BAĞ ENERJİSİ

Bağ enerjisi bir molekülün kararlılığının ölçüsüdür. Bu enerji, gaz halindeki 1 mol molekülde, belirli bir bağı kırmak için gerekli olan entalpi değişimidir. (Katılar ve sıvılardaki bağ enerjileri komşu moleküller tarafından etkilenir.) .Örneğin, iki atomlu hidrojen molekülünün deneysel olarak belirlenen bağ enerjisi:

H₂(g) →  H(g) + H(g)                               ΔH° = 436,4  kJ/mol

Bu eşitlik, gaz halindeki 1 mol H₂ moleküllerindeki kovalent bağları kırmak için 436,4 kJ enerji gerektiğini belirtmektedir. Daha az kararlı olan klor molekülünün bağ enerjisi,

Cl₂(g) → Cl(g) + Cl(g)                             ΔH° = 242,7 kJ/mol

HCl gibi farklı elementler içeren iki atomlu moleküllerin bağ enerjileri, doğrudan ölçülebilir.

HCl(g) → H(g) + Cl(g)                             ΔH°  = 431,9 kJ/mol

Aynı şekilde, ikili ve üçlü bağlar içeren moleküller için de bu enerjiler ölçülebilir.

O₂(g) →  O(g) + O(g)                              ΔH°  = 498,7 kJ/mol

N₂(g) → N(g) + N(g)                               ΔH° = 941,4 kJ/mol

Çok atomlu moleküllerdeki kovalent bağların kuvvetini ölçmek daha karmaşıktır. Örneğin, H₂O daki ilk O—H bağını kırmak için gerekli enerji, ikinci O—H bağını kırmak için gerekli enerjiden farklıdır:

H₂O(g) → H(g) + OH(g)                           ΔH° = 502 kJ/mol

OH(g) → H(g) + O(g)                               ΔH° = 427 kJ/mol

Su molekülünde sonuçta her iki O—H bağı kırılır; ancak ilk bağın kırılması ikin­cisinden daha endotermiktir. İki ΔH° değeri arasındaki fark, birinci bağın kırıl­masından sonra kimyasal çevre ve ikinci O—H bağının kendi kendine değişime uğramasından kaynaklanır.

Buna göre, metanol (CH₃OH) ve su (H₂O) gibi iki farklı molekülün O—H bağ enerjilerinin neden aynı olamayacağını anlayabiliriz. Çünkü bu bağların çevreleri fark­lıdır. Bu nedenle, çok atomlu moleküllerde belirli bir bağın bağ enerjisi için ortalama bağ enerjisinden söz edilir. Örneğin, birbirinden farklı 10 tane çok atomlu molekülde O—H bağ enerjisini ölçebiliriz ve bağ enerjilerinin toplamım 10 a bölerek ortalama O—H bağ enerjisini elde edebiliriz. Çok sayıda iki ve çok atomlu molekülün ortalama bağ enerjileri çizelgede verilmiştir. Daha önce de belirtildiği gibi, üçlü bağlar ikili bağlardan ve doğal olarak tekli bağlardan daha kuvvetlidir.

Bağ Enerjilerinin Termokimyada Kullanımı

Tepkimelerin termokimyasal değişimleri karşılaştırıldığında, değişik tep­kimelerin entalpilerinde farklı olduğu görülür. Örneğin, hidrojen gazının oksijen ile yanması oldukça ekzotermiktir :

H₂(g) + ½ O₂(g) →  H₂O(s)                                    ΔH° = -285,8 kJ/mol

Diğer yandan, fotosentez yoluyla su ve tepkimesi oldukça endotermiktir:

6CO₂(g) + 6H₂O(s) → C₆H₁₂0₆ (k) + 6O₂(g)       ΔH° = 2801 kJ/mol

Tepkimelerin bazen endotermik bazen ekzotermik olmasını tepkenler ve ürün moleküllerinin kararlılıklarına tek tek bakarak açıklayabiliriz. Birçok kimyasal tepkime bağların oluşumunu ve kırılmasını içerir. Bu nedenle, moleküllerin bağ enerjileri, dolayısıyla kararlılıkları verdikleri tepkimelerin termokimyasal özelliklerini de yansıtır.

Çoğu kez tepkimelerin entalpisini, ortalama bağ enerjilerini kullanarak tahmin etmek mümkündür. Kimyasal bağların kırılması daima enerji gerektirir. Kimyasal bağ oluşumu ise daima enerji açığa çıkarır. Buna göre, tepkimede oluşan ve kırılan bağların toplam sayısını ve bunlara karşılık gelen tüm enerji değişimlerini belirleye­rek, tepkimenin entalpisini bulabiliriz. Gaz fazındaki tepkimenin entalpi değişimi şu eşitlikle verilir:

ΔH° = ∑BE (tepkenler) – ∑BE (ürünler)

= giren toplam enerji – açığa çıkan toplam enerji

Burada BE ortalama bağ enerjisi, ∑ toplam işaretidir. Yukarıdaki eşitlik yazıldığı haliyle ΔH° nin işaretini belirler. Eğer giren toplam enerji, açığa çıkan toplam enerjiden daha büyükse; ΔH° pozitiftir ve tepkime endotermiktir. Diğer taraftan, soğurulandan daha fazla enerji açığa çıkarsa; ΔH° negatiftir ve tepkime ekzotermiktir.

(a) Endotermik bir tepkimede (b) Ekzotermik bir tepkimede bağ ernejisi değişimleri

Eğer tepkenler ve ürünlerin tamamı iki atomlu moleküllerse; o zaman yukarıdaki eşitlik gerçek sonuçları verecektir. Çünkü iki atomlu moleküllerin bağ enerjileri tam olarak bilinir. Eğer tepkenler ve ürünlerin bir kısmı ya da tamamı çok atomlu moleküllerse; kullanılan bağ enerjileri ortalama değerler olacağından, eşitlikte yaklaşık sonuçlar verecektir.