Что такое энергия связи как ее найти

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 11 мая 2021 года; проверки требуют 2 правки.

Эне́ргия свя́зи (для данного состояния системы) — разность между энергией состояния, в котором составляющие части системы бесконечно удалены друг от друга и находятся в состоянии активного покоя, и полной энергией связанного состояния системы:

${displaystyle Delta E=sum _{i=1}^{N}E_{i}-E,}$

где Delta E — энергия связи компонентов в системе из N компонентов (частиц), $E_{i}$ — полная энергия i-го компонента в несвязанном состоянии (бесконечно удалённой покоящейся частицы) и — полная энергия связанной системы.

Для системы, состоящей из бесконечно удалённых покоящихся частиц, энергию связи принято считать равной нулю, то есть при образовании связанного состояния энергия выделяется. Энергия связи равна минимальной работе, которую необходимо затратить, чтобы разложить систему на составляющие её частицы. Она характеризует стабильность системы: чем выше энергия связи, тем система стабильнее.

Для валентных электронов (электронов внешних электронных оболочек) нейтральных атомов в основном состоянии энергия связи совпадает с энергией ионизации, для отрицательных ионов — со сродством к электрону.

Энергии химической связи двухатомной молекулы соответствует энергия её термической диссоциации, которая составляет порядка сотен кДж/моль.

Удельная энергия связи, то есть изменение энергии системы при добавлении одной частицы, называется химическим потенциалом. Для системы, состоящей из нескольких видов частиц существует несколько химических потенциалов по числу видов частиц.

Удельная энергия связи нуклонов атомного ядра на 1 нуклон как функция количества нуклонов в атомном ядре для всех известных изотопов согласно AME 2016^[1]

Энергия связи адронов атомного ядра определяется в основном сильным взаимодействием. Для большинства ядер она составляет ~8 МэВ на нуклон.

Виды энергии связи[править | править код]

Энергия ионизации
Энергия разрыва химической связи
Ядерная энергия

См. также[править | править код]

Гравитационная энергия
Дефект массы
Химический потенциал
Эквивалентность массы и энергии
Ядерная энергия#Энергия связи

Примечания[править | править код]

↑
Mirror-homepage of the Atomic Mass Data Center, International Atomic Energy Agency, IAEA (12 марта 2018).

Источник

Энергия связи атомных ядер

Важнейшую роль во всей ядерной физике играет понятие энергии связи ядра. Энергия связи позволяет объяснить устойчивость ядер, выяснить, какие процессы ведут к выделению ядерной энергии. Нуклоны в ядре прочно удерживаются ядерными силами. Для того чтобы удалить нуклон из ядра, надо совершить довольно большую работу, т. е. сообщить ядру значительную энергию.

Под энергией связи ядра понимают ту энергию, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны. На основе закона сохранения энергии можно также утверждать, что энергия связи ядра равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.

Энергия связи атомных ядер очень велика. Но как ее определить?

В настоящее время рассчитать энергию связи теоретически, подобно тому как это можно сделать для электронов в атоме, не удается. Выполнить соответствующие расчеты можно, лишь применяя соотношение Эйнштейна между массой и энергией:

(13.3.)

Точнейшие измерения масс ядер показывают, что масса покоя ядра Мя всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов:

(13.4.)

Существует, как говорят, дефект масс: разность масс

Урок физики на тему: "Энергия связи атомных ядер. Ядерные реакции"

положительна. В частности, для гелия масса ядра на 0,75% меньше суммы масс двух протонов и двух нейтронов. Соответственно для гелия в количестве вещества один моль ΔM = 0,03 г.

Уменьшение массы при образовании ядра из нуклонов означает, что при этом уменьшается энергия этой системы нуклонов на значение энергии связи Есв:

(13.5.)

Но куда при этом исчезают энергия Есв и масса ΔM?

При образовании ядра из частиц последние за счет действия ядерных сил на малых расстояниях устремляются с огромным ускорением друг к другу. Излучаемые при этом γ-кванты как раз обладают энергией Есв и массой

Энергия связи — это энергия, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц, и соответственно это та энергия, которая необходима для расщепления ядра на составляющие его частицы.

