Rezistența legăturilor ionice și covalente - Chimie introductivă

Obiective de învățare
Rezistența legăturii: Legături covalente
EXEMPLU
Rezistența legăturii ionice și energia rețelei
EXEMPLU
PRENZII CHEIE
Sfârșitul capitolului EXERCIȚII
Note de subsol
Glosar
I

Obiective de învățare

Descrieți energia legăturilor covalente și ionice. formarea și ruperea legăturilor
Utilizați energiile medii ale legăturilor covalente pentru a estima entalpiile de reacție

Tăria unei legături descrie cât de puternic este unit fiecare atom cu un alt atom, și, prin urmare, câtă energie este necesară pentru a rupe legătura dintre cei doi atomi.

Este esențial să ne amintim că trebuie adăugată energie pentru a rupe legăturile chimice (un proces endotermic), în timp ce formarea legăturilor chimice eliberează energie (un proces exotermic). În cazul $\text{H}_2$ , legătura covalentă este foarte puternică; trebuie adăugată o cantitate mare de energie, 436 kJ, pentru a rupe legăturile dintr-un mol de molecule de hidrogen și a face ca atomii să se separe:

$\text{H}_2 (g) \ \longrightarrow \ \text{2H} (g) \ \ \ \ \ \ \ \ \text{energia de legătură = 436 kJ}$

În mod invers, aceeași cantitate de energie este eliberată atunci când un mol de $\text{H}_2$ molecule se formează din doi moli de atomi de H:

$\text{2H} (g) \ \ \ \longrightarrow \ \text{H}_2(g) \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ text{energia de legătură = -436 kJ}$

Rezistența legăturii: Legături covalente

Moleculele stabile există pentru că legăturile covalente țin atomii împreună. Măsurăm puterea unei legături covalente prin energia necesară pentru a o rupe, adică energia necesară pentru a separa atomii legați. Separarea oricărei perechi de atomi legați necesită energie. Cu cât o legătură este mai puternică, cu atât mai mare este energia necesară pentru a o rupe.

Energia necesară pentru a rupe o anumită legătură covalentă într-un mol de molecule gazoase se numește energia de legătură sau energia de disociere a legăturii. Energia de legătură pentru o moleculă diatomică, $\text{D}_\text{X-Y}$ , este definită ca fiind variația standard de entalpie pentru reacția endotermică:

$\text{XY} (g) \longrightarrow \text{X} (g) \text{ + Y} (g) \ \ \ \ \ \ \text{D}_\text{X-Y} = \Delta H^{\circ}$

De exemplu, energia de legătură a legăturii covalente pure H-H, $\text{D}_\text{H-H}$ , este de 436 kJ pe mol de legături H-H rupte:

$\text{H}_2 (g) \longrightarrow \text{2H} (g) \ \ \ \ \ \ \text{D}_\text{H-H} = \Delta H^{\circ} = \text{436 kJ}$

Moleculele cu trei sau mai mulți atomi au două sau mai multe legături. Suma tuturor energiilor de legătură dintr-o astfel de moleculă este egală cu variația standard de entalpie pentru reacția endotermică care rupe toate legăturile din moleculă. De exemplu, suma celor patru energii ale legăturilor C-H din $\text{CH}_4$ , 1660 kJ, este egală cu variația standard de entalpie a reacției:

O reacție este prezentată cu structuri Lewis. Prima structură arată un atom de carbon legat simplu de patru atomi de hidrogen cu simbolul,

Energia medie a legăturii C-H, $\text{D}_\text{C-H}$ , este de 1660/4 = 415 kJ/mol, deoarece există patru moli de legături C-H rupte per mol de reacție. Deși cele patru legături C-H sunt echivalente în molecula originală, fiecare dintre ele nu necesită aceeași energie pentru a se rupe; odată ce prima legătură este ruptă (care necesită 439 kJ/mol), celelalte legături sunt mai ușor de rupt. Valoarea de 415 kJ/mol reprezintă valoarea medie, nu valoarea exactă necesară pentru ruperea oricărei legături.

Tăria unei legături între doi atomi crește pe măsură ce crește numărul de perechi de electroni din legătură. În general, pe măsură ce rezistența legăturii crește, lungimea legăturii scade. Astfel, constatăm că legăturile triple sunt mai puternice și mai scurte decât legăturile duble între aceiași doi atomi; la fel, legăturile duble sunt mai puternice și mai scurte decât legăturile simple între aceiași doi atomi. Energiile medii de legătură pentru unele legături obișnuite apar în tabelul de mai jos, iar o comparație a lungimilor și rezistențelor legăturilor pentru unele legături obișnuite apare în tabelul următor. Atunci când un atom se leagă de diverși atomi dintr-un grup, puterea legăturii scade de obicei pe măsură ce ne deplasăm în josul grupului. De exemplu, $\text{C-F}$ este de 439 kJ/mol, $\text{C-Cl}$ este de 330 kJ/mol, iar $\text{C-Br}$ este de 275 kJ/mol.

