Bindungsenthalpie-Rechner

Ergebnisse

Eine grobe Schätzung für Reaktionen in der Gasphase: Mittlere Bindungsenergien berücksichtigen die Umgebung jeder Bindung nicht. Abweichungen von einigen zehn kJ/mol gegenüber einer Rechnung mit Bildungsenthalpien sind daher zu erwarten.

So verwenden Sie den Bindungsenthalpie-Rechner

1. 1. Zeichnen Sie die Strukturformeln. Schreiben Sie für jedes Edukt und Produkt die Lewis-Formel auf, damit Sie jede Bindung sehen. Das Werkzeug errät keine Strukturen aus Summenformeln, weil dieselbe Summenformel unterschiedliche Bindungen enthalten kann.
2. 2. Listen Sie die gebrochenen und gebildeten Bindungen auf. Tragen Sie sie in die beiden Felder ein – 4 C–H, 2 O=O – und zählen Sie für jedes Molekül der ausgeglichenen Gleichung einmal. Verwenden Sie - für Einfachbindungen, = für Doppelbindungen und ≡ für Dreifachbindungen. Sie können auch in der Tabelle „+ gebrochen“ oder „+ gebildet“ drücken oder eine der Beispielreaktionen wählen.
3. 3. Prüfen Sie die Liste. Eine Bindung, die nicht in der Tabelle steht, wird namentlich markiert. Bindungen, die auf beiden Seiten unverändert erscheinen, können Sie weglassen: Sie kürzen sich heraus.
4. 4. Lesen Sie ΔH ab. Das Ergebnis ist Σ gebrochen − Σ gebildet, mit beiden Summen, der Teilsumme jeder Bindung und dem Rechenweg. Ein negatives ΔH bedeutet, dass die Reaktion exotherm ist.

Die Methode

Das Brechen einer Bindung nimmt Energie auf, das Bilden einer Bindung gibt sie ab. Wenn die gebrochenen Bindungen in den Edukten mehr kosten, als die gebildeten Bindungen in den Produkten zurückgeben, nimmt die Reaktion insgesamt Wärme auf. Als Gleichung, mit D für die mittlere Bindungsenergie:

ΔH ≈ Σ D(gebrochene Bindungen) − Σ D(gebildete Bindungen)

ΔH < 0: exotherm.  ΔH > 0: endotherm.

kJ pro Mol Reaktion wie geschrieben; 1 kcal = 4,184 kJ

Das Vorzeichen ist die Konvention, die viele überrascht: Bindungsenergien sind positive Zahlen, und die Summe der Produkte wird subtrahiert. Schreiben Sie hier nicht ΔH = Σ Produkte − Σ Edukte, das ist die Regel für Bildungsenthalpien. Verwenden Sie die Formel, die zu Ihren Daten passt, und mischen Sie beide nicht in einer Rechnung.

Beispiel: Verbrennung von Methan

Für CH₄(g) + 2 O₂(g) → CO₂(g) + 2 H₂O(g) hat Methan vier C–H-Bindungen, jedes O₂ eine O=O-Bindung, Kohlendioxid zwei C=O-Bindungen und jedes Wasser zwei O–H-Bindungen. Mit den Mittelwerten der Tabelle:

• Gebrochen: 4 × 415 (C–H) + 2 × 498 (O=O) = 1660 + 996 = 2656 kJ
• Gebildet: 2 × 741 (C=O) + 4 × 464 (O–H) = 1482 + 1856 = 3338 kJ
• ΔH ≈ 2656 − 3338 = −682 kJ pro Mol verbranntem CH₄

