أحدث الموضوعات

طاقة الرابطة Bond Energy + مسائل محلولة



تعريف طاقة الرابطة  Bond Energy

** تعرف طاقة الرابطة بأنها:
 الطاقة اللازمة لتكسیر رابطة بین ذرتین في جزيء في حالته الغازیة الى ذرات في الحالة الغازیة (جذور متعادلة)، ویرمز لھا بالرمزBE   أو ھي الطاقة الناتجة عن تكوین رابطة بین ذرتین.

** وتستخدم طاقة تفكك الرابطة كمقیاس كمي لا ستقراریة الجزيء.

** إن تكوین الرابطة عملیة طاردة للحرارة، أما تفكك الرابطة فعملیة ماصة للحرارة.

** كلما كانت الطاقة المنطلقة نتيجة لتكون الرابطة كبیرة، والطاقة اللازمة لتكسیر الرابطة أیضاً كبیرة فإن ھذا یدل على أن تكوین الرابطة یؤدي الى استقرار أكثر.

** مثال (1): إذا علمت طاقة الرابطة بین ذرتي الھیدروجین، وذرتي الفلور ھي كالتالي :
فأي الجزيئين (H2 , F2) أكثر استقراراً؟

الحل: 
بما أن طاقة الرابطة بین ذرتي الھیدروجین أكبر من طاقة الرابطة بین ذرتي الفلور، فإن الجزئ (H-H) أكثر استقراراً من الجزئ (F-F).

**مثال (2): قارن بين ΔHo لتكوين (F-F , H-F , H-Cl , Cl-Cl) إذا علمت أن:

الحل:
من قيم ΔHo فإن طاقة الرابطة :
H-F > H-Cl > Cl-Cl > F-F

أولاً: جزيئات تحتوي على نوع واحد من الروابط

Molecules with only one-type bond

مثال توضيحي(1):

** إن الطاقة اللازمة لتفكیك جزيء المیثان CH4 إلى أربع ذرات هيدروجين وذرة كربون تساوي  1665 kJ

** لقد وجد أن الطاقة اللازمة لتفكیك كل رابطة (C-H)  من على حدة تختلف عن بعضھا البعض كما یتبین مما یلي:


** وكان المفترض أن الطاقة اللازمة لتفكیك كل رابطة تساوى 1664/4 = 416 kJ.mol-1  بسبب أن جمیع الروابط (C-H) متماثلة في الطول والقوة في جزيء المیثان. ولكن الملاحظ أن قیم ΔH4o , ΔH1o , ΔH2o , ΔH3o  جمیعھا مختلفة ولا یوجد واحد منھا یساوي فما السبب؟

السبب يرجع إلى حدوث إعادة تنظيم (rearrangement) للكثافة الإلكترونية عندما تنكسر إحدى الروابط، لذلك فإنه على الرغم من أن الروابط المتبقیة متكافئة إلا أنھا تختلف قليلاً عن الروابط في جزئ الميثان CH4 ، وبالمثل فإن الروابط في (CH2) و (CH) تختلف عن الروابط في (CH3) ، (CH4)

مثال توضيحي(2):

** تصور المعادلة التالیة تفكك ١ مول من النشادر لإعطاء ٣ مول من ذرات الھیدروجین ومول واحد من ذرات النیتروجین:
** وبذلك یمكن حساب الطاقة اللازمة لتفككه من المعادلة:
** وتمثل القیمة 1172.2 kJ كمیة الطاقة اللازمة لإحداث تفكك الروابط الثلاث (3N-H) في مول من النشادر كما یمثل ثلث ھذه الكمیة: 1172.7 / 3 = 390.9 kJ وهو متوسط طاقة الربط لمول من روابط (N-H)  في جزئ النشادر .

متوسط طاقة الربط في الجزیئات عديدة الذرات

** متوسط طاقة الربط في الجزیئات عديدة الذرات ((ΔHodis.avg  تعرف بأنھا متوسط الطاقة اللازمة لتفكك مول من الجزیئات الى ذرات مقسمة على عدد الروابط في الجزيء.

