化学入門

ポイント

    • 結合エネルギーと結合長の表にある値は、特定の原子対を含むさまざまな化合物の平均値である。
    • 2原子系のポテンシャルエネルギーと原子間の距離をプロットすると、エネルギーが最小となる距離がわかる。 この距離が原子間の結合長です。
    • 特定の原子ペアに関連する結合エネルギーが高いほど、その結合は強いと言われ、2つの原子間の距離は小さくなります。

用語

  • Bond Energy化学結合の強さを表す尺度です。
  • エンタルピー熱力学において、化学的または物理的システムの熱量の指標で、一定の圧力条件下で測定される。
  • モース曲線2つの原子のシステムに関するエネルギーの、それらの間の距離(「核内距離」と呼ばれる)への依存を示すプロット。
  • equilibrium bond length平衡結合長2つの原子が互いに結合しているときの平均距離。

The Energy Associated with a Chemical Bond

Bond energy is a measure of a chemical bond strength、つまり、エネルギーの摂動の存在下で、一対の原子が結合したままになる可能性を示しています。 あるいは、2 つの原子が互いに結合したときに得られる安定性の指標と考えることもできます。

結合エネルギーは、1 モルの分子を個々の原子に分解するのに必要な熱を測定することによって決定され、分子の個々の結合を切断するのに関連する平均エネルギーを表します。 結合エネルギーが高いほど、2つの原子間の結合が「強い」と言い、原子間の距離(結合長)は小さくなる。

たとえば、水分子のHO-H結合が切れて水酸化物イオン(OH-)が発生するには493 kJ/molが必要である。 水酸化物イオンのO-H結合を切るには、さらに424 kJ/molが必要である。 したがって、水中の共有結合であるO-H結合の結合エネルギーは、2つの値の平均値である458.9 kJ/molと報告されている。 このように水分子のO-H結合を連続して切断するのに必要なエネルギー値(493 kJ/molと424 kJ/mol)は「結合解離エネルギー」と呼ばれ、結合エネルギーとは異なる。 結合エネルギーは、分子内の結合解離エネルギーの平均値である。

特定の種類の結合の正確な特性は、分子内の他の結合の性質によって部分的に決まる。たとえば、C-H結合のエネルギーと長さは、炭素原子に結合する他の原子が何であるかに応じて変化する。 同様に、C-H結合の長さは異なる分子間で4%も異なることがある。 このため、結合エネルギーや結合長の表に記載されている値は、通常、特定の原子対を含むさまざまな化合物の平均値である。

結合エネルギーの値を応用して化合物の生成エンタルピーを求めることができるが、これは生成するすべての結合の結合エネルギーを表にした値を加えるだけでほぼ近似することができる。 この方法の精度は、実験的に決定されたδH_fの値の数%以内である。

Energy Between Two Atoms as a Function of Internuclear Distance

モース曲線は2原子系のエネルギーが核間距離の関数としてどう変化するかを示している。

Morse curve潜在エネルギーと2原子間の距離とのグラフである。 結合エネルギーは、「ポテンシャル エネルギー井戸」の最小値からゼロ エネルギー点まで加えなければならないエネルギーで、これは 2 つの原子が無限に離れていること、つまり実質的には互いに結合していないことを表しています。 これは、無限に離れて配置された 2 つの原子は、いかなる意味でも互いに相互作用しない、あるいは、少なくとも互いに結合していないと言えるという我々の理解と一致する。 核間距離が原子直径のオーダーになると、引力が支配的になる。 2つの原子の間の距離が非常に小さいと、力は反発し、2つの原子系のエネルギーは非常に高くなる。 7074>

エネルギーが最小となる核間距離は、平衡結合長を定義する。 この結合長は、熱運動によって2つの原子がこの距離を中心に振動するため、バネが伸びていない、つまり平衡距離を中心に前後に振動するような「平衡」値を表す。

モース曲線は、異なる原子のペア間で形成された結合に対して異なるエネルギー最小値および距離依存性を持つ。 一般に、2 つの原子間の結合が強いほど、エネルギー最小値は低くなり、結合長は小さくなります。

結合エネルギーは、2 つの原子を完全に引き離すために行わなければならない仕事の量であり、言い換えれば、それは位置エネルギー曲線の「井戸」の深さと同じものです。 このリソースでは、次のソースを使用しました:

“Boundless.”

http://www.boundless.com/
Boundless Learning
CC BY-SA 3.0.

“Chemical bond properties.”

http://www.chem1.com/acad/webtext/chembond/cb01.html#SEC3
Steve Lower’s Website
CC BY-SA.

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http://en.wikipedia.org/wiki/Bond%20Energy
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http://cnx.org/content/m14777/latest/?collection=col10264/latest
OpenStax CNX
CC BY 3.0.

“Bond Enthalpy.”

http://en.wikipedia.org/wiki/Bond_Enthalpy
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CC BY-SA 3.0.0.

AskApache.

http://nongnu.askapache.com/fhsst/Chemistry_Grade_10-12.pdf
GNU FDL.

“Morse-potential.png.”

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Morse-potential.png
Wikimedia
CC BY-SA 3.0.

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