Энергия связи

Прочность химической связи

В химии энергия связи ( BE ), также называемая средней энтальпией связи ^[1] или средней энтальпией связи ^[2], является мерой прочности химической связи . ^{[3] ИЮПАК определяет энергию связи как среднее значение} энергии диссоциации связи в газовой фазе (обычно при температуре 298,15 К) для всех связей одного типа в пределах одного и того же химического соединения. ^[4]

Энергию диссоциации связи (энтальпию) ^[5] также называют энергией разрыва связи, энергией связи, силой связи или энергией связи (аббревиатура: BDE , BE или D ). Оно определяется как стандартное изменение энтальпии следующего деления: R - X → R + X. БДЭ , обозначаемый Dº(R- X ) , обычно получается с помощью термохимического уравнения:

${\displaystyle {\begin{array}{lcl}\mathrm {D^{\circ }(R-} X)\ =\Delta H_{f}^{\circ }\mathrm {(R)} +\Delta H_{f}^{\circ }(X)-\Delta H_{f}^{\circ }(\mathrm {R} X)\end{array}}}$

Энтальпия образования Δ H _f º большого количества атомов, свободных радикалов, ионов, кластеров и соединений доступна на сайтах NIST , NASA , CODATA и IUPAC . Большинство авторов предпочитают использовать значения БДЭ при 298,15 К. ^[6]

Например, энергия углерод - водородной связи в метане BE _(C–H) – это изменение энтальпии (∆H ) распада одной молекулы метана на атом углерода и четыре радикала водорода , разделенное на четыре. Точное значение для определенной пары связанных элементов несколько варьируется в зависимости от конкретной молекулы, поэтому приведенные в таблице энергии связи обычно представляют собой средние значения для ряда выбранных типичных химических соединений, содержащих этот тип связи. ^[7]

Энергия связи ( BE ) — это среднее значение всех энергий диссоциации одного типа связи в данной молекуле. ^[8] Энергии диссоциации нескольких разных 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 представляет собой среднее значение энергии, необходимой для разрыва каждой из двух связей O–H последовательно:

${\displaystyle {\begin{array}{lcl}\mathrm {H-O-H} &\rightarrow &\mathrm {H\cdot +\cdot O-H} &,D_{1}\\\mathrm {\cdot O-H} &\rightarrow &\mathrm {\cdot O\cdot +\cdot H} &,D_{2}\\\mathrm {H-O-H} &\rightarrow &\mathrm {H\cdot +\cdot O\cdot +\cdot H} &,D=(D_{1}+D_{2})/2\\\end{array}}}$

Хотя эти две связи эквивалентны в исходной симметричной молекуле, энергия диссоциации связи кислород-водород немного меняется в зависимости от того, есть ли еще один атом водорода, связанный с атомом кислорода.

Когда связь разрывается, пара связывающих электронов разделится поровну на продукты. Этот процесс называется гомолитическим разрывом связи (гомолитический разрыв; гомолиз) и приводит к образованию радикалов. ^[9]

Прогнозирование прочности связи по радиусу

Металлический радиус , ионный радиус и ковалентный радиус каждого атома в молекуле можно использовать для оценки прочности связи. Например, ковалентный радиус бора оценивается в 83,0  пм , но длина связи B–B в B ₂ Cl ₄ составляет 175 пм, что является значительно большей величиной. Это означало бы, что связь между двумя атомами бора является довольно слабой одинарной связью. В другом примере металлический радиус рения составляет 137,5 пм, а длина связи Re–Re составляет 224 пм в соединении Re ₂ Cl ₈ . Из этих данных можно сделать вывод, что связь представляет собой очень прочную связь или четверную связь . Этот метод определения наиболее полезен для соединений с ковалентной связью. ^[10]

Факторы, влияющие на энергию ионной связи

Электроотрицательность двух атомов, связанных друг с другом, влияет на энергию ионной связи . ^[11] Большие различия в электроотрицательности соответствуют более сильным ионным связям.

Смотрите также

• Энергия связи
• Энергия ионизации
• Изодесмическая реакция
• Решетчатая энергия

Рекомендации

1. Кларк, Дж. (2013), ЭНТАЛЬПИЯ СВЯЗИ (ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ), Chemguide, ЭНТАЛЬПИЯ СВЯЗИ (ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ)
2. Кристиан, Джерри Д. (1 марта 1973). «Прочность химических связей». Журнал химического образования . 50 (3): 176. doi : 10.1021/ed050p176. hdl : 2060/19980004003 . ISSN  0021-9584.
3. Марч, Джерри (1985), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура, 3-е издание, Нью-Йорк: Wiley, ISBN 9780471854722, OCLC  642506595
4. Трептов, Ричард С. (1995). «Энергия связи и энтальпия: разница, которой часто пренебрегают». Журнал химического образования . 72 (6): 497. doi : 10.1021/ed072p497.
5. Хейнс, Уильям (2016–2017). Справочник CRC по химии и физике, 97-е издание (Справочник CRC по химии и физике), 97-е издание (97-е изд.). ЦРК Пресс; 97 выпуск. ISBN 978-1498754286.
6. Луо, Ю-Ран и Цзинь-Пей Ченг «Энергии диссоциации связей». Ин Лиде, Дэвид Р. (редактор), 2017 г., Справочник CRC по химии и физике , 97-е издание (2016–2017 гг.). Бока-Ратон: Группа Тейлора и Фрэнсиса. 9-73.
7. ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) «Энергия связи (средняя энергия связи)». дои :10.1351/goldbook.B00701
8. Мадхуша (2017), Разница между энергией связи и энергией диссоциации связи, Pediaa, Разница между энергией связи и энергией диссоциации связи
9. «Иллюстрированный словарь органической химии - гомолитическое расщепление (гомолиз)» . www.chem.ucla.edu . Проверено 27 ноября 2019 г.
10. Алкок, Северо-Запад (1990). Связь и структура: структурные принципы неорганической и органической химии . Нью-Йорк: Эллис Хорвуд. стр. 40–42. ISBN 9780134652535.
11. Справочник по химии и физике (65-е изд.). ЦРК Пресс. 27 июня 1984 г. ISBN 0-8493-0465-2.