เอกสารอ่านประกอบพันธะเคมี

1 Nararak Leesakul Page 1 พันธะไอออนิก (Ionic bond) คือ แรงยึดเหนี่ยวที่เกิดในสาร โดยที่อะตอมของธาตุที่มีค'าพลังงาน ไอออไนเซชันต่ําให/เวเลนต0อิเล็กตรอนแก'อะตอมของธาตุที่มีค'าพลังงานไอออนไนเซชันสูง กลายเป4นไอออนที่ มีประจุบวกและประจุลบ เมื่อไอออนทั้งสองเข/ามาอยู'ใกล/กันจะเกิดแรงดึงดูดทางไฟฟ9าที่แข็งแรงระหว'าง ประจุไฟฟ9าตรงข/ามเหล'านั้น ทําให/ไอออนทั้งสองยึดเหนี่ยวกัน การเกิดสารประกอบแมกนีเซียมคลอไรด (MgCl2 ) จาก Mg อะตอมและ Cl อะตอม เขียนสูตรโครงสร/างแบบลิวอิส ดังนี้ Mg + Cl Cl 2+ - Cl Mg Cl - 2, 8 2, 8, 8 2, 8, 2 2, 8, 7 2, 8, 8 แมกนีเซียมอะตอม คลอรีนอะตอม แมกนีเซียมคลอไรด0 พันธะเคมี 2.1 พันธะไอออนิก 2.1.1การเกิดพันธะไอออนิก

2 Nararak Leesakul Page 2 ลักษณะสําคัญของสารประกอบไอออนิก 1. อะตอมของโลหะบางชนิด เช'น Al , Be , Hg สามารถสร/างพันธะโคเวเลนต0กับอะตอมของ อโลหะได/ เช'น Al2Cl6 , BeF2 , BeCl2 , HgCl2 เป4นสารประกอบโคเวเลนต0ส'วน Al2O3 , Hg2Cl2 เป4นสารประกอบไอออนิก 2. พันธะไอออนิก อาจเป4นพันธะเคมีที่เกิดจากธาตุที่มีพลังงานไอออไนเซชันต่ํารวมกับธาตุที่มี พลังงานไอออไนเซชันสูง 3. พันธะไออนิก อาจเป4นพันธะเคมีที่เกิดจากไอออนบวกที่เป4นกลุ'มอะตอมของอโลหะ เช'น NH4 + กับไอออนลบของอโลหะ เช'น NH4Cl 4. สารประกอบไอออนิกไม'มีสูตรโมเลกุล มีแต'สูตรเอมพิริกัล 5. สารประกอบไอออนิกมีจุดเดือด จุดหลอมเหลวสูง เช'น NaCl จุดหลอมเหลว 801 0 C 6. สารประกอบไอออนิกในภาวะปกติเป4นของแข็ง ประกอบด/วยไอออนบวก และไอออนลบ ไอออน เหล'านี้ไม'เคลื่อนที่ ดังนั้นจึงไม'นําไฟฟ9า แต'เมื่อหลอมเหลวหรือละลายน้ํา จะแตกตัวเป4นไอออนเคลื่อนที่ได/ เกิดสารอิเล็กโทรไลต0สามารถนําไฟฟ9าได/ 7. สารประกอบไอออนิกชนิดที่ละลายน้ําได/ จะต/องมีการเปลี่ยนแปลงพลังงานเกิดขึ้นเสมอ อาจเป4น แบบคายหรือดูดพลังงาน เช'น KCl 1 โมล ละลายน้ํา ดูดพลังงาน = 17 kJ/mol 8. สารประกอบไอออนิกที่เกิดจากอะตอมโลหะกับอะตอมอโลหะ สร/างเฉพาะพันธะไอออนิกอย'าง เดียว เช'น NaCl , MgCl2 , K2S , CaO ผลึกสารประกอบไอออนิกมีรูปทรงเป4นรูปลูกบาศก0ประกอบด/วยไอออนบวกและไอออนลบเรียง สลับกันเป4นสามมิติแบบต'าง ๆ ไม'สามารถแยกเป4นโมเลกุลเดี่ยว ๆ ได/ ไม'สามารถทราบขอบเขตของไอออน ของธาตุต'าง ๆ ใน 1 โมเลกุลได/ แต'สามารถหาออกมาได/ในรูปอัตราส'วนอย'างต่ําของไอออนที่เป4น องค0ประกอบเท'านั้น จึงมีแต'สูตรอย'างง'าย(สูตรเอมพิริกัล) ไม'มีสูตรโมเลกุล จึงใช/สูตรอย'างง'ายแทนสูตรเคมี ของสารประกอบไอออนิก การเขียนสูตรสารประกอบไอออนิก การเขียนสูตรของสารประกอบไอออนิกใช/หลักดังนี้ 1. เขียนไอออนบวกของโลหะหรือกลุ'มไอออนบวกไว/ข/างหน/า ตามด/วยไอออนลบของอโลหะ หรือ กลุ'มไอออนลบ ยกเว/นสารประกอบไอออนิกที่เป4นเกลืออะซิเตต (CH3COO- ) จะเขียนกลุ'มไอออนลบไว/ก'อน แล/วตามด/วยไอออนบวกของโลหะ เช'น CH3COONa , (CH3COO)2Ca 2.1.2 โครงสร-างของสารประกอบไอออนิก 2.1.3 การเขียนสูตรและการเรียกชื่อของสารประกอบไอออนิก

