พันธะเคมี (CHEMICAL BONDS)
พัน พั ธะเคมีคื มี คื อ แรงยึด ยึ เหนี่ย นี่ วที่อยู่ร ยู่ ะหว่า ว่ งอะตอม ซึ่ง ซึ่ ทำ ให้อ ห้ ะตอมต่าง ๆ เข้า ข้ มาอยู่ร ยู่ วมกันเป็น ป็ โมเลกุล กุ ได้ การสร้า ร้ งพัน พั ธะเคมีข มี องอะตอมเกิด ขึ้น ขึ้ ได้เนื่องจากอะตอมต้องการจะปรับ รั ตัวให้ต ห้ น เองมีเ มี วเลนซ์อิ ซ์ อิเล็กตรอนครบ 8 หรือ รืให้ให้ กล้เคียง กับการครบ 8 ให้ม ห้ ากที่สุด สุ (ตามกฎออกเตต) ดังนั้น นั้ จึง จึ ต้องอาศัยอะตอมอื่น ๆ มาเป็น ป็ ตัวช่ว ช่ ย ให้อิ ห้ อิเล็กตรอนเข้า ข้ มาเสริมริหรือ รื เป็น ป็ ตัวรับ รั เอา อิเล็กตรอนออกไป และจากความพยายามในการ ปรับ รั ตัวของอะตอมเช่น ช่ นี้เ นี้ องที่ทำ ให้อ ห้ ะตอมมีก มี าร สร้า ร้ งพัน พั ธะเคมีกั มี กั บอะตอมอื่น ๆ ความหมายและการเกิด พันธะเคมี
พันธะไอออนิก (IONIC BOND) คือ พันธะที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมซึ่งมีประจุขั้วตรงข้าม จากแรงดึงดูดทางไฟฟ้า ฟ้ ระหว่างประจุบวก (CATION) และประจุลบ (ANION) ซึ่งยึดเหนี่ยว อะตอมเข้าหากัน เป็นพันธะที่เกิดขึ้นจากการ เคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนวงนอกสุดระหว่างอะตอม เพื่อทำ ให้เวเลนต์อิเล็กตรอนของทั้งคู่มีจำ นวนเต็มตามกฎออกเตต โดยส่วนใหญ่ พันธะไอออนิก มัก เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของโลหะ (METALS) กับ อโลหะ (NONMETALS) เนื่องจากอะตอมของกลุ่มธาตุ โลหะ มักมีค่าพลังงานไอออไน เซชัน (IONIZATION ENERGY) หรือค่าความ สามารถในการยึดเหนี่ยว อิเล็กตรอนไว้ต่ำ ดังนั้น โลหะ จึงมีแนวโน้ม น้ ที่จะสูญเสีย อิเล็กตรอนให้อะตอมกลุ่ม อโลหะสูง อย่างเช่น การเกิด ของสารประกอบโซเดียมคลอ ไรด์ (NACL) หรือเกลือ ซึ่งเกิด จากอะตอมของโซเดียม (NA) ที่สูญเสียอิเล็กตรอนวงนอกสุด 1 ตัว ให้แก่อะตอมของคลอรีน (CL) ที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 7 ตัว ซึ่งการรวมตัวกัน ทำ ให้ อะตอมของทั้งคู่มีจำ นวน อิเล็กตรอนวงนอกสุดครบ 8 ตัวตามกฎออกเตตนั่นเอง
