energía de enlace

En química , la energía de enlace ( EB ) es una medida de la fuerza de un enlace químico . A veces se la denomina energía de enlace media , entalpía de enlace , entalpía de enlace promedio o fuerza de enlace . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} La IUPAC define la energía de enlace como el valor promedio de la energía de disociación de enlace en fase gaseosa (generalmente a una temperatura de 298,15 K) para todos los enlaces del mismo tipo dentro de la misma especie química. ^{[ 1 ]}

La energía de disociación del enlace (entalpía) ^{[ 4 ]} también se conoce como energía de ruptura del enlace, energía de enlace, fuerza del enlace o energía de enlace (abreviatura: BDE , BE o D ). Se define como el cambio de entalpía estándar de la siguiente fisión: R— X → R + X. La BDE , denotada por Dº(R— X ), ​​se suele derivar de la ecuación termoquímica,

${\displaystyle {\begin{array}{lcl}\mathrm {D^{\circ }(R-} X)\ =\Delta H_{f}^{\circ }\mathrm {(R)} +\Delta H_{f}^{\circ }(X)-\Delta H_{f}^{\circ }(\mathrm {R} X)\end{array}}}$

Esta ecuación nos indica que la energía de disociación del enlace (BDE, por sus siglas en inglés) para un enlace dado es igual a la energía de los componentes individuales que lo conforman cuando están libres y no enlazados, menos la energía de los componentes cuando están enlazados. Estas energías vienen dadas por la entalpía de formación ΔHfº _de los componentes en cada estado.

La entalpía de formación de un gran número de átomos, radicales libres, iones, cúmulos y compuestos está disponible en los sitios web del NIST , la NASA , CODATA y la IUPAC . La mayoría de los autores utilizan los valores de BDE a 298,15 K. ^{[ 5 ]}

Por ejemplo, la energía del enlace carbono - hidrógeno en el metano BE _(C–H) es el cambio de entalpía (∆ H ) de romper una molécula de metano en un átomo de carbono y cuatro radicales de hidrógeno , dividido por cuatro. El valor exacto para un par determinado de elementos enlazados varía ligeramente según la molécula específica, por lo que las energías de enlace tabuladas son generalmente promedios de varias especies químicas típicas seleccionadas que contienen ese tipo de enlace. ^{[ 6 ]}

La energía de enlace ( BE ) es el promedio de todas las energías de disociación de enlace de un solo tipo de enlace en una molécula dada. ^{[ 7 ]} Las energías de disociación de enlace de varios enlaces diferentes del mismo tipo pueden variar incluso dentro de una sola molécula.

Por ejemplo, una molécula de agua está compuesta por dos enlaces O–H unidos como H–O–H. La energía de enlace para H₂O _es la energía promedio requerida para romper cada uno de los dos enlaces O–H en secuencia:

Aunque los dos enlaces son equivalentes en la molécula simétrica original, la energía de disociación de un enlace oxígeno-hidrógeno varía ligeramente dependiendo de si hay o no otro átomo de hidrógeno unido al átomo de oxígeno. Así, la energía de enlace de una molécula de agua es de 461,5 kJ/mol (110,3 kcal/mol). ^{[ 8 ]}

Cuando se rompe el enlace, el par de electrones enlazantes se divide equitativamente entre los productos. Este proceso se denomina ruptura homolítica del enlace (homólisis) y da como resultado la formación de radicales. ^{[ 9 ]}

La fuerza de un enlace se puede estimar comparando los radios atómicos de los átomos que forman el enlace con la longitud del enlace mismo. Por ejemplo, el radio atómico del boro se estima en 85 pm , ^{[ 10 ]} mientras que la longitud del enlace B–B en el tetracloruro de diboro , _B₂Cl₄ , es _de 175 pm. ^{[ 11 ]} Dividiendo la longitud de este enlace por la suma del radio de cada átomo de boro se obtiene una relación de

${\displaystyle {\frac {175\ {\text{pm}}}{85\ {\text{pm}}+85\ {\text{pm}}}}={\frac {175\ {\text{pm}}}{170\ {\text{pm}}}}\approx 1.03}$.

Esta relación es ligeramente superior a 1, lo que indica que el enlace en sí es un poco más largo que la superposición mínima esperada entre las nubes de electrones de valencia de los dos átomos de boro . Por lo tanto, podemos concluir que se trata de un enlace simple bastante débil.

En otro ejemplo, el radio atómico del renio es 135 pm, ^{[ 10 ]} con una longitud de enlace Re–Re de 224 pm en el compuesto [Re ₂ Cl ₈ ] ⁻² . Tomando los mismos pasos que arriba se obtiene una relación de

${\displaystyle {\frac {224\ {\text{pm}}}{135\ {\text{pm}}+135\ {\text{pm}}}}={\frac {224\ {\text{pm}}}{270\ {\text{pm}}}}\approx \ 0.83}$.

Esta relación es notablemente inferior a 1, lo que indica que existe una gran superposición entre las nubes de electrones de valencia de los dos átomos de renio. A partir de estos datos, podemos concluir que se trata de un enlace muy fuerte. Experimentalmente, se determinó que el enlace Re-Re en [Re₂Cl₈ ] ⁻² es un _{enlace cuádruple} . ^[ 12 ] ^{Este método de} determinación es muy útil para compuestos con enlaces covalentes. ^{[ 13 ]}

En los compuestos iónicos , la electronegatividad de los dos átomos que se enlazan tiene un efecto importante en su energía de enlace. ^{[ 14 ]} La magnitud de este efecto se describe mediante la energía reticular del compuesto , donde una energía reticular más negativa corresponde a una fuerza de atracción más fuerte entre los iones. Generalmente, mayores diferencias de electronegatividad corresponden a enlaces iónicos más fuertes. Por ejemplo, el compuesto cloruro de sodio (NaCl) tiene una energía reticular de −786 kJ/mol con una diferencia de electronegatividad de 2,23 entre el sodio y el cloro. Mientras tanto, el compuesto yoduro de sodio (NaI) tiene una energía reticular menor de −704 kJ/mol con una diferencia de electronegatividad igualmente menor de 1,73 entre el sodio y el yodo. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

• Energía de disociación de enlace
• Energía de unión
• energía de ionización
• Reacción isodésmica
• Energía reticular