Կապող էներգիայի վերաբերյալ քննարկման հարցի օրինակ

Կապի էներգիայի վերաբերյալ քննարկման հարցի օրինակ

Պենդահուլուան

Կապի էներգիան քիմիայի հիմնական հասկացություն է, որն օգնում է մեզ հասկանալ մոլեկուլի ներսում կապը խզելու համար անհրաժեշտ էներգիան: Պարզ ասած՝ կապի էներգիան այն էներգիայի քանակն է, որը պահանջվում է մոլեկուլում միմյանց հետ կապված երկու ատոմները ազատ ատոմների բաժանելու համար: Այս հոդվածում մենք կհասկանանք կապի էներգիայի հասկացությունը մի քանի օրինակելի խնդիրների և դրանց քննարկման միջոցով:

Կապի էներգիայի հայեցակարգը

Կապի էներգիան արտահայտվում է կիլոջոուլներով մեկ մոլում (կՋ/մոլ), և քիմիական կապի յուրաքանչյուր տեսակ ունի տարբեր կապի էներգիա։ Օրինակ՝ միակ C-H (ածխածին-ջրածին) կապի կապի էներգիան տարբերվում է կրկնակի C=O (ածխածին-թթվածին) կապի կապի էներգիայից։

Կապի էներգիաները հաշվի առնելով ռեակցիայի էնթալպիայի փոփոխությունը (\(\Դելտա H\)) հաշվարկելու համար սովորաբար օգտագործվող հավասարումը հետևյալն է.

\[
Դելտա H = Սիգմա D_{\text{ռեակտիվներ}} – Սիգմա D_{\text{արտադրանքներ}}
\]

Որտեղ \(D_{\text{ռեակտիվ նյութեր}}\)-ը և \(D_{\text{արտադրանքներ}}\)-ը ռեակտիվ նյութերում և արգասիքներում առկա կապերի էներգիաներն են։ Այլ կերպ ասած՝ ռեակտիվ նյութերում կապերի էներգիաների գումարը հանած արգասիքներում կապերի էներգիաների գումարը։

Հարցերի և քննարկման նմուշներ

Հարց 1

Հայտնի է, որ հետևյալ կապերի միջին կապի էներգիան հետևյալն է՝
– HH կապ՝ 436 կՋ/մոլ
– O=O կապ՝ 498 կՋ/մոլ
– HO կապ՝ 463 կՋ/մոլ

Հաշվարկեք էնթալպիայի փոփոխությունը (\(\Դելտա H\)) հետևյալ ռեակցիայի համար.

\[
2H_2(g) + O_2(g) \աջ սլաք 2H_2O(g)
\]

Քննարկում.

Առաջին քայլը ռեակցիայի գրառումն է և ռեակտիվներում և արգասիքներում առկա կապերի քանակը հաշվելն է։

Ռեակտիվների համար՝
– \(H_2\)-ի 2 մոլեկուլ նշանակում է, որ կան 2 HH կապեր
– \(O_2\)-ի 1 մոլեկուլ նշանակում է, որ կա 1 O=O կապ

Արտադրանքի համար՝
– 2 \(H_2O\) մոլեկուլ նշանակում է 4 HO կապ

Ռեակտիվ նյութերի ընդհանուր կապի էներգիան՝
\[
2 անգամ կապի էներգիան HH + 1 անգամ կապի էներգիան O=O
\]
\[
= 2 անգամ 436 + 1 անգամ 498
\]
\[
= 872 + 498
\]
\[
= 1370 \text{ կՋ/մոլ}
\]

Արտադրանքի ընդհանուր կապի էներգիան՝
\[
4 անգամ \text{HO կապի էներգիա}
\]
\[
= 4 անգամ 463
\]
\[
= 1852 \text{ կՋ/մոլ}
\]

