Vazebná a reakční entalpie

Řekneme si něco o entalpii vazeb a o jejím využití pro výpočet entalpie reakce. Entalpie vazby představuje energii potřebnou na rozbití jednoho molu vazby. Takže jeden mol vazby. Různé druhy vazeb mají různé vazebné entalpie. Například se podívejme na vazbu uhlík-vodík, což je jednoduchá vazba mezi uhlíkem a vodíkem. Tento uhlík je zřejmě navázán ještě na další věci, protože uhlík má obvykle více než jednu jednoduchou vazbu. Ale prozatím ignorujme všechno ostatní navázané na tento uhlík, jen si to znázorníme jako velkou kaňku nebo jako popcorn. Možná je to bílkovina, možná je to molekula cukru, může to být cokoli. Tuhle kaňku zatím zanedbejme. A ještě jedna věc, na kterou jsem zapomněla je, že toto je energie potřebná na rozbití jednoho molu vazby v plynném skupenství. Jde o poměrně konkrétní definice. V případě vazby mezi uhlíkem a vodíkem je entalpie této vazby, tedy když ji rozbijeme... K rozbití této vazby musíme dodat energii. Jako produkt zůstane náš popcorn, a když zrušíme tuto vazbu, tak se dva elektrony, které původně tvořili tu vazbu, rozdělí. Jeden z elektronů půjde na uhlík, a ten druhý se přidá k vodíku. Obvykle znázorňujeme nepárový elektron pomocí jedné tečky, podobně jako když zapisujete Lewisovu strukturu, tak můžete zapsat volné páry pomocí dvou teček. Tady je náš uhlík s jednou tečkou., tedy s jedním elektronem, a náš vodík s jedním elektronem, a oba jsou stále v plynném skupenství. Takže delta H této reakce je vazebná entalpie, kterou zkrátím jako BE (bond enthalpy). Důležitá věc k zapamatování ohledně entalpie vazeb je, že entalpie vazby je vždy kladná. Vždy potřebujete dodat energii. abyste rozbili vazbu. Pokud si vezmeme opačný děj, neboli opak vazebné entalpie... To znamená otočení této reakce. Pokud vezmeme zpětnou reakci, ve které vazbu vytváříme, a protože víme, že rozbití vazby vždy vyžaduje energii, znamená to, že tvorba vazby energii vždy uvolňuje. Tím pádem bude vždy záporné při tvorbě vazby. Jinými slovy, vždy uvolní energii. A třetí věc, které se budeme věnovat ohledně entalpie vazby, je její využití pro odhad delta H reakce. A delta H reakce, neboli entalpie reakce, je něco, co chemiky často zajímá. Chceme vědět, zda je exotermická nebo endotermická. Možná víte, že je mnoho způsobů jak vypočítat delta H reakce, například použitím Hessová zákona. Jiný způsob je použití slučovacích entalpií. A další jiné způsoby. Takže toto je jeden ze způsobů, jak vypočítat delta H reakce, použitím entalpií vazeb. Teď si ukážeme příklad. Jako příklad si vezmeme reakci propynu, což je plynný C₃H₄, který zreaguje s plynným vodíkem. Produktem je plynný propan, C₃H₈. A nevím jak vy, ale nejsem moc dobrá v odhadu struktury molekuly jen z molekulového vzorce. Uděláme se strukturní vzorec. Strukturní vzorec propynu. Propyn má tři uhlíky, a jednu trojnou vazbu mezi uhlíkem a uhlíkem, a ještě má čtyři vodíky. Tohle je propyn. A dále máme plynný vodík. A náš produkt je propan, který má všechny vazby jednoduché. Tři uhlíky s jednoduchými vazbami, a osm vodíků navázaných na uhlíky. Tak toto je reakce která nás zajímá, a chceme zjistit, jaká je delta H reakce? A jak ji můžeme vypočítat pomocí vazebných entalpií? Řekli jsme si, že entalpie vazby je energie potřebná k rozbití vazby. Teď se podíváme na naši reakci a určíme, které vazby se ruší a které jsou tvořeny. A to je mnohem jednodušší za použití Lewisových struktur. Nejprve si řekněme, které vazby se přetrhnou. porovnáním reaktantů a produktů. Roztrhneme tuto trojnou vazbu uhlík-uhlík. a také trháme tuto vazbu mezi vodíky. Zapomněli jsme ale na jednu věc, která je strašně důležitá. Musíme si tu rovnici vyčíslit. Máme čtyři plus dva, šest vodíků na straně