Energia di legame

Cos'è l'energia di legame

L'energia di legame è l'energia che tiene uniti gli atomi in un legame chimico oppure, in modo equivalente, l'energia necessaria per rompere un legame chimico portando gli atomi a distanza infinita. Per questa ragione è anche conosciuta come energia di dissociazione del legame. $$ AB \rightarrow A+B $$

l'energia di legame

E' determinata dall'energia di ionizzazione e dall'affinità elettronica degli atomi del legame.

Nota. Si parla di "distanza infinita" perché è sicuramente una situazione in cui sicuramente non avvengono più interazioni attrattive o repulsive tra gli atomi. Si tratta di un concetto puramente teorico. In realtà, un legame si rompe quando gli atomi sono a una distanza sufficiente per evitare che ci siano altre interazioni reciproche tra gli atomi. Poiché questa distanza varia a seconda degli atomi, in teoria si usa l'astratto della "distanza infinita".

L'energia di legame varia da pochi a centina di kJ.

Si misura in kJ/mol ossia in kilo Joule per mole.

Esempio. L'energia di legame in una mole di ossigeno (O2) è di 498 kJ/mol mentre in una mole di azoto (N2) è di 941 kJ/mol.

Posso rappresentare graficamente l'energia di legame con la curva di Morse.

la curva di Morse

L'energia potenziale (Ep) varia con la distanza tra gli atomi.

  • Quando i due atomi sono molto distanti ( distanza infinita ) l'energia potenziale è nulla Ep=0 perché la distanza tra i nuclei è eccessiva. Non ci sono interazioni di nessun tipo.
    il caso della distanza infinita
  • A destra del punto r prevalgono le forze attrattive tra le particelle di carica opposta su quelle repulsive. L'interazione spinge gli atomi ad avvicinarsi.
    le forze attrattive prevalgono sulle repulsive e gli atomi si avvicinano
  • A sinistra del punto r (distanza di legame) prevalgono le forze repulsive tra le particelle di uguale carica su quelle attrattive. L'interazione spinge gli atomi ad avvicinarsi.
    le forze repulsive prevalgono sulle attrattive e gli atomi si allontanano

Alla distanza di legame il sistema è in equilibrio perché le forze repulsive e attrattive si bilanciano.

In equilibrio non c'è nessuna spinta al cambiamento. Quindi, il sistema è stabile.

    La distanza di legame

    La distanza di legame è la distanza media tra i nuclei di due atomi uniti da un legame chimico in una molecola o in un cristallo.

    Si misura dal centro dei nuclei atomici.

    la distanza tra due nuclei

    Quando due atomi si avvicinano si pesentano due forze elettrostatiche opposte:

    • Una forza attrattiva tra il nucleo di un atomo e gli elettroni dell'altro atomo
    • Una forza repulsiva tra i due nuclei degli atomi e tra gli elettroni degli atomi

    la forza repulsiva e attrattiva di Coulomb

    Nota. Il nucleo e gli elettroni hanno cariche elettriche opposte. I nuclei sono carichi positivamente mentre gli elettroni sono carichi negativamente.

    Secondo la legge di Coulomb

    L'intensità di una forza (F) tra due cariche elettriche q1 e q2 è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche q1q2 e inversamente proporzionale al quadrato della distanza d2.

    $$ F = \frac{q_1 \cdot q_2}{d^2} $$

    Se la distanza reciproca tra gli atomi è troppo breve le forze repulsive prevalgono su quelle attrattive mentre se la distanza è eccessiva le forze attrattive sono troppo deboli per legare gli atomi.

    Pertanto, per formare un legame chimico due atomi devono trovarsi a una distanza in cui le forze attrattive e le forze repulsive sono in equilibrio.

    Questa distanza di equilibrio tra i nuclei degli atomi è la distanza di legame.

    Quanto più la distanza di legame è corta, tanto più il legame è forte.


     
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