วิธีการคำนวณพลังงานพันธบัตร: 12 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: Jason Gerald | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-15 08:25

พลังงานพันธะเป็นแนวคิดที่สำคัญในวิชาเคมีที่อธิบายปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการทำลายพันธะระหว่างก๊าซพันธะโควาเลนต์ พลังงานพันธะประเภทเติมใช้ไม่ได้กับพันธะไอออนิก เมื่ออะตอม 2 อะตอมรวมตัวกันเพื่อสร้างโมเลกุลใหม่ ระดับของความแข็งแรงพันธะระหว่างอะตอมสามารถกำหนดได้โดยการวัดปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการทำลายพันธะ จำไว้ว่าอะตอมหนึ่งตัวไม่มีพลังงานพันธะ พลังงานนี้มีอยู่ในพันธะระหว่างสองอะตอมเท่านั้น ในการคำนวณพลังงานพันธะ ให้กำหนดจำนวนรวมของพันธะที่แตกหัก แล้วลบจำนวนพันธะทั้งหมดที่เกิดขึ้น

ขั้นตอน

ส่วนที่ 1 จาก 2: การกำหนดพันธบัตรที่แตกหักและเกิดขึ้นแล้ว

ขั้นตอนที่ 1 กำหนดสมการคำนวณพลังงานพันธะ

พลังงานพันธะถูกกำหนดเป็นผลรวมของพันธะทั้งหมดที่หักลบด้วยจำนวนพันธะที่เกิดขึ้น: H = H_{(ปลดพันธนาการ)} - ชม_{(เกิดพันธะ)}. H คือการเปลี่ยนแปลงของพลังงานพันธะ หรือที่เรียกว่าเอนทาลปีของพันธะ และ H คือผลรวมของพลังงานพันธะสำหรับแต่ละด้านของสมการ

สมการนี้เป็นรูปแบบของกฎของเฮสส์
หน่วยของพลังงานพันธะคือกิโลจูลต่อโมลหรือ kJ/mol

ขั้นตอนที่ 2 เขียนสมการเคมีที่แสดงพันธะระหว่างโมเลกุลทั้งหมด

เมื่อสมการของปฏิกิริยาในปัญหาเขียนด้วยสัญลักษณ์ทางเคมีและตัวเลขเท่านั้น การเขียนสมการนี้มีประโยชน์เพราะอธิบายพันธะทั้งหมดที่ก่อตัวขึ้นระหว่างองค์ประกอบและโมเลกุลต่างๆ การแสดงภาพนี้จะช่วยให้คุณสามารถคำนวณพันธะทั้งหมดที่แตกหักและก่อตัวขึ้นที่ด้านสารตั้งต้นและด้านผลิตภัณฑ์ของสมการ

จำไว้ว่า ด้านซ้ายของสมการคือสารตั้งต้น และด้านขวาคือผลคูณ
พันธะเดี่ยว พันธะคู่ และพันธะสามมีพลังงานพันธะที่แตกต่างกัน ดังนั้นต้องแน่ใจว่าได้วาดไดอะแกรมที่มีพันธะที่ถูกต้องระหว่างองค์ประกอบ
ตัวอย่างเช่น หากคุณวาดสมการต่อไปนี้สำหรับปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจน 2 ตัวกับโบรมีน 2 ตัว: H₂(g) + Br₂(g) - 2 HBr(g) คุณจะได้รับ: H-H + Br-Br - 2 H-Br. ยัติภังค์ (-) หมายถึงพันธะเดี่ยวระหว่างธาตุในสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์

ขั้นตอนที่ 3 รู้กฎการนับพันธบัตรที่แตกหักและก่อตัว

ในบางกรณี พลังงานพันธะที่จะใช้สำหรับการคำนวณนี้จะเป็นค่าเฉลี่ย พันธะเดียวกันสามารถมีพลังงานพันธะที่แตกต่างกันเล็กน้อยตามโมเลกุลที่เกิดขึ้น ดังนั้นจึงมักใช้พลังงานพันธะเฉลี่ย.

พันธะเดี่ยว พันธะคู่ และพันธะสามถือเป็นการแตก 1 ครั้ง พวกเขาทั้งหมดมีพลังงานพันธะที่แตกต่างกัน แต่นับเป็นการหยุดพักเพียงครั้งเดียว
เช่นเดียวกับรูปแบบเดี่ยว สอง หรือสาม นี้จะนับเป็นหนึ่งรูปแบบ
ในตัวอย่างนี้ พันธะทั้งหมดเป็นพันธะเดี่ยว

ขั้นตอนที่ 4 ระบุตัวแบ่งพันธะทางด้านซ้ายของสมการ

ด้านซ้ายของสมการมีสารตั้งต้น ซึ่งจะแทนพันธะที่หักทั้งหมดในสมการ เป็นกระบวนการดูดความร้อนที่ต้องการการดูดซึมพลังงานเพื่อทำลายพันธะ

ในตัวอย่างนี้ ด้านซ้ายมีพันธะ H-H 1 ตัว และพันธะ 1 Br-Br

ขั้นตอนที่ 5. นับพันธะทั้งหมดที่เกิดขึ้นทางด้านขวาของสมการ

ด้านขวาของสมการจะประกอบด้วยผลคูณทั้งหมด นี่คือพันธะทั้งหมดที่จะก่อตัวขึ้น การเกิดพันธะเป็นกระบวนการคายความร้อนที่ปล่อยพลังงาน ปกติจะอยู่ในรูปของความร้อน

