Энергия химической связи. Энергия кристаллической решетки. Теплота сгорания топлива.
Энергия химической связи,равна работе, которую необходимо затратить, чтобы разделить молекулу на две части (атомы, группы атомов) и удалить их друг от друга на бесконечное расстояние. Например, если рассматривается энергия химической связи H3C—H в молекуле метана, то такими частицами являются метильная группа CH3 и атом водорода Н, если рассматривается энергия химической связи Н—Н в молекуле водорода, такими частицами являются атомы водорода. Энергия химической связи — частный случай энергии связи, обычно ее выражают в кдж/моль (ккал/моль); в зависимости от частиц, образующих химическую связь, характера взаимодействия между ними (ковалентная связь, водородная связь и другие виды химической связи), кратности связи (например, двойные, тройные связи) энергия химической связи имеет величину от 8—10 до 1000 кдж/моль. Для молекулы, содержащей две (или более) одинаковых связей, различают энергию каждой связи (энергию разрыва связи) и среднюю энергию связи, равную усредненной величине энергии разрыва этих связей. Так, энергия разрыва связи HO—H в молекуле воды, т. е. тепловой эффект реакции H2O = HO + H равен 495 кдж/моль, энергия разрыва связи Н—О в гидроксильной группе — 435 кдж/моль, средняя же энергия химической связи равна 465 кдж/моль. Различие между величинами энергий разрыва и средней энергией химической связи обусловлено тем, что при частичной диссоциации молекулы (разрыве одной связи) изменяется электронная конфигурация и взаимное расположение оставшихся в молекуле атомов, в результате чего изменяется их энергия взаимодействия. Величина энергии химической связи зависит от начальной энергии молекулы, об этом факте иногда говорят как о зависимости энергии химической связи от температуры. Обычно энергию химической связи рассматривают для случаев, когда молекулы находятся в стандартном состоянии или при 0 К. Именно эти значения энергий химических связяй приводятся обычно в справочниках. Энергия химической связи — важная характеристика, определяющая реакционную способность вещества и использующаяся при термодинамических и кинетических расчетах реакций химических. Энергия химической связи может быть косвенно определена по данным калориметрических измерений (см. Термохимия), расчетным способом (см. Квантовая химия), а также с помощью масс-спектроскопии и спектрального анализа.
Энергия кристаллической решётки, равна работе, которую необходимо затратить, чтобы разделить и отделить друг от друга на бесконечное расстояние частицы, образующие кристаллическую решетку. Энергия кристаллической решетки является частным случаем энергии связи. Она зависит от типа частиц (молекул, атомов, ионов), из которых построена решетка кристалла, и характера взаимодействия между ними (см. Твердое тело). Энергия кристаллической решетки имеет величину от 10 кдж/моль до 4000 кдж/моль и может быть косвенно определена по данным калориметрических измерений (см. Термохимия) и другими методами. Величина энергии кристаллической решетки зависит также от начальной энергии частиц, образующих кристаллическую решетку; об этом факте иногда говорят как о зависимости энергии кристаллической решетки от температуры. Обычно энергию кристаллической решетки рассматривают для случаев, когда вещество находится в стандартном состоянии или при 0 К. Она в значительной степени определяет прочность связи между частицами в кристалле, а также такие его физические свойства, как прочность, твердость, температура плавления.
Все вещества состоят из молекул, которые в свою очередь состоят из атомов. Для того чтобы разделить молекулу на отдельные атомы необходимо преодолеть их силы притяжения и затратить энергию. При соединении атомов энергия, напротив, выделяется.
На принципе выделения энергии при соединении атомов основано использование топлива. При сгорании топлива происходит химическая реакция, в результате которой атомы углерода соединяются с атомами кислорода (в результате образуется углекислый газ). При этом выделяется большое количество энергии. Количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании топлива массой 1 кг, называют теплотой сгорания топлива. Теплота сгорания топлива обозначается латинской буквой Q и измеряется вДж/кг.Вполне естественно, что различные вещества обладают разной теплотой сгорания. Теплота сгорания разных видов топлива даётся в таблицах. Зная теплоту сгорания топлива и его массу, можно легко определить выделившееся при этом количество теплоты по формуле: Q = q • m.