Energii de legătură (kJ/mol)
Legătură	Energie de legătură	Legătură	Energie de legătură	Legătură	Energie de legătură
$\text{H-H}$	436	$\text{C-S}$	260	$\text{F-Cl}$	255
$\text{H-C}$	415	$\text{C-Cl}$	330	$\text{F-Br}$	235
$\text{H-N}$	390	$\text{C-Br}$	275	$\text{Si-Si}$	230
$\text{H-O}$	464	\text{C-I}	240	\text{Si-P}	215
$\text{H-F}$	569	$\text{N-N}$	160	$\text{Si-S}$	225
$\text{H-Si}$	395	$\text{N=N}$	418	$\text{Si-Cl}$	359
$\text{H-P}$	320	$\text{N} {\equiv} \equiv} \text{N}$	946	$\text{Si-Br}$	290
$\text{H-S}$	340	$\text{N-O}$	200	$\text{Si-I}$	215
$\text{H-Cl}$	432	$\text{N-F}$	270	$\text{P-P}$	215
$\text{H-Br}$	370	$\text{N-P}$	210	$\text{P-S}$	230
$\text{H-I}$	295	$\text{N-Cl}$	200	$\text{P-Cl}$	330
$\text{C-C}$	345	$\text{N-Br}$	245	$\text{P-Br}$	270
$\text{C=C}$	611	$\text{O-O}$	140	$\text{P-I}$	215
$\text{C} {\equiv} \text{C}$	837	$\text{O=O}$	498	$\text{S-S}$	215
$\text{C-N}$	290	$\text{O-F}$	160	$\text{S-Cl}$	250
$\text{C=N}$	615	$\text{O-Si}$	370	$\text{S-Br}$	215
$\text{C} {\equiv} \text{N}$	891	$\text{O-P}$	350	$\text{Cl-Cl}$	243
$\text{C-O}$	350	$\text{O-Cl}$	205	$\text{Cl-Br}$	220
$\text{C=O}$	741	$\text{O-I}$	200	$\text{Cl-I}$	210
$\text{C} {\equiv} \text{O}$	1080	$\text{F-F}$	160	$\text{Br-Br}$	190
$\text{C-F}$	439	$\text{F-Si}$	540	$\text{Br-I}$	180
$\text{C-Si}$	360	$\text{F-P}$	489	$\text{I-I}$	150
$\text{C-P}$	265	$\text{F-S}$	285

Lungimile medii ale legăturilor și energiile de legătură pentru câteva legături comune
Legătură	Lungimea legăturii (Å)	Energia legăturii (kJ/mol)
$\text{C-C}$	1.54	345
$\text{C=C}$	1.34	611
$\text{C} {\equiv} \text{C}$	1.20	837
$\text{C-N}$	1.43	290
$\text{C=N}$	1.38	615
$\text{C} {\equiv} \text{N}$	1.16	891
$\text{C-O}$	1.43	350
$\text{C=O}$	1.23	741
$\text{C} \equiv \text{O}$	1.13	1080

Energia legăturii este diferența dintre minimul energetic (care apare la distanța de legătură) și energia celor doi atomi separați. Aceasta este cantitatea de energie eliberată atunci când se formează legătura. Invers, aceeași cantitate de energie este necesară pentru a rupe legătura. Pentru molecula $\text{H}_2$ prezentată în tabelul de mai sus, la distanța de legătură de 74 pm, sistemul are o energie cu 7,24 × 10-19 J mai mică decât cea a celor doi atomi de hidrogen separați. Acesta poate părea un număr mic. Cu toate acestea, după cum vom afla mai în detaliu mai târziu, energiile de legătură sunt adesea discutate pe bază de fiecare mol. De exemplu, este nevoie de 7,24 × 10-19 J pentru a rupe o legătură H-H, dar este nevoie de 4,36 × 105 J pentru a rupe un mol de legături H-H. În tabelele de mai sus este prezentată o comparație a unor lungimi și energii de legătură. Putem găsi multe dintre aceste legături într-o varietate de molecule, iar acest tabel oferă valori medii. De exemplu, ruperea primei legături C-H în $\text{CH}_4$ necesită 439,3 kJ/mol, în timp ce ruperea primei legături C-H în $\text{H-CH}_2\text{C}_6\text{H}_5$ (un diluant comun pentru vopsele) necesită 375 kJ/mol.5 kJ/mol.

