Energija disocijacije veze

Energija razlaganja hemijske veze (BDE), energija disicijacije veze ili D₀ je mjera snage hemijske veze. Može biti definirana kao standardna entalpijska promjena, kada se veze raskidaju putem homolize,^[1] sa reaktantima i proizvodima na K=0 (apsolutnoj nuli). Naprimjer, energija razlaganja C–H veze u etanu (C₂H₆) je određena procesom:

CH₃CH₂–H → CH₃CH₂• + H•

D₀ = ΔH = 101,1 kcal/mol = 423.0 kJ/mol = 4.40 eV (po vezi)

Definicija BDE i srodnih parametara

Energija raskidanja hemijske veze se ponekad označava i kao entalpija disocijacije veze (ili vezna entalpija). Ovi nazivi nisu strogi ekvivalenti, kao što se kasnije obično navodi za gornju entalpijsku reakciju na 298 K (standardni uslov), nego na 0 K. To se razlikuje od D₀ za oko 1,5 kcal/mol (6 kJ/mol), u slučaju veze sa vodikom u velikim organskim molekulama.^[2] Ipak, naziv energija razlaganja veze i simbol D^o često se upotrebljavaju i za reakciju entalpije na 298 K.^[3]

Odnos BDE - energija veze

Izuzev diatomskih molekula, energija razlaganje veze se razlikuje od energije veze, prosjeka koji se izračunava iz zbira energija razlaganja svih veza u molekuli.^[4]

Naprimjer, veza H O–H, u molekuli vode (H–O–H) ima 493,4 kJ/mol energije razlaganja, a potrebno je 424,4 kJ/mol da se raskine ostatak veze O–H. Energija kovalentne veze O–H u vodi je 458,9 kJ/mol, koja je prosjek tih iznosa. Disocijacijska energija vodikove veze u vodi je oko 23 kJ/mol.^[5]

Na isti način, za uklanjanje uzastopnih atoma vodika iz metanskih veza, energije razlaganja veze su: 104 kcal/mol (435 kJ/mol), za D(CH₃–H) 106 kcal/mol (444 kJ/mol) za D(CH₂–H): 106 kcal/mol (444 kJ/mol), za D(CH–H) i konačno 81 kcal/mol (339 kJ/mol) za D(C–H). Energija veze je tako, 99 kcal/mol ili 414 kJ/mol (prosječna energija disocijacije veza). Treba uočiti da je C-H BDE 99 kcal/mol.

Nakon disocijacije, ako se formiraju nove veze većih energija raskidanja veze, ovi proizvodi su na nižim entalpijama, javlja se neto gubitak energije, a time je i ukupni proces egzoterman. Konkretno, pretvaranje slabe dvostruke veze u O₂ u jaču vezu u CO₂ i H₂O daje egzotermno sagorijevanje.^[6]

Homolitsko ili heterolitsko razlaganje

Veze se mogu raskinuti simetično ili asimetrično. Prva se zove homoliza i osnova je za obične BDE. Asimetrično razlaganje veza se zove heteroliza. Za molekule vode, alternative su:

H₂ → 2 H•ΔH = 104 kcal/mol (vidi tabelu ispod)

H₂ → H⁺ + H⁻ ΔH = 66 kcal/mol (u vodi)

Bromougljici su često labilni i upotrebljivi za gašenje požara.

Veza	Veza	Energija raskidanja veze (298 K)			Opaska
Veza	Veza	(kcal/mol)	(kJ/mol)	(eV)	Opaska
C–C	C–C veza	83–85	347–356	3,60–3,69	Jaka, ali slabija od C–H veze
Cl–Cl	Hlor	58	242	2,51	Označeno žućkastom bojom ovog gasa
Br–Br	Brom	46	192	1,99	Označeno smeđom bojom Br₂ izvora Br^. radikala
I–I	Jod	36	151	1,57	Označeno purpurastom bojom I₂ izvora I^. radikala
H–H	Vodik	104	436	4,52	Jaka, nepolarizirajuća veza razloživa samo metalima i jakim oksidansima
O–H	Hidroksil	110	460	4.77	Nešto jača od C–H veze
O=O	Kisik	119	498	5,15	Jača nego jednostruke veze, slabija nego mnoge dvostruke veze
N≡N	Dušik	226	945	9,79	Jedna od najjačih veza velika energija aktivacije u proizvodnji amonijaka

Navedeni podaci pokazuju kako prednosti veza variraju u odnosu na periodni sistem. Postoji veliki interes, posebno u organskoj hemiji, za relativne snage veza u okviru date grupe spojeva.

