stringtranslate.com

Энергия связи

В химии энергия связи ( BE ) является одной из мер прочности химической связи . Иногда ее называют средней связью , энтальпией связи , средней энтальпией связи или прочностью связи . [1] [2] [3] ИЮПАК определяет энергию связи как среднее значение энергии диссоциации связи в газовой фазе (обычно при температуре 298,15 К) для всех связей одного и того же типа в пределах одного и того же химического вида. [1]

Энергия диссоциации связи (энтальпия) [4] также называется энергией разрыва связи, энергией связи, прочностью связи или энергией связывания (сокращенно: BDE, BE или D). Она определяется как стандартное изменение энтальпии следующего деления: R— X → R + X. BDE , обозначаемая Dº ( R— X ) , обычно выводится из термохимического уравнения,

Это уравнение говорит нам, что BDE для данной связи равна энергии отдельных компонентов, которые составляют связь, когда они свободны и не связаны, за вычетом энергии компонентов, когда они связаны вместе. Эти энергии задаются энтальпией образования Δ H f º компонентов в каждом состоянии.

Энтальпия образования большого количества атомов, свободных радикалов, ионов, кластеров и соединений доступна на сайтах NIST , NASA , CODATA и IUPAC . Большинство авторов используют значения BDE при 298,15 К. [5]

Например, энергия связи углерод - водород в метане BE (C–H) представляет собой изменение энтальпии (∆ H ) разрыва одной молекулы метана на атом углерода и четыре радикала водорода , деленное на четыре. Точное значение для определенной пары связанных элементов несколько варьируется в зависимости от конкретной молекулы, поэтому приведенные в таблице энергии связи обычно являются средними значениями из ряда выбранных типичных химических видов, содержащих этот тип связи. [6]

Энергия связи против энергии диссоциации связи

Энергия связи ( BE ) представляет собой среднее значение всех энергий диссоциации связей одного типа в данной молекуле. [7] Энергии диссоциации связей нескольких различных связей одного и того же типа могут различаться даже в пределах одной молекулы.

Например, молекула воды состоит из двух связей O–H, связанных как H–O–H. Энергия связи для H 2 O — это средняя энергия, необходимая для разрыва каждой из двух связей O–H в последовательности:

Хотя эти две связи эквивалентны в исходной симметричной молекуле, энергия диссоциации связи кислород-водород немного варьируется в зависимости от того, связан ли с атомом кислорода другой атом водорода. Таким образом, энергия связи молекулы воды составляет 461,5 кДж/моль (110,3 ккал/моль). [8]

Когда связь разрывается, связывающая электронная пара разделяется поровну на продукты. Этот процесс называется гомолитическим разрывом связи (гомолитическим расщеплением; гомолизом) и приводит к образованию радикалов. [9]

Прогнозирование прочности связи по радиусу

Силу связи можно оценить, сравнив атомные радиусы атомов, образующих связь, с длиной самой связи. Например, атомный радиус бора оценивается в 85 пм , [10] тогда как длина связи B–B в B2Cl4 составляет 175 пм. [11] Разделив длину этой связи на сумму радиусов каждого атома бора, получим отношение

.

Это отношение немного больше 1, что указывает на то, что сама связь немного длиннее ожидаемого минимального перекрытия между валентными электронными облаками двух атомов бора. Таким образом, мы можем сделать вывод, что эта связь является довольно слабой одинарной связью.

В другом примере атомный радиус рения составляет 135 пм, [10] с длиной связи Re–Re 224 пм в соединении [Re 2 Cl 8 ] -2 . Выполнение тех же шагов, что и выше, дает соотношение

.

