結合エンタルピー計算ツール

結果

気相反応の大まかな推定です。平均結合エネルギーは各結合の周囲の環境を無視するため、生成エンタルピーによる計算とは数十 kJ/mol ほど違うことがあります。

結合エンタルピー計算ツールの使い方

1. 1. 構造式を描きます。 反応物と生成物のそれぞれのルイス構造式を書き、どの結合があるかを確認します。このツールは分子式から構造を推測しません。同じ分子式でも結合の種類が異なることがあるためです。
2. 2. 切断される結合と生成される結合を入力します。 2つの入力欄に、釣り合わせた化学反応式の分子ごとに数えて入力します（例：4 C–H、2 O=O）。単結合は -、二重結合は =、三重結合は ≡ を使います。表の「+ 切断」または「+ 生成」を押すか、反応例を選ぶこともできます。
3. 3. リストを確認します。 表にない結合は名前で表示されます。反応物と生成物の両方に同じように現れる結合は打ち消し合うので、省いても構いません。
4. 4. ΔHを読み取ります。 答えはΣ切断 − Σ生成で、両方の合計、各結合の小計、計算過程が表示されます。ΔHが負であれば、その反応は発熱反応です。

計算方法

結合を切断するとエネルギーを吸収し、結合を生成するとエネルギーを放出します。反応物で切断される結合のエネルギーが、生成物で生成される結合が放出するエネルギーより大きければ、反応全体では熱を吸収します。平均結合エネルギーをDで表すと、次の式になります。

ΔH ≈ Σ D(切断される結合) − Σ D(生成される結合)

ΔH < 0：発熱。  ΔH > 0：吸熱。

反応式どおりに反応したときの1モルあたりのkJ。1 kcal = 4.184 kJ

符号の決まりは、多くの人が意外に感じるものです。結合エネルギーは正の数であり、生成物側の合計を差し引きます。ここでΔH = Σ（生成物）− Σ（反応物）と書いてはいけません。それは生成エンタルピーに使う決まりです。手元のデータに合う方を使い、一つの計算で混ぜないでください。

具体例：メタンの燃焼

CH₄(g) + 2 O₂(g) → CO₂(g) + 2 H₂O(g) では、メタンにはC–H結合が4つ、O₂にはO=O結合が1つずつ、二酸化炭素にはC=O結合が2つ、水の各分子にはO–H結合が2つあります。表の平均値を使うと次のようになります。

• 切断：4 × 415（C–H）+ 2 × 498（O=O）= 1660 + 996 = 2656 kJ
• 生成：2 × 741（C=O）+ 4 × 464（O–H）= 1482 + 1856 = 3338 kJ
• ΔH ≈ 2656 − 3338 = −682 kJ（メタン1モルの燃焼あたり）

生成エンタルピーによる結果と異なる理由

• 結合エネルギーは平均値です。 メタンのC–H結合は、エタノールやベンゼンのC–H結合と同じではありません。表の値は多くの化合物にわたる平均なので、どの分子もわずかにずれます。表のC=O = 741 kJ/molはアルデヒドやケトンに合う値ですが、CO₂のC=O結合は約799 kJ/molと強くなります。上の例のずれの大部分は、この違いによるものです。
• 気相の分子にだけ当てはまります。 結合エネルギーは、互いに離れた気体分子について定義された値なので、答えは気相のΔHになります。生成物が液体の水なら、凝縮エンタルピーを加える必要があります。H₂O 1モルあたり約 −44.0 kJ です（CRCの生成値 285.8 − 241.8 による）。
• 非局在化やひずみは考慮できません。 ベンゼンや炭酸イオンの共鳴、環のひずみ、水素結合によって、実際の分子は結合の和から予想されるより安定になったり不安定になったりします。
• 生成エンタルピーは実際の化合物について測定された値です。 ΔH°_rxn = ΣΔH°_f（生成物）− ΣΔH°_f（反応物）は、298 Kにおける表に載った実測値を使うので、データがあればこちらの方が適切な答えです。データがないとき、またはどの結合がエネルギー変化を生むかを見たいときに結合エネルギーを使ってください。生成エンタルピーによる計算は反応エンタルピー計算ツールで行えます。

よくある質問

結合エンタルピーを使ってΔHはどのように計算しますか？

反応物中のすべての結合を切断するのに必要なエネルギーを合計し、生成物中で結合を生成するときに放出されるエネルギーを合計して、差を取ります。ΔH ≈ Σ D（切断）− Σ D（生成）です。釣り合わせた化学反応式の分子ごとに、結合を1回ずつ数えます。H₂ + Cl₂ → 2 HCl の場合は、(436 + 243) − 2(432) = −185 kJ になります。

結合の切断が吸熱で、結合の生成が発熱になるのはなぜですか？

結合している原子は、離れているときより低いエネルギーの状態にあります。そのため、引き離すにはエネルギーが必要で、結合するとそのエネルギーが戻ってきます。どちらの向きでも同じ量のエネルギーが関わるので、切断のときの結合エネルギーは正の数で示されます。

結合エネルギーから求めた答えが、生成エンタルピーによる答えと一致しないのはなぜですか？

結合エネルギーは、気相の結合についての平均値です。そのため、各分子の個別の環境は無視され、液体、共鳴、ひずみは扱えません。数十 kJ/mol のずれは普通のことです。データがあるなら、生成エンタルピーによる結果の方がより正確だと考えてください。

分子中のすべての結合を入力する必要がありますか？

変化する結合だけで構いません。反応物と生成物で同じ結合は、両方の合計に現れて打ち消し合います。C₂H₄ + H₂ → C₂H₆ の場合は、切断されるC=CとH–H、生成されるC–Cと2つのC–Hだけを入力しても、すべての結合を数えた場合と同じ −128 kJ になります。

O=OやC=Cのような二重結合は、どのように数えればよいですか？

二重結合は、それ自体の大きなエネルギーをもつ1つの結合です。そのため、O=Oは2つのO–O結合ではなく、1項目として498 kJ/mol と入力します。三重結合も同様で、N≡Nは946 kJ/molです。

液体や固体を含む反応に結合エンタルピーを使えますか？

すべてを気体に換算してからであれば使えます。気体でない各物質について、蒸発エンタルピーや昇華エンタルピーを加え、その結果は慎重に扱ってください。溶液中の反応では、生成エンタルピーや熱量測定の方が適切です。