Wprowadzenie do chemii

Terminy

• Energia wiązaniaMiara siły wiązania chemicznego. Jest ona wyznaczana doświadczalnie poprzez pomiar ciepła (lub entalpii) potrzebnego do rozbicia cząsteczki na poszczególne atomy wchodzące w jej skład.
• entalpiaW termodynamice, miara zawartości ciepła w układzie chemicznym lub fizycznym, mierzona w warunkach stałego ciśnienia.
• Krzywa Morse’aWykres przedstawiający zależność energii związanej z układem dwóch atomów od odległości między nimi (zwanej „odległością międzyjądrową”).
• długość wiązania równowagowegoŚrednia odległość pomiędzy dwoma atomami, gdy są one ze sobą związane.

Energia związana z wiązaniem chemicznym

Energia wiązania jest miarą siły wiązania chemicznego, co oznacza, że mówi nam, jak prawdopodobne jest, że para atomów pozostanie związana w obecności perturbacji energetycznych. Alternatywnie, można myśleć o niej jako o miarze stabilności uzyskanej, gdy dwa atomy wiążą się ze sobą, w przeciwieństwie do ich stanów wolnych lub niezwiązanych.

Energia wiązania jest określana poprzez pomiar ciepła wymaganego do rozbicia jednego mola molekuł na ich poszczególne atomy, i reprezentuje średnią energię związaną z rozbiciem poszczególnych wiązań molekuły. Im wyższa jest energia wiązania, tym „mocniejsze” jest wiązanie między dwoma atomami, a odległość między nimi (długość wiązania) jest mniejsza.

Na przykład, wiązanie HO-H w cząsteczce wody wymaga 493 kJ/mol do zerwania i wytworzenia jonu wodorotlenkowego (OH-). Zerwanie wiązania O-H w jonie wodorotlenkowym wymaga dodatkowo 424 kJ/mol. Dlatego energia wiązania kowalencyjnych wiązań O-H w wodzie jest podawana jako średnia z tych dwóch wartości, czyli 458,9 kJ/mol. Te wartości energii (493 i 424 kJ/mol) wymagane do rozerwania kolejnych wiązań O-H w cząsteczce wody są nazywane „energiami dysocjacji wiązań” i różnią się od energii wiązania. Energia wiązania jest średnią energii dysocjacji wiązań w cząsteczce.

Dokładne właściwości określonego rodzaju wiązania są częściowo określane przez charakter innych wiązań w cząsteczce; na przykład, energia i długość wiązania C-H będzie się różnić w zależności od tego, jakie inne atomy są związane z atomem węgla. Podobnie, długość wiązania C-H może różnić się nawet o 4% pomiędzy różnymi cząsteczkami. Z tego powodu, wartości podane w tabelach energii wiązań i długości wiązań są zazwyczaj wartościami średnimi pobranymi z różnych związków, które zawierają określoną parę atomów.

Możemy zastosować wartości energii wiązań do określenia entalpii tworzenia związku, delta H_f, która może być w przybliżeniu określona przez proste dodanie tabelarycznych wartości energii wiązań wszystkich utworzonych wiązań. Dokładność tej metody mieści się w granicach kilku procent wyznaczonych doświadczalnie wartości \Delta H_f.

Energy Between Two Atoms as a Function of Internuclear Distance

Krzywa Morse’a pokazuje, jak zmienia się energia układu dwóch atomów w funkcji odległości międzyjądrowej.

W dużych odległościach energia wynosi zero, co oznacza, że nie ma żadnego oddziaływania. Zgadza się to z naszym rozumieniem, że dwa atomy umieszczone nieskończenie daleko od siebie nie oddziałują ze sobą w żaden znaczący sposób, lub przynajmniej możemy powiedzieć, że nie są ze sobą związane. Przy odległościach wewnątrzjądrowych rzędu średnicy atomu dominują siły przyciągające. Przy bardzo małych odległościach pomiędzy dwoma atomami, siły odpychające są bardzo duże i energia układu dwóch atomów jest bardzo wysoka. Siły przyciągające i odpychające równoważą się w punkcie minimum na wykresie krzywej Morse’a.

Dystans międzyjądrowy, w którym występuje minimum energetyczne, określa długość wiązania równowagi. Ta długość wiązania reprezentuje „równowagę” wartość, ponieważ ruch termiczny powoduje, że dwa atomy do wibracji o tej odległości, podobnie jak wiosna wibruje tam i z powrotem wokół jego unstretched, lub equilibrium distance.

Krzywa Morse’a będzie mieć różne minima energetyczne i odległości zależności dla obligacji utworzonych między różnymi parami atomów. Ogólnie rzecz biorąc, im silniejsze jest wiązanie między dwoma atomami, tym niższe jest minimum energetyczne i tym mniejsza jest długość wiązania.

Energia wiązania to ilość pracy, jaką trzeba wykonać, aby całkowicie rozdzielić dwa atomy; innymi słowy, jest ona taka sama jak głębokość „studni” w krzywej energii potencjalnej.

http://en.wikipedia.org/wiki/Bond%20Energy
Wikipedia
CC BY-SA 3.0.

http://en.wikipedia.org/wiki/Bond_energy
Wikipedia
CC BY-SA 3.0.

http://cnx.org/content/m14777/latest/?collection=col10264/latest
OpenStax CNX
CC BY 3.0.

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

.