ENERGIA DE ENLACE - UNAMdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/3-ENERGIA-ENLACE_28039.pdfENERGIA DE...

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

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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%

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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%.

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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

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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

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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