Al formar una molécula, tendemos a pensar en un evento molecular. Entonces, tiene sentido hablar de una energía de formación, ya que a escala molecular, las cantidades macroscópicas como la presión y el volumen no tienen sentido. Es por eso que en química general hablamos de Bond Energies.
¿Por qué, entonces, debería haber una entalpía de formación? Tal definición no es posible en términos de un evento molecular, ya que la entalpía solo se define para cantidades macroscópicas. La entalpía de la formación podría considerarse como la energía de hacer fluir suficientes elementos constituyentes del material a través de un reactor hipotético para generar 1 mol de producto. Luego puede usarse para analizar sistemas de flujo macroscópico, donde la entalpía es la cantidad conservada. En particular, las entalpías de formación incluyen las interacciones entre las moléculas y también el contenido de calor de una molécula, en sus vibraciones y rotaciones, mientras que la energía de enlace considera solo la energía requerida para romper un enlace de forma aislada.
Podemos examinar las diferencias entre las energías de enlace de formación y las entalpías de formación. Tomemos como ejemplo el monóxido de carbono. La energía de enlace de formación de monóxido de carbono, [matemáticas] \ Delta E_ \ text {CO} = \ frac 12 [2E_ \ text {CO} – (E_ \ text {OO} + E_ \ text {CC})], [ / math] es de alrededor de 498 kJ / mol, mientras que su entalpía de formación [math] – \ Delta H_f ^ \ ominus [/ math] es de alrededor de 110 kJ / mol (Entalpía de formación estándar). Tenga en cuenta la posible confusión en la referencia donde las energías de enlace tienen una convención de signos opuestos que las entalpías.
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Una posible explicación de esta diferencia es que el carbono elemental tiene una capacidad calorífica significativamente mayor como sólido que el monóxido de carbono como gas, de modo que el contenido de energía adicional del carbono a granel reduce la entalpía de formación. Debe señalarse en la referencia que ellos equíban la energía de enlace y la entalpía en el ejemplo 1.2, y el resultado es significativamente diferente de los datos de referencia. Para la reacción química
[matemáticas] \ text {H} _2 (\ text {g}) + \ text {I} _2 (\ text {g}) \ to 2 \ text {HI} \ text {(g)}, [/ math]
informan una entalpía exotérmica de reacción de -7 kJ / mol. Teniendo en cuenta que el yodo elemental es un sólido en condiciones estándar, de las referencias descubrí que la entalpía de reacción es de aproximadamente -15 kJ / mol (yoduro de hidrógeno y yodo – Wikipedia). La equivocación es notablemente precisa aquí porque todas las especies son gaseosas, por lo que tienen interacciones insignificantes y difieren solo un poco en los modos de vibración y rotación de las moléculas de gas, la mayor parte del contenido de energía está en los enlaces. Una buena regla general es que un gas monoatómico que no interactúa tiene una energía interna de aproximadamente 3.75 kJ / mol en condiciones estándar, aproximadamente dos órdenes de magnitud menos que la mayoría de las energías de enlace.
He hecho un diagrama que resume los diferentes tipos de energías de una sustancia. La entalpía siempre es mayor que la energía interna, ya que [math] dH = dU + V dP, [/ math] y la energía interna siempre es mayor que la energía de enlace, ya que involucra la cantidad de calor para generar un conjunto de (posiblemente interactuando) , y recuerde que toda interacción es positiva en relación con el vacío o el aislamiento) moléculas. Tenga en cuenta que estos no se extienden a las energías de formación, que son diferencias de energía entre elementos y compuestos y, por lo tanto, generalmente no siguen el orden dado.
Si bien son de gran importancia teórica, las energías de enlace son, excepto en los casos en que el equívoco con la entalpía es una buena aproximación, menos práctico. Decimos que la entalpía de formación se refiere inequívocamente al hecho de que es la energía conservada en un sistema de flujo macroscópico donde la corriente de entrada y salida están a temperatura y presión estándar. Con los datos de capacidad térmica, al menos en ingeniería química, podemos proceder con el balance de materiales y energía y otros análisis.
