Eksempel på et diskusjonsspørsmål om obligasjonsenergi
Pendahuluan
Bindingsenergi er et nøkkelbegrep i kjemi som hjelper oss å forstå energien som kreves for å bryte en binding i et molekyl. Enkelt sagt er bindingsenergi mengden energi som kreves for å separere to atomer bundet sammen i et molekyl til separate atomer. I denne artikkelen skal vi forstå konseptet bindingsenergi gjennom flere eksempelproblemer og diskusjon av dem.
Konseptet med bindingsenergi
Bindingsenergi uttrykkes i kilojoule per mol (kJ/mol), og hver type kjemisk binding har en ulik bindingsenergi. For eksempel er bindingsenergien for en enkelt C-H (karbon-hydrogen)-binding forskjellig fra bindingsenergien for en dobbel C=O (karbon-oksygen)-binding.
Ligningen som vanligvis brukes til å beregne entalpiendringen i en reaksjon (ΔH) med tanke på bindingsenergiene er:
\[
ΔH = \Sigma D_{\text{reaktanter}} – \Sigma D_{\text{produkter}}
\]
Hvor \(D_{\text{reaktanter}}\) og \(D_{\text{produkter}}\) er bindingsenergiene involvert i reaktantene og produktene. Med andre ord, summen av bindingsenergiene i reaktantene minus summen av bindingsenergiene i produktene.
Eksempel på hva som skjer i fremtiden
Spørsmål 1
Det er kjent at den gjennomsnittlige bindingsenergien for følgende bindinger er:
– HH-binding: 436 kJ/mol
– O=O-binding: 498 kJ/mol
– HO-binding: 463 kJ/mol
Beregn entalpiendringen (ΔH) for følgende reaksjon:
\[
2H_2(g) + O_2(g) \høyrepil 2H_2O(g)
\]
Diskusjon:
Det første trinnet er å skrive reaksjonen og telle antall bindinger som er tilstede i reaktantene og produktene.
For reaktantene:
– 2 molekyler av \(H_2\) betyr at det er 2 HH-bindinger
– 1 molekyl av \(O_2\) betyr at det er 1 O=O-binding
For produkter:
– 2 \(H_2O\) molekyler betyr 4 HO-bindinger
Total bindingsenergi i reaktantene:
\[
2 × bindingsenergi HH + 1 × bindingsenergi O = O
\]
\[
= 2 x 436 + 1 x 498
\]
\[
= 872 + 498
\]
\[
= 1370 kJ/mol
\]
Total bindingsenergi i produktet:
\[
4 \times \text{HO-bindingsenergi}
\]
\[
= 4 ganger 463
\]
\[
= 1852 kJ/mol
\]
Entalpiendring (ΔH):
\[
ΔH = \Sigma D_{\text{reaktanter}} – \Sigma D_{\text{produkter}}
\]
\[
= 1370 \tekst{ kJ/mol} – 1852 \tekst{ kJ/mol}
\]
\[
= -482 kJ/mol
\]
Så er entalpiendringen for reaksjonen \(-482\) kJ/mol.
Spørsmål 2
Det antas at følgende bindingsenergier er kjente:
– CH-binding: 414 kJ/mol
– C=C-binding: 612 kJ/mol
– HH-binding: 436 kJ/mol
Beregn entalpiendringen (ΔH) for følgende reaksjon:
\[
C_2H_4(g) + H_2(g) \høyrepil C_2H_6(g)
\]
Diskusjon:
Det første trinnet er å skrive reaksjonen og telle antall bindinger som er tilstede i reaktantene og produktene.
For reaktantene:
– 1 molekyl av \(C_2H_4\) (etylen) har 4 CH-bindinger og 1 C=C-binding
– 1 molekyl av \(H_2\) har 1 HH-binding
For produkter:
– 1 molekyl av \(C_2H_6\) (etan) har 6 CH-bindinger og 1 CC-binding
Total bindingsenergi i reaktantene:
\[
4 × bindingsenergi CH₃ + 1 × bindingsenergi C=C₃ + 1 × bindingsenergi HH
\]
\[
= 4 x 414 + 1 x 612 + 1 x 436
\]
\[
= 1656 + 612 + 436
\]
\[
= 2704 kJ/mol
\]
Total bindingsenergi i produktet:
\[
6 × CH-bindingsenergi + 1 × CC-bindingsenergi
\]
\[
= 6 x 414 + 1 x 348
\]
\[
= 2484 + 348
\]
\[
= 2832 kJ/mol
\]
Entalpiendring (ΔH):
\[
ΔH = \Sigma D_{\text{reaktanter}} – \Sigma D_{\text{produkter}}
\]
\[
= 2704 \tekst{ kJ/mol} – 2832 \tekst{ kJ/mol}
\]
\[
= -128 kJ/mol
\]
Så er entalpiendringen for reaksjonen \(-128\) kJ/mol.
Konklusjon
Konseptet bindingsenergi er et grunnleggende element i studiet av kjemiske reaksjoner og deres entalpiendringer. I denne artikkelen har vi diskutert to eksempelproblemer som demonstrerer hvordan man beregner entalpiendringer for reaksjoner ved bruk av bindingsenergi. Denne forståelsen er avgjørende i et bredt spekter av kjemiske anvendelser, fra organisk syntese til drivstoffutvikling. En dypere forståelse kan oppnås gjennom regelmessig øvelse og utforskning av ulike typer kjemiske reaksjoner.
Bruk teknikkene beskrevet i denne artikkelen som en veiledning for å løse fremtidige bindingsenergiproblemer, og vurder andre læringsressurser for å utdype kunnskapen din om bindingsenergikjemi.
