Bindningsentalpi

Repetera: I formler beteknas entalpi med stort H och entalpiförändring med ΔH (grekiska bokstaven delta och H). Entalpiförändringen ΔH definieras som skillnaden i entalpi mellan produkter och utgångsämnen:

ΔH = H(produkter) – H(utgångsämnen)

ΔH kan få både negativa och positiva värden beroende på reaktion.

Då ΔH < 0 friges energi och reaktionen är exoterm.

Då ΔH >0 binds energi och reaktionen är endoterm.

Bindningsentalpi

Vi har i tidigare kurser lärt oss om starka och svaga bindningar. Då dessa bindningar bryts, krävs energi. I den motsatta processen där dessa bindningar bildas friges energi. Ju starkare de bildade bindningarna är, desto mer energi frigörs. Totala entalpiförändringen för reaktionen kan därför uppskattas med hjälp av entalpiförändringarna vid brytning och uppkomst av bindningar.

Bindningsentalpier eller bindningsenergier finns tabellerade för flera vanliga bindningar. De tabellerade värdena fås genom att räkna medeltal för likadana bindningar i många olika föreningar och värdena beskriver den energi som krävs för att bryta bindningen i fråga. Med hjälp av bindningsentalpierna kan vi uppskatta entalpiförändringen i en reaktion. 

Reaktionens entalpiförändring (reaktionsentalpi ΔHr ): 

ΔHr  = H(produkter) – H(utgångsämnen)

kan uttryckas om med hjälp av bindningsentalpier då man ser på energin som frigörs när en bindning bildas:

ΔHr  = ΔH(då produkter bildas) – ΔH(då utgångsämnen bildas)

Exempel: Reaktionsentalpin med bindningsentalpier

Beräkna reaktionsentalpin för reaktionen 

CH4(g) + Cl2(g) → CH3Cl(g) + HCl(g) 

med hjälp av tabellerade bindningsentalpier.

Lösning

Bland utgångsämnen finns 4 st C-H -bindningar och 1 st Cl-Cl -bindningar. Bland produkter finns 3 st C-H -bindningar, 1st C-Cl -bindningar och 1 st H-Cl -bindningar. I en lämplig tabell hittar vi att bindningsentalpierna för dessa bindningar är:

• C-H: 413 kJ/mol

• C-Cl: 330 kJ/mol

• H-Cl: 432 kJ/mol

• Cl-Cl: 243 kJ/mol

Tankemodell 1: Undersök energiförändringar separat för produkt och utgångsämne

Då produkterna bildas frigörs energi för: 3 st C-H -bindningar, 1st C-Cl -bindningar och 1 st H-Cl -bindningar. Energin som frigörs är alltså: 3 · 413 kJ/mol + 330 kJ/mol + 432 kJ/mol =  2001 kJ/mol.

Då bindningarna i utgångsämnen bryts krävs energi för: 4 st C-H -bindningar och 1 st Cl-Cl -bindningar: Energin som krävs är alltså: 4 · 413 kJ/mol + 243 kJ/mol = 1895 kJ/mol.

Energin som frigörs under reaktionen fås med att räkna:

 (bindningarna i produkter) – (bindningarna i utgångsämnen)

 = 2001 kJ/mol – 1895 kJ/mol = 106 kJ/mol

Den energi som frigörs ur produkterna är större än den som krävs för att bryta sönder utgångsämnena. Det blir energi över och den frigörs till omgivningen. Reaktionen är exoterm och reaktionsentalpin får negativt förtecken.

ΔHr  = -106 kJ/mol

Tankemodell 2: Se på hur mycket energi som frigörs då bindningarna bildas

Alternativt kan man tänka enbart kring vilken energi som frigörs så bindningarna i produkter bildas och då bindningarna i utgångsämnen bildas. Då bindningar bildas frigörs energi och den har negativt förtecken för varje bindning. På detta sätt fås direkt rätt förtecken för reaktionsentalpin:

ΔHr  = ΔH(då produkter bildas) – ΔH(då utgångsämnen bildas)

ΔHr  = (3 · (-413 kJ/mol) + (-330 kJ/mol) + (-432 kJ/mol)) – ( 4 · (-413 kJ/mol) + (-243 kJ/mol))

ΔHr  = (-2001 kJ/mol) – (-1895 kJ/mol) 

= -2001 kJ/mol + 1895 kJ/mol = -106 kJ/mol

Då bindningar bildas frigörs energi och den har negativt förtecken för varje bindning. Vi kollar upp bindningsenergierna i en tabell:

• H-H: 436 kJ/mol

• O=O: 498 kJ/mol (notera dubbelbindningen i syremolekylen) 

• O-H: 366 kJ/mol

Reaktionsentalpin blir då:

ΔHr  = ΔH(då produkter bildas) – ΔH(då utgångsämnen bildas)

ΔHr  = (2 · 2 · (-366 kJ/mol)) – ( 2 · (-436 kJ/mol) + (-498 kJ/mol))

ΔHr  = −1464 kJ/mol – (−1370 kJ/mol) 

= −1464 kJ/mol + 1370 kJ/mol = -94 kJ/mol

Svar: Reaktionsentalpin ΔHr = -94 kJ/mol (i avseende på syrgas)