După cum se vede în tabelele de mai sus, o legătură simplă carbon-carbon are în medie 347 kJ/mol, în timp ce într-o legătură dublă carbon-carbon, legătura $\pi$ crește rezistența legăturii cu 267 kJ/mol. Adăugarea unei legături suplimentare $\pi$ determină o creștere suplimentară de 225 kJ/mol. Putem observa un model similar atunci când comparăm alte legături $\sigma$ și $\pi$ . Astfel, fiecare legătură $\sigma$ individuală este, în general, mai slabă decât o legătură $\sigma$ corespunzătoare între aceiași doi atomi. Într-o legătură $\pi$ , există un grad mai mare de suprapunere orbitală decât într-o legătură $\pi$ .

Potem folosi energiile de legătură pentru a calcula modificări aproximative de entalpie pentru reacțiile în care nu sunt disponibile entalpiile de formare. Calculele de acest tip ne vor spune, de asemenea, dacă o reacție este exotermă sau endotermă. O reacție exotermă (ΔH negativ, căldură produsă) rezultă atunci când legăturile din produși sunt mai puternice decât legăturile din reactanți. O reacție endotermică (ΔH pozitiv, căldură absorbită) rezultă atunci când legăturile din produși sunt mai slabe decât cele din reactanți.

Variația de entalpie, ΔH, pentru o reacție chimică este aproximativ egală cu suma energiei necesare pentru a rupe toate legăturile din reactanți (energie „în”, semn pozitiv) plus energia eliberată atunci când toate legăturile sunt formate în produși (energie „afară”, semn negativ). Acest lucru poate fi exprimat matematic în felul următor:

$\Delta H= \Sigma \text{D}_\text{legături rupte} - \Sigma \text{D}_\text{legături formate}$

În această expresie, simbolul $\Sigma$ înseamnă „suma de”, iar D reprezintă energia legăturii în kilojouli pe mol, care este întotdeauna un număr pozitiv. Energia de legătură se obține dintr-un tabel și va depinde de faptul dacă legătura respectivă este o legătură simplă, dublă sau triplă. Astfel, atunci când calculăm entalpiile în acest mod, este important să luăm în considerare legăturile din toți reactanții și produsele. Deoarece valorile D sunt de obicei medii pentru un tip de legătură în multe molecule diferite, acest calcul oferă o estimare aproximativă, nu o valoare exactă, pentru entalpia de reacție.

Considerați următoarea reacție:

$\text{H}_2 (g) + \text{Cl}_2 (g) \longrightarrow \text{2HCl} (g)$

$\text{H-H} (g) + \text{Cl-Cl} (g) \longrightarrow \text{2H-Cl} (g)$

Pentru a forma doi moli de $\text{HCl}$ , trebuie să se rupă un mol de legături H-H și un mol de legături Cl-Cl. Energia necesară pentru ruperea acestor legături este suma energiei de legătură a legăturii H-H (436 kJ/mol) și a legăturii Cl-Cl (243 kJ/mol). În timpul reacției, se formează doi moli de legături H-Cl (energia legăturii = 432 kJ/mol), eliberând 2 × 432 kJ; sau 864 kJ. Deoarece legăturile din produși sunt mai puternice decât cele din reactanți, reacția eliberează mai multă energie decât consumă:

$\Delta H$	$=\Sigma \text{D}_\text{legături rupte} - \Sigma \text{D}_\text{legături formate}$
$\Delta H$	$= - - \text{2D}_\text{H-Cl}$
	$= - - 2(432) = \text{-185 kJ}$

Acest exces de energie este eliberat sub formă de căldură, deci reacția este exotermă. Anexa G oferă o valoare pentru entalpia molară standard de formare a $\text{HCl} (g)$ , $\Delta H_\text{f}^{\circ}$ , de -92,307 kJ/mol. De două ori această valoare este de -184,6 kJ, ceea ce concordă bine cu răspunsul obținut anterior pentru formarea a doi moli de HCl.