2. ไอออนบวกและไอออนลบ จะรวมกันในอัตราส่วนที่ ทำ ให้ผลรวมของประจุเป็นศูนย์ ดังนั้นจึงต้องหา ตัวเลขมาคูณกับจำ นวนประจุบนไอออนบวก และ ไอออนลบให้มีจำ นวนประจุเท่ากัน แล้วใส่ตัวเลขเหล่า นั้นไว้มุมขวาล่างของแต่ละไอออน ซึ่งทำ ได้โดยใช้ จำ นวนประจุบนไอออนบวกและไอออนลบคูณไขว้กัน การเขียนสูตรสารประกอบ ไอออนิก 1. เขียนไอออนบวกของโลหะหรือกลุ่มไอออนบวก ไว้ข้างหน้า น้ ตามด้วยไอออนลบของอโลหะ หรือ กลุ่มไอออนลบ ยกเว้นสารประกอบไอออนิกที่เป็น เกลืออะซิเตต (CH₃COO-) จะเขียนกลุ่มไอออน ลบไว้ก่อนแล้วตามด้วยไอออนบวกของโลหะ เช่น CH₃COONA , (CH₃COO)₂CA
Na₂SO₄ อ่านว่า โซเดียมซัลเฟต CaCO₃ อ่านว่า แคลเซียมคาร์บอเนต CrSO₄ อ่านว่า โครเมียม (II) ซัลเฟต Cr₂(SO₄)₃ อ่านว่า โครเมียม (III) ซัลเฟต 2. สารประกอบธาตุสามหรือมากกว่าถ้าสารประกอบเกิดจากไอออน บวกของโลหะ หรือกลุ่มไอออนบวกรวมตัวกับ กลุ่มไอออนลบ ให้ อ่านชื่อไอออนบวกของโลหะ (โลหะนั้นเกิดไอออนบวกได้ชนิดเดียว) หรือกลุ่มไอออนบวก แล้วตามด้วยชื่อกลุ่มไอออนลบ เช่น การเรียกชื่อ สารประกอบไอออนิก ออกซิเจน เปลี่ยนเป็น ออกไซด์ (OXIDE) ไฮโดรเจน เปลี่ยนเป็น ไฮไดรด์ (HYDRIDE) NaCl อ่านว่า โซเดียมคลอไรด์ CaI₂อ่านว่า แคลเซียมไอโอไดด์ 1. สารประกอบธาตุคู่(BINARY COMPOUND) ถ้าสารประกอบ เกิดจาก ธาตุโลหะที่มีไอออนได้ชนิดเดียวรวมตัวกับอโลหะ ให้ อ่านชื่อโลหะที่เป็นไอออนบวก แล้วตามด้วยชื่ออโลหะที่เป็น ไอออนลบโดยลงเสียงพยางค์ท้ายด้วย ไอด์ (IDE) เช่น
พัน พั ธะที่เกิดขึ้น ขึ้ จากการใช้เ ช้ วเลนต์อิเล็กตรอน 1 คู่ หรือ รื มากกว่า ว่ ร่ว ร่ มกันระหว่า ว่ งอะตอม ซึ่ง ซึ่โดยส่ว ส่ น ใหญ่ มัก มั เกิดขึ้น ขึ้ จากการรวมตัวกันของอะตอม หรือ รื ธาตุใ ตุ นกลุ่ม ลุ่ อโลหะ ซึ่ง ซึ่ มีพ มี ลังงานไอออไนเซ ชัน ชั หรือ รื แรงยึด ยึ เหนี่ยวระหว่า ว่ งอิเล็กตรอนสูง สู ทำ ให้ก ห้ ารจับ จั คู่กั คู่ กั นกลายเป็น ป็ การแบ่ง บ่ ปัน อิเล็กตรอนร่ว ร่ มกัน โดยไม่มี ม่ อ มี ะตอมตัวใดสูญสู เสีย สี อิเล็กตรอนไปอย่า ย่ งถาวร พันธะโคเวเลนต์ (COVALENT BOND)
พันธะเดี่ยว (SINGLE BOND) เกิดจากการใช้ อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่ เช่น น้ำ (H₂O) แอมโมเนีย (NH₃) และมีเทน (CH₄) เป็นต้น พันธะคู่ (DOUBLE BOND) เกิดจากการใช้ อิเล็กตรอนร่วมกัน 2 คู่ เช่น ก๊าซออกซิเจน (O₂) คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) และอีเทน (C₂H₄) เป็นต้น พันธะสาม (TRIPLE BOND) เกิดจากการใช้ อิเล็กตรอนร่วมกัน 3 คู่ เช่น ก๊าซไนโตรเจน (N₂) ก๊าซอะเซทิลีน (C₂H₂) และคาร์บอนมอนออกไซด์ (CO) เป็นต้น พันธะโคเวเลนต์ สามารถจำ แนกออกได้อีก 3 ลักษณะ ตามจำ นวนคู่ของอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน คือ ดังนั้น ในธรรมชาติ ธาตุในกลุ่มอโลหะส่วนใหญ่ จึงไม่ สามารถอยู่เป็นอะตอมอิสระได้ จำ เป็นต้องจับกลุ่มรวมตัว กันเพื่อสร้างโมเลกุลที่มีความเสถียรในตนเอง ชนิดของพันธะโคเวเลนต์
ลักษณะสำ คัญของพันธะเคมี 1. พลังงานพันธะมีหน่วยเป็น กิโลจูล/โมล (kJ/mol) หรือกิโลแคลอรี่/โมล (kcal/mol) 2. พลังงานที่ใช้ในการสลายพันธะจำ นวน 1 โมล หรือพลังงานที่ได้จากการเกิดพันธะ จำ นวน 1 โมล เรียกว่า พลังงานพันธะ 3. พันธะชนิดเดียวกัน พลังงานที่ใช้สลายพันธะและพลังงานที่ได้จากการเกิดพันธะ จำ นวนเท่ากัน มีค่าเท่ากันเสมอ แต่ถ้าสลายพันธะต่างชนิดกันจะใช้พลังงานต่างกัน 4. พลังงานพันธะบอกให้ทราบถึงความแข็งแรงของพันธะ คือ พันธะเคมีที่ต้องใช้ พลังงานสลายสูงกว่า จะมีความแข็งแรงของพันธะมากกว่าพันธะเคมีที่ต้องใช้ พลังงานสลายต่ำ กว่า นั่นคือ พันธะระหว่างอะตอมคู่เดียวกัน ความแข็งแรงของพันธะ เดี่ยว < พันธะคู่ < พันธะสาม 5. ปฏิกิริยาเคมีใด ๆ ที่เกิดขึ้น โดยทั่วไปจะมีการสลายพันธะเดิม และการเกิดพันธะ ใหม่ พลังงานที่เปลี่ยนแปลงไปในปฏิกิริยา จะเท่ากับผลต่างระหว่างพลังงานที่ระบบ ดูดเข้าไปสลายพันธะเดิมทั้งหมดกับพลังงานที่ระบบคายออกมาเมื่อเกิดพันธะใหม่ ทั้งหมด H = (พลังงานที่ระบบดูด) - (พลังงานที่ระบบคาย) ถ้าระบบดูดพลังงาน > คายพลังงาน พลังงานที่เปลี่ยนแปลง (H ) = (ดูด - คาย ) ถ้าระบบดูดพลังงาน < คายพลังงาน พลังงานที่เปลี่ยนแปลง (H ) = (ดูด - คาย ) พลังงานพันธะ(BOND ENERGY)พลังงานพันธะ (BOND ENERGY) คือพลังงานที่ใช้ในการ สลายพันธะระหว่างอะตอมของธาตุภายในโมเลกุลที่อยู่ใน สถานะก๊าซออกเป็นอะตอมเดี่ยว เช่น H₂(g) + 436 kJ ----------------> 2H (g)
