Exempel på en diskussionsfråga om bindningsenergi
Pendahuluan
Bindningsenergi är ett nyckelbegrepp inom kemi som hjälper oss att förstå den energi som krävs för att bryta en bindning inom en molekyl. Enkelt uttryckt är bindningsenergi den mängd energi som krävs för att separera två atomer som är bundna samman i en molekyl till separata atomer. I den här artikeln kommer vi att förstå begreppet bindningsenergi genom flera exempelproblem och deras diskussion.
Begreppet bindningsenergi
Bindningsenergin uttrycks i kilojoule per mol (kJ/mol), och varje typ av kemisk bindning har en annan bindningsenergi. Till exempel skiljer sig bindningsenergin för en enkel C-H-bindning (kol-väte) från bindningsenergin för en dubbel C=O-bindning (kol-syre).
Ekvationen som vanligtvis används för att beräkna entalpiförändringen för en reaktion (ΔH) med hänsyn till bindningsenergierna är:
\[
ΔH = \Sigma D_{\text{reaktanter}} – \Sigma D_{\text{produkter}}
\]
Där \(D_{\text{reaktanter}}\) och \(D_{\text{produkter}}\) är bindningsenergierna i reaktanterna och produkterna. Med andra ord, summan av bindningsenergierna i reaktanterna minus summan av bindningsenergierna i produkterna.
Exempel på Soal och Pembahasan
Fråga 1
Det är känt att den genomsnittliga bindningsenergin för följande bindningar är:
– HH-bindning: 436 kJ/mol
– O=O-bindning: 498 kJ/mol
– HO-bindning: 463 kJ/mol
Beräkna entalpiförändringen (ΔH) för följande reaktion:
\[
2H_2(g) + O_2(g) \högerpil 2H_2O(g)
\]
Diskussion:
Det första steget är att skriva reaktionen och räkna antalet bindningar som finns i reaktanterna och produkterna.
För reaktanterna:
– 2 molekyler av \(H_2\) betyder att det finns 2 HH-bindningar
– 1 molekyl av \(O_2\) betyder att det finns 1 O=O-bindning
För produkter:
– 2 \(H_2O\) molekyler betyder 4 HO-bindningar
Total bindningsenergi i reaktanterna:
\[
2 × Bindningsenergi HH + 1 × Bindningsenergi O = O
\]
\[
= 2 × 436 + 1 × 498
\]
\[
= 872 + 498
\]
\[
= 1370 kJ/mol
\]
Total bindningsenergi i produkten:
\[
4 \times \text{HO bindningsenergi}
\]
\[
= 4 gånger 463
\]
\[
= 1852 kJ/mol
\]
Entalpiförändring (ΔH):
\[
ΔH = \Sigma D_{\text{reaktanter}} – \Sigma D_{\text{produkter}}
\]
\[
= 1370 \text{ kJ/mol} – 1852 \text{ kJ/mol}
\]
\[
= -482 kJ/mol
\]
Så är entalpiförändringen för reaktionen \(-482\) kJ/mol.
Fråga 2
Det antas att följande bindningsenergier är kända:
– CH-bindning: 414 kJ/mol
– C=C-bindning: 612 kJ/mol
– HH-bindning: 436 kJ/mol
Beräkna entalpiförändringen (ΔH) för följande reaktion:
\[
C_2H_4(g) + H_2(g) \högerpil C_2H_6(g)
\]
Diskussion:
Det första steget är att skriva reaktionen och räkna antalet bindningar som finns i reaktanterna och produkterna.
För reaktanterna:
– 1 molekyl av \(C_2H_4\) (etylen) har 4 CH-bindningar och 1 C=C-bindning
– 1 molekyl av \(H_2\) har 1 HH-bindning
För produkter:
– 1 molekyl av \(C_2H_6\) (etan) har 6 CH-bindningar och 1 CC-bindning
Total bindningsenergi i reaktanterna:
\[
4 \times \text{Bindningsenergi CH} + 1 \times \text{Bindningsenergi C=C} + 1 \times \text{Bindningsenergi HH}
\]
\[
= 4 × 414 + 1 × 612 + 1 × 436
\]
\[
= 1656 + 612 + 436
\]
\[
= 2704 kJ/mol
\]
Total bindningsenergi i produkten:
\[
6 × CH-bindningsenergi + 1 × CC-bindningsenergi
\]
\[
= 6 × 414 + 1 × 348
\]
\[
= 2484 + 348
\]
\[
= 2832 kJ/mol
\]
Entalpiförändring (ΔH):
\[
ΔH = \Sigma D_{\text{reaktanter}} – \Sigma D_{\text{produkter}}
\]
\[
= 2704 \text{ kJ/mol} – 2832 \text{ kJ/mol}
\]
\[
= -128 kJ/mol
\]
Så är entalpiförändringen för reaktionen \(-128\) kJ/mol.
slutsats
Begreppet bindningsenergi är ett grundläggande element i studier av kemiska reaktioner och deras entalpiförändringar. I den här artikeln har vi diskuterat två exempelproblem som visar hur man beräknar entalpiförändringar för reaktioner med hjälp av bindningsenergi. Denna förståelse är avgörande inom en mängd olika kemiska tillämpningar, från organisk syntes till bränsleutveckling. En djupare förståelse kan uppnås genom regelbunden övning och utforskning av olika typer av kemiska reaktioner.
Använd teknikerna som beskrivs i den här artikeln som en guide för att lösa framtida bindningsenergiproblem, och överväg andra ytterligare lärresurser för att fördjupa dina kunskaper om bindningsenergikemi.
