Energy change during formation and breaking of bonds

Perubahan tenaga semasa pembentukan dan pemutusan ikatan

LS / SP 3.1.2

The energy changes are caused by two processes taking place during chemical reaction when reactants change to products. What are these two processes?

Perubahan tenaga disebabkan oleh dua proses yang berlaku semasa tindak balas kimia apabila bahan tindak balas berubah kepada hasil. Apakah dua proses ini?

(i) Breaking of bonds in the reactant

Pemutusan ikatan dalam bahan tindak balas (ii) Formation of bonds in the products

Pembentukan ikatan dalam hasil Bond breaking Pemutusan

ikatan

Molecules of reactant

Molekul bahan tindak balas Separated atoms Atom terpisah

Molecules of product Molekul hasil tindak balas Bond

formation Pembentukan

ikatan

How is breaking of bonds in the reactants occur?

Bagaimanakah pemutusan ikatan dalam bahan tindak balas berlaku?

Heat energy is absorbed to break the bonds in the reactants.

Tenaga haba diserap untuk memecahkan ikatan dalam bahan tindak balas.

How is formation of bond in the product occur?

Bagaimana pembentukan ikatan dalam hasil berlaku?

Heat energy is released during bond formation in the products.

Tenaga haba dibebaskan semasa pembentukan ikatan dalam hasil tindak balas.

What is the factor that affect the quantity of heat absorbed or released during breaking and formation of bonds?

Apakah faktor yang

mempengaruhi kuantiti haba yang diserap atau dibebaskan semasa pemutusan dan pembentukan ikatan?

It depends on the strength of bonds:

Ia bergantung kepada kekuatan ikatan:

(i) More energy is absorbed to break a strong bond compared to a weak bond.

Lebih tenaga diserap untuk memutuskan ikatan yang kuat berbanding ikatan lemah.

(ii) More energy is released when a strong bond is formed compared to a weak bond.

Lebih tenaga dibebaskan apabila ikatan yang kuat terbentuk berbanding ikatan yang lemah.

Define bond energy.

Nyatakan definisi tenaga ikatan.

Bond energy (E) is defined as the amount of energy required to break apart one mole of molecule into its component atoms. It is a measure of the strength of a chemical bond.

Tenaga ikatan (E) adalah jumlah tenaga diperlukan untuk memutuskan satu mol molekul kepada atom komponennya. Ia adalah ukuran kekuatan ikatan kimia.

UNIT

3

What is the amount of heat released when a chemical bond is formed?

Berapakah jumlah haba yang dibebaskan apabila ikatan kimia terbentuk?

Amount of energy released = Amount of energy absorbed to break the bonds.

when a chemical bond is formed

Jumlah tenaga dibebaskan = Jumlah tenaga diserap untuk memecahkan ikatan.

apabila ikatan kimia terbentuk Remark: / Catatan:

We can use bond energy to obtain the amount of heat absorbed or released in a specific covalent bond.

Kita boleh menggunakan tenaga ikatan untuk memperoleh jumlah haba diserap atau dibebaskan dalam ikatan kovalen tertentu.

Give some examples of bond energy in different covalent bonds.

Berikan beberapa contoh tenaga ikatan dalam ikatan kovalen yang berbeza.

Covalent bonds

Ikatan kovalen H–H H–O Cl–Cl C–H C–C C=C C–O C=O O=O

Bond energy Tenaga ikatan (kJ mol^–1)

435 463 243 414 331 590 326 803 496

Remark: / Catatan:

The bond breaking and bond formation are focused on covalent bonds only.

Pemutusan dan pembentukan ikatan hanya tertumpu pada ikatan kovalen sahaja.

Define heat of reaction, ∆H.

Nyatakan definisi haba tindak balas, ∆H.

Heat of reaction (∆H) is the energy change when one mole of reactant reacts or when one mole of product is formed.

Haba tindak balas adalah perubahan tenaga apabila satu mol bahan tindak balas bertindak balas atau apabila satu mol hasil tindak balas terbentuk.

