บทที่ 3 พันธะเคมี
3.1 สัญลักษณ์แบบจุดของลิวอิสและกฎออกเตต
สูตรโครงสร้างแบบจุด เป็นการเขียนเฉพาะอิเล็กตรอนในชั้นพลังงานนอกสุดหรือเวเลนซ์อิเล็กตรอนของแต่ละธาตุ โดยใช้จุดแทนอิเล็กตรอน 1 ตัว และใช้จุด 2 จุดแทนอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะหรือเส้นก็ได้ เราอาจเรียกโครงสร้างแบบจุดนี้ว่า โครงสร้างลิวอิส
สูตรโครงสร้างแบบจุด เป็นการเขียนเฉพาะอิเล็กตรอนในชั้นพลังงานนอกสุดหรือเวเลนซ์อิเล็กตรอนของแต่ละธาตุ โดยใช้จุดแทนอิเล็กตรอน 1 ตัว และใช้จุด 2 จุดแทนอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะหรือเส้นก็ได้ เราอาจเรียกโครงสร้างแบบจุดนี้ว่า โครงสร้างลิวอิส
ธาตุต่างๆส่วนใหญ่ไม่เสถียรในรูปอะตอมเดี่ยวยกเว้นธาตุในหมู่ 18 หรือเรียกว่าแก๊สมีสกุลที่พบอยู่ในรูปอะตอมเดี่ยว ซึ่งมีจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 ยกเว้นฮีเลียมซึ่งมี 2 เวเลนซ์อิเล็กตรอน นอกจากนี้นักเคมียังพบว่าอะตอมของธาตุอื่นๆมีแนวโน้มที่จะรวมตัวกัน เพื่อที่จะทำให้แต่ละอะตอมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 จึงมีการสรุปเป็นหลักการที่เกี่ยวกับกฎออกเตต
3.2 พันธะไอออกนิก
3.2.1 การเกิดพันธะไอออนิก
ธาตุโลหะมีพลังงานไอออไนเซชันต่ำจึงเสียอิเล็กตรอนเกิดเป็นไอออนบวกได้ง่าย ส่วนธาตุอโลหะมีค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนสูง จึงรับอิเล็กตรอนเกิดเป็นไอออนลบ ไอออนบวกและไอออนลบมีประจุไฟฟ้าต่างกันจึงยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงดึงดูดระหว่างประจุไฟฟ้าเรียกการยึดเหนี่ยวนี้ว่า พันธะไอออนิก และเรียกสารที่เกิดขึ้นจากพันธะไอออนิกว่า สารประกอบไอออนิก ซึ่งสารประกอบไอออนิกที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่เป็นไปตามกฎออกเตตดังตัวอย่าง
สารประกอบไอออนิกในสถานะของแข็งอยู่ในรูปของผลึกที่มีไอออนบวกและลบยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะไอออนิกอย่างต่อเนื่องทั้งสามมิติเป็นโครงผลึก และไม่อยู่ในรูปโมเลกุล
3.2.2 สูตรเคมีและชื่อของสารประกอบไอออนิก
สารประกอบไอออนิกประกอบด้วยไอออนบวกและไอออนลบที่มีประจุต่างกัน ซึ่งมีผลต่ออัตราส่วนการรวมของไอออนและสูตรของสารประกอบไอออนิก โดยประจุของไอออนธาตุหมู่หลักเป็นบวกตามจำนวนอิเล็กตรอนที่ให้หรือเป็นลบตามจำนวนอิเล็กตรอนที่รับเพื่อทำให้มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนของไอออนเป็นไปตามกฎออกเตต ดังตาราง
ธาตุโลหะบางชนิดเกิดเป็นไอออนบวกที่มีประจุได้หลายค่า โดยเฉพาะธาตุโลหะแทรนซิชัน เช่น Cu สามารถเกิดเป็นไอออนบวกที่มีประจุ +1 และ +2 ค่าที่แสดงประจุไฟฟ้าหรือประจุไฟฟ้าสมมติของไอออนหรืออะตอมของธาตุ เรียกว่า เลขออกซิเดชัน
3.2.3 พลังงานกับการเกิดสารประกอบไอออนิก
พลังงานการเกิดของสารสามารถหาได้จากการทดลองในการทำปฏิกิริยาระหว่างธาตุ
พลังงานโครงผลึก คือ พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการรวมตัวกันของไอออนบวกและลบในสารประกอบไอออนิก ซึ่งในทางปฏิบัติไม่สามารถนำไอออนบวกและลบที่บริสุทธิ์มาทำปฏิกิริยากันได้ จึงเกิดขั้นตอนย่อยหลายขั้นตอนตามวัฏจักรบอร์น-ฮาเบอร์
3.2.4 สมบัติของสารประกอบไอออนิก
-ส่วนใหญ่เป็นผลึกแข็งเนื่องจากการยึดเหนี่ยวที่แข็งแรงระหว่างไอออนบวกและลบ แต่ผลึกสารประกอบแตกหักง่าย
-สารประกอบไอออนิกสถานะของแข็งไม่นำไฟฟ้า แต่เมื่อหลอมเหลวหรือละลายยในน้ำจะนำไฟฟ้าได้ดี
-มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง ส่วนใหญ่ละลายน้ำได้
3.2.5 สมการไอออนิกและสมการไอออนิกสุทธิ