Veza	Veza	Energija raskidanja veze (298 K)		Opaska
Veza	Veza	(kcal/mol)	(kJ/mol)	Opaska
H₃C–H	Metilna C–H veza	105	439	Jedana od najjačih alifatskih C–H veza
C₂H₅-H	Etilna C–H veza	101	423	Nešto slabija od H₃C–H
(CH₃)₃C–H	Tercijarna C–H veza	96.5	404	Tercijarni radikali su stabilizirani
CH₂CH–H	Vinilna C–H veza	111	464	Vinil radikali su rijetki
HC₂-H	Acetilenska C–H veza	133	556	Acetilenski radikali su veoma rijetki
C₆H₅-H	Fenilna C–H veza	113	473	Poredive sa vinil radikalima, rijetke
CH₂CHCH₂-H	Alilna C–H veza	89	372	Takve veze ispoljavaju pojačanu reaktivnost
C₆H₅CH₂-H	Benzilna C–H veza	90	377	Akin- alil C–H veze Takve veze ispoljavaju pojačanu reaktivnost
H₃C–CH₃	Alkanska C–C veza	83–85	347–356	Mnogo slabija od C–H veze
H₂C=CH₂	Alkenska C=C veza	146–151	611–632	Oko 2x jača C–C jednostruke veze
HC≡CH	Alkinska C≡C trostruka veza	200	837	Oko 2,5x jača od C–C jednostruke veze

Također pogledajte

Reference

^ Gold Book (1994): Bond dissociation energy |file=B00699.
^ Blanksby, S. J.; Ellison, G. B.; (2003). "Bond Dissociation Energies of Organic Molecules". Acc. Chem. Res. 36 (4): 255–263. doi:10.1021/ar020230d. PMID 12693923.CS1 održavanje: dodatna interpunkcija (link) CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
^ Darwent, B. deB. (1970). "Bond Dissociation Energies in Simple Molecules" Nat. Stand. Ref. Data Ser., Nat. Bur. Stand. (U.S.) 31, 52 pages.
^ Morrison & Boyd Organic Chemistry 4th Ed. ISBN 0-205-05838-8
^ Principles of biochemistry by Albert L. Lehninger, David Lee Nelson, Michael M. Cox; edition 4, page 48 [1]
^ Schmidt-Rohr, K. (2015). "Why Combustions Are Always Exothermic, Yielding About 418 kJ per Mole of O₂" J. Chem. Educ., 92: 2094-2099. http://dx.doi.org/10.1021/acs.jchemed.5b00333

[1] Gold Book (1994): Bond dissociation energy |file=B00699.

[BDE-2] Blanksby, S. J.; Ellison, G. B.; (2003). "Bond Dissociation Energies of Organic Molecules". Acc. Chem. Res. 36 (4): 255–263. doi:10.1021/ar020230d. PMID 12693923.CS1 održavanje: dodatna interpunkcija (link) CS1 održavanje: više imena: authors list (link)

[Darwent1970-3] Darwent, B. deB. (1970). "Bond Dissociation Energies in Simple Molecules" Nat. Stand. Ref. Data Ser., Nat. Bur. Stand. (U.S.) 31, 52 pages.

[4] Morrison & Boyd Organic Chemistry 4th Ed. ISBN 0-205-05838-8

[5] Principles of biochemistry by Albert L. Lehninger, David Lee Nelson, Michael M. Cox; edition 4, page 48 [1]

[Schmidt-Rohr2015-6] Schmidt-Rohr, K. (2015). "Why Combustions Are Always Exothermic, Yielding About 418 kJ per Mole of O₂" J. Chem. Educ., 92: 2094-2099. http://dx.doi.org/10.1021/acs.jchemed.5b00333

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]