¿Por qué la ruptura de enlaces es endotérmica?

Cuando los electrones ganan energía, se excitan más y se mueven a un nivel de energía más alto, lo que aumenta la tendencia de un átomo a formar un enlace con otro átomo.

Permítame asegurarle que esta declaración es incorrecta. No estoy completamente seguro de dónde lo extrajo, pero supongo que proviene de la forma en que muchas escuelas enseñan la hibridación al comienzo de las clases de química orgánica; requiriendo una $ \ ce {s \ bond {- >} p} $ excitación en carbono desde $ \ mathrm {[He] \ 2s ^ 2 \, 2p ^ 2} $ a $ \ mathrm {[He] \ 2s ^ 1 \, 2p ^ 3} $, después de lo cual los orbitales s y p pueden formar $ \ mathrm {sp ^ 3} $ orbitales híbridos. Esta idea no es más que una simplificación a nivel escolar utilizada para sortear la enseñanza de la teoría y la simetría de orbitales moleculares más complejas.

Nada le impide construir, por ejemplo, una molécula de metano sin hibridación inicial, es decir, partiendo de un átomo de carbono sin hibridar y cuatro átomos de hidrógeno en una disposición tetraédrica. Los remito al siguiente esquema publicado en una pregunta diferente y originalmente tomado de scriptum de Internet del profesor Klüfers para química básica e inorgánica en la universidad de Munich :

Como puede ver a la derecha, el carbono entra en este esquema en el estado fundamental no híbrido. No es necesario invocar una hibridación previa antes de mezclar orbitales; más bien, es necesario determinar la simetría de los orbitales y luego combinar los orbitales equivalentes a la simetría en una forma de unión-antienlace. Finalmente, complete los electrones de abajo hacia arriba.

Este método siempre dará como resultado la estabilización de los orbitales de enlace; la compensación siempre es la desestabilización de los orbitales antienlazantes de tal manera que la energía (real) ganada es menor que la energía (virtual) perdida.

Por lo tanto, asumiendo una orden de enlace positivo, formar un enlace normalmente libera energía mientras que romper uno normalmente requerirá energía. No tengo conocimiento de ningún contraejemplo, pero la oración está redactada de modo que siga siendo verdadera cuando el contraejemplo obligatorio se publique como comentario.

No importa cuán débil sea el vínculo, siempre habrá algunas interacciones entre las dos especies involucradas en el vínculo. Es debido a esas interacciones que los enlaces se formaron en primer lugar, por lo que siempre se requerirá energía para romper esas interacciones y, por lo tanto, la ruptura del enlace siempre es endotérmica.

Para entender esto, primero debe saber que la energía de un sistema es siempre inversamente proporcional a la estabilidad del sistema.

Cuando dos átomos se acercan, la energía del sistema de dos átomos disminuye (aquí la energía es energía potencial).Cuando los átomos forman enlaces, esta energía se vuelve mínima (ya que el sistema de átomos es más estable ahora). Tenga en cuenta que la energía se ha vuelto mínima, por lo que debe haber algo de pérdida de energía, y esta es la energía que se libera cuando se forma un vínculo.

Ahora, si desea romper ese vínculo, debe separarse esos átomos (separar átomos significa disminuir la estabilidad del sistema de dos átomos) y dado que la estabilidad es inversamente proporcional a la energía, por lo tanto, disminuir la estabilidad es equivalente a aumentar la energía. Entonces, cuando rompe un enlace, está separando los átomos y esto conducirá a un aumento de energía. Un aumento en la energía del sistema solo es posible si se proporciona energía al sistema. Dejaré que concluyas ahora.

Parece que lo entendiste al revés. Agregar energía a un electrón en un enlace lo coloca en un orbital anti-enlace, lo que hace más probable que el enlace se rompa. Añadiendo una segunda cantidad de energía para poner dos electrones en orbitales anti-enlace aún más. El estado enlazado normal es el estado de energía más baja por convención, esta es la energía más negativa. Cuando se forma un enlace, la energía se libera y normalmente es absorbida por las moléculas circundantes y la energía de traslación, vibración y rotación.

Tienes que romper la atracción electrostática mutua entre los electrones y protones de cada átomo.

Un enlace entre dos átomos ocurre porque obtienen un estadio de energía más estabilizado. En química, la energía potencial baja significa más estabilización. Piense en una bola en el fondo de una palangana. Este es un sistema extremadamente estabilizado y significa que tendrás que poner energía para mover esta bola. Por el contrario, una bola en la cima de una colina de energía potencial no es un sistema estable, y no se requiere energía para mover la bola hacia abajo.

Un enlace entre dos átomos es la bola en el fondo de un recipiente, energéticamente hablando.