Энергия связи

В химии энергия связи ( BE ) является одной из мер прочности химической связи . Иногда ее называют связи средней энтальпией или , средней энтальпией связи силой связи . ^[1]^[2]^[3] в газовой фазе ИЮПАК определяет энергию связи как среднее значение энергии диссоциации связи (обычно при температуре 298,15 К) для всех связей одного типа в пределах одного и того же химического соединения. ^[1]

Энергия диссоциации связи (энтальпия) ^[4] также называется энергией разрыва связи, энергией связи, силой связи или энергией связи (аббревиатура: BDE , BE или D ). Оно определяется как стандартное изменение энтальпии следующего деления: R— → R + X. X БДЭ X , обозначаемый D°(R- ) , обычно получается с помощью термохимического уравнения:

{\begin{array}{lcl}\mathrm {D^{\circ }(R-} X)\ =\Delta H_{f}^{\circ }\mathrm {(R)} +\Delta H_{f}^{\circ }(X)-\Delta H_{f}^{\circ }(\mathrm {R} X)\end{array}}

Это уравнение говорит нам, что BDE для данной связи равен энергии отдельных компонентов, составляющих связь, когда они свободны и несвязаны, минус энергия компонентов, когда они связаны вместе. Эти энергии определяются энтальпией образования Δ H _f º компонентов в каждом состоянии.

Энтальпия образования большого количества атомов, свободных радикалов, ионов, кластеров и соединений доступна на сайтах NIST , NASA , CODATA и IUPAC . Большинство авторов используют значения BDE при 298,15 К. ^[5]

Например, энергия углерод - водородной связи в метане BE _(C–H) — это изменение энтальпии (∆H ) распада одной молекулы метана на атом углерода и четыре радикала водорода , разделенное на четыре. Точное значение для определенной пары связанных элементов несколько варьируется в зависимости от конкретной молекулы, поэтому приведенные в таблице энергии связи обычно представляют собой средние значения для ряда выбранных типичных химических соединений, содержащих этот тип связи. ^[6]

Энергия связи в сравнении с энергией диссоциации связи

Энергия связи ( BE ) — это среднее значение всех энергий диссоциации одного типа связи в данной молекуле. ^[7] Энергии диссоциации нескольких разных связей одного и того же типа могут различаться даже в пределах одной молекулы.

Например, молекула воды состоит из двух связей O–H, связанных как H–O–H. Энергия связи для H ₂ O — это средняя энергия, необходимая для разрыва каждой из двух последовательно расположенных связей O–H:

Хотя эти две связи эквивалентны в исходной симметричной молекуле, энергия диссоциации связи кислород-водород немного варьируется в зависимости от того, есть ли еще один атом водорода, связанный с атомом кислорода. Таким образом, энергия связи молекулы воды равна 461,5 кДж/моль (110,3 ккал/моль). ^[8]

Когда связь разрывается, пара связывающих электронов разделится поровну на продукты. Этот процесс называется гомолитическим разрывом связи (гомолитический разрыв; гомолиз) и приводит к образованию радикалов. ^[9]

Прогнозирование прочности связи по радиусу

Прочность связи можно оценить, сравнивая атомные радиусы атомов, образующих связь, с длиной самой связи. Например, атомный радиус бора оценивается в 85 пм , ^[10] а длина связи B–B в B ₂ Cl ₄ равна 175 пм. ^[11] Разделив длину этой связи на сумму радиусов каждого атома бора, получим соотношение

${\frac {175\ {\text{pm}}}{85\ {\text{pm}}+85\ {\text{pm}}}}={\frac {175\ {\text{pm}}}{170\ {\text{pm}}}}\approx 1.03$ .

Это соотношение немного больше 1, что указывает на то, что сама связь немного длиннее, чем ожидаемое минимальное перекрытие между облаками валентных электронов двух атомов бора . Таким образом, можно заключить, что данная связь является довольно слабой одинарной связью.

В другом примере атомный радиус рения равен 135 пм, ^[10] с длиной связи Re–Re 224 пм в соединении [Re ₂ Cl ₈ ] ^-2. Выполнение тех же шагов, что и выше, дает соотношение

${\frac {224\ {\text{pm}}}{135\ {\text{pm}}+135\ {\text{pm}}}}={\frac {224\ {\text{pm}}}{270\ {\text{pm}}}}\approx \ 0.83$ .