О том, как велика энергия связи, можно судить по такому примеру: образование 4 г гелия сопровождается выделением такой же энергии, что и при сгорании 1,5—2 вагонов каменного угля.

Важную информацию о свойствах ядер содержит зависимость удельной энергии связи от массового числа А.

Удельной энергией связи называют энергию связи, приходящуюся на один нуклон ядра. Ее определяют экспериментально. Из рисунка 13.11 хорошо видно, что, не считая самых легких ядер, удельная энергия связи примерно постоянна и равна 8 МэВ/нуклон. Отметим, что энергия связи электрона и ядра в атоме водорода, равная энергии ионизации, почти в миллион раз меньше этого значения. Кривая на рисунке 13.11 имеет слабо выраженный максимум. Максимальную удельную энергию связи (8,6 МэВ/нуклон) имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60, т. е. железо и близкие к нему по порядковому номеру элементы. Ядра этих элементов наиболее устойчивы.

У тяжелых ядер удельная энергия связи уменьшается за счет возрастающей с увеличением Z кулоновской энергии отталкивания протонов. Кулоновские силы стремятся разорвать ядро.

Частицы в ядре сильно связаны друг с другом. Энергия связи частиц определяется по дефекту масс.

Ядерные реакции

Атомные ядра при взаимодействиях испытывают превращения. Эти превращения сопровождаются увеличением или уменьшением кинетической энергии участвующих в них частиц.

Ядерными реакциями называют изменения атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом. С примерами ядерных реакций вы уже ознакомились в § 103. Ядерные реакции происходят, когда частицы вплотную приближаются к ядру и попадают в сферу действия ядерных сил. Одноименно заряженные частицы отталкиваются друг от друга. Поэтому сближение положительно заряженных частиц с ядрами (или ядер друг с другом) возможно, если этим частицам (или ядрам) сообщена достаточно большая кинетическая энергия. Эта энергия сообщается протонам, ядрам дейтерия — дейтронам, α-частицам и другим более тяжелым ядрам с помощью ускорителей.

Для осуществления ядерных реакций такой метод гораздо эффективнее, чем использование ядер гелия, испускаемых радиоактивными элементами. Во-первых, с помощью ускорителей частицам может быть сообщена энергия порядка 105 МэВ, т. е. гораздо большая той, которую имеют α-частицы (максимально 9 МэВ). Во-вторых, можно использовать протоны, которые в процессе радиоактивного распада не появляются (это целесообразно потому, что заряд протонов вдвое меньше заряда α-частиц, и поэтому действующая на них сила отталкивания со стороны ядер тоже в 2 раза меньше). В-третьих, можно ускорить ядра более тяжелые, чем ядра гелия.

Первая ядерная реакция на быстрых протонах была осуществлена в 1932 г. Удалось расщепить литий на две α-частицы:

Как видно из фотографии треков в камере Вильсона (рис. 13.12), ядра гелия разлетаются в разные стороны вдоль одной прямой согласно закону сохранения импульса (импульс протона много меньше импульса возникающих α-частиц; на фотографии треки протонов не видны).

Энергетический выход ядерных реакций. В описанной выше ядерной реакции кинетическая энергия двух образующихся ядер гелия оказалась больше кинетической энергии вступившего в реакцию протона на 7,3 МэВ. Превращение ядер сопровождается изменением их внутренней энергии (энергия связи). В рассмотренной реакции удельная энергия связи в ядрах гелия больше удельной энергии связи в ядре лития. Поэтому часть внутренней энергии ядра лития превращается в кинетическую энергию разлетающихся α-частиц.

Изменение энергии связи ядер означает, что суммарная энергия покоя участвующих в реакциях ядер и частиц не остается неизменной. Ведь энергия покоя ядра Мя*с2 согласно формуле (13.5) непосредственно выражается через энергию связи. В соответствии с законом сохранения энергии изменение кинетической энергии в процессе ядерной реакции равно изменению энергии покоя участвующих в реакции ядер и частиц.

Энергетическим выходом ядерной реакции называется разность энергий покоя ядер и частиц до реакции и после реакции. Согласно вышесказанному энергетический выход ядерной реакции равен также изменению кинетической энергии частиц, участвующих в реакции.

