Калькулятор энтальпии связей

Результаты

Грубая оценка для реакций в газовой фазе: средние энергии связей не учитывают окружение каждой связи, поэтому ждите расхождения в десятки кДж/моль по сравнению с расчётом по энтальпиям образования.

Как пользоваться калькулятором энтальпии связей

1. 1. Нарисуйте структуры. Запишите структурную формулу (формулу Льюиса) каждого реагента и продукта, чтобы видеть каждую связь. Инструмент не угадывает структуру по формуле, потому что одна и та же формула может содержать разные связи.
2. 2. Перечислите разорванные и образованные связи. Введите их в два поля — 4 C–H, 2 O=O — считая по одной на каждую молекулу в сбалансированном уравнении. Используйте - для одинарной, = для двойной и ≡ для тройной связи. Можно также нажать «+ разорванная» или «+ образованная» в таблице или выбрать один из примеров реакций.
3. 3. Проверьте список. Связь, которой нет в таблице, отмечается по названию. Связи, которые одинаковы в обеих частях уравнения, можно не вписывать: они взаимно уничтожаются.
4. 4. Прочитайте ΔH. Ответ равен Σ разорванных − Σ образованных; показаны обе суммы, подытог каждой связи и расчёт. Отрицательное ΔH означает экзотермическую реакцию.

Метод

Разрыв связи поглощает энергию, а образование связи её выделяет. Если связи, которые разрываются в реагентах, требуют больше энергии, чем возвращают связи, образующиеся в продуктах, реакция в целом поглощает тепло. В виде уравнения, где D — средняя энергия связи:

ΔH ≈ Σ D(разорванные связи) − Σ D(образованные связи)

ΔH < 0: экзотермическая.  ΔH > 0: эндотермическая.

кДж на моль реакции, как она записана; 1 ккал = 4,184 кДж

Знак здесь тот, который обычно удивляет: энергии связей — положительные числа, и сумма для продуктов вычитается. Не записывайте ΔH = Σ продукты − Σ реагенты, потому что это правило для энтальпий образования. Выбирайте то, что соответствует вашим данным, и не смешивайте их в одном расчёте.

Пример: горение метана

Для CH₄(г) + 2 O₂(г) → CO₂(г) + 2 H₂O(г) метан содержит четыре связи C–H, каждая молекула O₂ имеет одну связь O=O, у углекислого газа две связи C=O, а в каждой молекуле воды по две связи O–H. По средним значениям из таблицы:

• Разорвано: 4 × 415 (C–H) + 2 × 498 (O=O) = 1660 + 996 = 2656 кДж
• Образовано: 2 × 741 (C=O) + 4 × 464 (O–H) = 1482 + 1856 = 3338 кДж
• ΔH ≈ 2656 − 3338 = −682 кДж на моль сгоревшего CH₄

Почему результат отличается от расчёта по энтальпиям образования

• Энергия связи — это среднее. Связь C–H в метане не то же самое, что C–H в этаноле или бензоле. Таблица даёт одно значение, усреднённое по многим соединениям, поэтому каждая молекула немного отличается. Значение C=O 741 кДж/моль подходит для альдегидов и кетонов, а связи C=O в CO₂, около 799 кДж/моль, прочнее. Именно эта разница объясняет большую часть расхождения в примере выше.
• Описывает только газы. Энергии связей относятся к отдельным газообразным молекулам, поэтому ответ — это ΔH в газовой фазе. Если продукт — жидкая вода, нужно добавить энтальпию конденсации, около −44,0 кДж на моль H₂O (285,8 − 241,8 по данным CRC для образования).
• Не учитывает делокализацию и напряжение. Резонанс в бензоле или карбонате, напряжение кольца и водородные связи делают реальные молекулы устойчивее или менее устойчивыми, чем предсказывает сумма их связей.
• Энтальпии образования измерены для реальных соединений. ΔH°_rxn = ΣΔH°_f(продукты) − ΣΔH°_f(реагенты) использует табличные значения для реальных веществ при 298 K, поэтому, когда есть данные, это лучший ответ. Используйте энергии связей, когда данных нет, или чтобы понять, какие связи определяют изменение энергии. Калькулятор энтальпии реакции выполняет расчёт по энтальпиям образования.

Часто задаваемые вопросы

Как рассчитать ΔH по энтальпиям связей?

Сложите энергию, нужную для разрыва всех связей в реагентах, сложите энергию, выделяющуюся при образовании всех связей в продуктах, и вычтите: ΔH ≈ Σ D(разорванные) − Σ D(образованные). Считайте каждую связь один раз на молекулу в сбалансированном уравнении. Для H₂ + Cl₂ → 2 HCl это (436 + 243) − 2(432) = −185 кДж.

Почему разрыв связи эндотермичен, а образование — экзотермично?

Атомы в связи находятся на более низком энергетическом уровне, чем порознь, поэтому их разведение требует энергии, а образование связи возвращает эту энергию. В обоих направлениях задействована одна и та же величина, поэтому энергии связей для разрыва приводятся как положительные числа.

Почему ответ по энергиям связей не совпадает с ответом по энтальпиям образования?

Энергии связей — это средние значения для связей в газовой фазе: они не учитывают окружение конкретной молекулы и не могут описать жидкости, резонанс или напряжение. Расхождения в десятки кДж/моль — обычное дело. Если у вас есть данные, считайте результат по энтальпиям образования более точным.

Нужно ли перечислять все связи в молекулах?

Только те, которые меняются. Связи, одинаковые в реагенте и продукте, входят в обе суммы и взаимно уничтожаются. Для C₂H₄ + H₂ → C₂H₆ можно перечислить только разорванные C=C и H–H и образованные C–C и две связи C–H; ответ, −128 кДж, будет таким же, как при подсчёте всех связей.

Как считать двойную связь, например O=O или C=C?

Двойная связь — это одна связь со своей, большей энергией, поэтому вводите её одним пунктом: O=O — 498 кДж/моль, а не две связи O–O. Тройные связи так же: N≡N — 946 кДж/моль.

Можно ли использовать энергии связей для реакций с жидкостями или твёрдыми веществами?

Только после пересчёта всего в газы. Добавьте энтальпию испарения или сублимации для каждого вещества, которое не является газом, и относитесь к результату с дополнительной осторожностью. Для реакций в растворе надёжный путь — энтальпии образования или калориметрия.