energia de enlace - unamdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/3-energia-enlace_28039.pdfenergia de...
TRANSCRIPT
HUGO TORRENS
LA MICROSCOPIA DE FUERZA ATOMICA (MFA) SE USA PARA MEDIR
LAS FUERZAS DE ENLACE. AQUÍ ENTRE FRAGMENTOS DE ANTICUERPOS
Y PEPTIDOS MUCIN 1
ENERGIA DE
ENLACE
ENERGIA DE ENLACE
ENERGIA DE DISOCIACION ES EL CAMBIO DE
ENTALPIA PARA LA REACCION:
RX R + X
F-F 158.8 O=O 498.4 H-F 569.9
Cl-Cl 242.6 S=S 425.3 H-Cl 431.6
Br-Br 192.8 Se=Se 332.6 H-Br 366.4
I-I 151.1 Te=Te 260.0 H-I 298.4
OJO
HUGO TORRENS
D = H KJmol-1
VARIACION DE LA ENERGIA DE ENLACE CON EL ORDEN
DE ENLACE EN CC, NN, CN Y CO
ENERGIA DE ENLACE
ENERGIA DE ENLACE PROMEDIO ES EL PROMEDIO DE LOS
CAMBIOS DE ENTALPIA PARA LAS REACCIONES:
RXn RXn-1 + X H1
RXn-1 RXn-2 + X H2
RXn-2 RXn-3 + X H3
RX R + X Hn
H
E = H/n KJmol-1
PARA METANO POR EJEMPLO:
CH4 CH3 + H H1 = 438.9
CH3 CH2 + H H2 = 462.0
CH2 CH + H H3 = 424.0
CH C + H H4 = 338.4
1663.3
E = 1663.3/4 = 415.82 KJmol-1 HUGO TORRENS
VALORES DE ENERGIA DE DISOCIACION O
ENLACE PROMEDIO PARA ALGUNOS ENLACES
SELECTOS KJmol-1
C-H 411 O-H 458.8
C-C 345 C≡O 1071.9
O=O 493.6 C=O 798.9
N≡N 941.7 N-O 201
S-S 268 N=O 607
C-S 272 S=O 532.2
C=S 573 H-H 432.00
N-N 247 N-H 391
HUGO TORRENS
PARA CUALQUIER REACCIÓN QUÍMICA, EL CAMBIO DE ENTALPIA PUEDE SER
CALCULADO A PARTIR DE LOS VALORES DE LAS ENTALPIAS DE FORMACIÓN:
ΔH = ΣΔHfo ( productos ) - ΣΔHf
o ( reactivos )
TAMBIÉN PODEMOS HACER UN CALCULO APROXIMADO DEL CAMBIO DE
ENERGÍA PRODUCIDO DURANTE UNA REACCIÓN MEDIANTE:
ΔE = ΣD ( productos ) - ΣD( reactivos )
LA APROXIMACIÓN ΔH ≈ ΔE ES "ADECUADA" EN LA MAYORIA DE LOS CASOS,
SOBRETODO CUANTO MAS ALEJADO DE CERO SEA EL VALOR DE ΔE
HUGO TORRENS
PARA CUALQUIER REACCIÓN QUÍMICA, EL CAMBIO DE ENTALPIA PUEDE SER
CALCULADO A PARTIR DE LOS VALORES DE LAS ENTALPIAS DE FORMACIÓN:
ΔH = ΣΔHfo ( productos ) - ΣΔHf
o ( reactivos )
TAMBIÉN PODEMOS HACER UN CALCULO APROXIMADO DEL CAMBIO DE
ENERGÍA PRODUCIDO DURANTE UNA REACCIÓN MEDIANTE:
ΔE = ΣD ( productos ) - ΣD( reactivos )
NEGATIVOS POSITIVOS
¡ USAR LOS VALORES DE D, SIEMPRE NEGATIVOS !