ไอออนในสมการของปฏิกิริยาที่มีน้ำเป็นตัวทำละลายแสดงสถานะไอออนเป็น aq ซึ่งมาจากคำว่า a queous solution เนื่องจากในสมการไอออนิกมีไอออนที่ไม่ทำปฏิกิริยาการปรากฏอยู่ทางด้านซ้ายและด้านขวาของสมการที่สามารถตัดออกจากสมการให้เหลือเฉพาะไอออนที่ทำปฏิกิริยากันได้เป็นผลิตภัณฑ์เรียกว่า สมการไอออนสุทธิ
สารประกอบที่ละลายน้ำ
-สารประกอบของโลหะแอลคาไลและแอมโมเนียทุกชนิด
-สารประกอบไนเทรต คลอเรต เปอร์คลอเรต แอซีเตต
-สารประกอบคลอไรด์ โบรไมด์ ไอโอไดด์
-สารประกอบคอร์บอเนต ฟอสเฟต ซัลไฟด์ และซัลไฟต์
-สารประกอบซัลเฟต
สารประกอบที่ไม่ละลายน้ำ
-สารประกอบออกไซด์ของโลหะ
-สารประกอบไฮดรอกไซด์
3.3 พันธะโคเวเลนต์
3.3.1การเกิดพันธะโคเวเลนต์
ธาตุอโลหะมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงดังนั้นเมื่อรวมตัวกันจะไม่มีอะตอมใดยอมเสียอิเล็กตรอน อะตอมจึงยึดเหนี่ยวกันโดยใช้เวเลนซ์เล็กตรอนร่วมกันเรียกการยึดเหนี่ยวนี้ว่า พันธะโคเวเลนต์ และเรียกสารที่อะตอมยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ว่า สารโคเวเลนต์ ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในรูปโมเลกุลโดยการเกิดพันธะในโมเลกุลโคเวเลนต์ส่วนใหญ่เป็นไปตามกฎออกเตต
3.3.2 สูตรโมเลกุลและชื่อของสารโคเวเลนต์
หลักการมีดังนี้
1.สารโคเวเลนต์ที่ประกอบด้วยธาตุชนิดเดียวกันเรียกตามชื่อธาตุนั้น ซึ่งธาตุเหล่านี้ส่วนใหญ่มีสถานะเป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้อง จึงนิยมเรียกชื่อโดยระบุสถานะด้วยเพื่อให้ทราบว่าเป็นการกล่าวถึงโมเลกุลที่ไม่ใช่อะตอมของธาตุ
2.สารโคเวเลนต์ที่ประกอบด้วยธาตุ 2 ชนิดให้เรียกชื่อธาตุตามลำดับที่ปรากฏในสูตรโมเลกุลโดยเปลี่ยนพยางค์ท้ายเป็น -ide และระบุจำนวนอะตอมธาตุองค์ประกอบในโมเลกุลด้วยคำภาษากรีก
3.3.3 สภาพขั้วของโมเลกุลโคเวเลนต์
สารโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมชนิดเดียวกัน เช่น แก๊สไฮโดรเจนมีการกระจายของกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะระหว่างอะตอมทั้งสองเท่ากัน พันธะที่เกิดขึ้นในลักษณะเช่นนี้จะเรียกว่า พันธะโคเวเลนต์ไม่มีขั้ว
3.3.4 แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลและสมบัติของสารโคเวเลนต์
ที่อุณหภูมิห้อง สารโคเวเลนต์แต่ละชนิดอาจะอยู่ในสถานะต่างกัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล หรือ แรงแวนเดอร์วาลส์ โดยในสถานะของแข็งโมเลกุลอยู่ชิดกันจนไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ มีแรงยึดเหนี่ยวมาก ในสถานะของเหลวโมเลกุลยังคงอยู่ชิดกันและมีแรงยึดเหนี่ยวน้อยกว่าของแข็ง ส่วนสถานะแก๊สโมเลกุลอยู่ห่างกัน เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ แรงยึดเหนี่ยวน้อยมากหรือไม่มีเลย
3.4 พันธะโลหะ
3.4.1 การเกิดพันธะโลหะ
การเกิดพันธะโลหะอาจแสดงได้ด้วยแบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน
3.4.2 สมบัติของโลหะ
-มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง
-ผิวมันวาวและสะท้อนแสงได้
-นำไฟฟ้าและความร้อนได้ดี
-ตีให้แผ่ออกและดึงเป็นเส้นได้
3.5 การใช้ประโยชน์ของสารประกอบไอออนิก สารโคเวเลนต์ และโลหะ
สารประกอบไอออนิก สารโคเวเลนต์ และโลหะ มีสมบัติเฉพาะตัวบางประการที่เหมือนกัน จึงนำมาใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆตามความเหมาะสม เช่น
-ทองแดง(Cu) และอะลูมิเนียม(Al) เป็นโลหะนำไฟฟ้าได้ดี โลหะทองแดงนำไฟฟ้าดีกว่าจึงใช้ในสายไฟฟ้าตามอาคารบ้านเรือน ส่วนโลหะอะลูมิเนียมซึ่งเบากว่าถึงแม้จะนำไฟฟ้าไม่ดีเท่าทองแดง แต่ก็เป็นทางเลือกหนึ่งในการนำไปใช้กรณีที่ต้องการลดค่าใช้จ่ายและน้ำหนักของวัสดุ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น