Introduction à la chimie

Termes

• Énergie de liaisonMesure de la force d’une liaison chimique. Elle est déterminée expérimentalement en mesurant la chaleur (ou l’enthalpie) nécessaire pour briser une mole de molécules en leurs atomes individuels constitutifs.
• EnthalpieEn thermodynamique, mesure du contenu calorifique d’un système chimique ou physique, mesuré dans des conditions de pression constante.
• Courbe de MorseTracé montrant la dépendance de l’énergie associée à un système de deux atomes en fonction de la distance qui les sépare (appelée « distance internucléaire »).
• Longueur de liaison à l’équilibreDistance moyenne entre deux atomes lorsqu’ils sont liés l’un à l’autre.

L’énergie associée à une liaison chimique

L’énergie de liaison est une mesure de la force d’une liaison chimique, ce qui signifie qu’elle nous indique la probabilité qu’une paire d’atomes reste liée en présence de perturbations énergétiques. On peut aussi la considérer comme une mesure de la stabilité acquise lorsque deux atomes se lient l’un à l’autre, par opposition à leurs états libres ou non liés.

L’énergie de liaison est déterminée en mesurant la chaleur nécessaire pour briser une mole de molécules en leurs atomes individuels, et elle représente l’énergie moyenne associée à la rupture des liaisons individuelles d’une molécule. Plus l’énergie de liaison est élevée, plus nous disons que la liaison est  » forte  » entre les deux atomes, et la distance entre eux (longueur de la liaison) est plus petite.

Par exemple, la liaison HO-H dans une molécule d’eau nécessite 493 kJ/mol pour se rompre et générer l’ion hydroxyde (OH-). La rupture de la liaison O-H dans l’ion hydroxyde nécessite 424 kJ/mol supplémentaires. Par conséquent, l’énergie de liaison des liaisons O-H covalentes dans l’eau serait la moyenne de ces deux valeurs, soit 458,9 kJ/mol. Ces valeurs d’énergie (493 et 424 kJ/mol) nécessaires pour rompre les liaisons O-H successives dans la molécule d’eau sont appelées « énergies de dissociation des liaisons » et sont différentes de l’énergie de liaison. L’énergie de liaison est la moyenne des énergies de dissociation des liaisons dans une molécule.

Les propriétés exactes d’un type de liaison spécifique sont déterminées en partie par la nature des autres liaisons dans la molécule ; par exemple, l’énergie et la longueur de la liaison C-H varieront en fonction des autres atomes liés à l’atome de carbone. De même, la longueur de la liaison C-H peut varier jusqu’à 4 % entre différentes molécules. Pour cette raison, les valeurs indiquées dans les tableaux d’énergie et de longueur de liaison sont généralement des moyennes prises sur une variété de composés qui contiennent une paire d’atomes spécifique.

Nous pouvons appliquer les valeurs d’énergie de liaison pour déterminer l’enthalpie de formation d’un composé, \Delta H_f, qui peut être grossièrement approchée en ajoutant simplement les valeurs tabulées pour les énergies de liaison de toutes les liaisons créées. La précision de cette méthode est de quelques pourcents des valeurs \Delta H_f déterminées expérimentalement.

Energie entre deux atomes en fonction de la distance internucléaire

Une courbe de Morse montre comment l’énergie d’un système de deux atomes change en fonction de la distance internucléaire.

A de grandes distances, l’énergie est nulle, ce qui signifie qu’il n’y a pas d’interaction. Cela concorde avec notre compréhension que deux atomes placés à l’infini n’interagissent pas l’un avec l’autre de manière significative, ou au moins nous pouvons dire qu’ils ne sont pas liés l’un à l’autre. Aux distances internucléaires de l’ordre du diamètre atomique, les forces attractives dominent. Aux très petites distances entre les deux atomes, la force est répulsive et l’énergie du système à deux atomes est très élevée. Les forces attractives et répulsives s’équilibrent au point minimum du tracé d’une courbe de Morse.

La distance internucléaire à laquelle se produit le minimum énergétique définit la longueur de liaison d’équilibre. Cette longueur de liaison représente une valeur « d’équilibre » car le mouvement thermique fait vibrer les deux atomes autour de cette distance, un peu comme un ressort vibre d’avant en arrière autour de sa distance non étirée, ou distance d’équilibre.

Une courbe de Morse aura des minima d’énergie et une dépendance de distance différents pour les liaisons formées entre différentes paires d’atomes. En général, plus la liaison entre deux atomes est forte, plus le minimum d’énergie est bas et plus la longueur de la liaison est petite.

L’énergie de liaison est la quantité de travail qui doit être faite pour tirer deux atomes complètement à part ; en d’autres termes, c’est la même chose que la profondeur du « puits » dans la courbe d’énergie potentielle.

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