बंधन-पृथक्करण ऊर्जा

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बंधन-पृथक्करण ऊर्जा (BDE, D0, या DH°) एक रासायनिक बंधन की बंधन शक्ति का एक माप है। इसे मानक एन्थैल्पी परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जब ए-बी को ए और बी के टुकड़े देने के लिए समलयन द्वारा विभाजित किया जाता है, जो सामान्यतः रेडिकल होते हैं।[1][2] एन्थैल्पी परिवर्तन तापमान पर निर्भर होता है, और बंधन-पृथक्करण ऊर्जा को अक्सर 0 केल्विन (पूर्ण शून्य) पर समलयन के एन्थैल्पी परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया जाता है, सामान्यतः 298 के (मानक स्थितियों) पर एन्थैल्पी परिवर्तन भी एक प्रायः सामना किया जाने वाला मापदण्ड है | [3]

एक विशिष्ट उदाहरण के रूप में, [[Index.php?title=ईथेन|ईथेन (C2H6)]] में कार्बन-हाइड्रोजन बंधन में से एक के लिए बंधन-पृथक्करण ऊर्जा को प्रक्रिया के मानक एन्थैल्पी परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया गया है

CH3CH2−H → CH3CH2• + H•,
DH°298(CH3CH2−H) = ΔH° = 101.1(4) kcal/mol = 423.0 ± 1.7 जूल प्रति मोल|kJ/mol = 4.40(2) इलेक्ट्रॉनवोल्ट (प्रति बॉन्ड)।[4]

एक ग्राम अणुक BDE को प्रति अणु बंधन को अलग करने के लिए आवश्यक ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए, प्रत्येक eV के लिए रूपांतरण कारक 23.060 kcal/mol (96.485 kJ/mol) का उपयोग किया जा सकता है।

ऊर्जा स्तरों के स्पेक्ट्रोमेट्रिक निर्धारण, तापीय अपघटन या प्रकाश अपघटन द्वारा रेडिकल्स के उत्पादन, रासायनिक गतिकी और रासायनिक संतुलन के माप, और विभिन्न उष्मामिति और वैद्युतरासायनिक विधियों सहित विभिन्न प्रकार की प्रयोगात्मक तकनीकों का उपयोग बंधन पृथक्करण ऊर्जा मूल्यों को मापने के लिए किया गया है। तथापि, बंधन पृथकरण ऊर्जा माप चुनौतीपूर्ण हैं और बहुत अधिक त्रुटि के अधीन हैं। वर्तमान में ज्ञात अधिकांश मान ±1 या 2 kcal/mol (4–10 kJ/mol) के भीतर सटीक हैं।[5] इसके अलावा, अतीत में मापे गए मान, विशेष रूप से 1970 के दशक से पहले, विशेष रूप से अविश्वसनीय हो सकते हैं और 10 kcal/mol (जैसे, बेंजीन C-H बंध, 1965 में 103 kcal/mol से लेकर आधुनिक तक) के क्रम में संशोधन के अधीन रहे हैं। 112.9(5) kcal/mol का स्वीकृत मान)। यहां तक ​​कि आधुनिक समय में भी (1990 और 2004 के बीच), फिनोल का ओ−एच बंध 85.8 से 91.0 किलोकैलोरी/मोल के बीच कहीं भी होने की सूचना दी गई है।[6] दूसरी ओर, 298 K पर H2की बंध पृथक्करण ऊर्जा को उच्च परिशुद्धता और सटीकता के लिए मापा गया है: DH°298(एच-एच) = 104.1539(1) किलोकैलोरी/मोल या 435.780 किलोजूल/मोल।[5]

