概念

常见化学键的键长与键能

概念

在自然界中能量的形式多种多样，如光能、热能、电能、机械能和化学能等。在生命体系中，只有化学能可以被直接作为用来做功的能源，而其他形式的能量则是起激发生物体做功的作用。例如，它们可以分别激发动物的平衡感觉、视觉、温觉、痛觉和味觉等。提供给生物体做功的化学能，可以来自因水解等化学反应而造成生物分子化学键断裂产生的能量，也可以来自因离子浓度梯度变化而得到的能量。

对生物体来说，储藏在化学键中的能量是一种重要的自由能。所谓自由能，就是能够用来做功的能量。食物中的自由能有相当一部分是以热的形式散发出去，这些热不能再被用来做功。不管怎么说，所有形式的能量最终都要转化为热能，因此能量的测度通常采用热的单位，如千焦（kJ）、千卡（kcal）。生物分子中化学键能的大小与许多因素有关，其中主要的因素是被键连接在一起的原子间电负性差异(如表)。具有较小键能的键容易被破坏，即这种键本身较弱、较不稳定。在每一生物化学反应中都以ΔG0’表示特定的标准自由能变化，“+”号表示能量并未丧失而是储藏在产物中，“-”号表示能量从反应系统中释放出来。

化学键能指1.01*10^5Pa和25摄氏度下（常温常压下），将1mol理想气体分子AB拆开为中性气态原子A和B所需要的能量（单位为KJ.mol-1）键能越大，化学键越牢固，含有该键的分子越稳定。是表征化学键强度的物理量，可以用键断裂时所需的能量大小来衡量。在101.3kPa和298K下，将1mol气态分子AB断裂成理想气态原子所吸收的能量叫做AB的离解能(KJ·mol),常用符号D（A-B）表示。即：AB（g）─→A（g）+ B（g）

在多原子分子中断裂气态分子中的某一个键所需的能量叫做分子中这个键的离解能。例如：

NH3（g）= NH2（g）+ H（g） D1 = 435kJ·mol

NH2（g）= NH（g）+ H（g） D= 397kJ·mol

NH（g）= N（g）+ H（g） D= 339kJ·mol

NH分子中虽然有三个等价的N-H键，但先后拆开它们所需的能量是不同的。所谓键能（Bond Energy）通常是指在101.3KPa和298K下将1mol气态分子拆开成气态原子时，每个键所需能量的平均值，键能用E表示。显然对双原子分子来说，键能等于离解能，例如，298.15K时，H的键能E（H-H）=D（H-H）=436kJ·mol；而对于多原子分子来说，键能和离解能是不同的。例如NH分子中N-H键的键能应是三个N-H键离解能的平均值：

E（N-H）=（D+D+D）/3=1171/3=391kJ·mol

键能通常通过热化学方法或光谱化学实验测定离解能得到，我们常用键能表示某种键的强弱。

（注：键能大小并不能被用于表示物质能量多少，而只表示物质与达到活泼态时自由能之差）

由键能求焓变公式：ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能

常见化学键的键长与键能

常见化学键的键长与键能 Bond Lengths and Bond Energies of Commonly Chemical Bonds

化 学 键(Chemical bond) 　键 长
(Bond length)
/(10-12m) 　键 能
(Bond energy)
/(kJ/mol) 　化 学 键(Chemical bond) 　键 长
(Bond length)
/(10-12m) 　键 能
(Bond energy)
/(kJ/mol)

B—F 　- 　644 　N—H 　101 　389

B—O 　- 　515 　N—N 　145 　159

Br—Br 　229 　193 　N═N 　125 　456

C—B 　156 　393 　N≡N 　110 　946

C—Br 　194 　276 　N—O 　146 　230

C—C 　154 　332 　N═O 　114 　607

C═C 　134 　611 　Na—Br 　250 　367

C≡C 　120 　837 　Na—Cl 　236 　412

C—Cl 　177 　328 　Na—F 　193 　519

C—F 　138 　485 　Na—H 　189 　186

C—H 　109 　414 　Na—I 　271 　304

C—I 　214 　240 　O—H 　98 　464

C—N 　148 　305 　O—O 　148 　146

C═N 　135 　615 　O═O 　120 　498

C≡N 　116 　891 　P—Br 　220 　272

C—O 　143 　326 　P—Cl 　203 　331

C═O 　120 　728 　P—H 　142 　322

C═O(CO2) 　- 　803 　P—O 　163 　410

C—P 　187 　305 　P═O 　138 　585

C—S 　182 　272 　P—P 　- 　213

C═S 　156 　536 　Pb—O 　192 　382

C═S(CS2) 　- 　577 　Pb—S 　239 　346

C—Si 　186 　347 　Rb—Br 　294 　381

Cl—Cl 　199 　243 　Rb—Cl 　279 　428

Cs—I 　337 　337 　Rb—F 　227 　494

F—F 　140 　153 　Rb—I 　318 　319

H—H 　75 　436 　S—H 　135 　339

H—Br 　142 　366 　S—O 　- 　364

H—Cl 　127 　431 　S═O 　143 　-

H—F 　92 　565 　S—S 　207 　268

H—I 　161 　298 　S═S 　189 　-

I—I 　266 　151 　Se—H 　147 　314

K—Br 　282 　380 　Se—Se 　232 　-

K—Cl 　267 　433 　Se═Se 　215 　-

K—F 　217 　498 　Si—Cl 　- 　360

K—I 　305 　325 　Si—F 　- 　552

Li—Cl 　202 　469 　Si—H 　- 　377

Li—H 　239 　238 　Si—O 　- 　460

Li—I 　238 　345 　Si—Si 　- 　176