Это соотношение заметно ниже 1, что указывает на сильное перекрытие между облаками валентных электронов двух атомов рения. Из этих данных можно сделать вывод, что это очень прочная связь. Экспериментально связь Re-Re в [Re ₂ Cl ₈ ] ^-2 оказалась четверной связью . ^[12] Этот метод определения наиболее полезен для соединений с ковалентной связью. ^[13]

Факторы, влияющие на энергию ионной связи

В ионных соединениях электроотрицательность . двух атомов, связанных друг с другом, оказывает большое влияние на энергию их связи ^[14] соединения Степень этого эффекта описывается энергией решетки , где более отрицательная энергия решетки соответствует более сильной силе притяжения между ионами. Как правило, большие различия в электроотрицательности соответствуют более сильным ионным связям. Например, соединение хлорид натрия (NaCl) имеет энергию решетки -786 кДж/моль с разницей электроотрицательностей натрия и хлора 2,23. Между тем, соединение йодид натрия (NaI) имеет более низкую энергию решетки -704 кДж / моль с такой же меньшей разницей электроотрицательностей натрия и йода - 1,73. ^[15]^[16]

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Трептоу, Ричард С. (1995). «Энергия связи и энтальпия: разница, которой часто пренебрегают». Журнал химического образования . 72 (6): 497. doi : 10.1021/ed072p497 .
^ Кристиан, Джерри Д. (1 марта 1973 г.). «Прочность химических связей». Журнал химического образования . 50 (3): 176. doi : 10.1021/ed050p176 . hdl : 2060/19980004003 . ISSN 0021-9584 .
^ Марч, Джерри (1985), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура, 3-е издание , Нью-Йорк: Wiley, ISBN 9780471854722 , OCLC 642506595
^ Хейнс, Уильям (2016–2017). Справочник CRC по химии и физике, 97-е издание (Справочник CRC по химии и физике), 97-е издание (97-е изд.). ЦРК Пресс; 97 выпуск. ISBN 978-1498754286 .
^ Луо, Ю-Ран и Цзинь-Пей Ченг «Энергии диссоциации связей». Ин Лиде, Дэвид Р. (редактор), 2017 г., Справочник CRC по химии и физике , 97-е издание (2016–2017 гг.). Бока-Ратон: Группа Тейлора и Фрэнсиса. 9-73.
^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Энергия связи (средняя энергия связи) ». два : 10.1351/goldbook.B00701
^ Мадхуша (2017), Разница между энергией связи и энергией диссоциации связи, Pediaa, Разница между энергией связи и энергией диссоциации связи
^ Ленинджер, Альберт Л.; Нельсон, Дэвид Л.; Кокс, Майкл М. (2005). Ленингерские принципы биохимии (4-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-4339-2 .
^ «Иллюстрированный словарь органической химии - гомолитическое расщепление (гомолиз)» . www.chem.ucla.edu . Проверено 27 ноября 2019 г.
^ Jump up to: ^а ^б Слейтер, Дж. К. (15 ноября 1964 г.). «Атомные радиусы в кристаллах» . Журнал химической физики . 41 (10): 3199–3204. дои : 10.1063/1.1725697 . ISSN 0021-9606 .
^ Атодзи, Масао; Уитли, Питер Дж.; Липскомб, Уильям Н. (1 июля 1957 г.). «Кристаллическая и молекулярная структура тетрахлорида дибора, B2Cl4» . Журнал химической физики . 27 (1): 196–199. дои : 10.1063/1.1743668 . ISSN 0021-9606 .
^ Коттон, ФА; Кертис, штат Нью-Йорк; Харрис, CB; Джонсон, BFG; Липпард, С.Дж.; Мэг, Джей Ти; Робинсон, WR; Вуд, Дж. С. (18 сентября 1964 г.). «Моноядерная и полиядерная химия рения (III): его выраженная гомофильность» . Наука . 145 (3638): 1305–1307. дои : 10.1126/science.145.3638.1305 . ISSN 0036-8075 .
^ Алкок, Северо-Запад (1990). Связь и структура: структурные принципы неорганической и органической химии . Нью-Йорк: Эллис Хорвуд. стр. 40–42. ISBN 9780134652535 .
^ Справочник по химии и физике (65-е изд.). ЦРК Пресс. 27 июня 1984 г. ISBN 0-8493-0465-2 .
^ Аткинс; и др. (2009). Неорганическая химия Шрайвера и Аткинса (Пятое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. ISBN 978-1-4292-1820-7 .
^ Хьюи, Джеймс Э.; Кейтер, Эллен А.; Кейтер, Ричард Л. (2009). Неорганическая химия: принципы строения и реакционная способность (4-е изд.). Кембридж: Харпер. ISBN 978-0-06-042995-9 .