Example: / Contoh : CH4 + 2O² → CO2 + 2H²O ∆H = –810 kJ mol^–1

Total amount of heat energy absorbed to break bonds in one mol of CH4 (4 mol of C-H bonds) and two moles of O2 (2 mol of O=O bonds) Jumlah tenaga haba diserap untuk memutuskan ikatan dalam satu mol CH₄ (4 mol ikatan C-H) dan dua mol O2 (2 mol ikatan O=O)

= +[(4 × 414) + (2 × 496)] kJ = +2648 kJ

Total amount of heat energy released to form bonds in one mol of CO2 (2 mol of C=O bonds) and two moles of H2O (4 mol of O-H bonds) Jumlah tenaga dibebaskan untuk membentuk ikatan dalam satu mol CO2 (2 mol ikatan C=O) dan dua mol H2O (4 mol ikatan O-H)

= –[(2 × 803) kJ + (4 × 463)] kJ= –3458 kJ

Overall energy change / Perubahan tenaga keseluruhan = +2648 kJ – 3458 kJ = –810 kJ Heat of reaction, / Haba tindak balas, ∆H = –810 kJ mol^–1

PRODUCTS HASIL (4 O–H, 2 C=O bonds) (4 O–H, 2 ikatan C=O) Energy

Tenaga

Bond breaking Pemutusan ikatan

= +2648 kJ

Heat of reaction Haba tindak balas

∆H = –810 kJ mol^–1

Bond formation Pembentukan ikatan

= –3458 kJ REACTANTS

BAHAN (4 C–H, 2 O=O bonds) (4 C–H, 2 ikatan O=O)

➢ The heat released from bond formation is greater than heat absorbed for bond breaking.

Haba dibebaskan daripada pembentukan ikatan adalah lebih besar daripada haba diserap daripada pemutusan ikatan.

➢ A negative sign ∆H shows that heat is released.

Tanda negatif bagi ∆H menunjukkan haba dibebaskan.

Remark: / Catatan:

1 Positive sign for energy during bond breaking indicate that heat is absorbed.

Tanda positif pada tenaga semasa pemutusan ikatan menunjukkan haba diserap.

2 Negative sign for energy during bond formation indicate that heat is released.

Tanda negatif pada tenaga semasa pembentukan ikatan menunjukkan haba dibebaskan.

3 Heat of reaction, ∆H is the energy change when 1 mol of CH4 burns completely in excess oxygen.

Haba tindak balas, ∆H adalah perubahan tenaga apabla 1 mol CH4 terbakar sepenuhnya dalam oksigen berlebihan.

UNIT

3

Energy change in exothermic reaction / Perubahan tenaga dalam tindak balas eksotermik

LS / SP 3.1.2

Energy profile diagram for exothermic reactions.

Rajah profil tenaga untuk tindak balas eksotermik.

Energy Tenaga

Heat energy is absorbed (+ve) Tenaga haba diserap (+if) Reactants

Bahan tindak balas

Products Hasil tindak balas

∆H is negative

∆H adalah negatif

Heat energy is released (–ve) Tenaga haba dibebaskan (–if)

Remark: / Catatan:

Heat energy absorbed for bond breaking is equal to the activation energy, Ea (Form 4 Chemistry: Rate of Reaction).

Tenaga haba diserap untuk memutuskan ikatan adalah sama dengan tenaga pengaktifan, Ea (Kimia Tingkatan 4: Kadar Tindak Balas).

Compare the quantity of heat energy absorbed and released in the reaction.

Bandingkan kuantiti tenaga haba yang diserap dan dibebaskan dalam tindak balas tersebut.

The quantity of heat energy absorbed for bonds breaking in the reactants is lower than heat energy released for the formation of bonds in the products.

Kuantiti tenaga haba yang diserap untuk pemecahan ikatan dalam bahan tindak balas adalah lebih rendah daripada tenaga haba yang dibebaskan untuk pembentukan ikatan dalam hasil tindak balas.

Compare strength of bonds in the reactants and products.

Bandingkan kekuatan ikatan dalam bahan tindak balas dan hasil tindak balas.

Weak bonds are broken in the reactants and strong bonds are formed in the products.

Ikatan lemah dipecahkan dalam bahan tindak balas dan ikatan kuat dibentuk dalam hasil tindak balas.

What is the sign of ΔH?

Apakah tanda ΔH? The sign of ∆H is negative . / Tanda bagi ∆H adalah negatif . Why is the sign of ΔH

negative? / Mengapa tanda ΔH adalah negatif?

A negative sign for ∆H shows that heat is released to the surrounding.

Tanda negatif ∆H menunjukkan haba dibebaskan ke persekitaran.

Why is the temperature increases?

Mengapakah suhu meningkat?