Если суммарная кинетическая энергия ядер и частиц после реакции больше, чем до реакции, то говорят о выделении энергии. В противном случае реакция идет с поглощением энергии.

Выделяющаяся при ядерных реакциях энергия может быть огромной. Но использовать ее при столкновениях ускоренных частиц (или ядер) с неподвижными ядрами мишени практически нельзя. Ведь бо́льшая часть ускоренных частиц пролетает мимо ядер мишени, не вызывая реакцию.

Ядерные реакции на нейтронах. Открытие нейтрона было поворотным пунктом в исследовании ядерных реакций. Так как нейтроны не имеют заряда, то они беспрепятственно проникают в атомные ядра и вызывают их изменения. Например, наблюдается следующая реакция:

Великий итальянский физик Энрико Ферми первым начал изучать реакции, вызываемые нейтронами. Он обнаружил, что ядерные превращения обусловлены не только быстрыми, но и медленными нейтронами. Причем эти медленные нейтроны оказываются в большинстве случаев даже гораздо более эффективными, чем быстрые. Поэтому быстрые нейтроны целесообразно предварительно замедлять. Замедление нейтронов до тепловых скоростей происходит в обыкновенной воде. Этот эффект объясняется тем, что в воде содержится большое число ядер водорода — протонов, масса которых почти равна массе нейтронов. Следовательно, нейтроны после соударений движутся со скоростью теплового движения. При центральном соударении нейтрона с покоящимся протоном он целиком передает протону свою кинетическую энергию.

Реакции, в которые вступают атомные ядра, очень разнообразны. Нейтроны не отталкиваются ядрами и поэтому особенно эффективно вызывают превращения ядер.

Тест

Источник

Опытным путём было доказано, что масса ядра оказывается меньше, чем масса протонов и нейтронов, из которых состоит ядро. Разница между этими массами называется дефектом массы ядра.

Дефект массы ядра (

Δm

) — это разница между суммарной массой свободных нуклонов, из которых состоит ядро, и массой ядра.

Почему же масса нуклонов, связанных ядерными силами в ядро, оказывается меньше массы этих же нуклонов в свободном состоянии? Оказывается, что масса и энергия взаимосвязаны.

Всякое тело массой m обладает энергией, которая называется энергией покоя (

E0=mc2

, где c — скорость света в вакууме.

Впервые соотношение между энергией и массой вывел Альберт Эйнштейн, поэтому это выражение и получило название «уравнение Эйнштейна».

Уменьшение энергии покоя нуклонов в ядре вызвано наличием ядерных сил, которые удерживают протоны и нейтроны в ядре. Работа, которую необходимо совершить для разрыва ядерных сил и разъединения нуклонов, равна энергии, которая связывает нуклоны вместе. Эта энергия называется энергией связи (

Eсв

) ядра.

Энергия связи и дефект массы ядра связаны между собой уравнением Эйнштейна:

Удельной энергией связи ядра называют энергию связи, приходящуюся на (1) нуклон:

Удельная энергия равна средней энергии, необходимой для отрыва (1) нуклона от ядра.

Вычисления показали, что наибольшей удельной энергией связи обладают элементы, находящиеся в центре Периодической системы химических элементов. С увеличением порядкового номера начинает уменьшаться удельная энергия связи. Именно поэтому ядра элементов с порядковым номером больше (83) являются радиоактивными. Благодаря небольшой удельной энергии связи они способны самопроизвольно распадаться.

Единицы измерения энергии

В ядерной физике принято измерять энергию в мегаэлектронвольтах ((1) МэВ):

(1) МэВ (=)

106

эВ

≈1,6⋅10−13

Дж.

Для вычисления энергии связи удобно пользоваться переводным коэффициентом для массы и энергии.

Дефекту массы в (1) а. е. м. соответствует энергия, равная

ΔE=Δmc2≈1,66⋅10−27

кг

⋅(3⋅108

м/с

)2≈1,49⋅10−10

Дж

=931,5

МэВ.

Обрати внимание!

Для выражения изменения энергии системы в мегаэлектронвольтах нужно
изменение массы системы в атомных единицах массы умножить на переводной коэффициент (931,5) МэВ/а. е. м.

(1) а. е. м. (=) (931,5) МэВ.

