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键能(是什么,与键离解能的比较,常见的问题)

Release Time:2021-05-09

键能是什么?
键能,也被称为平均键焓或简单的键焓,是一个提供洞察化学键强度的量。IUPAC对“键能”一词的定义可以写成:“某一特定化合物中所有特定类型的化学键(在气相)的键解离焓的平均值。”因此,给定化合物中化学键的键能可以看作是打破这样一个化学键所需要的平均能量。因此,化学键的键能与键的稳定性成正比。这意味着两个原子之间的化学键的键能越大,该化学键的稳定性就越大。重要的是要注意化合物中化学键的键能是化学键所有单个键解离焓的平均值。例如,甲烷(CH4)分子中碳氢键的键能等于每个单独碳氢键键离解能的平均值。可以计算如下。
CH4 + BDE1→CH3 + H
CH3 + BDE2→CH2 + H
CH2 + BDE3→CH + H
CH + BDE4→C + H
BE(C-H) = (BDE1 + BDE2 + BDE3 + BDE4)/4
这里,BDE1表示打破CH4分子中一个碳氢键所需的能量,BDE2表示打破CH3分子中一个碳氢键所需的能量,BDE3表示打破CH2分子中一个碳氢键所需的能量,而BDE4表示的是打破CH分子中唯一的碳氢键所需的能量。最后,BE(C-H)表示甲烷分子中碳氢键的键能。因此,甲烷分子中碳氢键的键能可以可视化为焓的变化(通常用ΔH表示),该变化与一个CH4分子分解为一个碳原子和四个氢原子有关,总分为四(因为甲烷分子中总共有四个碳氢键)。

键能与键离解能的比较
化学键的键离解能(有时缩写为BDE)可以定义为化学键均裂破裂时焓的变化。例如,分子A -B的键解离能是促使A和B之间的键均裂,从而形成两个自由基所需要的能量。重要的是要注意化学键的键离解能取决于环境的绝对温度。因此,键离解能通常在标准条件下计算(温度大约等于298k)。另一方面,化合物中化学键的键能是分子中该化学键所有键解离焓的平均值。例如:水中氢氧键的键能和键离解能
水分子中氢氧键的键离解能为:
H2O + BDE→OH + H
因此,水分子中氢氧键的键解离能是将其分解为H自由基和OH自由基所需的能量。
另一方面,水分子中氢氧键的键能为:
H2O + BDE1→OH + H
OH + BDE2→H + O
BE(O-H) = (BDE1 + BDE2)/2
水分子中氢氧键的键能就是将分子中所有氢氧键全部分裂所需要的能量再除以2的结果。

键能常见的问题
1.化学键的键能总是正的吗?
由于打破化学键需要能量,键能通常是正数。当一个键形成时,能量等于键能负(能量被释放)。键能是衡量键的强度的指标;键能越大,化学键就越强。如果化学键的键能是负的,这个键就不能存在,因为它太不稳定了。因此,化学键的键能几乎不可能为负值。
2.键能的重要性是什么?
键能使我们了解化学键的强度,从而了解化合物的稳定性。打破一个键通常需要能量,称为键能。虽然这个术语听起来很基本,但键能在解释分子的结构和特征时起着非常重要的作用。

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