Heat energy is released to the surroundings, temperature of the surroundings increases . (Surroundings include the reaction solution, container and the air).

Tenaga haba dibebaskan ke persekitaran, suhu persekitaran naik . (Persekitaran termasuklah larutan bahan tindak balas, bekas dan udara)

What is the energy change in the reaction?

Apakah perubahan tenaga dalam tindak balas?

Energy change: / Perubahan tenaga:

Chemical energy → Heat energy

Tenaga kimia → Tenaga haba

Compare the total energy content of the reactants and products. / Bandingkan jumlah kandungan tenaga bahan dan hasil tindak balas.

Total energy content of the products is less than total energy of the reactants.

Jumlah kandungan tenaga hasil kurang daripada jumlah kandungan tenaga bahan tindak balas.

Draw the energy level diagram for exothermic reaction.

Lukis rajah aras tenaga untuk tindak balas eksotermik.

Energy / Tenaga

Reactants Bahan tindak balas

Products / Hasil tindak balas

∆ H is negative (heat is released)

∆ H adalah negatif (haba dibebaskan)

UNIT

3

Energy change in endothermic reaction / Perubahan tenaga dalam tindak balas endotermik

LS / SP 3.1.2

Energy profile diagram for endothermic reactions.

Rajah profil tenaga untuk tindak balas endotermik.

Energy Tenaga

Heat energy is absorbed (+ve) Tenaga haba diserap (+if)

Reactants Bahan tindak balas

Products Hasil tindak balas

∆H is positive

∆H adalah positif Heat energy is released (–ve) Tenaga haba dibebaskan (–if)

Compare the quantity of heat energy absorbed and released in the reaction. / Bandingkan kuantiti tenaga haba yang diserap dan dibebaskan dalam tindak balas tersebut.

The quantity of heat energy absorbed for bonds breaking in the reactants is higher than heat energy released for the formation of bonds in the products.

Kuantiti tenaga haba diserap untuk pemecahan ikatan dalam bahan tindak balas lebih tinggi daripada tenaga haba dibebaskan untuk pembentukan ikatan dalam hasil tindak balas.

Compare strength of bonds in the reactants and products.

Bandingkan kekuatan ikatan dalam bahan tindak balas dan hasil tindak balas.

Strong bonds are broken in the reactants and weak bonds are formed in the products.

Ikatan kuat dipecahkan dalam bahan tindak balas dan ikatan lemah dibentuk dalam hasil tindak balas.

How heat of reaction, ΔH is obtained? / Bagaimana haba tindak balas, ΔH diperolehi?

Heat of reaction, ∆H is the difference between heat energy absorbed and heat energy released.

Haba tindak balas, ∆H adalah perbezaan antara tenaga haba yang diserap dengan tenaga haba yang dibebaskan.

What is the sign of ΔH?

Apakah tanda bagi ΔH? The sign of ∆H is positive . / Tanda untuk ∆H adalah positif . Why is the sign of ΔH

positive? / Mengapa tanda ΔH adalah positif?

A positive sign for ∆H shows that heat is absorbed from the surrounding.

Tanda positif ∆H menunjukkan haba diserap dari persekitaran.

Why is the temperature decreases?

Mengapakah suhu menurun?

Heat is absorbed from the surroundings, temperature of the surrounding decreases (Surrounding include the reaction solution, container and the air). / Haba diserap dari persekitaran, suhu persekitaran menurun (Persekitaran termasuklah larutan bahan tindak balas, bekas dan udara).

What is the energy change in the reaction?

Apakah perubahan tenaga dalam tindak balas tersebut?

Energy change: / Perubahan tenaga:

Heat energy → Chemical energy

Tenaga haba → Tenaga kimia

Compare the total energy content of the reactants and products. / Bandingkan jumlah kandungan tenaga bahan dan hasil tindak balas.

Total energy content of the products is more than total energy of the reactants.

Jumlah kandungan tenaga hasil tindak balas lebih daripada jumlah kandungan tenaga bahan tindak balas.

Draw the energy level diagram for exothermic reaction.

Lukis rajah aras tenaga untuk tindak balas eksotermik.

Energy / Tenaga

Reactants Bahan tindak balas

Products / Hasil tindak balas

∆H is positive (heat is absorbed)

∆H adalah positif (haba diserap)

UNIT

3

Exercise / Latihan

TAHAP PENGUASAAN (TP) Menguasai Belum menguasai

TP1 Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran asas mengenai haba tindak balas.