EXEMPLU

Utilizarea energiilor de legătură pentru a calcula modificările aproximative de entalpie
Metanol, $\text{CH}_3\text{OH}$ , poate fi un combustibil alternativ excelent. Reacția la temperaturi înalte a aburului și a carbonului produce un amestec de gaze monoxid de carbon, $\text{CO}$ , și hidrogen, $\text{H}_2$ , din care se poate produce metanol. Folosind energiile de legătură din tabelele de mai sus, calculați variația aproximativă de entalpie, ΔH, pentru reacția de aici:

$\text{CO} (g) + \text{2H}_2 (g) \longrightarrow \text{CH}_3\text{OH} (g)$

Soluție
În primul rând, trebuie să scriem structurile Lewis ale reactanților și produselor:

Un set de diagrame Lewis arată o reacție chimică. Prima structură arată un atom de carbon cu o pereche de electroni singuratici legat triplu de un oxigen cu o pereche de electroni singuratici. În dreapta acestei structuri se află un semn plus, apoi cifra 2 urmată de un atom de hidrogen legat simplu de un atom de hidrogen. În dreapta acestei structuri se află o săgeată orientată spre dreapta, urmată de un atom de hidrogen legat simplu de un atom de carbon care este legat simplu de doi atomi de hidrogen și de un atom de oxigen cu două perechi de electroni solitari. Atomul de oxigen este, de asemenea, legat simplu de un atom de hidrogen.

Din aceasta, vedem că ΔH pentru această reacție implică energia necesară pentru a rupe o legătură triplă C-O și două legături simple H-H, precum și energia produsă de formarea a trei legături simple C-H, a unei legături simple C-O și a unei legături simple O-H. Putem exprima acest lucru după cum urmează:

$\Delta H =$	$\Sigma \text{D}_\text{legături rupte} - \Sigma \text{D}_\text{legături formate}$
$\Delta H =$

Utilizând valorile energiei de legătură din tabel, se obține:

$\Delta H$
	$= \text{-107 kJ}$

Potem compara această valoare cu valoarea calculată pe baza datelor $\Delta H_\text{f}^{\circ}$ din Anexa G:

$\Delta H$

	$= \text{-90.5 kJ}$

Rețineți că există o diferență destul de semnificativă între valorile calculate prin cele două metode diferite. Acest lucru se întâmplă deoarece valorile D sunt media diferitelor rezistențe ale legăturilor; prin urmare, ele oferă adesea doar o concordanță aproximativă cu alte date.

Verifică-ți cunoștințele
Alcoolul etilic, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$ , a fost una dintre primele substanțe chimice organice sintetizate în mod deliberat de către om. Are multe utilizări în industrie și este alcoolul conținut în băuturile alcoolice. Poate fi obținut prin fermentarea zahărului sau sintetizat prin hidratarea etilenei în următoarea reacție:

Un set de structuri Lewis arată o reacție chimică. Prima structură prezintă doi atomi de carbon care sunt dublu legați între ei și sunt fiecare legat simplu de doi atomi de hidrogen. Această structură este urmată de un semn plus, apoi de un atom de oxigen cu două perechi de electroni solitari, legat simplu de doi atomi de hidrogen. O săgeată orientată spre dreapta duce la un atom de carbon legat simplu de trei atomi de hidrogen și de un al doilea atom de carbon. Al doilea atom de carbon este legat simplu de doi atomi de hidrogen și de un atom de oxigen cu două perechi de electroni solitari. Atomul de oxigen este de asemenea legat simplu de un atom de hidrogen.

Utilizând energiile de legătură din tabel, calculați o schimbare aproximativă de entalpie, ΔH, pentru această reacție.

Răspuns:
-35 kJ

Rezistența legăturii ionice și energia rețelei

Un compus ionic este stabil datorită atracției electrostatice dintre ionii săi pozitivi și negativi. Energia de rețea a unui compus este o măsură a puterii acestei atracții. Energia rețelei (ΔHlattice) a unui compus ionic este definită ca fiind energia necesară pentru a separa un mol de solid în ionii gazoși care îl compun. Pentru solidul ionic MX, energia de rețea este variația de entalpie a procesului:

$\text{MX} (s) \longrightarrow \text{M}^{n+} (g) + \text{X}^{n-} (g) \ \ \ \ \ \Delta H_\text{lattice}$

