Energias de Liga??o e Tamanhos de Liga??o

Moléculas estáveis existem porque liga??es covalentes mantêm os átomos juntos. A for?a de uma liga??o covalente é medida pela energia necessária para quebrá-la, ou seja, a energia necessária para separar os átomos ligados. Separar qualquer par de átomos ligados requer energia — quanto mais forte uma liga??o, maior a energia necessária para quebrá-la.

A energia necessária para quebrar uma liga??o covalente específica em um mole de moléculas gasosas é chamada de energia de liga??o ou energia de dissocia??o de liga??o. A energia de liga??o para uma molécula diatómica, D_X–Y, é definida como a altera??o da entalpia padr?o para a rea??o endotérmica:

Por exemplo, a energia de liga??o da liga??o covalente pura H–H, D_H–H, é 436 kJ/mol de liga??es H–H quebradas:

Moléculas com três ou mais átomos têm duas ou mais liga??es. A soma de todas as energias de liga??o em uma molécula deste tipo é igual à altera??o da entalpia padr?o para a rea??o endotérmica que quebra todas as liga??es na molécula. Por exemplo, a soma das quatro energias de liga??o C–H em CH₄, 1660 kJ, é igual à altera??o da entalpia padr?o da rea??o:

A energia de liga??o média de C–H, D_C–H, é 1660/4 = 415 kJ/mol porque há quatro moles de liga??es C–H quebradas por mole de rea??o. Embora as quatro liga??es C–H sejam equivalentes na molécula original, cada uma delas n?o necessita da mesma energia para ser quebrada; uma vez que a primeira liga??o é quebrada (o que requer 439 kJ/mol), as liga??es restantes s?o mais fáceis de quebrar. O valor de 415 kJ/mol é a média, n?o o valor exacto necessário para quebrar cada liga??o.

A for?a de uma liga??o entre dois átomos aumenta à medida que o número de pares de eletr?es na liga??o aumenta. Geralmente, à medida que a for?a da liga??o aumenta, o comprimento da liga??o diminui. Assim, as liga??es triplas s?o mais fortes e mais curtas que as liga??es duplas entre os mesmos dois átomos; do mesmo modo, as liga??es duplas s?o mais fortes e mais curtas que as liga??es simples entre os mesmos dois átomos. Quando um átomo se liga a vários átomos em um grupo, a for?a de liga??o normalmente diminui à medida que nos movemos para baixo no grupo. Por exemplo, para C–F é 439 kJ/mol, C–Cl é 330 kJ/mol, e C–Br é 275 kJ/mol. 

As energias de liga??o podem ser usadas para calcular as altera??es da entalpia aproximadas para rea??es, também chamadas de entalpias de liga??o, onde as entalpias de forma??o n?o est?o disponíveis. Os cálculos deste tipo também indicam se uma rea??o é exotérmica ou endotérmica. Uma rea??o exotérmica (ΔH negativa, calor produzido) resulta quando as liga??es nos produtos s?o mais fortes do que as liga??es nos reagentes. Uma rea??o endotérmica (ΔH positiva, calor absorvido) resulta quando as liga??es nos produtos s?o mais fracas do que as dos reagentes.

A altera??o da entalpia, ΔH, para uma rea??o química é aproximadamente igual à soma da energia necessária para quebrar todas as liga??es nos reagentes (energia que “entra”, sinal positivo) mais a energia libertada quando todas as liga??es s?o formadas nos produtos (energia que “sai,”, sinal negativo). Isto pode ser expresso matematicamente da seguinte forma:

Nesta express?o, o símbolo ? significa "“a soma de” e D representa a energia de liga??o em kJ/mol, que é sempre um número positivo. A energia de liga??o dependerá de se a liga??o em particular é uma liga??o simples, dupla, ou tripla. Assim, ao calcular as entalpias dessa forma, é importante que as liga??es em todos os reagentes e produtos seja considerada. Como os valores de D s?o tipicamente médias para um tipo de liga??o em muitas moléculas diferentes, este cálculo fornece uma estimativa aproximada, n?o um valor exacto, para a entalpia da rea??o.

Considere a seguinte rea??o:

ou

Para formar dois moles de HCl, um mole de liga??es H–H e um mole de liga??es Cl–Cl devem ser quebrados. A energia necessária para quebrar essas liga??es é a soma da energia de liga??o da liga??o H–H (436 kJ/mol) e da liga??o Cl–Cl (243 kJ/mol). Durante a rea??o, formam-se dois moles de liga??es H–Cl (energia de liga??o de 432 kJ/mol), libertando 2 × 432 kJ; ou 864 kJ. Como as liga??es nos produtos s?o mais fortes do que as dos reagentes, a rea??o liberta mais energia do que consome:

Esta energia em excesso é libertada como calor, pelo que a rea??o é exotérmica.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 7.5: Bond Strength: Covalent Bonds.

Todas as rea??es químicas est?o associadas com uma mudan?a na entalpia, o que ajuda para determinar se a energia é libertada ou necessária durante a rea??o. Esta mudan?a de entalpia pode ser estimada utilizando energias de liga??o médias. A energia necessária para quebrar uma liga??o específica em 1 mol de um composto químico gasoso é chamada energia de liga??o e é expresso em kilojoules por mol.

Esta energia depende do tipo de átomos ligados, e o número de pares de elétrons partilhados. A energia das obriga??es é geralmente expressa como uma média de energias de liga??o da mesma liga??o em diferentes compostos. A energia média da liga??o pode ser utilizada para determinar se uma rea??o química é exotérmica ou endotérmica.

Considerar a rea??o do eteno e do bromo à forma 1, 2-dibromoetano. Inicialmente, a liga??o dupla de carbono e o bromo simples quebra de liga??o um processo que requer entrada de energia, o que aumenta a energia potencial dos átomos. Portanto, a quebra de liga??es é um processo endotérmico com uma mudan?a positiva na entalpia.

Posteriormente, s?o formados novas liga??es entre os átomos de carbono e de bromo que produzem o produto. A forma??o de liga??es aumenta a estabilidade da molécula através da redu??o da energia potencial. Por conseguinte, a forma??o de liga??es é um processo exotérmico, causando uma mudan?a negativa na entalpia.

De acordo com a lei de Hess, a soma de entalpia muda de reagentes e produtos é igual à entalpia geral da mudan?a da rea??o. A mudan?a de entalpia dos reagentes é a soma de entalpia de la?os quebrados, enquanto que a entalpia muda de produtos é a soma da entalpia de novas liga??es formadas. Portanto, a forma??o de 1, 2-dibromoetano, com uma entalpia de 255 kilojoules por mol, é uma rea??o endotérmica.

Para além das entalpias dos la?os, o tipo de liga??es e átomos ligados também influenciam o comprimento da liga??o, que é a dist?ncia média entre os núcleos de dois átomos ligados. Considerar as diferentes liga??es entre dois nitrogênio átomos e dois átomos de carbono. ?tomos com liga??es múltiplas, tais como liga??es triplas, s?o mantidos mais unidos, conduzindo a la?os mais curtos e fortes.

Consequentemente, a molécula é mais estável e requer maior energia para se dissociar. Geralmente, a for?a da liga??o é indireta proporcional ao comprimento da liga??o, com algumas exce??es.