Енергія хімічного зв’язку

Приєднання електрона до атома відбувається, коли є виграш в енергії, або, іншими словами, якщо абсолютне значення потенційної енергії системи атом + електрон зростає в результаті зв'язку електрона з атомом.

З точки зору виграшу в енергії, утворення зв'язку - це щось на кшталт проміжного процесу між приєднанням електрона до нейтрального атома (виміряний спорідненість до електрону) і приєднанням електрона до атома, заряд ядра якого збільшується на 1 одиницю.

Щоб оцінити енергію хімічного зв'язку молекул, що складаються з багатоелектронних атомів, необхідно оцінити:

1. енергію зв'язку зв'язують електронів з ядрами,
2. заряд ядра багатоелектронного атома,
3. енергію межелектронного відштовхування зв'язують електронів від всіх інших електронів в молекулі.

Співвідношення між енергією іонізації і зарядом ядра можна виразити таким чином (див. Розділ про енергії хімічного зв'язку в атомі водню):

де EionZ і EionH - це енергія іонізації у водородоподобного атома і у атома з зарядом Z.

У випадку з Багатоелектронні атомами, значення зарядів ядер, які використовуються при обчисленнях, не є дійсними зарядами ядер цих атомів. У таких обчисленнях слід використовувати так звані ефективні заряди ядер (позитивні заряди, які діють на зв'язує електронну пару).

Аналогічно рівняння (4.3-1), значення енергії меж'ядерного відштовхування, необхідне для оцінки енергії молекули, може бути також оцінено з використанням ефективного заряду ядра за допомогою формули:

де Erepeff - це ефективна енергія меж'ядерного відштовхування в молекулі, що складається з двох атомів; ErepH2 - енергія відштовхування у молекули H2; Zeff1 і Zeff2 - ефективні заряди ядер першого і другого атомів з урахуванням межядерного відштовхування.

Ми розрахували енергію хімічного зв'язку двоатомних молекул, що складаються з атомів і декількох електронів як одноелектронних атомів або водородоподобних атомів з зарядом ядра, рівним ефективному заряду ядра цих молекул.

Для визначення зміни електричної енергії при утворенні молекули з однотипних атомів, також як у випадку з молекулою водню, ми віднімаємо енергію двох атомів від енергії молекули і отримуємо, що ця енергія дорівнює енергії зв'язку в молекулі.

Тепер ми можемо повернутися поясненню енергії зв'язку для групи D таблиці 4.4. >>

Мал. 4.3-2 Експериментальні дані по залежності енергії хімічного зв'язку в молекулі Х-Х від ПЕІ атома Х для елементів другого періоду

На рис. 4.3-2 і 4.3-3 показана залежність енергії хімічного зв'язку від ПЕІ атомів, складових ці молекули.

Ріс.4.3-3 Залежність енергії хімічного зв'язку в молекулі Х-Х від ПЕІ атома Х для елементів третього періоду (розрахункові дані і експериментальні).

Передбачалося, що енергія хімічного зв'язку і ПЕІ (обидві визначаються електростатичною взаємодією) корелюють між собою. Однак, розрахункова залежність енергії має форму параболи. Тобто, коли ПЕІ збільшується з 5 до 11 еВ [від літію (Li) до вуглецю (C)], збільшується енергія хімічного зв'язку, а при подальшому збільшенні ПЕІ з 11 до 20 еВ, енергія зв'язку зменшується.

Згідно з експериментальними даними, енергія зв'язку атомів також збільшується на інтервалі з 5 до 11 еВ, але при подальшому збільшенні ПЕІ від 11 до 16 падає до 0.

Чергове збіг експериментальної і розрахункової залежностей говорить про коректність пояснень природи хімічного зв'язку.

Енергія хімічного зв'язку