Rețineți că folosim convenția în care solidul ionic este separat în ioni, astfel încât energiile noastre de rețea vor fi endotermice (valori pozitive). Unele texte utilizează convenția echivalentă, dar opusă, definind energia de rețea ca fiind energia eliberată atunci când ionii separați se combină pentru a forma o rețea și oferind valori negative (exotermice). Prin urmare, dacă căutați energii de rețea într-o altă referință, asigurați-vă că verificați ce definiție este utilizată. În ambele cazuri, o mărime mai mare pentru energia rețelei indică un compus ionic mai stabil. Pentru clorura de sodiu, $\Delta H_\text{lattice} = \text{769 kJ}$ . Astfel, este nevoie de 769 kJ pentru a separa un mol de $\text{NaCl} solid.$ în ioni gazoși $\text{Na}^+$ și $\text{Cl}^-$ . Când câte un mol din fiecare dintre ionii gazoși $\text{Na}^+$ și $\text{Cl}^-$ formează ioni solizi $\text{NaCl}$ , se degajă 769 kJ de căldură.
Energia rețelei $\Delta H_\text{lattice}$ a unui cristal ionic poate fi exprimată prin următoarea ecuație (derivată din legea lui Coulomb, care guvernează forțele dintre sarcinile electrice):

$\Delta H_\text{rețea} = \frac{ \text{C(Z}^+\text{)(Z}^-) }{ \text{R}_\circ }$

în care C este o constantă care depinde de tipul de structură a cristalului; Z+ și Z- sunt sarcinile ionilor; iar Ro este distanța interionică (suma razelor ionilor pozitivi și negativi). Astfel, energia de rețea a unui cristal ionic crește rapid pe măsură ce sarcinile ionilor cresc și dimensiunile ionilor scad. Atunci când toți ceilalți parametri sunt menținuți constanți, dublarea încărcăturii atât a cationului, cât și a anionului, cvadruplează energia rețelei. De exemplu, energia rețelei de $\text{LiF}$ (Z+ și Z- = 1) este de 1023 kJ/mol, în timp ce cea a $\text{MgO}$ (Z+ și Z- = 2) este de 3900 kJ/mol (Ro este aproape aceeași – aproximativ 200 pm pentru ambii compuși).
Diferitele distanțe interatomice produc energii de rețea diferite. De exemplu, putem compara energia reticulară a $\text{MgF}_2$ (2957 kJ/mol) cu cea a $\text{MgI}_2$ (2327 kJ/mol) pentru a observa efectul asupra energiei reticulare al dimensiunii ionice mai mici a lui F- în comparație cu I-.

EXEMPLU

Comparații ale energiei rețelei
Geamia prețioasă rubin este oxid de aluminiu, $\text{Al}_2\text{O}_3$ , care conține urme de $\text{Cr}^{3+}$ . Compusul $\text{Al}_2\text{Se}_3$ este utilizat la fabricarea unor dispozitive semiconductoare. Care are energia de rețea mai mare, $\text{Al}_2\text{O}_3$ sau $\text{Al}_2\text{Se}_3$ ?

Soluție
În acești doi compuși ionici, sarcinile Z+ și Z- sunt aceleași, astfel încât diferența de energie de rețea va depinde de Ro. $\text{O}^{2-}$ ionul este mai mic decât $\text{Se}^{2-}$ ion. Astfel, $\text{Al}_2\text{O}_3$ ar avea o distanță interionică mai mică decât $\text{Al}_2\text{Se}_3$ , iar $\text{Al}_2\text{O}_3$ ar avea energia rețelei mai mare.
Check Your Learning
Oxidul de zinc, $\text{ZnO}$ , este un ecran solar foarte eficient. Cum ar putea fi energia reticulară a $\text{ZnO}$ se compară cu cea a $\text{NaCl}$ ?

Răspuns:
$\text{ZnO}$ ar avea energia rețelei mai mare deoarece valorile Z atât ale cationului cât și ale anionului din $\text{ZnO}$ sunt mai mari, iar distanța interionică a $\text{ZnO}$ este mai mică decât cea a $\text{NaCl}$ .

PRENZII CHEIE

Trezimea unei legături covalente se măsoară prin energia de disociere a legăturii, adică prin cantitatea de energie necesară pentru a rupe acea legătură particulară într-un mol de molecule. Legăturile multiple sunt mai puternice decât legăturile simple între aceiași atomi. Entalpia unei reacții poate fi estimată pe baza aportului de energie necesar pentru ruperea legăturilor și a energiei eliberate atunci când se formează noi legături. Pentru legăturile ionice, energia de rețea este energia necesară pentru a separa un mol de compus în ionii săi din faza gazoasă. Energia de rețea crește pentru ionii cu sarcini mai mari și distanțe mai mici între ioni.

