Obiectiv de învățare
- Identificați relația dintre energia de legătură și rezistență a legăturilor chimice
Puncturi cheie
- Valorile enumerate în tabelele privind energia și lungimea legăturii sunt medii luate pe o varietate de compuși care conțin o anumită pereche de atomi.
- Un grafic al energiei potențiale a unui sistem de doi atomi și distanța dintre atomi relevă o distanță la care energia este minimă. Această distanță este lungimea legăturii dintre atomi.
- Cu cât este mai mare energia de legătură asociată cu o anumită pereche de atomi, cu atât se spune că legătura este mai puternică și cu atât distanța dintre cei doi atomi este mai mică.
Termeni
- Energia de legăturăO măsură a rezistenței unei legături chimice. Se determină experimental prin măsurarea căldurii (sau entalpiei) necesară pentru a rupe un mol de molecule în atomii individuali care le compun.
- entalpieÎn termodinamică, o măsură a conținutului de căldură al unui sistem chimic sau fizic, măsurată în condiții de presiune constantă.
- Curba lui MorseUn grafic care arată dependența energiei asociate unui sistem de doi atomi de distanța dintre ei (denumită „distanță internucleară”).
- Lungimea legăturii de echilibruDistanța medie dintre doi atomi atunci când aceștia sunt legați unul de celălalt.
Energia asociată unei legături chimice
Energia legăturii este o măsură a rezistenței unei legături chimice, ceea ce înseamnă că ne spune cât de probabil este ca o pereche de atomi să rămână legată în prezența unor perturbații energetice. Alternativ, poate fi privită ca o măsură a stabilității dobândite atunci când doi atomi se leagă unul de celălalt, spre deosebire de stările lor libere sau nelegate.
Energia de legătură este determinată prin măsurarea căldurii necesare pentru a rupe un mol de molecule în atomii lor individuali și reprezintă energia medie asociată cu ruperea legăturilor individuale ale unei molecule. Cu cât energia de legătură este mai mare, cu atât spunem că legătura dintre cei doi atomi este mai „puternică”, iar distanța dintre ei (lungimea legăturii) este mai mică.
De exemplu, legătura HO-H dintr-o moleculă de apă necesită 493 kJ/mol pentru a se rupe și a genera ionul hidroxid (OH-). Ruperea legăturii O-H din ionul hidroxid necesită încă 424 kJ/mol. Prin urmare, se raportează că energia de legătură a legăturilor covalente O-H din apă este media celor două valori, adică 458,9 kJ/mol. Aceste valori energetice (493 și 424 kJ/mol) necesare pentru ruperea legăturilor O-H succesive din molecula de apă se numesc „energii de disociere a legăturii” și sunt diferite de energia de legătură. Energia de legătură este media energiilor de disociere a legăturilor dintr-o moleculă.
Proprietățile exacte ale unui anumit tip de legătură sunt determinate în parte de natura celorlalte legături din moleculă; de exemplu, energia și lungimea legăturii C-H vor varia în funcție de ce alți atomi sunt legați de atomul de carbon. În mod similar, lungimea legăturii C-H poate varia cu până la 4% între diferite molecule. Din acest motiv, valorile listate în tabelele cu energia și lungimea legăturii sunt de obicei medii luate pe o varietate de compuși care conțin o anumită pereche de atomi.
Potem aplica valorile energiei legăturii pentru a determina entalpia de formare a unui compus, \Delta H_f, care poate fi aproximată aproximativ prin simpla adăugare a valorilor tabelate pentru energiile de legătură ale tuturor legăturilor create. Precizia acestei metode se situează la câteva procente față de valorile \Delta H_f determinate experimental.
Energia dintre doi atomi în funcție de distanța internucleară
O curbă Morse arată modul în care energia unui sistem de doi atomi se modifică în funcție de distanța internucleară.
La distanțe mari, energia este zero, ceea ce înseamnă că nu există nicio interacțiune. Acest lucru este în concordanță cu înțelegerea noastră că doi atomi plasați la o distanță infinită nu interacționează unul cu celălalt într-un mod semnificativ sau, cel puțin, putem spune că nu sunt legați unul de celălalt. La distanțe internucleare de ordinul unui diametru atomic, forțele atractive domină. La distanțe foarte mici între cei doi atomi, forța este repulsivă, iar energia sistemului de doi atomi este foarte mare. Forțele de atracție și de respingere se echilibrează în punctul minim din graficul unei curbe Morse.
Distanța internucleară la care apare minimul de energie definește lungimea legăturii de echilibru. Această lungime a legăturii reprezintă o valoare de „echilibru” deoarece mișcarea termică face ca cei doi atomi să vibreze în jurul acestei distanțe, la fel cum un resort vibrează înainte și înapoi în jurul distanței sale neîntinse sau de echilibru.
O curbă Morse va avea diferite minime de energie și dependențe de distanță pentru legăturile formate între diferite perechi de atomi. În general, cu cât legătura dintre doi atomi este mai puternică, cu atât minimul de energie este mai mic și cu atât lungimea legăturii este mai mică.
Energia legăturii este cantitatea de muncă ce trebuie depusă pentru a despărți complet doi atomi; cu alte cuvinte, este același lucru cu adâncimea „puțului” din curba energiei potențiale.
.