परिभाषाएं और संबंधित मापदंड

बंध-पृथक्करण ऊर्जा शब्द बंध-पृथक्करण एन्थैल्पी (या बंध एन्थैल्पी) की संबंधित धारणा के समान है, जिसे कभी-कभी एक दूसरे के स्थान पर प्रयोग किया जाता है। यद्यपि, कुछ लेखक यह भेद करते हैं कि बंधन-पृथक्करण ऊर्जा (D0) 0 K पर एन्थैल्पी परिवर्तन को संदर्भित करता है, जबकि बंध-पृथक्करण एन्थैल्पी शब्द का उपयोग 298 K पर एन्थैल्पी परिवर्तन के लिए किया जाता है (स्पष्ट रूप से DH° से निरूपित298)। पूर्व मापदंड सैद्धांतिक और संगणनात्मक काम के पक्षधर हैं, जबकि बाद वाला ऊष्मरासायनिक अध्ययन के लिए अधिक सुविधाजनक है। विशिष्ट रासायनिक प्रणालियों के लिए, मात्राओं के बीच संख्यात्मक अंतर छोटा होता है, और भेद को अक्सर अनदेखा किया जा सकता है। हाइड्रोकार्बन RH के लिए, जहां R H से बहुत बड़ा है, उदाहरण के लिए संबंध डी0(आर-एच) ≈ डीएच °298(आर−एच) - 1.5 किलोकैलोरी/मोल एक अच्छा अनुमान है।[7] कुछ पाठ्यपुस्तकें तापमान पर निर्भरता की उपेक्षा करती हैं,[8] जबकि अन्य ने बंध-पृथक्करण ऊर्जा को 298 K पर समलयन की अभिक्रिया एन्थैल्पी के रूप में परिभाषित किया है।[9][10][11]

बंध पृथक्करण ऊर्जा संबंधित है लेकिन इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा के रूप में जाना जाने वाले बंध , De के संबंधित संभावित ऊर्जा की गहराई से थोड़ा अलग है। यह कंपन जमीनी अवस्था के लिए शून्य-बिंदु ऊर्जा ε0 के अस्तित्व के कारण है, जो पृथक्करण सीमा तक पहुँचने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा को कम करता है। इस प्रकार, D0 De से थोड़ा कम है, और संबंध D0 = De − ε0धारण करता है।[7]

बंध पृथक्करण ऊर्जा एक विशेष रासायनिक प्रक्रिया का एक एन्थैल्पी परिवर्तन है, अर्थात् समांगी बंध विदलन ,और बीडीई द्वारा मापी गई बंधन क्षमता को किसी विशेष बंध प्रकार की आंतरिक गुण के रूप में नहीं माना जाना चाहिए, बल्कि ऊर्जा परिवर्तन के रूप में माना जाना चाहिए जो रासायनिक संदर्भ पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, ब्लैंक्सबी और एलिसन केटीन (H2C=CO)का उदाहरण देते हैं, जिसमें 79 kcal/mol की C=C बंध पृथक्करण ऊर्जा होती है, जबकि एथिलीन (H2C=CH2) में 174 kcal/mol की बंध पृथक्करण ऊर्जा होती है। इस विशाल अंतर को कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) की उष्मागतिक स्थिरता के कारण माना जाता है, जो केटीन के C=C बंधन दरार पर बनता है।[7] विखंडन पर स्पिन अवस्थाओ की उपलब्धता में अंतर, शीर्ष से शीर्ष की तुलना के लिए बंधन शक्ति के एक माप के रूप में बीडीई के उपयोग को और जटिल बनाता है,और बल स्थिरांक को एक विकल्प के रूप में सुझाया गया है।[12]

ऐतिहासिक रूप से, सारणीबद्ध बंध ऊर्जा मूल्यों का विशाल बहुमत बंधन एन्थैल्पी हैं। हाल ही में, तथापि, बंधन-पृथक्करण एन्थैल्पी का मुक्त ऊर्जा अनुरूप, जिसे बंधन-पृथक्करण मुक्त ऊर्जा (BDFE) के रूप में जाना जाता है, रासायनिक साहित्य में अधिक प्रचलित हो गया है। एक बंधन ए-बी के बीडीएफई को उसी तरह से परिभाषित किया जा सकता है जैसे बीडीई मानक मुक्त ऊर्जा परिवर्तन (ΔG °) के साथ एबी के ए और बी में होमोलिटिक पृथक्करण के साथ होता है। हालांकि, इसे अक्सर माना जाता है और चरणवार गणना की जाती है हेटरोलिटिक बॉन्ड पृथक्करण के मुक्त-ऊर्जा परिवर्तनों का योग (A–B → A+ + :बी−), उसके बाद A का एक-इलेक्ट्रॉन अपचयन (A+ + और− → A•) और B का एक-इलेक्ट्रॉन ऑक्सीकरण (:B− → •बी + ई-).[13] बीडीई के विपरीत, जिसे आम तौर पर परिभाषित किया जाता है और गैस चरण में मापा जाता है, बीडीएफई अक्सर डीएमएसओ जैसे विलायक के संबंध में समाधान चरण में निर्धारित होता है, क्योंकि उपर्युक्त थर्मोकेमिकल चरणों के लिए मुक्त-ऊर्जा परिवर्तन मापदंडों से निर्धारित किया जा सकता है। अम्ल पृथक्करण स्थिरांक की तरह (pKa) और मानक रेडॉक्स क्षमता (ε°) जो विलयन में मापी जाती हैं।[14]

