결합 에너지 이해:형성 및 해리

본드에너지란 무엇인가요?

화학 내에서 원자를 연결하는 결합이 없으면 어떤 분자도 존재할 수 없습니다. 결합을 형성하면 에너지가 방출되기 때문에 원자는 에너지가 덜하고 안정적인 화합물을 선호하기 때문에 분자가 존재합니다. 이러한 안정적인 결합을 끊으려면 시스템에 에너지를 추가해야 합니다. 따라서 이 값을 결합 에너지라고 합니다.

흡열 반응으로 결합을 끊을 때는 항상 에너지가 필요합니다. 반면, 발열 반응으로 결합을 형성할 때는 항상 에너지가 방출됩니다.

결합 에너지 또는 결합 강도는 이러한 과정에서 얼마나 많은 에너지가 방출되거나 필요한지를 결정합니다. 분자는 결합에 따라 전체 반응 엔탈피가 다를 수 있습니다.

분자의 결합 형성 에너지는 제품을 형성할 때 방출되는 열/에너지입니다. 반응에서 결합 형성 에너지는 생성물 형성 단계에서 방출되는 에너지입니다. 결과적으로, 결합 형성이 에너지를 방출하므로 이 값은 항상 음수입니다.

분자의 결합 해리 에너지는 결합을 끊는 데 필요한 열입니다. 반응에서 결합 해리 에너지는 원래 반응물의 결합을 분해하는 데 필요한 에너지입니다. 결과적으로, 결합을 끊는 데 에너지가 필요하므로 이 값은 항상 양수입니다.

해리 및 형성 에너지를 추가하면 전체 반응 엔탈피 또는 반응 진행 전반에 걸친 순 에너지 총계가 생성됩니다. 따라서 결합 형성 및 해리 에너지는 전체 반응의 엔탈피가 흡열인지 발열인지를 결정합니다.

반응물의 결합을 끊는 데 생성물 형성 시 방출되는 에너지보다 더 많은 에너지가 필요한 경우 반응은 흡열 반응입니다. 생성물의 형성이 반응물의 결합을 깨는 것보다 더 많은 에너지를 방출하는 경우 반응은 발열 반응입니다.

결합 엔탈피 공식

따라서 결합 에너지 공식은 결합 해리 및 형성 에너지를 기반으로 반응 엔탈피를 계산하는 데 도움이 됩니다. 아래 반응은 깨진 결합에서 형성된 결합을 뺀 전체 엔탈피를 계산합니다.

이 방정식에서:

전체 반응 엔탈피

제품의 결합을 형성하면서 방출되는 열의 합

반응물의 결합을 끊어 흡수된 열의 합

이 방정식은 세 가지 값 중 하나를 풀 수 있으며 열역학, 물리화학 등의 핵심 공식입니다.

결합 강도 품질 및 주기적인 추세

다양한 특성이 결합의 해리 및 형성 에너지를 결정합니다. 가장 일반적으로 유대감의 강도는 다음에 따라 달라집니다:

본드 길이
채권주문
결합 각도

첫째, 짧은 결합은 다른 원자와 더 많은 원자가 전자를 공유하므로 이러한 결합은 종종 긴 결합보다 더 강하고 끊어지는데 더 많은 에너지가 필요합니다. 두 원자의 핵 사이의 거리가 감소할수록 결합 강도는 증가합니다.

마찬가지로 삼중 결합과 이중 결합은 모두 단일 결합보다 짧으므로 다중 결합은 해리 및 형성 에너지가 더 높습니다. 따라서 채권 주문이 높을수록 채권을 끊는 데 더 많은 에너지가 필요합니다.

또한 원자 사이의 각도가 클수록 결합 길이가 짧아지기 때문에 각도가 큰 분자는 결합을 끊는 데 더 많은 에너지가 필요합니다. 원자 사이의 각도가 더 작은 분자에는 그 반대가 적용됩니다.

결합 형성/해리 에너지와 관련된 주기율표 추세의 경우, 원자는 주기율표에서 아래로 이동하고 왼쪽으로 이동할 때 더 커집니다. 원자 반경이 클수록 결합이 길어지기 때문에 이러한 원자는 종종 해리 및 형성 에너지가 더 작은 결합을 형성합니다. 이러한 주기적인 추세는 원자 반경/결합 길이가 더 작은 원자의 경우 그 반대입니다.

중요한 차트 및 표

아래 표에는 다양한 결합에 대해 실험적으로 결정된 평균 결합 형성/해리 에너지가 나열되어 있습니다. 모든 에너지 값은 (kJ/mol) 단위로 나열됩니다.

위의 결합 에너지 공식을 사용하면 방정식의 모든 값은 분자 내의 결합 에너지를 추가하여 결정할 수 있습니다.

H-H432 kJ/molC=C614 kJ/molS-Cl253 kJ/molH-F565 kJ/molO=O495 kJ/molS-H347 kJ/molH-Cl427 kJ/molN=O607 kJ/molI-Br175 kJ/molC-Cl339 kJ/molN=N418 kJ/molN-O201 kJ/molC-H413 kJ/molC=N615 kJ/molF-Cl253 kJ/mol평균 결합 에너지(kJ/mol)