Источник

From Wikipedia, the free encyclopedia

In physics and chemistry, binding energy is the smallest amount of energy required to remove a particle from a system of particles or to disassemble a system of particles into individual parts.^[1] In the former meaning the term is predominantly used in condensed matter physics, atomic physics, and chemistry, whereas in nuclear physics the term separation energy is used.

A bound system is typically at a lower energy level than its unbound constituents. According to relativity theory, a ΔE decrease in the total energy of a system is accompanied by a decrease Δm in the total mass, where Δmc² = ΔE.^[2]

Types of binding energy[edit]

There are several types of binding energy, each operating over a different distance and energy scale. The smaller the size of a bound system, the higher its associated binding energy.

Type	Description	Example	Level
Gravitational binding energy	The gravitational binding energy of an object, such as a celestial body, is the energy required to expand the material to infinity.	If a body with the mass and radius of Earth were made purely of hydrogen-1, then the gravitational binding energy of that body would be about 0.391658 eV per atom. If a hydrogen-1 body had the mass and radius of the Sun, its gravitational binding energy would be about 1,195.586 eV per atom.	Astrophysical level
Bond energy; Bond-dissociation energy	Bond energy and bond-dissociation energy are measures of the binding energy between the atoms in a chemical bond. It is the energy required to disassemble a molecule into its constituent atoms. This energy appears as chemical energy, such as that released in chemical explosions, the burning of chemical fuel and biological processes. Bond energies and bond-dissociation energies are typically in the range of a few eV per bond.	The bond-dissociation energy of a carbon-carbon bond is about 3.6 eV.	Molecular level
Electron binding energy; Ionization energy	Electron binding energy, more commonly known as ionization energy,^[3] is a measure of the energy required to free an electron from its atomic orbital or from a solid. The electron binding energy derives from the electromagnetic interaction of the electron with the nucleus and the other electrons of the atom, molecule or solid and is mediated by photons.	Among the chemical elements, the range of ionization energies is from 3.8939 eV for the outermost electron in an atom of caesium to 11.567617 keV for the innermost electron in an atom of copper.	Atomic level
Atomic binding energy	The atomic binding energy of the atom is the energy required to disassemble an atom into free electrons and a nucleus.^[4] It is the sum of the ionization energies of all the electrons belonging to a specific atom. The atomic binding energy derives from the electromagnetic interaction of the electrons with the nucleus, mediated by photons.	For an atom of helium, with 2 electrons, the atomic binding energy is the sum of the energy of first ionization (24.587 eV) and the energy of second ionization (54.418 eV), for a total of 79.005 eV.	Atomic level
Nuclear binding energy	Nuclear binding energy is the energy required to disassemble a nucleus into the free, unbound neutrons and protons it is composed of. It is the energy equivalent of the mass defect, the difference between the mass number of a nucleus and its measured mass.^[5]^[6] Nuclear binding energy derives from the nuclear force or residual strong force, which is mediated by three types of mesons.	The average nuclear binding energy per nucleon ranges from 2.22452 MeV for hydrogen-2 to 8.7945 MeV for nickel-62.	Nuclear level
Quantum chromodynamics binding energy	Quantum chromodynamics binding energy is misusing the denomination of a lack of energy. It addresses the mass and kinetic energy of the parts that bind the various quarks together inside a hadron. This energy derives from the strong interaction, which is mediated by gluons through virtual gluons and sea quarks.	The chromodynamic binding energy inside a nucleon amounts to approximately 99% of the nucleon’s mass. The chromodynamic binding energy of a proton is about 928.9 MeV, while that of a neutron is about 927.7 MeV. Large binding energy between bottom quarks (280 MeV) causes some (theoretically expected) reactions with lambda baryons to release 138 MeV per event.^[7]	Elementary particle level

Mass–energy relation[edit]

A bound system is typically at a lower energy level than its unbound constituents because its mass must be less than the total mass of its unbound constituents. For systems with low binding energies, this “lost” mass after binding may be fractionally small, whereas for systems with high binding energies, the missing mass may be an easily measurable fraction. This missing mass may be lost during the process of binding as energy in the form of heat or light, with the removed energy corresponding to the removed mass through Einstein’s equation E = mc². In the process of binding, the constituents of the system might enter higher energy states of the nucleus/atom/molecule while retaining their mass, and because of this, it is necessary that they are removed from the system before its mass can decrease. Once the system cools to normal temperatures and returns to ground states regarding energy levels, it will contain less mass than when it first combined and was at high energy. This loss of heat represents the “mass deficit”, and the heat itself retains the mass that was lost (from the point of view of the initial system). This mass will appear in any other system that absorbs the heat and gains thermal energy.^[8]