Historically, the vast majority of tabulated bond energy values are bond enthalpies. More recently, however, the free energy analogue of bond-dissociation enthalpy, known as the bond-dissociation free energy (BDFE), has become more prevalent in the chemical literature. The BDFE of a bond A–B can be defined in the same way as the BDE as the standard free energy change (ΔG°) accompanying homolytic dissociation of AB into A and B. However, it is often thought of and computed stepwise as the sum of the free-energy changes of heterolytic bond dissociation (A–B → A+ + :B−), followed by one-electron reduction of A (A+ + e− → A•) and one-electron oxidation of B (:B− → •B + e−). In contrast to the BDE, which is usually defined and measured in the gas phase, the BDFE is often determined in the solution phase with respect to a solvent like DMSO, since the free-energy changes for the aforementioned thermochemical steps can be determined from parameters like acid dissociation constants (pKa) and standard redox potentials (ε°) that are measured in solution

बंधन ऊर्जा

डायटोमिक अणुओं को छोड़कर, बंधन-पृथक्करण ऊर्जा बंधन ऊर्जा से भिन्न होती है। जबकि बंधन-पृथक्करण ऊर्जा एक रासायनिक बंधन की ऊर्जा है, बंधन ऊर्जा किसी दिए गए अणु के लिए एक ही प्रकार के बंधनों के सभी बंधन-पृथक्करण ऊर्जा का औसत है।[15] होमोलेप्टिक यौगिक EX के लिएn, ई-एक्स बंध ऊर्जा है (1/n) प्रतिक्रिया EX के एन्थैल्पी परिवर्तन से गुणाn→ ई + एनएक्स। तालिका में दी गई औसत बंध ऊर्जा प्रजातियों के संग्रह की बंध ऊर्जाओं का औसत मान है, जिसमें प्रश्न में बंधन के विशिष्ट उदाहरण हैं।

उदाहरण के लिए, पानी के अणु के हाइड्रॉक्सिल-हाइड्रोजन बंधन का पृथक्करण (एच2O) के लिए 118.8 kcal/mol (497.1 kJ/mol) की आवश्यकता होती है। शेष हाइड्रॉक्सिल रेडिकल के पृथक्करण के लिए 101.8 kcal/mol (425.9 kJ/mol) की आवश्यकता होती है। पानी में सहसंयोजक ऑक्सीजन-हाइड्रोजन बंधों की बंध ऊर्जा 110.3 kcal/mol (461.5 kJ/mol) बताई जाती है, जो इन मानों का औसत है।[16] उसी तरह, डी (सीएच) के लिए मीथेन से उत्तरोत्तर हाइड्रोजन परमाणुओं को हटाने के लिए बंधन-पृथक्करण ऊर्जा 105 kcal/mol (439 kJ/mol) होती है।3−H), 110 किलोकैलोरी/मोल (460 किलोजूल/मोल) डी(सीएच) के लिए2−H), D(CH−H) के लिए 101 kcal/mol (423 kJ/mol) और अंत में D(C−H) के लिए 81 kcal/mol (339 kJ/mol)। इस प्रकार, बंधन ऊर्जा 99 kcal/mol, या 414 kJ/mol (बंध-पृथक्करण ऊर्जा का औसत) है। व्यक्तिगत बंधन-पृथक्करण ऊर्जा में से कोई भी 99 kcal/mol की बंधन ऊर्जा के बराबर नहीं है।[17][7]