LA APROXIMACIÓN ΔH ≈ ΔE ES "ADECUADA" EN LA MAYORIA DE LOS CASOS,
SOBRETODO CUANTO MAS ALEJADO DE CERO SEA EL VALOR DE ΔE
SE ROMPEN:1 ENLACE H-H Y 1 ENLACE I-I
SE FORMAN: 2 ENLACES H-I
VALORES DE ENERGIA DE DISOCIACION O
ENLACE PROMEDIO PARA ALGUNOS ENLACES
SELECTOS KJmol-1
C-H 411 O-H 458.8
C-C 345 C≡O 1071.9
O=O 493.6 C=O 798.9
N≡N 941.7 N-O 201
S-S 268 N=O 607
C-S 272 S=O 532.2
C=S 573 H-H 432
N-N 247 N-H 391
H-I 294.6 I-I 148.95
H-H 432
I-I 148.96
580.96
2H-I 2 X 294.6
589.2
SE ROMPEN:1 ENLACE H-H Y 1 ENLACE I-I
SE FORMAN: 2 ENLACES H-I
HUGO TORRENS
NH3
Disociacjón de N2 => D(N≡N) = -941.7 KJmol-1
Disociación de 3H2 => 3 D(H-H) = 3(-432.0) = -1296 KJmol-1
ΣD (reactivos) = -2237.7 KJmol-1
Formación de 2NH3 => 6 D(N-H)= 6(-390.8) = -2340 KJmol-1
ΣD (productos) = -2340 KJmol-1
ΔE = (-2340) - (-2237.7) = -102.30 KJmol-1
Para una sola mol de NH3, ΔE =-102.30/2 KJmol-1 = -51.15 KJmol-1 (46.19-51.15/46.19)100=10.7%
EL VALOR EXPERIMENTAL DE LA ENTALPIA DE FORMACIÓN DEL AMONIACO ES DE
ΔH = -46.19 Y EL ERROR AL TOMAR ΔE EN LUGAR DE ΔH ES DE MENOS DEL 11%
HUGO TORRENS
FORMACIÓN DE LA HIDRAZINA (N2H4), DEL AMONIACO (NH3) Y LA
COMBUSTIÓN DE ETANO:
N2 + 2H2 N2H4
N2 + 3H2 2NH3
CH3-CH3 + 7/2 O2 H2O + CO2
N2H4
Disociación de N2 => D(N≡N)=-941.7 KJmol-1
Disociación de 2H2 => 2 D(H-H)= 2(-432.0) = -864.0 KJmol-1
ΣD(reactivos) = -1805.7 KJmol-1
Formación de N-N => D(N-N)= -247 KJmol-1
Formación de N2H4 => 4 D(N-H).= 4(-390) = -1560 KJmol-1
ΣD(productos) = -1807 KJmol-1
ΔE = (-1807) - ( -1805.7) = -1.3 KJmol-1 (ΔH = -1.8 KJmol-1 ) (1.8-1.3/1.8)100 = 27.8%
EL VALOR EXPERIMENTAL DE LA ENTALPIA DE FORMACIÓN DE LA HIDRAZINA (N2H4) ES DE
ΔH = -1.8 Y EL ERROR AL TOMAR ΔE EN LUGAR DE ΔH ES DE MENOS DEL 30%.
HUGO TORRENS
COMBUSTIÓN DE ETANO.
CH3-CH3 + 7/2 O2 2CO2 + 3H2O
Disociar 6 C-H 6D(C-H) = 6(-413)KJmol-1 = -2478 KJmol-1
1 C-C (-348) KJmol-1 = -348 KJmol-1
7/2 O=O 7/2 (-495) KJmol-1 = -1732.5 KJmol-1
Total -4558.5 KJmol-1
Formar: 4 C=O 4(-799) KJmol-1 =-3196 KJmol-1
6 O-H 6(-463) KJmol-1 =-2778 KJmol-1
Total -5974 KJmol-1
ΔH= Σ productos - Σ reactivos.
ΔH = (-5974 KJmol-1) - (-4558.5 KJmol-1) = -1416 KJmol-1
EXPERIMENTALMENTE, SE OBTIENE ΔH = -1428 KJmol-1 QUE REPRESENTA, DESDE
LUEGO, UNA EXCELENTE APROXIMACIÓN.
