Objectivo de aprendizagem
- Identificar a relação entre a energia de ligação e a força de ligações químicas
Key Points
- Valores listados em tabelas de energia de ligação e comprimento de ligação são médias tomadas sobre uma variedade de compostos que contêm um par de átomos específico.
- Um gráfico da energia potencial de um sistema de dois átomos e a distância entre os átomos revela uma distância na qual a energia está no seu mínimo. Esta distância é o comprimento da ligação entre os átomos.
- Quanto maior a energia de ligação associada a um par de átomos específico, mais forte é a ligação, e menor a distância entre os dois átomos.
Termos
- Bond EnergyA medida da força de uma ligação química. É determinado experimentalmente medindo o calor (ou entalpia) necessário para quebrar uma molécula em seus átomos individuais constituintes.
- enthalpiaEm termodinâmica, uma medida do conteúdo de calor de um sistema químico ou físico, medido sob condições de pressão constante.
- Curva de endorfismoUm gráfico mostrando a dependência da energia associada a um sistema de dois átomos na distância entre eles (referida como a “distância internuclear”).
A energia associada a uma ligação química
A energia de ligação é uma medida da força de uma ligação química, o que significa que nos diz quão provável é que um par de átomos permaneça ligado na presença de perturbações de energia. Alternativamente, pode ser pensado como uma medida da estabilidade obtida quando dois átomos se ligam um ao outro, em oposição aos seus estados livres ou não ligados.
A energia de ligação é determinada pela medição do calor necessário para quebrar uma molécula nos seus átomos individuais, e representa a energia média associada à quebra das ligações individuais de uma molécula. Quanto maior a energia de ligação, mais forte é a ligação entre os dois átomos, e a distância entre eles (comprimento da ligação) é menor.
Por exemplo, a ligação HO-H numa molécula de água requer 493 kJ/mol para quebrar e gerar o ião hidróxido (OH-). Quebrar a ligação O-H no íon de hidróxido requer um adicional de 424 kJ/mol. Portanto, a energia de ligação das ligações covalentes O-H na água é relatada como a média dos dois valores, ou 458,9 kJ/mol. Estes valores de energia (493 e 424 kJ/mol) necessários para quebrar sucessivas ligações O-H na molécula da água são chamados de ‘energias de dissociação da ligação’, e são diferentes da energia da ligação. A energia de ligação é a média das energias de dissociação da ligação numa molécula.
As propriedades exactas de um tipo específico de ligação são determinadas em parte pela natureza das outras ligações na molécula; por exemplo, a energia e o comprimento da ligação C-H irá variar dependendo dos outros átomos que estão ligados ao átomo de carbono. Da mesma forma, o comprimento da ligação C-H pode variar até 4% entre diferentes moléculas. Por esta razão, os valores listados nas tabelas de energia e comprimento da ligação são geralmente médias tomadas sobre uma variedade de compostos que contêm um par de átomos específicos.
Podemos aplicar valores de energia de ligação para determinar a entalpia da formação de um composto, \Delta H_f, que pode ser aproximada pela simples adição de valores tabulados para as energias de ligação de todas as ligações criadas. A precisão deste método está dentro de alguns por cento dos valores de H_f determinados experimentalmente.
Energy Between Two Atoms as a Function of Internuclear Distance
A Morse curve shows how the energy of a two atom system changes as a function of internuclear distance.
A grandes distâncias, a energia é zero, o que significa que não há interacção. Isto concorda com o nosso entendimento de que dois átomos colocados infinitamente afastados não interagem um com o outro de forma significativa, ou no mínimo podemos dizer que não estão ligados um ao outro. A distâncias internucleares, na ordem de um diâmetro atômico, dominam forças atraentes. A distâncias muito pequenas entre os dois átomos, a força é repulsiva e a energia dos dois sistemas atómicos é muito elevada. As forças atrativas e repulsivas são equilibradas no ponto mínimo do gráfico de uma curva Morse.
A distância internuclear na qual a energia mínima ocorre define o comprimento da ligação de equilíbrio. Este comprimento de ligação representa um valor de ‘equilíbrio’ porque o movimento térmico faz com que os dois átomos vibrem em torno desta distância, tal como uma mola vibra para a frente e para trás em torno do seu espaço livre, ou distância de equilíbrio.
Uma curva Morse terá diferentes mínimos de energia e dependência de distância para ligações formadas entre diferentes pares de átomos. Em geral, quanto mais forte a ligação entre dois átomos, menor é o mínimo de energia e menor o comprimento da ligação.
A energia da ligação é a quantidade de trabalho que deve ser feito para puxar dois átomos completamente separados; em outras palavras, é o mesmo que a profundidade do “poço” na curva de energia potencial.