Енталпия на връзката и на реакцията

Ще говорим за енталпията на връзките и как чрез нея можем да изчислим енталпията на една реакция. Енталпията на връзката е енергията, която е необходима на един мол от тази връзка. Значи един мол от тази връзка. Различните видове връзки ще имат различни енталпии. Можем да разгледаме връзката въглерод-водород или единична връзка въглерод-водород. Този въглерод може да е свързан с други неща, защото обикновено въглеродът има повече от една единична връзка. Но ние ще игнорираме всичко друго, свързано с въглерода, ще го представим като един голям балон или пуканка, това може да е белтък, или захарна молекула, може да е много неща. Но ние ще пренебрегнем този балон. Забравих да кажа по-рано, че ще говорим за енергията, необходима за разкъсване на един мол от връзката в газообразно състояние. Това е много конкретна дефиниция. При тази въглерод-водородна връзка енталпията на връзката, т.е. ако разкъсаме тази връзка... Ще направя една прекъсната линия. Ако разкъсаме тази връзка... Трябва да внесем енергия и ще получим като продукти нашата пуканка и какво ще имаме, след като разкъсаме връзката? Двата електрона, които образуват тази връзка, единият от тях остава при въглерода, а другият отива с водорода. Обикновено представяме единичните електрони като използваме една точка, също като при Люисовите структури, можеш да запишеш една електронна двойка като две точки. Ето го въглерода с една точка или един електрон, и водорода с един електрон. Като те и двата са в газообразно състояние. ΔН на тази реакция е енталпията на връзката, която ще запиша съкратено като ЕВ. Много важно е да запомниш за енталпията на връзката, че тя е винаги положителна. За разкъсването ѝ винаги ще е необходима енергия, винаги ще използваш енергия, за да разкъсаш една връзка. Обратното на енталпията на връзката, ако вземем обратната стойност, това е все едно да обърнем реакцията тук, ако вземем обратното на тази реакция, това означава да създадем връзка. И понеже разкъсването на връзка винаги изисква енергия, създаването на връзка винаги ще отделя енергия. Образуването на връзка е винаги отрицателно. Това е друг начин да кажем, че винаги се освобождава енергия. И третото нещо, което трябва да кажа за енталпията на връзката, е, че може да се използва за намиране на ΔН на реакцията. ΔН на реакцията или енталпията на реакцията е нещо, от което химиците обикновено се интересуват. Искаме да знаем дали един процес е екзотермичен или ендотермичен. Има много други начини за изчисляване на ΔН на реакцията, като Закона на Хес... Или може да се използва ΔН на образуване. Има и други начини. Това е просто един от начините за изчисляване на ΔН на една реакция чрез енталпиите на връзките. Нека да видим един пример. В тази примерна реакция имаме пропин (метилацетилен), който е газ с формула С3Н4. Той реагира с водород, значи плюс газообразен водород, и се получава газообразен пропан С3Н8. Не знам за теб, но на мен ми е трудно да погледна една такава формула и да разбера как точно изглежда молекулата, затова ще направя Люисовата структура. Люисовата структура на пропина е... имаме три въглеродни атома, една тройна въглерод-въглерод връзка, и след това имаме четири водородни атома. Това е пропина. Имаме също газообразен водород. Получаваме пропан, който има само единични връзки. Значи три въглерода с единични връзки, осем водорода, свързани с въглеродите. Това е реакцията, която ни интересува и търсим ΔН за тази реакция. Как можем да я намерим, като използваме енталпиите на връзките? По-рано казахме, че енталпиите на връзките... енталпията на връзката е енергията за нейното разкъсване. Затова ще разгледаме реакцията от гледна точка на разкъсаните и създадените връзки. Това е много лесно с Люисовите структури. Първо да видим кои връзки са разкъсани. Ако сравним изходните вещества и продуктите, разкъсва се тази тройна връзка въглерод-въглерод. Ако разкъсаме тази тройна връзка, ще разкъсаме и тази връзка водород-водород... но забравихме нещо много важно, трябва да се уверим, че уравнението ни е изравнено. Имаме четири плюс две, шест водорода от страната