Как вычислить энергию связи

Энергия связи является важным понятием в химии. Она определяет количество энергии, которое необходимо для разрыва ковалентной связи между двумя атомами газа.^{[1]XИсточник информации} Данное понятие неприменимо по отношению к ионным связям.^{[2]XИсточник информации} Когда два атома соединяются в молекулу, можно определить, насколько крепка связь между ними — достаточно найти энергию, которую необходимо затратить для разрыва этой связи. Помните, что единичный атом не обладает энергией связи, эта энергия характеризует силу связи двух атомов в молекуле. Чтобы рассчитать энергию связи для какой-либо химической реакции, просто определите общее количество разорванных связей и вычтите из него количество образовавшихся связей.

Часть 1

Часть 1 из 2:

Определите разорванные и образовавшиеся связи

Загрузить PDF

1
Запишите уравнение для вычисления энергии связи. Согласно определению, энергия связи представляет собой сумму разорванных связей за вычетом суммы сформированных связей: ΔH = ∑H_{(разорванные связи)} - ∑H_{(образовавшиеся связи)}. ΔH обозначает изменение энергии связи, которое называют также энтальпией связи, а ∑H соответствует сумме энергий связи для обеих частей уравнения химической реакции.^{[3]XИсточник информации}
- Данное равенство выражает закон Гесса.
- Энергия связи измеряется в килоджоулях на моль (кДж/моль).^{[4]XИсточник информации}
2
Запишите химическое уравнение и обозначьте все связи между отдельными элементами. Если дано уравнение реакции в виде химических символов и цифр, полезно переписать его и обозначить все связи между атомами. Такая наглядная запись позволит вам легко посчитать связи, которые разрываются и образуются в ходе данной реакции.
- Помните, что в левой части уравнения расположены реагенты, а в правой — продукты реакции.
- Одинарные, двойные и тройные связи обладают разной энергией, поэтому будьте внимательны и правильно обозначайте связи между различными элементами.^{[5]XИсточник информации}
- К примеру, рассмотрим следующую реакцию: H₂(газ) + Br₂(газ) ---> 2 HBr(газ)
- H-H + Br-Br ---> 2 H-Br
3
Изучите правила подсчета разорванных и образовавшихся связей. В большинстве случаев при расчетах используются средние значения энергии связи.^{[6]XИсточник информации} Одна и та же связь может иметь немного разную энергию, в зависимости от конкретной молекулы, поэтому обычно используют средние значения энергии связи.^{[7]XИсточник информации}.
- Разрывы одинарной, двойной и тройной химической связи рассматриваются как одна разорванная связь. Хотя эти связи обладают разными энергиями, в каждом случае считается, что разрывается одна связь.
- То же самое относится и к образованию одинарной, двойной или тройной связи. Каждый такой случай рассматривается как формирование одной новой связи.
- В нашем примере все связи являются одинарными.
4
Определите, какие связи разрываются в левой части уравнения. Левая часть химического уравнения содержит реагирующие вещества, и в ней представлены все связи, которые разрываются в результате реакции. Это эндотермический процесс, то есть для разрыва химических связей необходимо затратить определенную энергию.^{[8]XИсточник информации}
- К нашем примере левая часть уравнения реакции содержит одну связь H-H и одну связь Br-Br.
5
Подсчитайте количество образовавшихся связей в правой части уравнения. Справа указаны продукты реакции. В этой части уравнения представлены все связи, которые образуются в результате химической реакции. Это экзотермический процесс, и он протекает с выделением энергии (обычно в виде тепла).^{[9]XИсточник информации}
- В нашем примере в правой части уравнения содержатся две связи H-Br.
Реклама

Часть 2

Часть 2 из 2:

Рассчитайте энергию связи

Загрузить PDF

1
Найдите необходимые значения энергии связи. Есть множество таблиц, в которых приведены значения энергии связи для самых разных соединений. Такие таблицы можно найти в интернете или справочнике по химии. Следует помнить, что значения энергии связи всегда приводятся для молекул в газообразном состоянии.^{[10]XИсточник информации}
- Для нашего примера необходимо найти значения энергии связей H-H, Br-Br и H-Br.
- H-H = 436 кДж/моль; Br-Br = 193 кДж/моль; H-Br = 366 кДж/моль.^{[11]XИсточник информации}
- Чтобы вычислить энергию связи для молекул в жидком состоянии, необходимо также найти энтальпию испарения данной жидкости. Это количество энергии, которое необходимо для перевода вещества из жидкого в газообразное состояние.^{[12]XИсточник информации} Данное значение прибавляется к общей энергии связи.
  - Например, в случае воды необходимо добавить в уравнение энтальпию испарения воды (+41 кДж).^{[13]XИсточник информации}
2
Умножьте значения энергии связи на число разорванных связей. В ряде реакций одна связь может разрываться несколько раз.^{[14]XИсточник информации} Например, если молекула состоит из 4 атомов водорода, то энергию связи водорода следует учесть 4 раза, то есть умножить на 4.
- В нашем примере каждая молекула имеет по одной связи, поэтому значения энергии связи просто умножаются на 1.
- H-H = 436 x 1 = 436 кДж/моль
- Br-Br = 193 x 1 = 193 кДж/моль
3
Сложите все энергии разорванных связей. После того как вы умножите значения энергий связи на соответствующее количество связей в левой части уравнения, необходимо найти общую сумму.^{[15]XИсточник информации}
- Найдем суммарную энергию разорванных связей для нашего примера: H-H + Br-Br = 436 + 193 = 629 кДж/моль.
4
Умножьте значения энергии связи на количество образовавшихся связей. Как и в случае с разорванными связями в левой части уравнения, следует взять значения энергий связи в правой части уравнения и умножить их на соответствующее число этих связей.^{[16]XИсточник информации} Например, если образуется четыре связи между атомами водорода, необходимо умножить энергию данной связи на 4.
- В нашем примере образуется две связи H-Br, поэтому энергию связи H-Br (366 кДж/моль) следует умножить на 2: 366 x 2 = 732 кДж/моль.
5
Сложите все энергии образовавшихся связей. Как и в случае разорванных связей, следует сложить все энергии образовавшихся связей, которые представлены в правой части уравнения.^{[17]XИсточник информации} Если в результате реакции образуется лишь одно вещество, данный шаг можно пропустить.
- В нашем примере образуется одно вещество, поэтому энергия сформировавшихся связей равна удвоенной энергии связи H-Br, то есть 732 кДж/моль.
6
Вычтите энергию образовавшихся связей из энергии разорванных связей. После того как вы сложите все связи в левой и правой частях уравнения, просто отнимите от разорванных связей образовавшиеся связи. Вспомните приведенное выше уравнение: ΔH = ∑H_{(разорванные связи)} - ∑H_{(образовавшиеся связи)}. Подставьте вычисленные значения и найдите разность.
- Для нашего примера имеем: ΔH = ∑H_{(разорванные связи)} - ∑H_{(образовавшиеся связи)} = 629 кДж/моль - 732 кДж/моль = -103 кДж/моль.
7
Определите, является ли реакция эндотермической или экзотермической. Последний шаг при вычислении энергии связи состоит в том, чтобы выяснить, поглощается или выделяется энергия в ходе данной реакции. При эндотермических реакциях энергия поглощается, и итоговая энергия связи имеет положительное значение, в то время как при экзотермических реакциях энергия выделяется, и энергия связи принимает отрицательные значения.^{[18]XИсточник информации}
- В нашем примере общая энергия связи отрицательна, то есть рассмотренная реакция является экзотермической.
Реклама