ในตัวอย่างนี้ ด้านขวามีพันธะ H-Br 2 อัน

ส่วนที่ 2 จาก 2: การคำนวณพลังงานพันธบัตร

ขั้นตอนที่ 1 ค้นหาพลังงานพันธะของพันธะที่เป็นปัญหา

มีตารางจำนวนมากที่มีข้อมูลเกี่ยวกับพลังงานพันธะเฉลี่ยของพันธะเฉพาะ คุณสามารถค้นหาได้ในอินเทอร์เน็ตหรือในหนังสือเคมี สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าข้อมูลพลังงานพันธะในตารางจะเป็นของโมเลกุลของก๊าซเสมอ

ตัวอย่างเช่น คุณต้องการค้นหาพลังงานพันธะของ HH, Br-Br และ H-Br
H-H = 436 กิโลจูล/โมล; Br-Br = 193 กิโลจูล/โมล; H-Br = 366 กิโลจูล/โมล
ในการคำนวณพลังงานพันธะของโมเลกุลในรูปของเหลว คุณต้องหาเอนทัลปีของการเปลี่ยนแปลงของการกลายเป็นไอของโมเลกุลของเหลวด้วย นี่คือปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการเปลี่ยนของเหลวให้เป็นก๊าซ ตัวเลขนี้รวมเข้ากับพลังงานพันธะทั้งหมด

ตัวอย่างเช่น หากคำถามเกี่ยวกับน้ำของเหลว ให้เพิ่มการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของการกลายเป็นไอของน้ำ (+41 kJ) ลงในสมการ

ขั้นตอนที่ 2 คูณพลังงานพันธะด้วยจำนวนพันธะที่แตก

ในบางสมการ คุณสามารถมีพันธะเดียวกันได้หลายครั้ง ตัวอย่างเช่น ถ้าอะตอมของไฮโดรเจน 4 อะตอมอยู่ในโมเลกุล พลังงานพันธะไฮโดรเจนจะต้องคำนวณสี่ครั้ง หรือที่เรียกว่า 4

ในตัวอย่างนี้ มีเพียง 1 พันธะต่อโมเลกุล ดังนั้นเพียงแค่คูณพลังงานพันธะด้วย 1
H-H = 436 x 1 = 436 kJ/โมล
Br-Br = 193 x 1 = 193 kJ/mol

ขั้นตอนที่ 3 เพิ่มพลังงานพันธะทั้งหมดของพันธะที่หัก

หลังจากคูณพลังงานพันธะด้วยจำนวนพันธะเดี่ยวแล้ว คุณต้องบวกพันธะทั้งหมดทางด้านตัวทำปฏิกิริยา

ในตัวอย่างของเรา จำนวนพันธะที่แตกหักคือ H-H + Br-Br = 436 + 193 = 629 kJ/mol

ขั้นตอนที่ 4 คูณพลังงานพันธะด้วยจำนวนพันธะที่เกิดขึ้น

เมื่อทำงานเกี่ยวกับการทำลายพันธะด้านตัวทำปฏิกิริยา คุณต้องคูณจำนวนพันธะที่เกิดขึ้นจากพลังงานพันธะที่เกี่ยวข้อง ถ้าเกิดพันธะไฮโดรเจน 4 พันธะ ให้คูณพลังงานของพันธะเหล่านั้นด้วย 4

ในตัวอย่างนี้ พันธะ H-Br 2 อันถูกสร้างขึ้นเพื่อให้พลังงานพันธะ H-Br (366 kJ/mol) ถูกคูณด้วย 2: 366 x 2 = 732 kJ/mol

ขั้นตอนที่ 5. เพิ่มพลังงานพันธะทั้งหมดที่เกิดขึ้น

อีกครั้ง เช่นเดียวกับการแตกพันธะ พันธะทั้งหมดที่เกิดขึ้นที่ด้านผลิตภัณฑ์จะถูกรวมเข้าด้วยกัน บางครั้งมีการสร้างผลิตภัณฑ์เพียง 1 รายการเท่านั้น และคุณสามารถข้ามขั้นตอนนี้ได้

ในตัวอย่างของเรา มีเพียง 1 ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น ดังนั้นพลังงานพันธะที่เกิดขึ้นจึงเท่ากับพลังงานพันธะของพันธะ 2 H-Br ซึ่งเท่ากับ 732 kJ/mol

ขั้นตอนที่ 6 ลบจำนวนพันธบัตรที่เกิดจากพันธบัตรที่หัก

เมื่อพลังงานพันธะทั้งสองข้างรวมกันแล้ว ก็ลบพันธะที่แตกออกด้วยพันธะที่เกิดขึ้น จำสมการนี้: H = H_{(ปลดพันธนาการ)} - ชม_{(เกิดพันธะ)}. ใส่ตัวเลขลงในสูตรแล้วลบออก

ในตัวอย่างนี้: H = H_{(ปลดพันธนาการ)} - ชม_{(เกิดพันธะ)} = 629 kJ/โมล - 732 kJ/โมล = -103 kJ/โมล

ขั้นตอนที่ 7 กำหนดว่าปฏิกิริยาทั้งหมดเป็นแบบดูดความร้อนหรือคายความร้อน

ขั้นตอนสุดท้ายคือการคำนวณพลังงานพันธะเพื่อพิจารณาว่าปฏิกิริยาจะปล่อยพลังงานหรือใช้พลังงาน ดูดความร้อน (ซึ่งใช้พลังงาน) จะมีพลังงานพันธะสุดท้ายเป็นบวก ในขณะที่ปฏิกิริยาคายความร้อน (ซึ่งปล่อยพลังงาน) จะมีพลังงานพันธะเชิงลบ