TP2 Memahami haba tindak balas serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut dengan contoh.

1 The following is the thermochemical equation of neutralisation:

Berikut ialah persamaan termokimia peneutralan:

HCl + NaOH NaCl + H

2

O ∆H = –57 kJ mol

^–1

Remark: / Catatan:

Thermochemical equation is an equation that shows the heat of reaction together with the balanced equation.

Persamaan termokimia ialah satu persamaan yang menunjukkan haba tindak balas bersama dengan persamaan seimbang.

(a) Construct energy level diagram for the thermochemical equation.

Bina rajah aras tenaga untuk persamaan termokimia tersebut.

Energy / Tenaga

HCl + NaOH

NaCl + H₂O

∆H = –57 kJ mol^–1

(b) Give four statements to interpret the energy level diagram that you have constructed.

Berikan empat pernyataan untuk mentafsir rajah aras tenaga yang telah anda bina.

(i) The reaction between hydrochloric acid and sodium hydroxide is

^exothermic

. (ii) During reaction, the temperature of the mixture

^increases

.

(iii) When one mole of hydrochloric acid reacts with one mole of sodium hydroxide to produce one mole of sodium chloride and one mole of water, the quantity of heat

^released

is 57 kJ.

(iv) The

^total

energy of 1 mole of hydrochloric acid and 1 mole of sodium hydroxide is

^more

than the

^total

energy of 1 mole of sodium chloride and 1 mole of water. The

^difference

in energy is 57 kJ.

(i) Tindak balas antara asid hidroklorik dengan natrium hidroksida adalah

^eksotermik

. (ii) Semasa tindak balas, suhu campuran

^meningkat

.

(iii) Apabila satu mol asid hidroklorik bertindak balas dengan satu mol natrium hidroksida menghasilkan satu mol natrium klorida dan satu mol air, kuantiti haba yang

^dibebaskan

ialah 57 kJ.

(iv)

^Jumlah

tenaga bagi 1 mol asid hidroklorik dan 1 mol natrium hidroksida

^lebih

daripada

jumlah

tenaga 1 mol natrium klorida dan 1 mol air.

^Perbezaan

tenaga adalah 57 kJ.

2 The following is the thermochemical equation for the dissolving of sodium nitrate in water:

Berikut ialah persamaan termokimia bagi melarutkan natrium nitrat dalam air:

NH

4

NO

3

(s/p) H

2

O

NH

4+

(aq/ak) + NO

3–

(aq/ak) ∆H = +26 kJ mol

^–1

TP2

TP1 TP2

UNIT

3

(a) Construct energy level diagram for the thermochemical equation.

Bina rajah aras tenaga untuk persamaan termokimia tersebut.

Energy / Tenaga

NH₄NO₃(s/p)

NH₄⁺ (aq/ak) + NO₃^– (aq/ak)

∆H = +26 kJ mol^–1

(b) Give four statements to interpret the energy level diagram that you have constructed.

Berikan empat pernyataan untuk mentafsir rajah aras tenaga yang telah anda bina.

(i) Dissolving ammonium nitrate in water is

endothermic

. (ii) Temperature of the solution

^decreases

.

(iii) When one mole of ammonium nitrate dissolves in water, the quantity of heat

^absorbed

is 26 kJ.

(iv) The

^total

energy of 1 mole of solid ammonium nitrate is

^less

than the

^total

energy of ammonium nitrate solution. The

^difference

in energy is 26 kJ.

(i) Melarutkan ammonium nitrat dalam air adalah

^endotermik

. (ii) Suhu larutan

^menurun

.

(iii) Apabila satu mol ammonium nitrat larut dalam air, kuantiti haba yang

^diserap

ialah 26 kJ.

(iv)

^Jumlah

tenaga bagi 1 mol pepejal ammonium nitrat adalah

^kurang

daripada

^jumlah

tenaga 1 mol larutan ammonium nitrat.

^Perbezaan

tenaga adalah 26 kJ.

3 The diagram below shows the energy level of reactions I and II.

Gambar rajah di bawah menunjukkan aras tenaga bagi tindak balas I dan II.

N₂(g/g) + 2O₂(g/g)

2NO₂(g/g) Energy / Tenaga

∆H = +66 kJ mol^–1

Zn + CuSO₄

ZnSO + Cu₄

∆H = –210 kJ mol^–1 Energy / Tenaga