6 INDIQUE EL CAMBIO DE ENERGIA INVOLUCRADO Y LA
DIRECCION ESPERADA PARA LA SIGUIENTE REACCION
2N2H4 + 1/2S8 2N2 + 4H2S
A) 1220 KJmol-1 A LA DERECHA
B) 1220 KJmol-1 A LA IZQUIERDA
C) 520 KJmol-1 A LA DERECHA
D) 520 KJmol-1 A LA IZQUIERDA
E) 1644 KJmol-1 A LA IZQUIERDA
2N2H4 2N-N=2(-167)= -334
2N2H4 8N-H=8(-386)= -3088
1/2S8 8/2 S-S=8/2(-211)= -844
Total -4266
2N2 2N≡N=2(-941)= -1882
4H2S 8S-H=8(-363) -2904
Total -4786
Δ= -4786 + 4266 = -520 por la formación de N2 y 4H2S a la derecha
ΔH = ΔH(productos) - ΔH(reactivos)
ΔH = ΔH(N2+H2S) - ΔH(N2H4+S)
ΔH = ΔH(-4786) - ΔH(-4266) = -520
ΔH = ΔH(N2H4+S) - ΔH(N2+H2S)
ΔH = ΔH(-4266) - ΔH(-4786) = 520
ΔH = ΔH(productos) - ΔH(reactivos)
CONSIDEREMOS DE UNA MANERA MUY ESQUEMÁTICA LAS REACCIONES QUÍMICAS EN UN
MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA. EN ESTAS MAQUINAS SE QUEMA GASOLINA, QUE
PODEMOS FORMULAR COMO (-{CH2}-)N Y QUE EN MÉXICO, DESAFORTUNADAMENTE,
CONTIENE DERIVADOS DE AZUFRE ( -C-S-, -C=S, -C-SH, -S-S- O, EN GENERAL, R-S ETC.),
QUE ENTRA A LOS PISTONES MEZCLADA CON AIRE (N2, O2, ETC.) DONDE UNA CHISPA
CATALIZA LA REACCIÓN DE COMBUSTIÓN.
CON ESTOS ELEMENTOS, PODEMOS CONSIDERAR LA REACCIÓN GENERAL:
O2 + N2 + (-{CH2}-)N GASOLINA + R-S H2O + CON + NNOM + SON + OTROS
PISTON
VALVULA ABIERTA
CHISPA
CAMARA DE
COMBUSTION
MEZCLA AIRE
GASOLINA
EL SIGUIENTE ESQUEMA MUESTRA ALGUNAS DE LAS REACCIONES INDIVIDUALES QUE
PUEDEN POSTULARSE:
2O2 + GAS 2H2O + 2CO REACCIÓN 1 (COMBUSTIÓN INCOMPLETA)
O2 + 2CO 2CO2 REACCIÓN 2 (COMBUSTIÓN COMPLETA)
O2 + N2 2NO REACCIÓN 3
2O2 + N2 2NO2 REACCIÓN 4
O2 + N2 + 2NO2 2N2O2 REACCIÓN 5
9/2 O2 + 2 (-CH2-SH) 3H2O + 2 CO2 + 2 SO2 REACCION 6
4 O2 + (-CH2-S-CH2-) 3H2O + 2CO2 + SO2 REACCION 7
DE ACUERDO A ESTAS REACCIONES, LAS ENERGÍAS DE ENLACE (EN KJmol-1) PARA
REALIZAR CADA UNO DE LOS CÁLCULOS, SON LAS SIGUIENTES:
HUGO TORRENS
DISOCIACION FORMACION
C-H 411 O-H 458.8
C-C 345 C≡O 1071.9
O=O 493.6 C=O 798.9
N≡N 941.7 N-O 201
S-S 268 N=O 607
C-S 272 S=O 532.2
C=S 573 H-H 432
REACCIÓN 1 (COMBUSTIÓN INCOMPLETA)
2 O2 + (-CH2-CH2-) 2H2O + 2CO
2 D(O=O) + 4 D(H-H) + 3D (C-C) 4 D(0-H) + 2 D(C≡O)
2 (-494) + 4 (-432) + 3 (-345) 4 (-459) + 2 (-1072)
-3751 -3980
ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = -3980 + 3751 = -229 KJmol-1
REACCIÓN 2 (COMBUSTIÓN COMPLETA)
O2 + 2CO 2CO2
D (O=O) + 2 D(C≡O) 4 D(C=O)
(-494) + 2(-1072) 4 (-799)
-2638 -3196
ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = 3196 + 2638 = -558 KJmol-1
HUGO TORRENS
REACCIÓN 3
O2 + N2 2NO
D(O=O) + D(N≡N) 2 D(N=O)
(-494) + (-942) 2 (-607)
-1436 -1214
ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = -1214 + 1436= 222 KJmol-1