For example, if two objects are attracting each other in space through their gravitational field, the attraction force accelerates the objects, increasing their velocity, which converts their potential energy (gravity) into kinetic energy. When the particles either pass through each other without interaction or elastically repel during the collision, the gained kinetic energy (related to speed) begins to revert into potential energy, driving the collided particles apart. The decelerating particles will return to the initial distance and beyond into infinity, or stop and repeat the collision (oscillation takes place). This shows that the system, which loses no energy, does not combine (bind) into a solid object, parts of which oscillate at short distances. Therefore, to bind the particles, the kinetic energy gained due to the attraction must be dissipated by resistive force. Complex objects in collision ordinarily undergo inelastic collision, transforming some kinetic energy into internal energy (heat content, which is atomic movement), which is further radiated in the form of photons – the light and heat. Once the energy to escape the gravity is dissipated in the collision, the parts will oscillate at a closer, possibly atomic, distance, thus looking like one solid object. This lost energy, necessary to overcome the potential barrier to separate the objects, is the binding energy. If this binding energy were retained in the system as heat, its mass would not decrease, whereas binding energy lost from the system as heat radiation would itself have mass. It directly represents the “mass deficit” of the cold, bound system.

Closely analogous considerations apply in chemical and nuclear reactions. Exothermic chemical reactions in closed systems do not change mass, but do become less massive once the heat of reaction is removed, though this mass change is too small to measure with standard equipment. In nuclear reactions, the fraction of mass that may be removed as light or heat, i.e. binding energy, is often a much larger fraction of the system mass. It may thus be measured directly as a mass difference between rest masses of reactants and (cooled) products. This is because nuclear forces are comparatively stronger than the Coulombic forces associated with the interactions between electrons and protons that generate heat in chemistry.

Mass change[edit]

Mass change (decrease) in bound systems, particularly atomic nuclei, has also been termed mass defect, mass deficit, or mass packing fraction.^{[citation needed]}

The difference between the unbound system calculated mass and experimentally measured mass of nucleus (mass change) is denoted as Δm. It can be calculated as follows:

Mass change = (unbound system calculated mass) − (measured mass of system)

e.g. (sum of masses of protons and neutrons) − (measured mass of nucleus)

After a nuclear reaction occurs that results in an excited nucleus, the energy that must be radiated or otherwise removed as binding energy in order to decay to the unexcited state may be in one of several forms. This may be electromagnetic waves, such as gamma radiation; the kinetic energy of an ejected particle, such as an electron, in internal conversion decay; or partly as the rest mass of one or more emitted particles, such as the particles of beta decay. No mass deficit can appear, in theory, until this radiation or this energy has been emitted and is no longer part of the system.

When nucleons bind together to form a nucleus, they must lose a small amount of mass, i.e. there is a change in mass to stay bound. This mass change must be released as various types of photon or other particle energy as above, according to the relation E = mc². Thus, after the binding energy has been removed, binding energy = mass change × c². This energy is a measure of the forces that hold the nucleons together. It represents energy that must be resupplied from the environment for the nucleus to be broken up into individual nucleons.

For example, an atom of deuterium has a mass defect of 0.0023884 Da, and its binding energy is nearly equal to 2.23 MeV. This means that energy of 2.23 MeV is required to disintegrate an atom of deuterium.

The energy given off during either nuclear fusion or nuclear fission is the difference of the binding energies of the “fuel”, i.e. the initial nuclide(s), from that of the fission or fusion products. In practice, this energy may also be calculated from the substantial mass differences between the fuel and products, which uses previous measurements of the atomic masses of known nuclides, which always have the same mass for each species. This mass difference appears once evolved heat and radiation have been removed, which is required for measuring the (rest) masses of the (non-excited) nuclides involved in such calculations.