หมายถึงการสลับตำ แหน่งของพันธะต่างชนิดที่เกิดขึ้นในโมเลกุลเดียวกัน โดยอะตอมของทุกธาตุในโมเลกุลอยู่ในตำ แหน่งเดิม ทำ ให้เขียนสูตร โครงสร้างของสารชนิดเดียวกันได้หลายแบบ เช่น SO₂ SO₃ HCO₂⁻ NO₂⁻, NO₃ ⁻ CO₂⁻ C₆H₆ (BENZENE) O₃ แต่ละชนิดจะมีโครงสร้าง โมเลกุลจากการเกิดเรโซแนนซ์ (RESONANCE STRUCTURES) ได้ หลายแบบ ดังนี้ เรโซแนนซ์ (RESONANCE) แม้ว่าเราจะเขียนสูตรโครงสร้างของ สารเดียวกันจากการเกิดเรโซแนนซ์ได้ หลายแบบ แต่ไม่ได้หมายความว่าใน ธรรมชาติจะมีโมเลกุลของสารนั้น ๆ ทุกแบบอยู่พร้อมกัน เพราะไม่ว่าเราจะ เขียนสูตรโครงสร้างได้กี่แบบก็ตาม แต่ความจริงก็จะมีโมเลกุลของสาร เหล่านั้นอยู่เพียงชนิดเดียวเท่านั้น เพราะการเกิดเรโซแนนซ์เป็นการสลับ ตำ แหน่งของพันธะที่เกิดขึ้นอยู่ตลอด เวลาในโมเลกุลเดียวกัน
การเขียนสูตรโมเลกุล และการเรียกชื่อ สารประกอบโคเวเลนต์ ก. การเขียนสูตรสารประกอบโคเวเลนต์ 1. ให้เรียงลำ ดับธาตุให้ถูกต้องตามหลักสากล ดังนี้คือ Si , C , Sb , As , P , N , H , Te , Se , S , At , I , Br , Cl , O , F ตามลำ ดับ 2. ในสารประกอบโคเวเลนต์ ถ้าอะตอมของธาตุมีจำ นวนอะตอม มากกว่าหนึ่งให้เขียนจำ นวนอะตอมด้วยตัวเลขแสดงไว้มุมล่างทาง ขวา ในกรณีที่ธาตุในสารประกอบนั้นมีเพียงอะตอมเดียวไม่ต้อง เขียนตัวเลขแสดงจำ นวนอะตอม 3. หลักการเขียนสูตรสารประกอบโคเวเลนต์ที่มีอะตอมของธาตุ จัดเวเลนต์อิเล็กตรอน เป็นไปตามกฎออกเตต ใช้จำ นวน อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะของแต่ละอะตอมของธาตุคูณไขว้ เช่น ข. การเรียกชื่อสารประกอบโคเวเลนต์ 1.สารประกอบของธาตุคู่ ให้อ่านชื่อธาตุที่อยู่ข้างหน้า น้ ก่อนแล้ว ตามด้วยชื่อธาตุที่อยู่หลังโดยเปลี่ยนเสียง พยางค์ท้ายเป็น ไอด์ ( IDE) 2. ให้ระบุจำ นวนอะตอมของแต่ละธาตุด้วยเลขจำ นวน ในภาษากรีกดังนี้ 1 = MONO- (มอนอ) 2 = DI- (ได) 3 = TRI- (ไตร) 4 = TETRA- (เตตระ) 5 = PENTA- (เพนตะ) 6 = HEXA- (เฮกซะ) 7 = HEPTA- (เฮปตะ) 8 = OCTA- (ออกตะ) 9 = MONA- (โมนะ) 10 = DECA- (เดคะ)
พันธะโคเวเลนต์เป็นพันธะที่มีทิศทางและมุมระหว่างพันธะที่แน่นอน เนื่องจากการสร้างพันธะเกิดจากการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันระหว่างอะตอมที่สร้าง พะนธะกัน โดยอาจมีอิเล็กตรอนที่ไม่ได้ใช้ในการสร้างพันธะหรือที่เรียกว่า อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวเหลืออยู่ด้วยก็ได้ ไม่ว่าจะเป็นอิเล็กตรอนที่สร้างพันธะหรือ อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว ต่างก็มีประจุลบเหมือนกัน จึงมีแรงผลัก (REPULSION) ซึ่ง กันและกัน ผลของแรงผลักจะทำ ให้พันธะแยกตัวอยู่ในตำ แหน่งที่สมดุลระหว่างแรง ผลักที่มีต่อกัน ทำ ให้เกิดขนาดของมุมระหว่างพันธะที่เหมาะสมและเกิดเป็นรูปทรง เรขาคณิตของโมเลกุลขึ้นมาได้ รูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุลจะเป็นอย่างไร ขึ้นอยู่ กับโครงสร้างโมเลกุลของสารแต่ละชนิด ว่าประกอบด้วยอะตอมจำ นวนเท่าไร มีการ สร้างพันธะอย่างไร และมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวหรือไม่ ถ้าโมเลกุลประกอบด้วยอะตอมเพียง 2 อะตอม จะมีรูปร่างเป็นเส้นตรง (Linear) เสมอ เช่น H₂ F₂ Cl₂ Br₂ แต่ถ้าโมเลกุลประกอบด้วยอะตอมมากกว่า 2 อะตอม รูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุลจะเป็นไปได้หลายแบบ การพิจารณาว่ารูป ทรงเรขาคณิตของโมเลกุลเป็นอย่างไร ให้เริ่มพิจารณาที่อะตอมกลางของโมเลกุล โดยมีหลักการสำ คัญดังต่อไปนี้ 1. พิจารณาว่ามีพันธะรอบอะตอมกลางกี่พันธะ (พันธะเดี่ยว พันธะคู่ หรือ พันธะสาม นับเป็น 1 พันธะเท่ากัน) 2. พิจารณาว่ามีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวหรือไม่ ถ้ามีต้องดูว่ามีกี่คู่ 3. นำ โครงสร้างโมเลกุลที่ได้จากข้อ 1 และ 2 ใช้ร่วมกับทฤษฎีการผลักของ คู่อิเล็กตรอน ( VSEPR ) เพื่อบอกรูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุล ตัวอย่าง สารที่มีโครงสร้างโมเลกุลดังนี้ เมื่อแสดง VSEPR ด้วยสูตร AXE ความหมายของตัวอักษรแต่ละตัวจะเป็นดังนี้ A หมายถึงอะตอมกลางของโมเลกุล กรณีของตัวอย่างนี้หมายถึง N X หมายถึงจำ นวนพันธะรอบอะตอมกลาง กรณีนี้ คือ 3 พันธะ E หมายถึงจำ นวนอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวรอบอะตอมกลาง กรณีนี้ คือ 1 คู่ ** สัญลักษณ์ VSEPR ของสารนี้คือ AX₃E₁ รูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์
ตารางแสดงสูตร AXE รูปทรงเรขาคณิต และมุมระหว่าง พันธะ ของโมเลกุลโคเวเลนต์
ตารางแสดงสูตร AXE รูปทรงเรขาคณิต และมุมระหว่าง พันธะ ของโมเลกุลโคเวเลนต์ Cr. FB:Compass Tutor : วิทย์พี่ดัมเบล ใครมันจะไปจำ ได้หมดฟร่่่่่ะเนี่ย,../, ’/./././.