на изходните вещества, а имаме осем водорода при продуктите. Това не е изравнено. Затова ни трябват две молекули водород при изходните вещества. Ще нарисувам още една. Казахме, че разкъсваме връзката водород-водород, но ние всъщност разкъсваме две такива водородни връзки. Важно е да следим колко връзки от всеки вид разкъсваме, защото енталпията на връзката е за мол, така че ако тук имаме два мола, ще ни е необходима два пъти повече енергия за разкъсване на тези връзки. И сега да видим връзките, които се образуват. Имаме... тъй като разкъсахме тази тройна връзка въглерод-въглерод, това означава, че се образува нова връзка, и тази нова връзка в нашия продукт е единична връзка въглерод-въглерод. Не само образуваме нова единична връзка между тези два въглерода, но сега те са свързани с много водороди, така че тук имаме четири нови въглерод-водород връзки. Нека го запиша, за да можем да го следим, когато правим окончателната калкулация на ΔН на реакцията. Ако само погледнем разкъсаните връзки... Връзките, които разкъсахме... Имаме тройна връзка въглерод-въглерод и две връзки водород-водород. Нека само да запишем по колко имаме от вид, тъй като това ще ни трябва за изчисленията. Имаме една тройна връзка въглерод-въглерод, и имаме две връзки водород-водород, които се разкъсват. И сега можем да видим техните енталпии, които са в килоджаули на мол. Енталпиите на връзките можеш да намериш в учебника или онлайн, и те обикновено са като таблици. Единиците са обикновено килоджаули на мол, но понякога са калории или килокалории на мол. Вече съм проверила енталпиите на тези връзки. Тройната връзка въглерод-въглерод има енталпия 835 килоджаула на мол, а връзката водород-водород има енталпия 436 килоджаула на мол. Като погледнем новите връзки, имаме единична връзка въгерод-въглерод. Образува се една такава връзка. Енталпията на тази връзка е 346 килоджаула на мол. И накрая имаме образуване на връзки въглерод-водород. Имаме четири такива връзки, като енталпията за всяка от тях е 413 килоджаула на мол. Сега можем да вземем цялата тази информация, да я заместим и да изчислим ΔН на реакцията. ΔН на реакцията от гледна точка на разкъсани и създадени връзки, е общата промяна на енергията при реакцията. Това е просто енергията, необходима за разкъсване на връзките в изходните вещества... За разкъсване на тази тройна връзка въглерод-въглерод и две връзки водород-водород, плюс енергията от създаването на връзки, за създаването на новите връзки в продуктите. По-рано казах, че винаги добавяме енергия, за да разкъсаме връзки, така че енталпията на връзките е положителна, така че знаем, че тази част от изчислението винаги ще бъде положителна. Това означава, че винаги се освобождава енергия при образуване на нови връзки, и тогава стойността на ΔН става по-отрицателна. Така че тези числа тук, когато говорим за сбора на енергията, когато имаме нови връзки, те трябва да са със знак минус. И сега да заместим стойностите, които имаме за енталпия на връзките за всички тези връзки, които се създават или разкъсват в реакцията. Да започнем с връзките, които се разкъсват. Имаме тройна връзка въглерод-въглерод, за която са нужни 835 килоджаула за мол, и тя е само една. Също така трябва да разкъсаме две връзки водород-водород, значи 2 по 436 килоджаула на мол, което е енталпията на тази връзка. Това са всички връзки, които разкъсваме. Сега да прибавим енергията, която се освобождава при образуване на нови връзки. Имаме единична връзка въглерод-въглерод. Това са 346 килоджаула на мол със знак минус, защото енергията се освобождава. И след това последната връзка е въглерод-водород, също със знак минус, защото се освобождава енергия, имаме четири такива връзки, всяка от които освобождава 413 килоджаула за мол. Ако въведем всичко това в калкулатора, получаваме крайния отговор. Получих, че ΔН за тази реакция на хидрогениране на пропин с газообразен водород е –291 килоджаула за мол. Като цяло при реакцията се отделя енергия, защото ΔН е отрицателно, така че това е екзотермична реакция. Ето как може да се използва енталпията на връзките, за изчисляване на ΔН на химичните реакции.