Energia de legătură pentru o moleculă diatomică: $\text{XY} (g) \longrightarrow \text{X} (g) + \text{Y} (g) \ \ \ \ \text{D}_\text{X-Y} = \Delta H^{\circ}$
Schimbare de entalpie: $\Delta H = \Sigma \text{D}_\text{legături rupte} - \Sigma \text{D}_\text{text{text{text formate}.$
Energia rețelei pentru un solid MX: $\text{MX} (s) \longrightarrow \text{M}^{n+} (g) + \text{X}^{n-} (g) \Delta \ \ \ \ H_\text{lattice}$
Energia rețelei pentru un cristal ionic: $\Delta H_\text{lattice} = \frac{ \text{C(Z}^+\text{)(Z}^-) }{ \text{R}_\circ }$

Sfârșitul capitolului EXERCIȚII

Ce legătură din fiecare dintre următoarele perechi de legături este cea mai puternică? (a) $\text{C-C}$ sau $\text{C=C}$ (b) $\text{C-N}$ sau $\text{C} {\equiv} \text{N}$ (c) $\text{C} {\equiv} \text{O}$ sau $\text{C=O}$ (d) $\text{H-F}$ sau $\text{H-Cl}$ (e) $\text{C-H}$ sau $\text{O-H}$ (f) $\text{C-N}$ sau $\text{C-O}$
Utilizând energiile de legătură din tabel, determinați variația aproximativă de entalpie pentru fiecare dintre următoarele reacții: (a) $\text{H}_2 (g) + \text{Br}_2 (g) \longrightarrow \text{2HBr} (g)$ (b) $\text{CH}_4 (g) + \text{I}_2(g) \longrightarrow \text{CH}_3\text{I} (g) + \text{HI} (g)$ . (c) $\text{C}_2\text{H}_4 (g) + \text{3O}_2 (g) \longrightarrow \text{2CO}_2 (g) + \text{2H}_2\text{O} (g)$
(a) -114 kJ; (b) 30 kJ; (c) -1055 kJ
Utilizând energiile de legătură din tabel, determinați variația aproximativă de entalpie pentru fiecare dintre următoarele reacții: (a) $\text{Cl}_2 (g) + \text{3F}_2 (g) \longrightarrow \text{2ClF}_3 (g)$ (b) $\text{H}_2\text{C} = \text{CH}_2 (g) + \text{H}_2 (g) \longrightarrow \text{H}_3\text{CCH}_3 (g)$ (c) $\text{2C}_2\text{H}_6 (g) + \text{7O}_2 (g) \longrightarrow \text{4CO}_2 (g) + \text{6H}_2\text{O} (g)$
Desenați o curbă care descrie energia unui sistem cu atomi de H și Cl la diferite distanțe. Apoi, găsiți energia minimă a acestei curbe în două moduri. (a) Folosiți energia de legătură găsită în tabele pentru a calcula energia pentru un singur $\text{HCl}$ legătură (Indicație: Câte legături există într-un mol?)(b) Folosiți entalpia de reacție și energiile de legătură pentru H2 și Cl2 pentru a rezolva pentru energia unui mol de $\text{HCl}$ legături.
$\text{H}_2 (g) + \text{Cl}_2 (g) \rightleftharpoons \text{2HCl} (g) \ \ \ \ \ \Delta H_\text{rxn}^{\circ} = \text{-184.7 kJ/mol}$

Explicați de ce legăturile apar la distanțe medii specifice de legătură în loc ca atomii să se apropie unul de altul la infinit.

Distanța medie specifică de legătură este distanța cu cea mai mică energie. La distanțe mai mici decât distanța de legătură, sarcinile pozitive de pe cele două nuclee se resping reciproc, iar energia totală crește.
Când o moleculă poate forma două structuri diferite, structura cu legăturile mai puternice este, de obicei, forma mai stabilă. Folosiți energiile de legătură pentru a prezice structura corectă a moleculei de hidroxilamină:
Energia de legătură mai mare este în figura din stânga. Este forma mai stabilă.
Cum arată energia de legătură a $\text{HCl} (g)$ diferă de entalpia standard de formare a $\text{HCl} (g)$ ?
Utilizând datele privind entalpia standard de formare din Apendicele G, arătați în ce mod entalpia standard de formare a $\text{HCl} (g)$ poate fi folosită pentru a determina energia de legătură.