reaktantů, a máme osm vodíků na straně produktů. To není vyčisleno. Potřebujeme dvě molekuly vodíku na straně reaktantů. Řekli jsme si, že trháme vazbu vodík vodík, ale ve skutečnosti trháme dvě vazby vodík vodík. Je důležité si hlídat, kolik vazeb každého druhu rušíme, protože entalpie vazby je na mol, tedy pokud máte dvakrát tolik molů, je nutná dvojnásobná energie na rozbití všech těch vazeb. Teď se můžeme podívat na všechny vazby, které vznikají. Jelikož jsme rozbili tuto trojnou vazbu uhlík uhlík, museli jsme také vytvořit novou vazbu mezi uhlíky. A ta nová vazba v molekule produktu je tato jednoduchá vazba uhlík uhlík. Kromě nové jednoduché vazby mezi těmito dvěma uhlíky, je na uhlíky také navázáno několik vodíků. Vytvořily se čtyři nové vazby uhlík-vodík. Rozepíšme si to, abychom na ně nezapomněli, až budeme dělat výpočet reakční entalpie. Podívejme se na rozbité vazby. Roztrhli jsme trojnou vazbu uhlík uhlík, a také pár vazeb vodík vodík. Napišme si i kolik kterých vazeb jsme rozbili. Budeme to potřebovat pro výpočet. Máme jednu trojnou vazbu uhlík uhlík, a dvě vazby vodík vodík, které byly roztrženy. Nyní si můžeme vyhledat jejich entalpie, které jsou udány v kilojoulech na mol. Entalpie vazeb si můžete vyhledat ve vaší učebnici nebo online. Obvykle jsou uspořádány v tabulce. Jednotky mohou být kilojouly na mol, někdy se můžete setkat s kaloriemi nebo kilokaloriemi na mol. Tyto hodnoty entalpií jsem si už vyhledala. Trojitá vazba uhlík uhlík má entalpii 835 kilojoulů na mol, Vazba vodík vodík má entalpii 436 kilojoulů na mol. Teď se podívejme na vytvořené vazby. Máme jednoduchou vazbu uhlík uhlík, která je vytvořena právě jednou. A entalpie této vazby, také v kilojoulech na mol, je 346. A v neposlední řadě vytváříme vazbu uhlík vodík, a takových máme čtyři. Každá z nich má vazebnou entalpii 413 kilojoulů na mol. Nyní tedy vezmeme všechny tyto informace a spojíme je na výpočet reakční entalpie. Delta H reakce, pokud se nad tím zamyslíme ve smyslu vazeb tvořených a rušených, je celková změna energie v průběhu reakce. A tedy je to pouze energie potřebná na rozbití všech našich vazeb v reaktantů... Takže na rozbití této trojité vazby uhlík uhlík a těchto dvou vazeb vodík vodík, plus energie uvolněná vytvořením vazeb. Už jsme si řekli, že na rozbití vazeb vždy musíte dodat energii, tedy entalpie vazby je vždy kladná, takže víme, že tato část našeho výpočtu by měla být vždy kladné číslo. To znamená, že se energie vždy uvolní při tvorbě nových vazeb, a když se uvolní energie, delta H je záporná. Takže když sčítáme energie uvolněné tvorbou nových vazeb, zde by měly být vždy záporná čísla. Vložme nyní naše hodnoty pro entalpie vazeb pro všechny tyto vazby, vytvořené a rozbité, do naší reakce. Začněme s vazbami, co se rozbily. Máme tedy naši trojnou vazbu uhlík uhlík, která bude vyžadovat 835 kilojoulů na mol, a je jen jedna. A také musíme rozbít dvě vazby vodík vodík, tedy dva krát 436 kilojoulů na mol, což je entalpie pro tu vazbu. Tak to máme všechny vazby, co roztrhneme. Nyní musíme sečíst veškerou energii, která se uvolní, když vytvoříme nové vazby. Takže máme tuto jednoduchou vazbu uhlík uhlík. To je 346 kilojoulů na mol, a je záporná protože ta energie je uvolněná. Poslední vazba je vazba uhlík vodík, která je také záporná protože se energie uvolňuje. A tyto máme čtyři, a každá uvolní 413 kilojoulů na mol. Tohle všechno hodíme do kalkulačky, abychom dostali náš výsledek. Mně vyšlo, že delta H pro tuto hydrogenační reakci mezi propynem a plynným vodíkem je -291 kilojoulů na mol. Vidíme, že celkově tato reakce energii uvolňuje, protože delta H je negativní, tedy je exotermická. Takto tedy můžeme použít vazebné entalpie k výpočtu reakční entalpie.