สภาพขั้วของโมเลกุลโคเวเลนต์ โมเลกุลโคเวเลนต์ที่ไม่มีขั้ว คือโมเลกุลที่เกิดจากขั้วของพันธะที่ หักล้างกันหมด ไม่แสดงทิศทางของขั้ว ได้แก่ -โมเลกุลอะตอมคู่ที่พันธะไม่มีขั้ว เช่น O₂ , F₂ -สารประกอบไฮโดรคาร์บอนทุกตัว เช่น C₂H₄ , C₃H₈ -สารประกอบที่มีรูปร่างเส้นตรง สามเหลี่ยมแบนราบ ทรงสี่หน้า น้ พีระมิดคู่ฐานสามเหลี่ยม ทรงแปดหน้า น้ สี่เหลี่ยมแบนราบ และต้อง มีอะตอมล้อมรอบอะตอมกลางเป็นธาตุตัวเดียวกัน เช่น Co₂ , BF₃,BCl₃ , CCl ₄ ,BeH₂ โมเลกุลโคเวเลนต์ที่มีขั้ว คือโมเลกุลที่เกิดจากขั้วของพันธะหัก ล้างกันไม่หมด จึงแสดงทิศทางของขั้ว โดยทิศทางของขั้วจะหันเข้าทางลบ ได้แก่ -โมเลกุลอะตอมคู่ที่พันธะมีขั้ว -สารประกอบที่เป็นรูปมุมงอและพีระมิดฐานสามเหลี่ยม -สารประกอบที่มีรูปร่างอื่นๆที่นอกเหนือจากด้านบนและมีธาตุที่ ล้อมรอบอะตอมกลางเป็นธาตุต่างชนิดกัน
แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์ สามารถแบ่งออกได้ดังนี้ แรงที่เกิดจากการกระทำ ระหว่างโมเลกุลแบบมีขั้วซึ่งมี ไดโพลแบบถาวร (permanent dipole) เรียกว่า “แรงดึงดูด ระหว่างขั้ว” (dipole-dipole interaction) แรงระหว่างโมเลกุลที่ไม่มีขั้วด้วยกัน เป็นแรงระหว่างขั้ว แบบเหนี่ยวนำ (induced dipole) หรือขั้วแบบชั่วคราว (temporary fluctuation dipole) มีชื่อเรียกเฉพาะว่า 1.แรงแวนเดอร์วาลส์คือ แรงยึดเหนี่ยวในโมเลกุลโคเวเลนต์ ให้อยู่ด้วยกัน แรงนี้จะมีค่าน้อ น้ ยมาก เมื่อเทียบกับแรงใน พันธะไอออนนิกหรือพันธะโคเวเลนต์แบ่งได้เป็น 2 ประเภท ดังนี้ “แรงลอนดอน”(London Force)
2.พันธะไฮโดรเจน เป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุเป็นแรงยึดเหนี่ยว ระหว่างโมเลกุลที่มีไฮโดรเจนอะตอมสร้าง พันธะกับ อะตอมอื่นที่มีค่า EN สูง (F, O, N) ทำ ให้โมเลกุลมีสภาพขั้วสูงกว่าโมเลกุลปกติ พันธะไฮโดรเจนมีแรงมากกว่าแรงระหว่างขั้ว ส่งผลให้ สารที่มีพันธะไฮโดรเจนมีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง กว่าปกติ ภาพปลากรอบ
หมายถึง แรงยึดเหนี่ยวที่ทำ ให้อะตอมของโลหะ อยู่ด้วยกันในก้อนของโลหะ โดยมีการใช้เวเลนต์ อิเล็กตรอนร่วมกันของอะตอมของโลหะ โดยที่เว เลนต์อิเล็กตรอนนี้ไม่ได้เป็นของอะตอมหนึ่ง อะตอมใดโดยเฉพาะ เนื่องจากมีการเคลื่อนที่ ตลอดเวลา ทุกๆอะตอมของโลหะจะอยู่ติดกันกับ อะตอมอื่นๆ ต่อเนื่องกันไม่มีที่สิ้นสุด จึงทำ ให้ โลหะไม่มีสูตรโมเลกุล ที่เขียนกันเป็นสูตรอย่าง ง่าย หรือสัญลักษณ์ข ณ์ องธาตุนั้นเองสมบัติทั่วไป ของโลหะ พันธะโลหะ (METALLIC BOND)
สมาชิก กฤษฎา เสนาลาด เลขที่ 1 ชนนันท์ ยะโส เลขที่ 8 ชยนนท์ ด่านประดิษฐ์ เลขที่ 9 ธนโชติ ธรรมมุลตรี เลขที่ 14 ชั้นมัธยมศึกษาที่ 4/4