Это отношение заметно ниже 1, что указывает на большое перекрытие между валентными электронными облаками двух атомов рения. Из этих данных можно сделать вывод, что это очень сильная связь. Экспериментально было обнаружено, что связь Re-Re в [Re 2 Cl 8 ] -2 является четверной связью . [12] Этот метод определения наиболее полезен для ковалентно связанных соединений. [13]

Факторы, влияющие на энергию ионной связи

В ионных соединениях электроотрицательность двух атомов, связанных вместе, оказывает большое влияние на их энергию связи. [ 14] Степень этого эффекта описывается энергией решетки соединения , где более отрицательная энергия решетки соответствует более сильной силе притяжения между ионами. Как правило, большие различия в электроотрицательности соответствуют более сильным ионным связям. Например, соединение хлорида натрия (NaCl) имеет энергию решетки -786 кДж/моль с разницей электроотрицательности 2,23 между натрием и хлором. Между тем, соединение иодида натрия (NaI) имеет более низкую энергию решетки -704 кДж/моль с аналогичной меньшей разницей электроотрицательности 1,73 между натрием и иодом. [15] [16]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Treptow, Richard S. (1995). «Энергии связи и энтальпии: часто игнорируемое различие». Журнал химического образования . 72 (6): 497. doi :10.1021/ed072p497.
  2. ^ Кристиан, Джерри Д. (1973-03-01). "Прочность химических связей". Журнал химического образования . 50 (3): 176. doi :10.1021/ed050p176. hdl : 2060/19980004003 . ISSN  0021-9584.
  3. ↑ Марч, Джерри (1985), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, 3-е издание, Нью-Йорк: Wiley, ISBN 9780471854722, OCLC  642506595
  4. ^ Хейнс, Уильям (2016–2017). CRC Handbook of Chemistry and Physics, 97-е издание (CRC Handbook of Chemistry & Physics) 97-е издание (97-е изд.). CRC Press; 97-е издание. ISBN 978-1498754286.
  5. ^ Луо, Ю-Ран и Цзинь-Пей Ченг «Энергии диссоциации связей». В Лиде, Дэвид Р. (ред.) 2017, Справочник по химии и физике CRC , 97-е издание (2016–2017). Бока-Ратон: Taylor & Francis Group. 9-73.
  6. ^ IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. (The "Gold Book") (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) "Энергия связи (средняя энергия связи)". doi :10.1351/goldbook.B00701
  7. ^ Madhusha (2017), Разница между энергией связи и энергией диссоциации связи, Pediaa, Разница между энергией связи и энергией диссоциации связи
  8. ^ Ленингер, Альберт Л.; Нельсон, Дэвид Л.; Кокс, Майкл М. (2005). Принципы биохимии Ленингера (4-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-4339-2.
  9. ^ "Иллюстрированный глоссарий органической химии - Гомолитическое расщепление (гомолиз)". www.chem.ucla.edu . Получено 27.11.2019 .
  10. ^ ab Slater, JC (1964-11-15). "Атомные радиусы в кристаллах". Журнал химической физики . 41 (10): 3199–3204. doi :10.1063/1.1725697. ISSN  0021-9606.
  11. ^ Атоджи, Масао; Уитли, Питер Дж.; Липскомб, Уильям Н. (1957-07-01). «Кристаллическая и молекулярная структура тетрахлорида дибора, B2Cl4». Журнал химической физики . 27 (1): 196–199. doi :10.1063/1.1743668. ISSN  0021-9606.
  12. ^ Коттон, ФА; Кертис, НФ; Харрис, КБ; Джонсон, БФГ; Липпард, СДж; Маг, ДжТ; Робинсон, УР; Вуд, ДжС (1964-09-18). «Моноядерная и полиядерная химия рения (III): его выраженная гомофильность». Science . 145 (3638): 1305–1307. doi :10.1126/science.145.3638.1305. ISSN  0036-8075.
  13. ^ Alcock, NW (1990). Связывание и структура: структурные принципы в неорганической и органической химии . Нью-Йорк: Ellis Horwood. стр. 40–42. ISBN 9780134652535.
  14. ↑ Справочник по химии и физике (65-е изд.). CRC Press. 1984-06-27. ISBN 0-8493-0465-2.
  15. ^ Аткинс и др. (2009). Неорганическая химия Шрайвера и Аткинса (Пятое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. ISBN 978-1-4292-1820-7.
  16. ^ Huheey, James E.; Keiter, Ellen A.; Keiter, Richard L. (2009). Неорганическая химия: принципы структуры и реакционной способности (4-е изд.). Cambridge: Harper. ISBN 978-0-06-042995-9.