Energía de enlace: Definición y ecuación
¿Qué mantiene unidos a los átomos?
Si estás haciendo un modelo de avión y quieres unir algunas piezas, ¿qué usas normalmente para hacer esto? Por supuesto, la respuesta es que usaría algún tipo de pegamento. También sabe que hay diferentes tipos de pegamento, y su adherencia puede variar; en otras palabras, su fuerza. Cuanto más fuerte sea el pegamento, mejor se adhiere.
Ahora, si quieres desarmar algo de nuevo, ¡es mejor que no uses pegamento! Es casi imposible romper algo pegado con superpegamento porque se adhiere muy fuerte. Puede tirar y tirar, y probablemente no lo separe. Sin embargo, un tipo diferente de pegamento, como una barra de pegamento para manualidades, se adhiere con menos fuerza y se puede volver a separar fácilmente. Solo se necesita una pequeña cantidad de esfuerzo.
Esto también es cierto para los enlaces químicos. Se puede pensar en los enlaces químicos como el pegamento que mantiene unidos a los átomos. Al igual que el pegamento real, las diferentes uniones pueden variar en fuerza de unión. La energía de enlace es la cantidad de energía necesaria para romper un enlace químico específico.
Entendiendo la energía de enlace
Cuando ocurre una reacción química, los enlaces moleculares se rompen y se forman otros enlaces para formar moléculas diferentes. Por ejemplo, aquí los enlaces de dos moléculas de hidrógeno y una molécula de oxígeno se rompen para formar 2 moléculas de agua:
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Los lazos no se rompen ni se forman espontáneamente; se requiere un cambio de energía. Hemos aprendido que esta energía se conoce como energía de enlace. Un poco más tarde, veremos algunos valores de las energías de enlace promedio y los usaremos para calcular un cambio de energía general de una reacción.
Primero, volvamos a lo que sucede durante una reacción química. Los átomos de los reactivos reorganizan sus enlaces químicos para formar productos. La nueva disposición de enlaces no tiene la misma energía total que los enlaces de los reactivos. Cuando ocurren reacciones químicas, siempre hay un cambio de energía acompañante.
En muchas reacciones químicas, la energía de los productos termina siendo menor que la energía de los reactivos. Estas reacciones se conocen como exotérmicas y se desprende energía, generalmente en forma de calor. Puede ver en el diagrama que la energía es menor al final y se emite energía:
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Las reacciones químicas en las que los productos tienen una energía más alta que los reactivos se denominan endotérmicas . Los reactivos deben absorber energía de su entorno para reaccionar. Esta vez el diagrama muestra que la energía se absorbe y que la energía es mayor al final:
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Calcular el cambio de energía
Ahora volvamos a los valores de la energía de enlace y observemos una tabla de energías de enlace promedio para diferentes enlaces.
| Enlace | Energía de enlace (kJ / mol) | Enlace | Energía de enlace (kJ / mol) | Enlace | Energía de enlace |
|---|---|---|---|---|---|
| S.S | 436 | HF | 565 | H-Cl | 427 |
| OH | 467 | NUEVA HAMPSHIRE | 391 | CH | 413 |
| CC | 347 | C = C | 614 | C ≡ C | 839 |
| CO | 358 | C = O | 745 | C ≡ O | 1072 |
| CN | 305 | C = N | 615 | C ≡ N | 891 |
| NN | 160 | N = N | 418 | N ≡ N | 941 |
| OO | 146 | O = O | 498 |
La ruptura de enlaces requiere energía, es un proceso endotérmico, por lo que las energías de enlace siempre se informan como números positivos. Puede ver que los valores varían enormemente dependiendo de los átomos y también del número de enlaces entre los átomos. Cuanto mayor sea la energía de enlace promedio, más fuerte será el enlace. También verá que las moléculas con múltiples enlaces tienen valores mucho más altos que aquellas con un solo enlace. Se necesita más energía para romper múltiples enlaces.
