3.6: Pevnost vazby

Pevnost vazby: Kovalentní vazby

Stabilní molekuly existují proto, že kovalentní vazby drží atomy pohromadě. Pevnost kovalentní vazby měříme energií potřebnou k jejímu přerušení, tj. energií nutnou k oddělení vázaných atomů. Oddělení jakékoli dvojice vázaných atomů vyžaduje energii; čím silnější je vazba, tím větší je energie potřebná k jejímu přerušení. Energie potřebná k přerušení určité kovalentní vazby v jednom molu plynných molekul se nazývá vazebná energie nebo energie disociace vazby. Energie vazby pro dvouatomovou molekulu, \(D_{X-Y}\), je definována jako standardní změna entalpie pro endotermickou reakci:

\

Například vazebná energie čisté kovalentní vazby H-H, \(\Delta_{H-H}\), je 436 kJ na mol přerušené vazby H-H:

\

Přerušení vazby vždy vyžaduje přidání energie do molekuly. A naopak, vytvořením vazby se vždy energie uvolní.

Molekuly se třemi nebo více atomy mají dvě nebo více vazeb. Součet energií všech vazeb v takové molekule je roven standardní změně entalpie pro endotermickou reakci, při níž se přeruší všechny vazby v molekule. Například součet energií čtyř vazeb C-H v CH4, 1660 kJ, se rovná standardní změně entalpie reakce:

Průměrná energie vazby C-H, \(D_{C-H}\), je 1660/4 = 415 kJ/mol, protože na jeden mol reakce připadají čtyři moly porušených vazeb C-H. Ačkoli jsou čtyři vazby C-H v původní molekule ekvivalentní, nevyžadují každá z nich k přerušení stejnou energii; jakmile je přerušena první vazba (což vyžaduje 439 kJ/mol), zbývající vazby se přerušují snadněji. Hodnota 415 kJ/mol je průměrná, nikoliv přesná hodnota potřebná k přerušení kterékoliv vazby.

Síla vazby mezi dvěma atomy roste s rostoucím počtem elektronových párů ve vazbě. Obecně platí, že s rostoucí pevností vazby klesá její délka. Zjistíme tedy, že trojné vazby jsou silnější a kratší než dvojné vazby mezi stejnými dvěma atomy; podobně dvojné vazby jsou silnější a kratší než jednoduché vazby mezi stejnými dvěma atomy. Průměrné vazebné energie pro některé běžné vazby jsou uvedeny v tabulce \(\PageIndex{2}\) a srovnání vazebných délek a vazebných sil pro některé běžné vazby je uvedeno v tabulce \(\PageIndex{2}\). Když se jeden atom váže s různými atomy ve skupině, síla vazby obvykle klesá s postupem dolů po skupině. Například C-F má 439 kJ/mol, C-Cl 330 kJ/mol a C-Br 275 kJ/mol.

.

.

.

Vazbové energie můžeme použít k výpočtu přibližných změn entalpií u reakcí, kde nejsou k dispozici entalpie vzniku. Výpočty tohoto typu nám také řeknou, zda je reakce exotermická nebo endotermická.

Změna entalpie, ΔH, u chemické reakce se přibližně rovná součtu energie potřebné k přerušení všech vazeb v reaktantech (energie „in“, kladné znaménko) plus energie uvolněné při vzniku všech vazeb v produktech (energie „out“, záporné znaménko). To lze matematicky vyjádřit následujícím způsobem:

\

V tomto výrazu znamená symbol \(\Sigma\) „součet“ a D představuje vazebnou energii v kilojoulech na mol, což je vždy kladné číslo. Vazbová energie se získá z tabulky a závisí na tom, zda je daná vazba jednoduchá, dvojná nebo trojná. Při výpočtu entalpie tímto způsobem je tedy důležité, abychom zohlednili vazbu ve všech reaktantech a produktech. Protože hodnoty D jsou obvykle průměrné hodnoty pro jeden typ vazby v mnoha různých molekulách, poskytuje tento výpočet hrubý odhad, nikoliv přesnou hodnotu entalpie reakce.

Přemýšlejte o následující reakci:

nebo

\

K vytvoření dvou molů HCl je třeba přerušit jeden mol vazeb H-H a jeden mol vazeb Cl-Cl. Energie potřebná k přerušení těchto vazeb je součtem vazebné energie vazby H-H (436 kJ/mol) a vazby Cl-Cl (243 kJ/mol). Během reakce vzniknou dva moly vazeb H-Cl (vazebná energie = 432 kJ/mol), čímž se uvolní 2 × 432 kJ; neboli 864 kJ. Protože vazby v produktech jsou silnější než vazby v reaktantech, reakce uvolňuje více energie, než spotřebuje:

\-2D_{H-Cl}}\
&=\mathrm{-2(432)=-185\:kJ}
\konec {align*}\]

Tato přebytečná energie se uvolňuje jako teplo, takže reakce je exotermická. Tabulka T2 uvádí hodnotu standardní molární entalpie vzniku HCl(g), \(ΔH^\\circ_\ce f\), -92,307 kJ/mol. Dvojnásobek této hodnoty je -184,6 kJ, což dobře souhlasí s dříve získanou odpovědí pro vznik dvou molů HCl.

• Energie vazby pro dvouatomovou molekulu: \(\ce{XY}(g)⟶\ce{X}(g)+\ce{Y}(g)\hspace{20px}\ce{D_{X–Y}}=ΔH°\)
• Enthalpy change: ΔH = ƩVazby přerušeny – ƩVazby vytvořeny

.