References[edit]

^ Rohlf, James William (1994). Modern Physics from α to Z°. John Wiley & Sons. p. 20. ISBN 0471572705.
^ Eisberg, Robert; Resnick, Robert (1985). Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles (2nd ed.). John Wiley & Sons. p. 524. ISBN 047187373X.
^ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the “Gold Book”) (1997). Online corrected version: (2006–) “Ionization energy”. doi:10.1351/goldbook.I03199
^ “Binding Energy”. Nuclear Power. Retrieved 16 May 2015.
^ Bodansky, David (2005). Nuclear Energy: Principles, Practices, and Prospects (2nd ed.). New York: Springer Science + Business Media, LLC. p. 625. ISBN 9780387269313.
^ Wong, Samuel S.M. (2004). Introductory nuclear physics (2nd ed.). Weinheim: Wiley-VCH. pp. 9–10. ISBN 9783527617913.
^ Karliner, Marek, and Jonathan L. Rosner. “Quark-level analogue of nuclear fusion with doubly heavy baryons”. Nature 551.7678 (2017): 89.
^ E. F. Taylor and J. A. Wheeler, Spacetime Physics, W.H. Freeman and Co., NY. 1992. ISBN 0716723271, see pp. 248–249 for discussion of mass remaining constant after detonation of nuclear bombs until heat is allowed to escape.

External links[edit]

Nuclear Binding Energy
Mass and Nuclide Stability
Experimental atomic mass data compiled Nov. 2003

Источник

Загрузить PDF

Энергия связи является важным понятием в химии. Она определяет количество энергии, которое необходимо для разрыва ковалентной связи между двумя атомами газа.^[1] Данное понятие неприменимо по отношению к ионным связям.^[2] Когда два атома соединяются в молекулу, можно определить, насколько крепка связь между ними — достаточно найти энергию, которую необходимо затратить для разрыва этой связи. Помните, что единичный атом не обладает энергией связи, эта энергия характеризует силу связи двух атомов в молекуле. Чтобы рассчитать энергию связи для какой-либо химической реакции, просто определите общее количество разорванных связей и вычтите из него количество образовавшихся связей.

1
Запишите уравнение для вычисления энергии связи. Согласно определению, энергия связи представляет собой сумму разорванных связей за вычетом суммы сформированных связей: ΔH = ∑H_{(разорванные связи)} – ∑H_{(образовавшиеся связи)}. ΔH обозначает изменение энергии связи, которое называют также энтальпией связи, а ∑H соответствует сумме энергий связи для обеих частей уравнения химической реакции.^[3]
- Данное равенство выражает закон Гесса.
- Энергия связи измеряется в килоджоулях на моль (кДж/моль).^[4]
2
Запишите химическое уравнение и обозначьте все связи между отдельными элементами. Если дано уравнение реакции в виде химических символов и цифр, полезно переписать его и обозначить все связи между атомами. Такая наглядная запись позволит вам легко посчитать связи, которые разрываются и образуются в ходе данной реакции.
- Помните, что в левой части уравнения расположены реагенты, а в правой — продукты реакции.
- Одинарные, двойные и тройные связи обладают разной энергией, поэтому будьте внимательны и правильно обозначайте связи между различными элементами.^[5]
- К примеру, рассмотрим следующую реакцию: H₂(газ) + Br₂(газ) —> 2 HBr(газ)
- H-H + Br-Br —> 2 H-Br
3
Изучите правила подсчета разорванных и образовавшихся связей. В большинстве случаев при расчетах используются средние значения энергии связи.^[6] Одна и та же связь может иметь немного разную энергию, в зависимости от конкретной молекулы, поэтому обычно используют средние значения энергии связи.^[7].
- Разрывы одинарной, двойной и тройной химической связи рассматриваются как одна разорванная связь. Хотя эти связи обладают разными энергиями, в каждом случае считается, что разрывается одна связь.
- То же самое относится и к образованию одинарной, двойной или тройной связи. Каждый такой случай рассматривается как формирование одной новой связи.
- В нашем примере все связи являются одинарными.
4
Определите, какие связи разрываются в левой части уравнения. Левая часть химического уравнения содержит реагирующие вещества, и в ней представлены все связи, которые разрываются в результате реакции. Это эндотермический процесс, то есть для разрыва химических связей необходимо затратить определенную энергию.^[8]
- К нашем примере левая часть уравнения реакции содержит одну связь H-H и одну связь Br-Br.
5
Подсчитайте количество образовавшихся связей в правой части уравнения. Справа указаны продукты реакции. В этой части уравнения представлены все связи, которые образуются в результате химической реакции. Это экзотермический процесс, и он протекает с выделением энергии (обычно в виде тепла).^[9]
- В нашем примере в правой части уравнения содержатся две связи H-Br.
Реклама