[JCE-1] Jump up to: ^а ^б Трептоу, Ричард С. (1995). «Энергия связи и энтальпия: разница, которой часто пренебрегают». Журнал химического образования . 72 (6): 497. doi : 10.1021/ed072p497 .

[2] Кристиан, Джерри Д. (1 марта 1973 г.). «Прочность химических связей». Журнал химического образования . 50 (3): 176. doi : 10.1021/ed050p176 . hdl : 2060/19980004003 . ISSN 0021-9584 .

[3] Марч, Джерри (1985), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура, 3-е издание , Нью-Йорк: Wiley, ISBN 9780471854722 , OCLC 642506595

[4] Хейнс, Уильям (2016–2017). Справочник CRC по химии и физике, 97-е издание (Справочник CRC по химии и физике), 97-е издание (97-е изд.). ЦРК Пресс; 97 выпуск. ISBN 978-1498754286 .

[5] Луо, Ю-Ран и Цзинь-Пей Ченг «Энергии диссоциации связей». Ин Лиде, Дэвид Р. (редактор), 2017 г., Справочник CRC по химии и физике , 97-е издание (2016–2017 гг.). Бока-Ратон: Группа Тейлора и Фрэнсиса. 9-73.

[6] ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Энергия связи (средняя энергия связи) ». два : 10.1351/goldbook.B00701

[7] Мадхуша (2017), Разница между энергией связи и энергией диссоциации связи, Pediaa, Разница между энергией связи и энергией диссоциации связи

[8] Ленинджер, Альберт Л.; Нельсон, Дэвид Л.; Кокс, Майкл М. (2005). Ленингерские принципы биохимии (4-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-4339-2 .

[9] «Иллюстрированный словарь органической химии - гомолитическое расщепление (гомолиз)» . www.chem.ucla.edu . Проверено 27 ноября 2019 г.

[:02-10] Jump up to: ^а ^б Слейтер, Дж. К. (15 ноября 1964 г.). «Атомные радиусы в кристаллах» . Журнал химической физики . 41 (10): 3199–3204. дои : 10.1063/1.1725697 . ISSN 0021-9606 .

[11] Атодзи, Масао; Уитли, Питер Дж.; Липскомб, Уильям Н. (1 июля 1957 г.). «Кристаллическая и молекулярная структура тетрахлорида дибора, B2Cl4» . Журнал химической физики . 27 (1): 196–199. дои : 10.1063/1.1743668 . ISSN 0021-9606 .

[12] Коттон, ФА; Кертис, штат Нью-Йорк; Харрис, CB; Джонсон, BFG; Липпард, С.Дж.; Мэг, Джей Ти; Робинсон, WR; Вуд, Дж. С. (18 сентября 1964 г.). «Моноядерная и полиядерная химия рения (III): его выраженная гомофильность» . Наука . 145 (3638): 1305–1307. дои : 10.1126/science.145.3638.1305 . ISSN 0036-8075 .

[13] Алкок, Северо-Запад (1990). Связь и структура: структурные принципы неорганической и органической химии . Нью-Йорк: Эллис Хорвуд. стр. 40–42. ISBN 9780134652535 .

[14] Справочник по химии и физике (65-е изд.). ЦРК Пресс. 27 июня 1984 г. ISBN 0-8493-0465-2 .

[15] Аткинс; и др. (2009). Неорганическая химия Шрайвера и Аткинса (Пятое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. ISBN 978-1-4292-1820-7 .

[16] Хьюи, Джеймс Э.; Кейтер, Эллен А.; Кейтер, Ричард Л. (2009). Неорганическая химия: принципы строения и реакционная способность (4-е изд.). Кембридж: Харпер. ISBN 978-0-06-042995-9 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]