Էնթալպիայի փոփոխություն (\(\Դելտա H\)):
\[
Դելտա H = Սիգմա D_{\text{ռեակտիվներ}} – Սիգմա D_{\text{արտադրանքներ}}
\]
\[
= 1370 \text{kJ/mol} – 1852 \text{kJ/mol}
\]
\[
= -482 \text{ կՋ/մոլ}
\]

Այսպիսով, ռեակցիայի էնթալպիայի փոփոխությունը \(-482\) կՋ/մոլ է։

Հարց 2

Ենթադրվում է, որ հայտնի են հետևյալ կապի էներգիաները՝
– CH կապ՝ 414 կՋ/մոլ
– C=C կապ՝ 612 կՋ/մոլ
– HH կապ՝ 436 կՋ/մոլ

Հաշվարկեք էնթալպիայի փոփոխությունը (\(\Դելտա H\)) հետևյալ ռեակցիայի համար.

\[
C_2H_4(g) + H_2(g) \աջ սլաք C_2H_6(g)
\]

Քննարկում.

Առաջին քայլը ռեակցիայի գրառումն է և ռեակտիվներում և արգասիքներում առկա կապերի քանակը հաշվելն է։

Ռեակտիվների համար՝
– \(C_2H_4\) (էթիլեն) 1 մոլեկուլն ունի 4 CH կապ և 1 C=C կապ
– \(H_2\)-ի 1 մոլեկուլն ունի 1 HH կապ

Արտադրանքի համար՝
– \(C_2H_6\) (էթան) 1 մոլեկուլն ունի 6 CH կապ և 1 CC կապ։

Ռեակտիվ նյութերի ընդհանուր կապի էներգիան՝
\[
4 անգամ կապի էներգիա CH + 1 անգամ կապի էներգիա C=C + 1 անգամ կապի էներգիա HH
\]
\[
= 4 անգամ 414 + 1 անգամ 612 + 1 անգամ 436
\]
\[
= 1656 + 612 + 436
\]
\[
= 2704 \text{ կՋ/մոլ}
\]

Արտադրանքի ընդհանուր կապի էներգիան՝
\[
6 անգամ CH կապի էներգիա + 1 անգամ CC կապի էներգիա
\]
\[
= 6 անգամ 414 + 1 անգամ 348
\]
\[
= 2484 + 348
\]
\[
= 2832 \text{ կՋ/մոլ}
\]

Էնթալպիայի փոփոխություն (\(\Դելտա H\)):
\[
Դելտա H = Սիգմա D_{\text{ռեակտիվներ}} – Սիգմա D_{\text{արտադրանքներ}}
\]
\[
= 2704 \text{kJ/mol} – 2832 \text{kJ/mol}
\]
\[
= -128 \text{ կՋ/մոլ}
\]

Այսպիսով, ռեակցիայի էնթալպիայի փոփոխությունը \(-128\) կՋ/մոլ է։

Եզրակացություն

Կապի էներգիայի հասկացությունը քիմիական ռեակցիաների և դրանց էնթալպիայի փոփոխությունների ուսումնասիրության հիմնարար տարր է: Այս հոդվածում մենք քննարկել ենք երկու օրինակելի խնդիր, որոնք ցույց են տալիս, թե ինչպես հաշվարկել կապի էներգիան օգտագործող ռեակցիաների էնթալպիայի փոփոխությունները: Այս հասկացողությունը կարևոր է քիմիական կիրառությունների լայն շրջանակում՝ օրգանական սինթեզից մինչև վառելիքի մշակում: Ավելի խորը հասկացողության կարելի է հասնել քիմիական ռեակցիաների տարբեր տեսակների կանոնավոր պրակտիկայի և ուսումնասիրության միջոցով:

Խնդրում ենք օգտագործել այս հոդվածում նկարագրված մեթոդները որպես ուղեցույց՝ կապերի էներգիայի ապագա խնդիրները լուծելու համար, և դիտարկել այլ լրացուցիչ ուսումնական ռեսուրսներ՝ կապերի էներգիայի քիմիայի վերաբերյալ ձեր գիտելիքները խորացնելու համար։