सबसे मजबूत बंधन और सबसे कमजोर बंधन

बीडीई डेटा के मुताबिक, सबसे मजबूत एकल बंधन सी-एफ बंध हैं। एच के लिए बी.डी.ई3Si−F 152 kcal/mol है, जो H से लगभग 50% अधिक शक्तिशाली है3C−F बॉन्ड (110 किलो कैलोरी/मोल)। एफ के लिए बी.डी.ई3Si−F 166 kcal/mol पर और भी बड़ा है। इन आंकड़ों का एक परिणाम यह है कि कई प्रतिक्रियाएं सिलिकॉन फ्लोराइड्स उत्पन्न करती हैं, जैसे कांच की नक़्क़ाशी, कार्बनिक संश्लेषण में deprotect और ज्वालामुखी उत्सर्जन।[18] बंध की ताकत को सिलिकॉन और फ्लोरीन के बीच पर्याप्त इलेक्ट्रोनगेटिविटी अंतर के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है, जो बंध की समग्र ताकत के लिए आयनिक और सहसंयोजक बंधन दोनों से पर्याप्त योगदान देता है।[19] Diacetylene (HC≡C−C≡CH) का C−C सिंगल बॉन्ड दो एसपी-हाइब्रिड कार्बन परमाणुओं को जोड़ने वाला 160 kcal/mol पर सबसे मजबूत है।[5]एक तटस्थ यौगिक के लिए सबसे मजबूत बंधन, जिसमें कई बंधन शामिल हैं, कार्बन मोनोऑक्साइड में 257 किलो कैलोरी/मोल पर पाया जाता है। CO, HCN और N के प्रोटोनेटेड रूप2 कहा जाता है कि बंधन और भी मजबूत हैं, हालांकि एक अन्य अध्ययन का तर्क है कि इन मामलों में बंधन शक्ति के माप के रूप में बीडीई का उपयोग भ्रामक है।[12]

पैमाने के दूसरे छोर पर, एक बहुत कमजोर सहसंयोजक बंधन और एक अंतर-आणविक बातचीत के बीच कोई स्पष्ट सीमा नहीं है। ट्रांज़िशन मेटल फ़्रैगमेंट्स और नोबल गैसों के बीच लेविस एसिड-बेस कॉम्प्लेक्स पर्याप्त सहसंयोजक चरित्र के साथ सबसे कमज़ोर बंधों में से हैं, (सीओ) के साथ5W:Ar में 3.0 kcal/mol से कम W-Ar बंध पृथक्करण ऊर्जा है।[20] वैन डेर वाल्स बल, हीलियम डिमर, हे द्वारा पूरी तरह से एक साथ आयोजित किया गया2, केवल 0.021 kcal/mol की सबसे कम मापी गई बॉन्ड पृथक्करण ऊर्जा है।[21]


होमोलिटिक बनाम हेटेरोलिटिक पृथक्करण

बंध सममित या विषम रूप से तोड़े जा सकते हैं। पूर्व को समलयन (रसायन विज्ञान) कहा जाता है और यह सामान्य बीडीई का आधार है। एक बंधन के असममित विखंडन को हेटेरोलिसिस (रसायन विज्ञान) कहा जाता है। आणविक हाइड्रोजन के लिए, विकल्प हैं:

Symmetric: H2 → 2 H• ΔH° = 104.2 kcal/mol (see table below)
Asymmetric: H2 → H+ + H− ΔH° = 400.4 kcal/mol (gas phase)[22]
Asymmetric: H2 → H+ + H− ΔG° = 34.2 kcal/mol (in water)[23] (pKaaq = 25.1)

ध्यान दें कि गैस चरण में, विषम आवेशों को अलग करने की आवश्यकता के कारण, हेटरोलिसिस की एन्थैल्पी समलयन की तुलना में बड़ी होती है। हालाँकि, विलायक की उपस्थिति में यह मान काफी हद तक कम हो जाता है।

