Energia de ligação é a energia necessária para quebrar 1 mol de ligações entre átomos no estado gasoso a 25° C e 1 atm. Como a molécula absorve energia durante o processo de quebra de ligação, este é endotérmico e a energia de ligação é positiva. Exemplo:

Cl_2(g) ® Cl⁰_(g) + Cl⁰_(g) D H = 58,0 kcal

Cl-Cl_(g) ® Cl_(g) + Cl_(g)
átomos ligados             átomos separados

Os átomos de cloro, na molécula de Cl₂, possuem 8 elétrons na camada de valência, o que é uma situação de estabilidade (menor conteúdo energético).

Depois da quebra da ligação, os átomos de cloro possuem apenas 7 elétrons na camada mais externa, o que lhes confere menos estabilidade (maior conteúdo energético).

Para o sistema anterior se tornar menos estável (maior energia) foi necessário o fornecimento de energia, o que explica o fato da quebra de ligação ser um processo endotérmico.

Na tabela a seguir estão listados vários valores de energia de ligação. Na realidade, estes dados são valores médios pois a energia de uma mesma ligação pode variar de acordo com a espécie na qual a ligação é encontrada. Por exemplo, na molécula de água aparecem duas ligações entre os átomos de hidrogênio e oxigênio. Na quebra da primeira ligação são necessárias 120 kcal e na quebra da segunda ligação, 102 kcal:

H-O-H_(g) ® H_(g) + O-H_(g) D H = 120 kcal

O-H_(g) ® H_(g) + O_(g) D H = 102 kcal  

As energias de ligação, assim como as entalpias de formação, são usadas no cálculo das variações de entalpia das reações químicas.

Uma reação química pode ser vista como um processo no qual ocorre quebra das ligações nas substâncias reagentes e a formação de novas ligações nos produtos.

A quebra de ligações absorve energia, enquanto que a formação de novas ligações libera energia pois, pelo Princípio da Conservação de Energia, se uma transformação, num certo sentido, libera energia, no sentido contrário, a absorve.

Sendo assim, o calor de reação nada mais é do que o saldo entre a energia fornecida para romper ligações e a energia libertada na formação de novas ligações.

Exemplo: Calcule o D H da transformação química CH_4(g) + Cl_2(g) ® H₃CCl_(g) + HCl_(g) a partir das energias de ligação listados na tabela, em kcal/mol.

H₃C-H_(g) + Cl-Cl_(g) ® H₃C-Cl_(g) + H-Cl_(g) D H = ?

Vemos que foi quebrada uma ligação C-H na molécula de CH₄ e uma ligação Cl - Cl na molécula do Cl₂, ao passo que foram formados uma ligação C - Cl e uma ligação H - Cl. Considerando 1 mol de ligações, temos:

Rupturas de ligações (processo endotérmico)

C - H (1 mol) D H₁ = 99 kcal

Cl - Cl (1 mol) D H₂ = 58 kcal

Formação de ligações (processo exotérmico)

C - Cl (1 mol) D H₃ = - 79 kcal

H - Cl (1 mol) D H₄ = - 103 kcal

Então, D H = 99 + 58 - 79 - 103 = - 25 kcal

D H nas mudanças de estado físico

As forças intermoleculares (entre moléculas) são atrações que mantém próximas, umas das outras, as moléculas que formam as substâncias nos estados sólido e líquido. Em geral, são forças mais fracas que as ligações intramoleculares (iônicas e covalentes).

Durante as mudanças de estado físico, ocorrem rupturas ou formações de forças intermoleculares.

A vaporização de uma substância ocorre com a quebra das forças intermoleculares responsáveis pelo estado líquido, sendo necessário o fornecimento de energia.

Exemplo: H₂O_(l) ® H₂O_(g) D H = + 10,5 kcal.

A quantidade de calor necessária para a vaporização de 1 mol de uma substância a partir do estado líquido é denominada calor ou entalpia de vaporização. Para a água líquida, o valor é 10,5 kcal. Se considerarmos o processo inverso, temos:

H₂O_(g) ® H₂O_(l) D H = - 10,5 kcal.

De modo análogo, no processo de fusão rompem-se as forças intermoleculares responsáveis pelo estado sólido e formam-se outras forças intermoleculares do estado líquido.

A quantidade de calor necessária para provocar a fusão de um mol de determinada substância no estado sólido é denominada calor ou entalpia de fusão.

Exemplo: H₂O_(s) ® H₂O_(l) D H = + 1,75 kcal.

Exercício Resolvido e exercícios propostos