemné vazbě dvou atomů na rozdíl od jejich volných nebo nevázaných stavů.

Energie vazby se určuje měřením tepla potřebného k rozpadu jedné molekuly na jednotlivé atomy a představuje průměrnou energii spojenou s rozpadem jednotlivých vazeb molekuly. Čím vyšší je vazebná energie, tím „silnější“ říkáme, že je vazba mezi dvěma atomy a vzdálenost mezi nimi (délka vazby) je menší.

Například vazba HO-H v molekule vody vyžaduje k rozpadu a vzniku hydroxidového iontu (OH-) 493 kJ/mol. Přerušení vazby O-H v hydroxidovém iontu vyžaduje dalších 424 kJ/mol. Proto se uvádí, že vazebná energie kovalentní vazby O-H ve vodě je průměrem těchto dvou hodnot, tedy 458,9 kJ/mol. Tyto hodnoty energie (493 a 424 kJ/mol) potřebné k přerušení po sobě jdoucích vazeb O-H v molekule vody se nazývají „vazebné disociační energie“ a liší se od vazebné energie. Energie vazby je průměr vazebných disociačních energií v molekule.

Přesné vlastnosti určitého druhu vazby jsou částečně určeny povahou ostatních vazeb v molekule; například energie a délka vazby C-H se bude lišit v závislosti na tom, jaké další atomy jsou vázány na atom uhlíku. Podobně se délka vazby C-H může u různých molekul lišit až o 4 %. Z tohoto důvodu jsou hodnoty uvedené v tabulkách vazebné energie a délky vazby obvykle průměry z různých sloučenin, které obsahují určitou dvojici atomů.

Můžeme použít hodnoty vazebné energie k určení entalpie vzniku sloučeniny, \Delta H_f, kterou lze zhruba aproximovat jednoduchým sečtením tabulkových hodnot vazebných energií všech vytvořených vazeb. Přesnost této metody je v rozmezí několika procent experimentálně stanovených hodnot \Delta H_f.

Energie mezi dvěma atomy jako funkce mezijaderné vzdálenosti

Morsova křivka ukazuje, jak se mění energie dvouatomového systému v závislosti na mezijaderné vzdálenosti.

Při velkých vzdálenostech je energie nulová, což znamená, že nedochází k žádné interakci. To souhlasí s naším chápáním, že dva atomy umístěné nekonečně daleko od sebe nijak smysluplně neinteragují, nebo přinejmenším můžeme říci, že nejsou navzájem vázány. Při mezijaderných vzdálenostech v řádu atomového průměru převládají přitažlivé síly. Při velmi malých vzdálenostech mezi dvěma atomy jsou síly odpudivé a energie systému dvou atomů je velmi vysoká. Přitažlivé a odpudivé síly se vyrovnávají v bodě minima na grafu Morseovy křivky.

Mezijaderná vzdálenost, v níž nastává energetické minimum, určuje rovnovážnou délku vazby. Tato délka vazby představuje „rovnovážnou“ hodnotu, protože tepelný pohyb způsobuje, že oba atomy vibrují kolem této vzdálenosti, podobně jako pružina vibruje sem a tam kolem své nenapnuté nebo rovnovážné vzdálenosti.

Morsova křivka bude mít různá energetická minima a závislosti na vzdálenosti pro vazby vytvořené mezi různými dvojicemi atomů. Obecně platí, že čím silnější je vazba mezi dvěma atomy, tím nižší je energetické minimum a tím menší je délka vazby.

Vazbová energie je množství práce, které je třeba vykonat, aby se dva atomy od sebe zcela odtrhly; jinými slovy je to totéž jako hloubka „studny“ na křivce potenciální energie.

.