結合エネルギーと反応熱

分子の原子間どうしの結合エネルギーを利用すると、反応熱の熱化学方程式が数学的の方程式のようにあつかえる理由がより分かり易くなります。結合エネルギーは問題に与えられるので数学が苦手な人でも問題ありませんので見ておいてください。

結合エネルギー

気体分子に必要なエネルギーを与えると共有結合が切断されます。
この気体分子１molをばらばらに切断するエネルギーを結合エネルギーといいます。

例えば水素の気体分子は水素原子が単独でいるよりも安定しています。
４３２kJというエネルギーを与えると１mol水素分子はばらばらになり２molの水素原子になりますが、これはエネルギーを吸収する藩王になるので吸熱反応です。
逆に水素原子２molから水素分子１molが生成する反応は同じ４３２kJを放出する発熱反応となります。

既に書いていますが結合エネルギーの単位には「kJ/mol」を使います。
熱化学方程式では「＋」「－」を使いますが、結合を切断しばらばらにするときはエネルギーを吸収するので吸熱反応となり「－」、結合が生成するときは原子でいるときより安定となり熱を放出するので発熱反応となり「＋」となります。

　\(\mathrm{H_2(g)=2H(g)-432kJ}\)
　\(\mathrm{2H(g)=H_2(g)+432kJ}\)

つまり、水素分子１molをばらばらの水素原子２molにするには４３２kJのエネルギーが必要で、
「Ｈ-Ｈの結合エネルギー」は４３２kJ/molであるということです。
※
少しややこしい話をしますのでここは読み飛ばして構いません。笑
水素は気体分子として安定しています。
原子に分解するには2000℃くらいまで温度を上げるのですが、このとき共有結合が切れて２個の共有電子対を１つの水素が１つ不対電子を持つようにわかれます。
イオンのように　\(\mathrm{H^+}\)と\(\mathrm{H^-}\)（存在します。）にわかれるのではありません。

共有結合で良く出てくるのはＣ-Ｈ結合なのでこの例もあげておきます。
メタン（\(\mathrm{CH_4}\)）は４つＣ-Ｈの共有結合をもっています。
メタン１molをＣ原子１molとＨ原子１molに開裂させるのに必要なエネルギー（解離エネルギー）は１６５１kJです。
　\( \mathrm{CH_4(g)=C(g)+4H(g)-1651kJ}\)
このことからＣ-Ｈ結合１mol分の結合エネルギーはおよそ４１３kJだと分かります。

結合エネルギーの代表的な数値を上げておきますと、
（覚えなくて良いですよ。）

　\( \mathrm{H-H:436kJ}\)
　\( \mathrm{C-H:413kJ}\)
　\( \mathrm{C-C:494kJ}\)
　\( \mathrm{H-Cl:428kJ}\)
　\( \mathrm{Cl-Cl:239kJ}\)
　\( \mathrm{O-H:461kJ}\)
　\( \mathrm{O=O:494kJ}\)

です。
結合エネルギーを通常は発熱、吸熱の場合を分けずに絶対値で表します。
結合エネルギーが大きいほど切れにくい結合なので分子は安定していることを意味しますね。

※
細かいことをいうと、（また？ｗ）
同じ種類の共有結合でも分子全体の構造状態によって結合エネルギーは多少違ってきます。
水のＯ-Ｈ結合とメタノールのＯ-Ｈ結合とでは２７kJの違いがあります。
また、炭素についている水素の数によっても結合エネルギーは違います。
先程求めたメタンのＣ-Ｈの結合エネルギーも、

　\( \mathrm{CH_4(g)=CH_3(g)+H(g)-435kJ}\)
　\( \mathrm{CH_3(g)=CH_2(g)+H(g)-450kJ}\)
　\( \mathrm{CH_2(g)=CH(g)+H(g)-427kJ}\)
　\( \mathrm{CH(g)=C(g)+H(g)-339kJ}\)

すべて加えて

　\( \mathrm{CH_4(g)=C(g)+4H(g)-1651kJ}\)

となることから算出した値です。
問題に指示が無い場合はこれらの平均的な値が与えられ、それを利用することになりますので、問題はよく読んでそれぞれの条件に従って問題に当たってください。