$\text{HCl} (g) \longrightarrow \frac{1}{2}\text{H}_2 (g) + \frac{1}{2}\text{Cl}_2 (g)$ $\Delta H_1^{\circ} = -\Delta H_{\text{f}^{\circ}$

$\frac{1}{2}\text{H}_2 (g) \longrightarrow \text{H} (g)$ $\Delta H_2^{\circ} = \Delta H_{\text{f}^{\circ}$

$\frac{1}{2}\text{Cl}_2 (g) \longrightarrow \text{Cl} (g)$ $\Delta H_3^{\circ} = \Delta H_{\text{f}^{\circ}$

\text{HCl} (g) \longrightarrow \text{H} (g) + \text{Cl} (g) $\Delta H_{298}^{\circ} = \Delta H_1^{\circ} + \Delta H_2^{\circ} + \Delta H_3^{\circ}$

$D_\text{HCl} = \Delta H_{298}^{\circ} = \Delta H_{\text{f}^{\circ} + \Delta H_{\text{f}^{\circ} + \Delta H_{\text{f}^{\circ}$

$\text{= -(-92,307 kJ) + 217,97 kJ + 121,3 kJ}$
$\text{= 431,6 kJ}$
Utilizând datele standard privind entalpia de formare din Anexa G, calculați energia de legătură a dublei legături carbon-sulfur din $\text{CS}_2$ .
Utilizând datele standard de entalpie de formare din Anexa G, determinați care legătură este mai puternică: legătura S-F din $\text{SF}_4 (g)$ sau din $\text{SF}_6 (g)$ ?
Legătura S-F din $\text{SF}_4$ este mai puternică.
Utilizând datele standard de entalpie de formare din Anexa G, determinați care legătură este mai puternică: legătura P-Cl din $\text{PCl}_3 (g)$ sau din $\text{PCl}_5 (g)$ ?
Completați următoarea structură Lewis prin adăugarea de legături (nu de atomi) și apoi indicați cea mai lungă legătură:

Legăturile simple C-C sunt cele mai lungi.
Utilizați energia de legătură pentru a calcula o valoare aproximativă a ΔH pentru următoarea reacție. Care este forma mai stabilă a $\text{FNO}_2$ ?
Utilizați principiile structurii atomice pentru a răspunde la fiecare dintre următoarele:1 (a) Raza atomului de Ca este de 197 pm; raza ionului $\text{Ca}^{2+}$ este de 99 pm. Explicați diferența. (b) Energia reticulară a $\text{CaO} (s)$ este -3460 kJ/mol; energia reticulară a $\text{K}_2\text{O}$ este de -2240 kJ/mol. Explicați diferența. (c) Având în vedere aceste valori de ionizare, explicați diferența dintre Ca și K în ceea ce privește prima și a doua lor energie de ionizare.

.

Element Prima energie de ionizare (kJ/mol) A doua energie de ionizare (kJ/mol)

K 419 3050

Ca 590 1140

(d) Prima energie de ionizare a Mg este de 738 kJ/mol, iar cea a Al este de 578 kJ/mol. Explicați această diferență.

(a) Când doi electroni sunt eliminați din învelișul de valență, raza Ca pierde nivelul energetic cel mai exterior și revine la nivelul inferior n = 3, care are o rază mult mai mică. (b) Sarcina +2 a calciului trage oxigenul mult mai aproape în comparație cu K, crescând astfel energia rețelei în raport cu un ion mai puțin încărcat.

(c) Îndepărtarea electronului 4s din Ca necesită mai multă energie decât îndepărtarea electronului 4s din K din cauza atracției mai puternice a nucleului și a energiei suplimentare necesare pentru a rupe împerecherea electronilor. A doua energie de ionizare pentru K necesită ca un electron să fie îndepărtat de la un nivel energetic inferior, unde atracția nucleului pentru electron este mult mai puternică. În plus, este nevoie de energie pentru a desperechea doi electroni pe un orbital complet. Pentru Ca, al doilea potențial de ionizare necesită îndepărtarea doar a unui electron singuratic din nivelul energetic exterior expus.