1
Найдите необходимые значения энергии связи. Есть множество таблиц, в которых приведены значения энергии связи для самых разных соединений. Такие таблицы можно найти в интернете или справочнике по химии. Следует помнить, что значения энергии связи всегда приводятся для молекул в газообразном состоянии.^[10]
- Для нашего примера необходимо найти значения энергии связей H-H, Br-Br и H-Br.
- H-H = 436 кДж/моль; Br-Br = 193 кДж/моль; H-Br = 366 кДж/моль.^[11]
- Чтобы вычислить энергию связи для молекул в жидком состоянии, необходимо также найти энтальпию испарения данной жидкости. Это количество энергии, которое необходимо для перевода вещества из жидкого в газообразное состояние.^[12] Данное значение прибавляется к общей энергии связи.
  - Например, в случае воды необходимо добавить в уравнение энтальпию испарения воды (+41 кДж).^[13]
2
Умножьте значения энергии связи на число разорванных связей. В ряде реакций одна связь может разрываться несколько раз.^[14] Например, если молекула состоит из 4 атомов водорода, то энергию связи водорода следует учесть 4 раза, то есть умножить на 4.
- В нашем примере каждая молекула имеет по одной связи, поэтому значения энергии связи просто умножаются на 1.
- H-H = 436 x 1 = 436 кДж/моль
- Br-Br = 193 x 1 = 193 кДж/моль
3
Сложите все энергии разорванных связей. После того как вы умножите значения энергий связи на соответствующее количество связей в левой части уравнения, необходимо найти общую сумму.^[15]
- Найдем суммарную энергию разорванных связей для нашего примера: H-H + Br-Br = 436 + 193 = 629 кДж/моль.
4
Умножьте значения энергии связи на количество образовавшихся связей. Как и в случае с разорванными связями в левой части уравнения, следует взять значения энергий связи в правой части уравнения и умножить их на соответствующее число этих связей.^[16] Например, если образуется четыре связи между атомами водорода, необходимо умножить энергию данной связи на 4.
- В нашем примере образуется две связи H-Br, поэтому энергию связи H-Br (366 кДж/моль) следует умножить на 2: 366 x 2 = 732 кДж/моль.
5
Сложите все энергии образовавшихся связей. Как и в случае разорванных связей, следует сложить все энергии образовавшихся связей, которые представлены в правой части уравнения.^[17] Если в результате реакции образуется лишь одно вещество, данный шаг можно пропустить.
- В нашем примере образуется одно вещество, поэтому энергия сформировавшихся связей равна удвоенной энергии связи H-Br, то есть 732 кДж/моль.
6
Вычтите энергию образовавшихся связей из энергии разорванных связей. После того как вы сложите все связи в левой и правой частях уравнения, просто отнимите от разорванных связей образовавшиеся связи. Вспомните приведенное выше уравнение: ΔH = ∑H_{(разорванные связи)} – ∑H_{(образовавшиеся связи)}. Подставьте вычисленные значения и найдите разность.
- Для нашего примера имеем: ΔH = ∑H_{(разорванные связи)} – ∑H_{(образовавшиеся связи)} = 629 кДж/моль – 732 кДж/моль = -103 кДж/моль.
7
Определите, является ли реакция эндотермической или экзотермической. Последний шаг при вычислении энергии связи состоит в том, чтобы выяснить, поглощается или выделяется энергия в ходе данной реакции. При эндотермических реакциях энергия поглощается, и итоговая энергия связи имеет положительное значение, в то время как при экзотермических реакциях энергия выделяется, и энергия связи принимает отрицательные значения.^[18]
- В нашем примере общая энергия связи отрицательна, то есть рассмотренная реакция является экзотермической.
Реклама