REACCIÓN 4
2 02 + N2 2 NO2
2 D(O=O) + D(N=N) 4 D(N=0)
2(-494) + (-942) 4 (-607)
-1930 -2428
ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = -2428 + 1930 = -498 KJmol-1
REACCIÓN 5
O2 + N2 + 2 NO2 2 N2O2
D(O=O) + D(N≡N) + 4 D(N=0) 4 D(N=O)
(-494) + (-942) + 4 (-607) 4 (-607)
-1708 -2428
ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = -2428 + 1708 = -720 KJmol-1
HUGO TORRENS
REACCIÓN 6
9/2 O2 + 2 (-CH2-SH) 3H2O + 2CO2 + 2SO2
9/2 D(O=O) + 2 D(C-C) + 4 D(C-H) + 2 D(C-S) + 2 D(S-H) 6 D(H-O) + 4 D(C=O) + 4 D(S=O)
9/2 (-494) + 2 (-345) + 4 (-411) + 2 (272) + 2 (363) 6 (-459) + 4 (-799) + 4 (-532)
-5827 -8078
ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) =-8078 + 5827= -2251 KJmol-1
REACCIÓN 7
4O2 + (-CH2-S-CH2-) 2H2O + 2CO2 + SO2
4 D(O=O) + 2 D(C-C) + 4 D(C-H) + 2 D(C-S) 4 D(H-O) + 4 D(C=O) + 4 D(S=O)
4 (-494) + 2 (-345) + 4 (-411) + 2 (272) 4 (-459) + 4 (-799) + 4 (-532)
-4854 -7160
ΔE= ΣD (productos) -ΣD(reactivos) = -8078 + 5827= -2306 KJmol-1
HUGO TORRENS
SI ΔH TOMA UN VALOR NEGATIVO, EL PROCESO SERÁ EXOTÉRMICO MIENTRAS QUE SI
ADQUIERE UN VALOR POSITIVO SERÁ ENDOTÉRMICO. ESTE NO ES UN CRITERIO ABSOLUTO
PERO ES UNA ADECUADA APROXIMACIÓN A LA PROBABLE ESPONTANEIDAD Y DIRECCIÓN
QUE PUEDE ESPERARSE PARA UNA REACCIÓN DETERMINADA. POR EJEMPLO, PARA LAS
REACCIONES ANTERIORES:
REACCIÓN 1 (COMBUSTIÓN INCOMPLETA)
202 + (-CH2-CH2-) 2H2O + 2CO ΔE = -229 KJmol-1
REACCIÓN 2 (COMBUSTIÓN COMPLETA)
O2 + 2 CO 2 CO2 ΔE = -558 KJmol-1
REACCIÓN 3
O2 + N, 2 NO ΔE = 222 KJmol-1
REACCIÓN 4
2O2 + N2 2 NO2 ΔE = -498 KJmol-1
REACCIÓN 5
O2 + N2 + 2 NO2 2 N2O2 ΔE = -720 KJmol-1
REACCIÓN 6
9/2 O2 + 2 (-CH2-SH) 3 H2O + 2 CO2 + 2 SO2 ΔE = -2251 KJmol-1
REACCION 7
4 O2 + (-CH2-S-CH2-) 2H2O + 2CO2 + SO2 ΔE = -2306 KJmol-1
COMBUSTION
POBRE
REGION DE FALLA
DE ENCENDIDO S
AL
IDA
DE
LL
AM
A
RELACION EQUIVALENTE AIRE:COMBUSTIBLE
EMISIONES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOSTRANDO EL EFECTO DE DIFERENTES
RELACIONES AIRE:COMBUSTIBLE. LA REGION RICA ES AQUELLA EN LA QUE LA RELACION ES MENOR A 1.0,
MIENTRAS QUE EN LA REGION DEFICIENTE, LA RELACION AIRE:COMBUSTIBLE ES MAYOR A 1:0
HUGO TORRENS
COMBUSTION
POBRE
REGION DE FALLA
DE ENCENDIDO S
AL
IDA
DE
LL
AM
A
RELACION EQUIVALENTE AIRE:COMBUSTIBLE
EMISIONES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOSTRANDO EL EFECTO DE DIFERENTES
RELACIONES AIRE:COMBUSTIBLE. LA REGION RICA ES AQUELLA EN LA QUE LA RELACION ES MENOR A 1.0,
MIENTRAS QUE EN LA REGION DEFICIENTE, LA RELACION AIRE:COMBUSTIBLE ES MAYOR A 1:0
HUGO TORRENS
COMBUSTION
POBRE
REGION DE FALLA
DE ENCENDIDO S
AL
IDA
DE
LL