(d) În cazul lui Al, electronul îndepărtat este relativ neprotejat și neperecheat într-un orbital p. Energia mai mare pentru Mg reflectă în principal neîmperecherea electronului 2s.
Pentru care dintre următoarele substanțe este necesară cea mai mică energie pentru a transforma un mol de solid în ioni separați? (a) $\text{MgO}.$ (b) $\text{SrO}$ (c) $\text{KF}$ (d) $\text{CsF}$ (e) $\text{MgF}_2$
(d)
Reacția unui metal, $\text{M}$ , cu un halogen, $\text{X}_2$ , se desfășoară printr-o reacție exotermă, după cum indică această ecuație: $\text{M} (s) + \text{X}_2 (g) \rightarrow \text{MX}_2 (s)$ . Pentru fiecare dintre următoarele, indicați ce opțiune va face reacția mai exotermă. Explicați-vă răspunsurile. (a) o rază mare vs. o rază mică pentru $\text{M}^{+2}.$ (b) o energie de ionizare mare vs. o energie de ionizare mică pentru $\text{M}$ (c) o energie de legătură din ce în ce mai mare pentru halogen (d) o afinitate electronică din ce în ce mai mică pentru halogen (e) o mărime din ce în ce mai mare a anionului format de halogen
Energia rețelei pentru $\text{LiF}$ este de 1023 kJ/mol, iar distanța Li-F este de 201 pm. $\text{MgO}$ cristalizează în aceeași structură ca și $\text{LiF}$ , dar cu o distanță Mg-O de 205 pm. Care dintre următoarele valori se apropie cel mai mult de energia rețelei de $\text{MgO}$ : 256 kJ/mol, 512 kJ/mol, 1023 kJ/mol, 2046 kJ/mol, sau 4008 kJ/mol? Explicați alegerea dumneavoastră.
4008 kJ/mol; ambii ioni din $\text{MgO}$ au o sarcină dublă față de cea a ionilor din $\text{LiF}$ ; lungimea legăturii este foarte asemănătoare și ambii au aceeași structură; se așteaptă o cvadruplare a energiei pe baza ecuației pentru energia rețelei
Ce compus din fiecare dintre următoarele perechi are energia rețelei mai mare? Notă: $\text{Mg}^{2+}$ și $\text{Li}^+$ au raze similare; $\text{O}^{2-}$ și $\text{F}^-$ au raze similare. Explicați alegerile dumneavoastră. (a) $\text{MgO}$ sau $\text{MgSe}.$ (b) $\text{LiF}$ sau $\text{MgO}$ (c) $\text{Li}_2\text{O}$ sau $\text{LiCl}$ (d) $\text{Li}_2\text{Se}$ sau $\text{MgO}$
Ce compus din fiecare dintre următoarele perechi are energia de rețea mai mare? Notă: $\text{Ba}^{2+}$ și $\text{K}^+$ au raze similare; $\text{S}^{2-}$ și $\text{Cl}^-$ au raze similare. Explicați alegerile dumneavoastră. (a) $\text{K}_2\text{O}.$ sau $\text{Na}_2\text{O}$ (b) $\text{K}_2\text{S}$ sau $\text{BaS}$ (c) $\text{KCl}$ sau $\text{BaS}$ (d) $\text{BaS}$ sau $\text{BaCl}_2$
(a) $\text{Na}_2\text{O}$ ; $\text{Na}^+$ are o rază mai mică decât $\text{K}^+$ ; (b) $\text{BaS}$ ; \text{Ba}; \text{Ba}; \text{Ba} are o sarcină mai mare decât $\text{K}$ ; (c) $\text{BaS}$ ; \text{Ba} și $\text{S}$ au sarcini mai mari; (d) $\text{BaS}$ ; $\text{S}$ are o sarcină mai mare
Care dintre următorii compuși necesită cea mai multă energie pentru a transforma un mol de solid în ioni separați? (a) $\text{MgO}$ (b) $\text{SrO}$ (c) $\text{KF}$ (d) $\text{CsF}$ (e) $\text{MgF}_2$
Care dintre următorii compuși necesită cea mai multă energie pentru a transforma un mol de solid în ioni separați? (a) $\text{K}_2\text{S}$ (b) $\text{K}_2\text{O}$ (c) $\text{CaS}$ (d) $\text{Cs}_2\text{S}$ (e) $\text{CaO}$
(e)

Element	Prima energie de ionizare (kJ/mol)	A doua energie de ionizare (kJ/mol)
K	419	3050
Ca	590	1140

Note de subsol

1 Această întrebare este preluată de la Chemistry Advanced Placement Examination și este utilizată cu permisiunea Educational Testing Service.

Glosar

energia de legătură (de asemenea, energia de disociere a legăturii) energia necesară pentru a rupe o legătură covalentă într-o substanță gazoasă energia de rețea (ΔHlattice) energia necesară pentru a separa un mol dintr-un solid ionic în componentele sale ioni gazoși

energia necesară pentru a separa un mol dintr-un solid ionic în ionii săi componenți ionii gazoși

Obiective de învățare

Rezistența legăturii: Legături covalente

EXEMPLU

Rezistența legăturii ionice și energia rețelei

EXEMPLU

PRENZII CHEIE

Sfârșitul capitolului EXERCIȚII

Note de subsol

Glosar

I

Lasă un răspuns Anulează răspunsul