Lenergia denllaç en làmbit de la química es refereix a la quantitat denergia necessària per trencar un enllaç químic entre dos àtoms en una molècula. Aquesta energia és una mesura de la força de lenllaç i varia segons el tipus denllaç i els àtoms involucrats.
Aquest tipus denergia és crucial perquè determina lestabilitat de molècules i nuclis atòmics, influeix en la reactivitat química i és clau en processos nuclears com la fissió i la fusió.
Conceptes bàsics i tipus denllaç
Els àtoms s'uneixen per formar molècules a través d'enllaços químics, que poden ser covalents, iònics o metàl·lics. L'energia d'enllaç se sol expressar en quilojuliols per mol (kJ/mol), que indica l'energia necessària per trencar un mol d'enllaços d'un tipus específic en una substància.
- Enllaços covalents En aquests enllaços, els àtoms comparteixen electrons. L'energia d'enllaç als enllaços covalents varia àmpliament depenent dels àtoms involucrats i del nombre de parells d'electrons compartits. Per exemple, l'energia d'enllaç d'un enllaç senzill (com l'enllaç HH a l'hidrogen molecular) és menor que la d'un enllaç doble (com a l'oxigen molecular) o un enllaç triple (com al nitrogen molecular).
- Enllaços iònics : es formen quan un àtom dóna un electró a un altre, creant ions amb càrregues oposades que s'atreuen entre si. L'energia d'enllaç als compostos iònics depèn de la magnitud de les càrregues dels ions i de la distància entre ells. Els enllaços iònics tendeixen a ser molt forts a causa de l'atracció electrostàtica entre els ions de càrregues oposades.
- Enllaços metàl·lics En els enllaços metàl·lics, els àtoms comparteixen un "mar" d'electrons que es mouen lliurement entre ells. L'energia d'enllaç als metalls varia depenent de l'estructura i del tipus de metall, però generalment és considerable a causa de la forta cohesió entre els àtoms metàl·lics.
Reaccions endotèrmiques i exotèrmiques
Durant una reacció química, els enllaços als reactius es trenquen i es formen nous enllaços als productes.
L'energia requerida per trencar els enllaços als reactius i l'energia alliberada en formar els enllaços als productes determinen si una reacció és exotèrmica (llibera energia) o endotèrmica (absorbeix energia).
Exemple: reacció de combustió
Considerem la combustió del metà (CH₄) amb oxigen (O₂) per formar diòxid de carboni (CO₂) i aigua (H₂O).
Per a aquesta reacció, primer s'han de trencar els enllaços CH al metà i els enllaços O=O a l'oxigen. Després, es formen nous enllaços C=O al diòxid de carboni i OH a l'aigua.
La diferència entre lenergia necessària per trencar els enllaços originals i lenergia alliberada en formar els nous enllaços determina lenergia total de la reacció.
CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O
Lenergia denllaç pot ajudar a predir lestabilitat de les molècules. Les molècules amb enllaços forts (alta energia denllaç) són generalment més estables i menys reactives que aquelles amb enllaços febles (baixa energia denllaç).
Energia d'enllaç nuclear
L'energia d'enllaç es relaciona directament amb l'energia nuclear a través de la força que manté units els nucleons (protons i neutrons) al nucli atòmic. Aquesta energia, coneguda com a energia denllaç nuclear, és significativament més gran que lenergia denllaç química a causa de la potent força nuclear forta.
En processos nuclears com la fissió i la fusió, lalliberament denergia es deu a la diferència en lenergia denllaç abans i després de la reacció.
A la fissió, un nucli pesant es divideix en nuclis més lleugers, alliberant energia perquè els productes tenen una major energia denllaç per nucleó. Per contra, a la fusió, nuclis lleugers es combinen per formar un nucli més pesat, alliberant energia per una raó similar.
Factors que afecten lenergia denllaç
Diversos factors influeixen en lenergia denllaç:
- Grandària dels àtoms : Els àtoms més petits solen formar enllaços més forts perquè els seus nuclis estan més a prop dels electrons compartits.
- Càrrega i electronegativitat : Els àtoms amb alta electronegativitat tendeixen a formar enllaços més forts perquè atrauen més fortament els electrons compartits. La diferència delectronegativitat entre els àtoms també pot influir en lenergia denllaç.
- Ordre de l'enllaç Com es va esmentar abans, els enllaços múltiples (dobles, triples) són més forts que els enllaços senzills perquè hi ha més parells d'electrons compartits.
Mesurament
L'energia d'enllaç es pot mesurar experimentalment mitjançant tècniques com l'espectroscòpia i la calorimetria.
A l'espectroscòpia, s'analitza l'absorció o emissió de llum per una molècula per determinar l'energia necessària per trencar enllaços. D'altra banda, a la calorimetria, es mesura la calor alliberada o absorbida durant una reacció química.