AM
A
HUGO TORRENS
COMBUSTION
POBRE
REGION DE FALLA
DE ENCENDIDO S
AL
IDA
DE
LL
AM
A
RELACION EQUIVALENTE AIRE:COMBUSTIBLE
EMISIONES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOSTRANDO EL EFECTO DE DIFERENTES
RELACIONES AIRE:COMBUSTIBLE. LA REGION RICA ES AQUELLA EN LA QUE LA RELACION ES MENOR A 1.0,
MIENTRAS QUE EN LA REGION DEFICIENTE, LA RELACION AIRE:COMBUSTIBLE ES MAYOR A 1:0
HUGO TORRENS
COMBUSTION
POBRE
REGION DE FALLA
DE ENCENDIDO S
AL
IDA
DE
LL
AM
A
RELACION EQUIVALENTE AIRE:COMBUSTIBLE
EMISIONES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOSTRANDO EL EFECTO DE DIFERENTES
RELACIONES AIRE:COMBUSTIBLE. LA REGION RICA ES AQUELLA EN LA QUE LA RELACION ES MENOR A 1.0,
MIENTRAS QUE EN LA REGION DEFICIENTE, LA RELACION AIRE:COMBUSTIBLE ES MAYOR A 1:0
HUGO TORRENS
COMBUSTION
POBRE
REGION DE FALLA
DE ENCENDIDO S
AL
IDA
DE
LL
AM
A
RELACION EQUIVALENTE AIRE:COMBUSTIBLE
EMISIONES DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOSTRANDO EL EFECTO DE DIFERENTES
RELACIONES AIRE:COMBUSTIBLE. LA REGION RICA ES AQUELLA EN LA QUE LA RELACION ES MENOR A 1.0,
MIENTRAS QUE EN LA REGION DEFICIENTE, LA RELACION AIRE:COMBUSTIBLE ES MAYOR A 1:0
HUGO TORRENS
HUGO TORRENS
QUE ATOMO, EN FLUOROBENCENO, ES EL MAS ELECTRONEGATIVO
C6H5F
EN TODA MOLECULA, TODOS LOS ATOMOS TIENEN LA MISMA ELECTRONEGATIVIDAD.
COMO RESULTADO, CADA ATOMO TIENE DIFERENTE CARGA ELECTRICA PARCIAL.
C6H5F
EN TODA MOLECULA, TODOS LOS ATOMOS TIENEN LA MISMA ELECTRONEGATIVIDAD.
COMO RESULTADO, CADA ATOMO TIENE DIFERENTE CARGA ELECTRICA PARCIAL.
ESTIME LAS CARGAS PARCIALES EN FLUOROBENCENO
PAULING F= 4.1
PAULING C= 2.5
PAULING H= 2.2
+ -
CUAL EL ANCHO MAXIMO EN FLUOROBENCENO
CUAL EL ANCHO MAXIMO EN FLUOROBENCENO
CUAL EL ANCHO MAXIMO EN FLUOROBENCENO
CUAL EL ANCHO MAXIMO EN FLUOROBENCENO
CUAL EL ANCHO MAXIMO EN FLUOROBENCENO
CUAL ES EL VOLUMEN APROXIMADO DEL FLUOROBENCENO
V = AREA DE LA BASE (CIRCULO) POR ALTURA (VDW DE CARBONO)
ESTIME LA DENSIDAD DEL FLUOROBENCENO
=m/v
m=19 + 6(12) + 5(1)= 96 gmol-1
V= (volmolecula)(num Avogadro)
EL PUNTO DE EBULLICION DEL FLUOROBENCENO ES MAYOR AL DE BENCENO
+ -
μ = x
PARA BENCENO μ = 0
COMO PODRIAN ACOMODARSE LAS MOLECULAS EN ESTADO SOLIDO
COMO REACCIONARIA FLUOROBENCENO CON NaH
NaH
COMO REACCIONARIA FLUOROBENCENO CON NaH
NaF
CUAL ES EL ENLACE MAS DEBIL
CUAL ES EL ENLACE MAS FUERTE
CUAL ES LA ENERGIA NECESARIA PARA DESCOMPONERLO
6(C-C)AROMATICO + 5(C-H)+ C-F
C-C = 835
C-H = 411 7550 KJmol-1
C-F = 485
ES FACTIBLE OBTENER FLUOROBENCENO DE SUS COMPONENTES
7550 KJmol-1
5/2 H2 + ½ F2 + 3 C2
5/2H2 = 5/2(432)
1/2F2 = ½(158) 2614 KJmol-1
3C2 = 3(485)
FIN