Por ejemplo, verá que el carbono de triple enlace es mucho más fuerte a 839 kJ / mol, en comparación con el carbono de doble enlace a 614 kJ / mol, y luego en comparación con el carbono de enlace simple a 347 kJ / mol. Esto es como comparar el superpegamento con el pegamento termofusible y el pegamento en barra para manualidades.
Bien, usando estos valores promedio de energía de enlace, ahora podemos calcular el cambio de energía total para la formación de 2 moles de agua. Echemos un vistazo más de cerca a lo que tenemos aquí:
| Molécula | Enlaces por molécula | Lunares en reacción | Moles de enlaces | Proceso | Energía por Bono | Energía total |
|---|---|---|---|---|---|---|
| S.S | 1 | 2 | 1 x 2 = 2 | rotura | +436 kJ | 2 x (+436) = +872 kJ |
| O = O | 1 | 1 | 1 x 1 = 1 | rotura | +498 kJ | 1 x (+498) = +498 kJ |
| HOH | 2 | 2 | 2 x 2 = 4 | formando | -467 kJ | 4 x (-467) = -1868 kJ |
Tenemos un enlace sencillo en la molécula de hidrógeno que se rompe y hay dos moles de hidrógeno. Cada enlace tiene una energía de enlace de +436 kJ. Entonces 2 x 436 = +872 kJ. También tenemos un doble enlace de oxígeno que se rompe. Solo tenemos un mol de oxígeno. Este doble enlace tiene una energía de enlace de +498 kJ. Ahora estamos formando 2 moles de agua, cada uno con 2 enlaces OH. Tenemos 4 enlaces OH en total, cada uno con una energía de enlace de 467 kJ. Pero observe el signo diferente.
A diferencia de la ruptura de enlaces, que necesita energía, la formación de enlaces produce energía. En otras palabras, es un proceso exotérmico. Entonces, cuando usamos energías de enlace para formar enlaces, cambiamos los valores a un número negativo.
Entonces, nuestra reacción da como resultado un cambio de energía neta de +872 + 498 – 1868 = -498 kJ. Este valor negativo nos dice que esta reacción es una reacción exotérmica: emite energía.
Longitud de enlace y energía de enlace
Finalmente, resulta que hay otra cantidad relacionada con la energía del enlace: la longitud del enlace. La longitud del enlace es la distancia entre los núcleos de dos átomos enlazados. En general, encontramos que cuanto más corta es la longitud del enlace, mayor es la energía del enlace. Necesitamos más energía para romper un vínculo corto en comparación con uno más largo.
Esto puede no tener mucho sentido, así que pensemos en ello de esta manera. Digamos que tiene un palo delgado de 30 centímetros de largo. Para empezar, es fácil romper el palo largo. Pero a medida que sigues rompiendo el palo en pedazos cada vez más pequeños, el esfuerzo se vuelve cada vez más difícil. Con el tiempo, se llega a un punto en el que ningún esfuerzo o energía va a romperlo.
El palo corto tiene una ‘energía de enlace’ más alta y es menos probable que se rompa.
Resumen de la lección
En esta lección, ha aprendido que los enlaces químicos son el pegamento que mantiene unidos a los átomos. Los diferentes enlaces químicos tienen diferente fuerza de unión. La energía de enlace es la cantidad de energía necesaria para romper un enlace químico específico. Cuanto mayor sea la energía de enlace, más fuerte será el enlace.
Durante una reacción química, siempre hay un cambio de energía acompañante. Podemos usar energías de enlace promedio para calcular el cambio de energía total neto de una reacción. Una reacción exotérmica da como resultado productos con menor energía que los reactivos y produce energía. Una reacción endotérmica da como resultado productos con mayor energía que los reactivos y absorbe energía. Finalmente, cuanto más corto sea el vínculo, más fuerte será el vínculo.
Los resultados del aprendizaje
Una vez que haya revisado esta lección en video, podrá:
- Definir enlaces químicos y energía de enlace.
- Diferenciar entre reacciones exotérmicas y endotérmicas.
- Explica cómo calcular el cambio de energía total neto de una reacción usando energías de enlace.
- Describir la relación entre la longitud de la unión y la fuerza de la unión.