Energi ikat: definisi, persamaan dan perhitungan

mengikat energi

Agar atom dapat membentuk produk atau ikatan antara atom lain, reaktan harus cukup dekat satu sama lain untuk bereaksi. Mengguncang, mengaduk, dan memanaskan adalah sejumlah manipulasi fisik yang dapat dilakukan untuk mencapai interaksi atomik.

Bergantung pada jenis ikatan yang Anda cari, ada berbagai tingkat interaksi yang harus dicapai oleh atom. Interaksi non-ikatan, atau interaksi van der Waal , hanya membutuhkan atom untuk bersentuhan atau memantul satu sama lain. Ini umumnya membutuhkan energi ikat yang sangat rendah yang mudah didapat atau hilang karena atom reaktan terus memantul satu sama lain dan wadahnya.

Ikatan hidrogen dibentuk oleh ‘pantulan’ ini, tetapi menghasilkan energi ikat yang lebih tinggi pada produk karena tarikan listrik antara atom hidrogen bermuatan positif dan atom oksigen bermuatan negatif. Ikatan hidrogen adalah jenis ikatan kimia yang paling umum karena sebagian besar reaksi terjadi di air, di mana ikatan hidrogen sangat melimpah.

Ikatan kovalen membutuhkan energi ikat tertinggi, karena ikatan ini membentuk molekul, senyawa, dan kompleks yang sangat stabil . Ikatan kovalen dapat terjadi dalam formasi ikatan tunggal, rangkap dua, atau rangkap tiga, masing-masing menambahkan satu tingkat energi ikat yang lebih tinggi daripada yang berikutnya.

Energi ikat, baik van der Waal, hidrogen, atau ikatan kovalen, efeknya bersifat kumulatif. Artinya semakin besar jumlah link, semakin tinggi energi link tersebut. Dan sama seperti pembentukan ikatan ‘menambah’ energi ikatan total, pelepasan atau pemutusan ikatan secara proporsional mengurangi energi pengikat dari pembentukan ikatan kolektif.

Termodinamika Ikatan Kimia

Dari mana datangnya energi persatuan ini? Panas! Nah, lebih spesifiknya, kalor pembentukan atau deformasi (delta = perubahan) dari suatu reaksi disebut entalpi (delta H). Secara umum, reaksi kimia terjadi dalam wadah yang tekanannya dijaga konstan; kami tidak ingin ledakan atau ledakan! Jika tekanan konstan, maka panas yang dihasilkan atau diserap dalam reaksi kimia adalah hasil dari ikatan antar atom. Ketika ikatan ini terbentuk dalam produk, entalpi dianggap negatif karena ikatan terbentuk oleh penyerapan atau perpindahan energi dari lingkungan ke reaksi. Ketika energi bergerak keluar dari lingkungan, lingkungan menjadi dingin. Ini akan terbukti dalam entalpi positif atau dalam reaksi endotermik. Di sisi lain, ketika reaktan memutuskan ikatan, hasil bersihnya adalah reaksi entalpi atau eksotermik negatif, yaitu ledakan!

Persamaan berikut menentukan entalpi di mana energi negatif dan positif kumulatif antara penguraian reaktan dan pembentukan produk menentukan energi total reaksi.

dimana delta E adalah energi dalam sistem, P adalah tekanan konstan sistem, dan V adalah perubahan volume sistem, yang akan terjadi jika energi diserap atau dilepaskan.

Ikatan Energi Reaksi Kimia: Kotor dan Bersih

Energi ikatan ditentukan secara sederhana dengan mengukur energi, atau panas, yang dilepaskan saat ikatan tersebut putus. Nilai energi ikat untuk molekul kompleks adalah energi ikat rata-rata dari setiap ikatan individu antara dua atom. Misalnya, molekul diatomik C – C, Cl – Cl, dan N – O masing-masing memiliki energi ikat 348, 242, dan 201 kJ. Energi untuk membentuk ikatan ini dan untuk memutus ikatan ini setara dengan energi ikatnya. Memecah semuanya secara bersamaan akan membutuhkan 791 kJ, atau jumlah energi ikatan bebas. Dalam reaksi kimia, jumlah energi yang diserap dan dilepaskan merupakan cerminan dari energi ikat yang terlibat dalam pembentukan produk atau hasil reaksi.

Perhatikan reaksi pembakaran berikut :

Ketika reaksi pembakaran ini diukur dalam kalorimeter untuk energi yang dilepaskan, nilai -1428 kJ tercapai. Ini khas dari reaksi pembakaran karena bersifat eksotermis, melepaskan panas dan energi gerak kinetik ke lingkungan. Bahan kimia yang sangat tidak stabil yang disebut nitrogliserin berada dalam eksotermik sempurna, atau kesetimbangan eksplosif, yang hanya mengguncang cairan pucat kental akan menyebabkannya meledak, melepaskan energi penuh dari kumpulan ikatan N, C, H, dan O.

Kekuatan ikatan kimia juga merupakan fungsi dari panjang ikatan antara dua atom. Inilah sebabnya mengapa ikatan rangkap dan rangkap tiga memiliki energi ikat yang lebih tinggi, atau delta-H. Ikatan ini mendekatkan atom-atom, membuat panjang ikatan lebih pendek dan energi yang dibutuhkan untuk membentuk dan memutuskan ikatan lebih besar. Tabel berikut menunjukkan energi ikatan yang sesuai dan panjang beberapa ikatan kimia.

Perhitungan Energi Obligasi

Dari tabel seperti di atas, kita dapat menghitung energi ikat yang diharapkan dari suatu reaksi kimia. Nilai-nilai ini ditentukan dari pengukuran sebenarnya dari pemutusan ikatan kolektif dan energi pembentukan. Meskipun rata-rata energi ikat individu ketika mereka bersama-sama dalam molekul kompleks, jumlah energi masing-masing sangat dekat dengan penentuan empiris atau eksperimental. Energi ikat individu dari reaksi pembakaran di atas adalah:

Jadi energi ikat yang ditentukan secara eksperimental (-1428 kJ) sangat dekat dengan energi ikat yang dihitung yang dibutuhkan untuk membentuk produk (-1416 kJ).

Ringkasan Pelajaran

Energi ikat pembentukan dan regangan adalah fungsi energi ikat kolektif dari tiga jenis ikatan kimia: kovalen, hidrogen, dan van der Waals. Masing-masing berkontribusi terhadap panas yang dilepaskan atau diserap dalam reaksi kimia, yang diukur sebagai perubahan energi sistem dan lingkungan, atau entalpi (H) pada tekanan konstan. Entalpi adalah refleksi dari energi ikatan dan panjang ikatan reaktan dan produk.

Setiap ikatan berbeda dalam energi karena atom dan panjang dan jumlah ikatan antara atom. Ikatan yang terbentuk antar atom membutuhkan energi dari lingkungan dan karenanya memiliki tanda positif atau merupakan reaksi endotermik. Ikatan yang melepaskan energi ke lingkungan ketika terbentuk memiliki tanda negatif atau merupakan reaksi eksotermik. Energi kolektif dari reaksi kimia dapat dihitung dengan menambahkan energi ikat endotermik dan mengurangkan energi ikat eksotermik. Ini akan memberikan kebutuhan energi rata-rata keseluruhan untuk reaksi kimia, yang akan sangat sesuai dengan energi reaksi yang ditentukan secara empiris atau eksperimental.

Entalpi adalah salah satu ukuran utama energi yang diperlukan untuk menghitung energi ikat sebagian besar reaksi kimia.