Näide aruteluküsimusest võlakirjaenergia kohta
Pendahuluan
Sidemeenergia on keemias võtmemõiste, mis aitab meil mõista molekulis sideme purustamiseks vajalikku energiat. Lihtsamalt öeldes on sidemeenergia energia hulk, mis on vajalik molekulis kokku seotud kahe aatomi eraldamiseks eraldi aatomiteks. Selles artiklis mõistame sidemeenergia mõistet mitme näidisülesande ja nende arutelu kaudu.
Võlakirjaenergia kontseptsioon
Sidemeenergiat väljendatakse kilodžaulides mooli kohta (kJ/mol) ja igal keemilise sideme tüübil on erinev sidemeenergia. Näiteks üksiku C-H (süsinik-vesinik) sideme sidemeenergia erineb kaksiksideme C=O (süsinik-hapnik) sidemeenergiast.
Reaktsiooni entalpia muutuse (\(\DeltaH\)) arvutamiseks kasutatav valem, arvestades sidemete energiaid, on:
\[
\Delta H = \Sigma D_{\text{reagendid}} – \Sigma D_{\text{produktid}}
\]
Kus \(D_{\text{reactants}}\) ja \(D_{\text{products}}\) on reagentide ja saaduste sidemete energiad. Teisisõnu, reagentide sidemete energiate summa miinus saaduste sidemete energiate summa.
Näidisküsimused ja arutelu
Küsimus 1
On teada, et järgmiste sidemete keskmine sidemeenergia on:
– HH-side: 436 kJ/mol
– O=O side: 498 kJ/mol
– HO side: 463 kJ/mol
Arvutage järgmise reaktsiooni entalpia muutus (\(\Delta H\)):
\[
2H_2(g) + O_2(g) \paremnool 2H_2O(g)
\]
Arutelu:
Esimene samm on reaktsiooni üleskirjutamine ja reagentides ja saadustes olevate sidemete arvu loendamine.
Reagentide puhul:
– 2 \(H_2\) molekuli tähendab, et on 2 HH sidet
– 1 \(O_2\) molekul tähendab, et seal on 1 O=O side
Toodete puhul:
– 2 \(H_2O\) molekuli tähendab 4 HO sidet
Reagentide kogu sidemeenergia:
\[
2 × sideme energia HH} + 1 × sideme energia O=O}
\]
\[
= 2 korda 436 + 1 korda 498
\]
\[
= 872 + 498
\]
\[
= 1370 kJ/mol
\]
Toote kogu sidemeenergia:
\[
4 korda \text{HO sideme energia}
\]
\[
= 4 korda 463
\]
\[
= 1852 kJ/mol
\]
Entalpia muutus (\(\Delta H\)):
\[
\Delta H = \Sigma D_{\text{reagendid}} – \Sigma D_{\text{produktid}}
\]
\[
= 1370 \tekst{ kJ/mol} – 1852 \tekst{ kJ/mol}
\]
\[
= -482 kJ/mol
\]
Seega on reaktsiooni entalpia muutus \(-482\) kJ/mol.
Küsimus 2
Eeldatakse, et järgmised sidemete energiad on teada:
– CH-side: 414 kJ/mol
– C=C side: 612 kJ/mol
– HH-side: 436 kJ/mol
Arvutage järgmise reaktsiooni entalpia muutus (\(\Delta H\)):
\[
C_2H_4(g) + H_2(g) \paremnool C_2H_6(g)
\]
Arutelu:
Esimene samm on reaktsiooni üleskirjutamine ja reagentides ja saadustes olevate sidemete arvu loendamine.
Reagentide puhul:
– 1 \(C_2H_4\) (etüleeni) molekulil on 4 CH-sidet ja 1 C=C-side
– 1 \(H_2\) molekulil on 1 HH side
Toodete puhul:
– 1 \(C_2H_6\) (etaani) molekulil on 6 CH-sidet ja 1 CC-side
Reagentide kogu sidemeenergia:
\[
4 korda \text{Sidemeenergia CH} + 1 korda \text{Sidemeenergia C=C} + 1 korda \text{Sidemeenergia HH}
\]
\[
= 4 korda 414 + 1 korda 612 + 1 korda 436
\]
\[
= 1656 + 612 + 436
\]
\[
= 2704 kJ/mol
\]
Toote kogu sidemeenergia:
\[
6 × CH-sideme energia + 1 × CC-sideme energia
\]
\[
= 6 korda 414 + 1 korda 348
\]
\[
= 2484 + 348
\]
\[
= 2832 kJ/mol
\]
Entalpia muutus (\(\Delta H\)):
\[
\Delta H = \Sigma D_{\text{reagendid}} – \Sigma D_{\text{produktid}}
\]
\[
= 2704 \tekst{ kJ/mol} – 2832 \tekst{ kJ/mol}
\]
\[
= -128 kJ/mol
\]
Seega on reaktsiooni entalpia muutus \(-128\) kJ/mol.
Järeldus
Sidemeenergia mõiste on keemiliste reaktsioonide ja nende entalpia muutuste uurimisel põhielement. Selles artiklis oleme käsitlenud kahte näidisülesannet, mis demonstreerivad, kuidas arvutada entalpia muutusi reaktsioonide puhul, kasutades sidemeenergiat. See arusaam on ülioluline paljudes keemilistes rakendustes, alates orgaanilisest sünteesist kuni kütuse väljatöötamiseni. Sügavama arusaamise saavutamiseks on vaja regulaarset harjutamist ja erinevat tüüpi keemiliste reaktsioonide uurimist.
Palun kasutage selles artiklis kirjeldatud võtteid tulevaste sidemeenergia probleemide lahendamise juhisena ja kaaluge muid täiendavaid õppematerjale, et süvendada oma teadmisi sidemeenergia keemiast.
