De ce este endotermică ruperea legăturilor?

Când electronii câștigă energie devin mai excitați și se deplasează la un nivel de energie mai ridicat, ceea ce crește tendința unui atom de a forma o legătură cu alt atom.

Permiteți-mi să vă asigur că această afirmație este incorectă. Nu sunt pe deplin sigur de unde l-ați extras, dar presupun că provine din modul în care multe școli predă hibridizarea la începutul orelor de chimie organică; necesită o $ \ ce {s \ bond {- >} p} $ excitație în carbon de la $ \ mathrm {[He] \ 2s ^ 2 \, 2p ^ 2} $ la $ \ mathrm {[He] \ 2s ^ 1 \, 2p ^ 3} $, după care orbitalele s și p pot forma orbitale hibride $ \ mathrm {sp ^ 3} $. Această idee nu este altceva decât o simplificare la nivel de școală folosită pentru a învăța teoria și simetria orbitalelor moleculare mai complexe.

Nimic nu vă împiedică să construiți de ex o moleculă de metan fără hibridizare inițială, adică pornind de la un atom de carbon nehibridizat și patru atomi de hidrogen într-un aranjament tetraedric. Vă trimit la următoarea schemă postată în o altă întrebare și preluată inițial din internet scriptum al profesorului Klüfers pentru chimie de bază și anorganică la universitatea din München :

După cum puteți vedea în dreapta, carbonul intră în această schemă în starea de bază nehibridizată. Nu este necesar să invocați o hibridizare anterioară înainte de a amesteca orbitali; mai degrabă, este necesar să se determine simetria orbitalilor și apoi să se combine orbitalii echivalenți ai simetriei într-un mod de legătură-anti-legătură. În cele din urmă, completați electronii de jos în sus.

Această metodă va întotdeauna duce la stabilizarea orbitalilor de legătură; compromisul întotdeauna fiind destabilizarea orbitalilor anti-legătură în așa fel încât energia (efectivă) câștigată să fie mai mică decât energia (virtuală) pierdută.

Prin urmare, presupunând o ordinea pozitivă a legăturii, formarea unei legături eliberează de obicei energie, în timp ce ruperea uneia va necesita de obicei energie. Nu știu niciun contraexemplu, dar propoziția este formulată astfel încât să rămână adevărată atunci când contraexemplul obligatoriu este postat ca un comentariu.

Ne pare rău, logica dvs. nu este destul de valabilă. Creșterea energiei electronilor face ca este mai probabil ca aceștia să facă ceva, dar rezultatul final este adesea ceva mai mic în energie decât starea inițială.

Scăderea nivelurilor de energie nu rupe o legătură. În general, legăturile corespund celor mai scăzute niveluri de energie.

Principalul lucru de care trebuie să ții cont este că o modalitate de a defini o legătură este aceea că este stabilizarea electronilor între un grup de atomi. Pentru speciile neutre, stabilizarea este relativă la energiile electronilor din orbitalele atomice ale atomilor constitutivi.

Indiferent cât de slabă este legătura, vor exista întotdeauna unele interacțiuni între cele două specii implicate în legătură. Din cauza acelor interacțiuni, legăturile s-au format în primul rând, astfel încât energia va fi întotdeauna necesară pentru a rupe acele interacțiuni și, prin urmare, clivajul legăturii este întotdeauna endoterm.

Pentru a înțelege acest lucru, mai întâi trebuie să știți că energia unui sistem este întotdeauna invers proporțională cu stabilitatea sistemului.

Când doi atomi vin unul către celălalt, energia sistemului a doi atomi scade (Aici energia este energie potențială).Când atomii formează legătură, această energie devine minimă (deoarece sistemul atomilor este cel mai stabil acum). Observați că energia a devenit minimă, deci trebuie să existe o pierdere de energie și aceasta este energia care este eliberată atunci când se formează o legătură.

Acum, dacă doriți să rupeți această legătură, trebuie să separați acești atomi (separarea atomilor înseamnă scăderea stabilității unui sistem cu doi atomi) și întrucât stabilitatea este invers proporțională cu energia, deci scăderea stabilității este echivalentă cu creșterea energiei. Deci, atunci când rupeți o legătură, separați atomii și acest lucru va duce la o creștere a energiei. O creștere a energiei sistemului este posibilă numai dacă energia este furnizată sistemului. Vă voi permite să încheiați acum.

Se pare că ai greșit. Adăugarea de energie la un electron într-o legătură îl plasează într-un orbital anti-legătură, ceea ce face mai probabil ca legătura să se rupă. Adăugarea unei a doua cantități de energie pentru a pune doi electroni în orbitalele anti-lipire chiar mai mult. Starea legată normală este cea mai scăzută stare de energie prin convenție, aceasta este cea mai negativă energie. Când se formează o legătură, energia este eliberată și este preluată în mod normal de moleculele din jur și de energie de translație, vibrație și rotație.

Trebuie să spargeți atracția electrostatică reciprocă dintre electronii și protonii fiecărui atom.

O legătură între doi atomi se întâmplă pentru că obțin un stadion de energie mai stabilizat. În chimie, energia potențială redusă înseamnă mai multă stabilizare. Gândiți-vă la o minge de la baza unui bazin. Acesta este un sistem extrem de stabilizat și înseamnă că va trebui să puneți energie pentru a muta această minge. Dimpotrivă, o bilă deasupra unei coline de energie potențială nu este un sistem stabil și nu este necesară energie, muta mingea în jos.

O legătură între doi atomi este bila din partea de jos a unui bazin – energetic vorbind.