兩個原子之間成鍵時伴隨著有能量的變化。往往有能量釋放出來(放熱反應(yīng));有時,但不是經(jīng)常的,有能量的吸收(吸熱反應(yīng))。一般而言,一個穩(wěn)定的鍵相當于形成這個鍵時有能量釋放出來。釋放出來的能量越大,這個鍵就越穩(wěn)定。
在形成鍵時釋放出來的能量可以從分子軌道能級圖加以估計。舉例來說,考慮QR分子(圖5-15)的能級圖并假設(shè)在這個假想情況中的鍵是由元素Q的一個1s電子和元素R的一個1s電子形成的。有如圖圖5-15中可以確定的,當一個電子從元素R的1s原子軌道進入QR的低能量o1s分子軌道時,能量降低的數(shù)量等于y(釋放能量)。同樣,當元素Q的1s電子降落到低能級的o1s分子軌道時失去能量(釋放能量)。元素Q的1s電子釋放的能量等于(z+y)。因此,兩個電子釋放的總能量是y+(z+y)或2y+z。
根據(jù)圖5-15的另一個假想情況,讓我們來考考慮,有2個1s電子來自元素Q和1個1s電子來自元素R所形成的鍵鍵。在這個情況中,兩個電子(對我們的工作來說不管哪兩個電子都無所謂)填到o1s成鍵分子軌道中,第三個電子被迫進入o1*s反鍵分子軌道中。如果任意地假定來自元素Q的兩個1s電子進入了o1s成鍵軌道,每個電子釋放的能量應(yīng)該是(y+z)。因而兩個電子釋放的能量是2(y+z)或(2y+2z)。當來自元素R的電子進入了oo*1s反鍵軌道時,它就進入到比原來原子軌道能量高的分子軌道,因而造成它獲得能量(y+z),這就要部分地抵消掉另外兩個電子釋放出的能量。因此,能量的凈變化是釋放能量,它等于(2y+2z)-(y+z)或等于(y+z)。注意這釋放的能量比前面介紹的兩個電子的情況(釋放的能量是2y+z)是個較小的能量(較弱的鍵)。結(jié)果釋放的能量之所以比較小,是因為有一個電子進入了反鍵軌道。
如果在所成的鍵中包括來自元素Q的兩個1s電子和來自自元素R的兩個1s電子,對圖5-15的考慮指出能量的凈變化是零
(在o1s成鍵軌道中的2個電子抵消了在o1*s反鍵軌道中的兩個電子)。在這種情況中,原子沒有形成分子的顯著傾向,它們應(yīng)當保持為分開的原子。
再舉一個包括2s原子軌道的例子是適宣的。假設(shè)元素Q有兩個1s電子和一個2s電子,和元素R有兩個1s電子和兩個2s
電子。在各情況中的2s電子將可預(yù)期都要在成鍵中起重要作用(如果假定所有的1s電子都參加成鍵,那么由四個1s電子所引起的能量變化應(yīng)該是零,在o1s軌道中的2個電子抵消了o1*s軌道中的2個電子。因此,1s電子對鍵的影響是微不足道的)。假設(shè)元素R的2個2s電子進入O2s成鍵軌道,釋放出來的能量應(yīng)該是2w。來自元素Q的1個2s電子被迫進入次低能量的分子軌道
o2*s,反鍵軌道一結(jié)果是獲得能量,它等于w,部分地抵消了電子來自R所釋放出來的能量。能量的凈變化應(yīng)該是釋放能量,它等于(2w-2w)或w。
形成一個鍵時釋放出來的能量與斷裂該鍵時所需要的能量是相等的。斷裂一個鍵所需要的能量叫做鍵能。B2分子的實際鍵能大約是70,000卡/摩(6×10的23次方個分子的總鍵能)。C2分子的鍵能相當大,約為83,000卡/摩。參考圖5-9和和圖5-10給我們指出C2分子有比B2分子為高的鍵能是合理的,因為C2分子和B2分子相比,前者在成鍵軌道中有更多的電子數(shù)。
我們對鍵的能量關(guān)系的理解將在第20章化學(xué)熱力學(xué)中進步加以展開。