Warum das Ergebnis von dem über Bildungsenthalpien abweicht

• Eine Bindungsenergie ist ein Mittelwert. Die C–H-Bindung im Methan ist nicht dieselbe wie die C–H-Bindung im Ethanol oder Benzol. Die Tabelle gibt einen Wert an, der über viele Verbindungen gemittelt ist, daher liegt jedes Molekül etwas daneben. Der Tabellenwert für C=O von 741 kJ/mol passt zu Aldehyden und Ketonen, während die C=O-Bindungen von CO₂ mit etwa 799 kJ/mol stärker sind. Dieser eine Unterschied erklärt den größten Teil der Abweichung im obigen Beispiel.
• Sie gilt nur für Gase. Bindungsenergien beziehen sich auf einzelne gasförmige Moleküle, daher ist das Ergebnis die ΔH der Gasphase. Ist ein Produkt flüssiges Wasser, müssen Sie die Kondensationsenthalpie addieren, etwa −44,0 kJ für jedes Mol H₂O (285,8 − 241,8 aus den CRC-Bildungswerten).
• Sie erfasst keine Delokalisierung oder Ringspannung. Mesomerie in Benzol oder Carbonat, Ringspannung und Wasserstoffbrücken machen reale Moleküle stabiler oder instabiler, als es die Summe ihrer Bindungen vermuten lässt.
• Bildungsenthalpien werden für die tatsächlichen Verbindungen gemessen. ΔH°_rxn = ΣΔH°_f(Produkte) − ΣΔH°_f(Edukte) verwendet reale, tabellierte Werte bei 298 K. Das ist die bessere Antwort, wann immer Daten vorliegen. Verwenden Sie Bindungsenergien, wenn diese fehlen, oder um zu sehen, welche Bindungen die Energieänderung bestimmen. Der Enthalpy of Reaction Calculator rechnet den Weg über Bildungsenthalpien.

Häufig gestellte Fragen

Wie berechnet man ΔH mit Bindungsenthalpien?

Addieren Sie die Energie, die zum Brechen jeder Bindung in den Edukten nötig ist, addieren Sie die Energie, die beim Bilden jeder Bindung in den Produkten frei wird, und subtrahieren Sie: ΔH ≈ Σ D(gebrochen) − Σ D(gebildet). Zählen Sie jede Bindung einmal pro Molekül in der ausgeglichenen Gleichung. Für H₂ + Cl₂ → 2 HCl ergibt das (436 + 243) − 2(432) = −185 kJ.

Warum ist das Brechen einer Bindung endotherm und das Bilden exotherm?

Die Atome in einer Bindung liegen auf einem niedrigeren Energieniveau als getrennt. Das Trennen kostet daher Energie, und das Verbinden gibt diese Energie zurück. In beide Richtungen ist derselbe Betrag beteiligt, weshalb Bindungsenergien zum Brechen als positive Zahlen angegeben werden.

Warum stimmt mein Ergebnis mit Bindungsenergien nicht mit dem über Bildungsenthalpien überein?

Bindungsenergien sind Mittelwerte für Bindungen in der Gasphase. Sie berücksichtigen daher nicht die jeweilige Umgebung eines Moleküls und können Flüssigkeiten, Resonanz oder Spannung nicht erfassen. Abweichungen von einigen zehn kJ/mol sind normal. Betrachten Sie das Ergebnis über Bildungsenthalpien als das genauere, wenn Sie die Daten haben.

Muss ich jede Bindung in den Molekülen auflisten?

Nur die, die sich ändern. Bindungen, die in einem Edukt und einem Produkt identisch sind, erscheinen in beiden Summen und kürzen sich heraus. Für C₂H₄ + H₂ → C₂H₆ können Sie nur C=C und H–H als gebrochen sowie C–C und zwei C–H als gebildet auflisten. Das Ergebnis, −128 kJ, ist dasselbe wie bei Zählung jeder Bindung.

Wie zähle ich Bindungen bei einer Doppelbindung wie O=O oder C=C?

Eine Doppelbindung ist eine Bindung mit eigener, größerer Energie. Geben Sie sie daher als einen Eintrag ein: O=O beträgt 498 kJ/mol, nicht zwei O–O-Bindungen. Bei Dreifachbindungen ist es genauso: N≡N beträgt 946 kJ/mol.

Kann ich Bindungsenthalpien für Reaktionen mit Flüssigkeiten oder Feststoffen verwenden?

Nur, wenn Sie vorher alles in Gase umrechnen. Addieren Sie für jede Spezies, die kein Gas ist, die Verdampfungs- bzw. Sublimationsenthalpie, und behandeln Sie das Ergebnis mit besonderer Vorsicht. Für Reaktionen in Lösung sind Bildungsenthalpien oder Kalorimetrie der solide Weg.