L’energia si legame è l’energia richiesta per rompere omoliticamente (in frammenti neutri) un legame covalente. Le energie di legame espresse in kJ/mole, sono generalmente denominate energie di dissociazione di legame quando fornite per specifici legami, o energie medie di legame quando riassumono un dato tipo di legame per vari tipi di composti.
Le Tavole relative all’energia di legame possono essere trovate in molti libri di testo e manuali. Ad esempio per rompere 1 mole di cloruro di idrogeno gassoso in idrogeno e cloro elementari occorrono 432 kJ, pertanto l’energia di dissociazione del legame è di + 432 kJ/mol.
Esercizi
1) Propano e cloro reagiscono in presenza di radiazione U.V. per dare, come principale prodotto di reazione, il 2-cloropropano:
CH3CH2CH3 + Cl2 → CH3CHClCH3 + HCl
a) Assumendo che la reazione avvenga ad una temperatura tale che tutte le sostanze si trovino allo stato gassoso calcolare la variazione di entalpia dalle seguenti energie di legame:
| energia di legame kJ/mol | |
| C-H |
+ 413 |
| Cl-Cl |
+ 243 |
| C-Cl |
+ 346 |
| H-Cl |
+ 432 |
b) Quando la reazione è condotta a 298 K il 2-cloropropano si presenta liquido. La variazione di entalpia di vaporizzazione è + 27 kJ/mol. Calcolare la variazione di entalpia della reazione
a) Dal testo non viene fornito il valore dell’entalpia di legame del legame C-C quindi si devono valutare quali legami si sono formati e quali si sono rotti.
L’energia totale per rompere il legame C-H e Cl-Cl è data da:
+ 413 + 243 = + 656 kJ/mol
L’energia prodotta per formare il legame C-Cl e H-Cl è data da:
– 346 – 432 = – 778 kJ/mol
La variazione complessiva è data da: + 656 – 778 = – 122 kJ/mol
b) Poiché variazione di entalpia di vaporizzazione è + 27 kJ/mol ciò implica che la variazione di entalpia di condensazione è di – 27 kJ/mol. Inoltre la variazione di entalpia per ottenere il 2-cloropropano è di – 122 kJ/mol. La variazione di entalpia della reazione è quindi data da – 122 – 27 = – 149 kJ/mol
2) Calcolare la variazione di entalpia di combustione del propano data la reazione:
CH3CH2CH3(g) +5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Dalle seguenti energie di legame:
| energia di legame kJ/mol | |
| C-H | + 413 |
| C-C | + 347 |
| O=O | + 498 |
| C=O in CO2 | + 805 |
| O-H | + 464 |
e sapendo che la variazione di entalpia di vaporizzazione dell’acqua è + 41 kJ/mol
In questo tipo di esercizio conviene contare i legami che si rompono:
Per quanto attiene i prodotti:
Per ogni molecola di CO2 si rompono 2 doppi legami e, poiché vi sono 3 molecole se ne romperanno complessivamente 2 ∙ 3 = 6. Alla rottura di ciascun doppio legame corrisponde un’energia di 805 kJ/mol pertanto l’energia complessiva è di 805 · 6 = 4830 kJ.
Per ogni molecola di acqua si rompono 2 legami O-H e, poiché vi sono 4 molecole di acqua se ne romperanno complessivamente 4 ∙ 2 = 8. Alla rottura di ciascun doppio legame corrisponde un’energia di 464 kJ/mol pertanto l’energia complessiva è di 464 ∙ 8 = 3712 kJ.
Poiché la variazione di entalpia di vaporizzazione dell’acqua è + 41 kJ/mol e vi sono 4 molecole di acqua si avrà una la variazione di entalpia di vaporizzazione complessiva di 41 kJ/mol · 4 = 164 kJ
Inoltre va considerato il ΔH associato alla reazione. Pertanto possiamo scrivere, per i prodotti:
ΔH + 4830 + 3712 + 164 = ΔH + 8706
Per quanto attiene i reagenti:
Per ogni molecola di propano si rompono 8 legami C-H quindi l’energia complessiva è pari a 8 ∙ 413 = 3304 kJ ed inoltre 2 legami C-C ovvero 2 ∙ 347 = 694 kJ. La rottura dei legami in una molecola di propano corrisponde a 694 + 3304 = 3998 kJ
Per ogni molecola di ossigeno si rompe un doppio legame O=O e poiché vi sono 5 molecole se ne romperanno complessivamente 5 ∙ 1 = 5 pertanto l’energia complessiva correlata alla rottura di tali legami è di 5 ∙ 498 = 2490 kJ.
Pertanto, possiamo scrivere, per i reagenti:
2490 + 3998 = 6480
Abbiamo pertanto :
ΔH + 8706 = 6480
Da cui ΔH = – 2218 kJ/mol
Tale risultato è compatibile con il fatto che la combustione avviene con sviluppo di energia e quindi il valore di ΔH è minore di zero.