प्रतिनिधि बंधन उत्साह

नीचे सारणीबद्ध डेटा दिखाता है कि आवर्त सारणी में बंध की ताकत कैसे भिन्न होती है।

Bond Bond Bond-dissociation enthalpy at 298 K Comment
(kcal/mol) (kJ/mol) (eV/bond)
C−C in typical alkane 83–90 347–377 3.60–3.90 Strong, but weaker than C−H bonds
C−F in CH3F 115 481 4.99 Very strong, rationalizes inertness of Teflon
C−Cl in CH3Cl 83.7 350 3.63 Strong, but considerably weaker than C−F bonds
F−F fluorine 37 157 1.63 Very weak, in conjunction with strong C−F and H−F bonds, leads to an explosive reaction with hydrocarbons
Cl−Cl chlorine 58 242 2.51 Indicated by facility of photochemical chlorinations
Br−Br bromine 46 192 1.99 Indicated by facility of photochemical brominations
I−I iodine 36 151 1.57 Indicated by catalysis of cis/trans isomerization
H−H hydrogen 103 431 4.52 Strong, nonpolarizable bond
H−F hydrogen fluoride 136 569 5.90 Very strong
O−H in water 119 497 5.15 Very strong, hydroxyl radical reactive with almost all organics exothermically by H atom abstraction
O−H in methanol 105 440 4.56 Slightly stronger than C−H bonds
O−H in α-tocopherol (an antioxidant) 77 323 3.35 O−H bond strength depends strongly on substituent on O
C-O methanol 92 385 3.99 typical alcohol
C≡O carbon monoxide 257 1077 11.16 Strongest bond in neutral molecule
O=CO carbon dioxide 127 532 5.51 Slightly stronger than C−H bonds, surprisingly low due to stability of C≡O
O=CH2 formaldehyde 179 748 7.75 Much stronger than C−H bonds
O=O oxygen 119 498 5.15 Stronger than single bonds, weaker than many other double bonds
N≡N nitrogen 226 945 9.79 One of the strongest bonds, large activation energy in production of ammonia

विशेष रूप से कार्बनिक रसायन विज्ञान में, यौगिकों के दिए गए समूह के भीतर बंधनों की सापेक्ष शक्ति के विषय में बहुत रुचि है, और सामान्य कार्बनिक यौगिकों के लिए प्रतिनिधि बंधन पृथक्करण ऊर्जा नीचे दिखाई गई है।[7][17]

Bond Bond Bond-dissociation energy at 298 K Comment
(kcal/mol) (kJ/mol) (eV/bond)
H3C−H Methyl C−H bond 105 439 4.550 One of the strongest aliphatic C−H bonds
C2H5−H Ethyl C−H bond 101 423 4.384 Slightly weaker than H3C−H
(CH3)2CH−H Isopropyl C−H bond 99 414 4.293 Secondary radicals are stabilized
(CH3)3C−H t-Butyl C−H bond 96.5 404 4.187 Tertiary radicals are even more stabilized
(CH3)2NCH2−H C−H bond α to amine 91 381 3.949 Lone-pair bearing heteroatoms weaken C−H bonds
(CH2)3OCH−H C−H bond α to ether 92 385 3.990 Lone-pair bearing heteroatoms weaken C−H bonds. THF tends to form hydroperoxides
CH3C(=O)CH2−H C−H bond α to ketone 96 402 4.163 Conjugating electron-withdrawing groups weaken C−H bonds
CH2CH−H Vinyl C−H bond 111 464 4.809 Vinyl radicals are uncommon
HCC−H Acetylenic C−H bond 133 556 5.763 Acetylenic radicals are very rare
C6H5−H Phenyl C−H bond 113 473 4.902 Comparable to vinyl radical, uncommon
CH2CHCH2−H Allylic C−H bond 89 372 3.856 Such bonds show enhanced reactivity, see drying oil
C6H5CH2−H Benzylic C−H bond 90 377 3.907 Akin to allylic C−H bonds. Such bonds show enhanced reactivity
H3C−CH3 Alkane C−C bond 83–90 347–377 3.60–3.90 Much weaker than C−H bond. Homolytic cleavage occurs when H3C−CH3 thermolysed at >500 °C
H2C=CH2 Alkene C=C bond ~170 ~710 ~7.4 About 2 times stronger than a C−C single bond; however, the π bond (~65 kcal/mol) is weaker than the σ bond
HC≡CH Alkyne C≡C triple bond ~230 ~960 ~10.0 About 2.5 times stronger than a C−C single bond


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "Bond-dissociation energy". doi:10.1351/goldbook.B00699
  2. ↑ The value reported as the bond-dissociation energy (BDE) is generally the enthalpy of the homolytic dissociation of a gas-phase species. For instance, the BDE of diiodine is calculated as twice the heat of formation of iodine radical (25.5 kcal/mol) minus the heat of formation of diiodine gas (14.9 kcal/mol). This gives the accepted BDE of diiodine of 36.1 kcal/mol. (By definition, diiodine in the solid state has a heat of formation of 0.)
  3. ↑ The IUPAC Gold Book does not stipulate a temperature for its definition of bond-dissociation energy (ref. 1).
  4. ↑ The corresponding BDE at 0 K (D0) is 99.5(5) kcal/mol.
  5. ↑ 5.0 5.1 5.2 Luo, Y. R. (2007). रासायनिक बंधन ऊर्जा की व्यापक पुस्तिका. Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-8493-7366-4. OCLC 76961295.
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