** ومن المفيد التفرقة بين متوسط طاقة الربط ((ΔHodis.avg وطاقة تفكك الرابطة المفردة ((ΔHodis ففي جزئ النشادر يحدث التفكك على خطوات لكل منها طاقة ذاتية لتفكك الرابطة كما تبينه المعادلات التالية:


ويبلغ متوسط القيم الثلاثة 391kJ ، وهو متوسط طاقة الرابطة في جزئ النشادر.

ثانياً: جزيئات تحتوي على أكثر من نوع من الروابط

Molecules with more than one - type of bond

یمكن تقدیر حرارة التفاعل أو التغیر في الإنثالبي ΔH لتفاعل معین باستخدام قیم الرابطة إذا كانت المواد المتفاعلة والناتجة في الحالة الغازیة فقط. حیث أن التغیر في الإنثالبي ΔH یساوي الطاقة اللازمة لتكسیر جمیع الروابط في جزیئات المواد المتفاعلة مطروحاً منه الطاقة اللازمة لتكسیر جمیع الروابط في جزیئات المواد الناتجة أي أن:


حيث P: تمثل المواد الناتجة ، R: تمثل المواد المتفاعلة.



سؤال هام:

وضح كیف أن طاقة الرابطة تساعد في فھم السبب في أن بعض التفاعلات تكون ماصة للحرارة والبعض الآخر طارداً للحرارة.

الإجابة:

(1) إذا كانت الروابط في جزیئات المواد الناتجة أقوى منھا في جزیئات المواد المتفاعلة فإن المواد الناتجة تكون أكثر استقراراً، لذلك فإن طاقتھا تكون أعلى من طاقة المواد المتفاعلة ویكون التفاعل في ھذه الحالة طارداً للحرارة.

(2) والعكس صحیح أیضاً إذ نجد أن الحرارة تمتص أحیاناً لیحصل التفاعل وفي ھذه الحالة فإن المواد الناتجة تحتوي على طاقة أقل من طاقة المواد المتفاعلة أي أن :

وتكون المواد الناتجة في ھذه الحالة أقل استقراراً (طاقة المواد الناتجة أقل من طاقة المواد المتفاعلة).

أمثلة محلولة

مثال (1): احسب حرارة التفاعل التالي بطریقة طاقة الرابطة:
علماً بأن طاقة الرابطة:

الحل:

مثال (2): إذا كان لدیك التفاعل التالي :
فاحسب التغیر في الإنثالبي لھذا التفاعل إذا علمت أن قیم طاقة الرابطة:
الحل:

مثال (3): احسب طاقة التفاعل التالي:
فإذا علمت أن متوسط طاقات الروابط بوحدة كیلو جول / مول ھي كما یلي:

الحل:

مثال (4): احسب الطاقة الناتجة عن التفاعل التالي:
فإذا علمت أن متوسط طاقات الروابط بوحدة كیلو جول / مول ھي كما یلي:
ثم بین ھل التفاعل ماص أم طارد للحرارة مع ذكر السبب؟

الحل:
بما أن قیمة ΔHo بالسالب لذلك فالتفاعل طارد للحرارة.

مثال (5): عند إشعال المیثان في جو من الكلور:
فإذا علمت أن متوسط طاقات الروابط بوحدة كیلو جول / مول ھي كما یلي:
فاحسب الطاقة اللازمة لتفاعل (0.5 mol CH4) مع كمية كافية من غاز الكلور.

الحل:

وبما أن قیمة ΔHo بالموجب لذلك فالتفاعل ماص للحرارة.
ولحساب الطاقة اللازمة لتفاعل (0.5 mol) من الميثان مع كمية كافية من غاز الكلور.

مثال (6): احسب طاقة الرابطة C = C حسب التفاعل التالي:
علماً بأن متوسط طاقات الروابط بوحدة كیلو جول / مول ھي كما یلي:

الحل:

المراجع:
أسس الكيمياء العامة والفيزيائية - الجزء الأول.عمر بن عبد الله الهزازي ، قسم الكيمياء- كلية العلوم – جامعة أم القرى – المملكة العربية السعودية


ليست هناك تعليقات