3 Nararak Leesakul Page 3 2. ไอออนบวกและไอออนลบ จะรวมกันในอัตราส'วนที่ทําให/ผลรวมของประจุเป4นศูนย0 ดังนั้นจึงต/อง หาตัวเลขมาคูณกับจํานวนประจุบนไอออนบวก และไอออนลบให/มีจํานวนประจุเท'ากัน แล/วใส'ตัวเลขเหล'านั้น ไว/มุมขวาล'างของแต'ละไอออน โดยใช/จํานวนประจุบนไอออนบวกและไอออนลบคูณไขว/กัน 3. ถ/ากลุ'มไอออนบวกหรือกลุ'มไอออนลบมีมากกว'า 1 กลุ'ม ให/ใส'วงเล็บ ( ) และใส'จํานวนกลุ'มไว/ ที่มุมล'างขวา การเรียกชื่อสารประกอบไอออนิก 1. สารประกอบธาตุคู3 (Binary compound) ถ/าสารประกอบเกิดจาก ธาตุโลหะที่มีไอออนได/ชนิด เดียวรวมตัวกับอโลหะ ให/อ'านชื่อโลหะที่เป4นไอออนบวก แล/วตามด/วยชื่ออโลหะที่เป4นไอออนลบโดยลงเสียง พยางค0ท/ายด/วย ไอด0 (ide) เช'น ออกซิเจน เปลี่ยนเป4น ออกไซด0 (oxide) ไฮโดรเจน เปลี่ยนเป4น ไฮไดรด0 (hydride) คลอรีน เปลี่ยนเป4น คลอไรด0 (chloride) ตัวอย'าง การอ'านชื่อสารประกอบไอออนิกธาตุคู' CaI2 อ'านว'า แคลเซียมไอโอไดด0 KBr อ'านว'า โพแทสเซียมโบรไมด0 NH4Cl อ'านว'า แอมโมเนียมคลอไรด0 ถ/าสารประกอบที่เกิดจากธาตุโลหะเดียวกันที่มีไอออนได/หลายชนิด รวมตัวกับอโลหะ ให/อ'านชื่อโลหะ ที่เป4นไอออนบวกแล/วตามด/วยค'าประจุของไอออนโลหะโดยวงเล็บเป4นเลขโรมัน แล/วตามด/วยอโลหะที่เป4น ไอออนลบโดยเปลี่ยนเสียงพยางค0ท/ายเป4นไอด0 (ide) เช'น Fe เกิดไอออนได/ 2 ชนิด คือ Fe2+ และ Fe3+ FeCl2 อ'านว'า ไอร0ออน (II) คลอไรด0 FeCl3 อ'านว'า ไอร0ออน (III) คลอไรด0 Cu เกิดไอออนได/ 2 ชนิด คือ Cu+ และ Cu2+ Cu2S อ'านว'า คอปเปอร0 (I) ซัลไฟด0 CuS อ'านว'า คอปเปอร0 (II) ซัลไฟด0 2. สารประกอบธาตุสามหรือมากกว3า ถ/าสารประกอบเกิดจากไอออนบวกของโลหะ หรือกลุ'ม ไอออนบวกรวมตัวกับ กลุ'มไอออนลบ ให/อ'านชื่อไอออนบวกของโลหะ (โลหะเกิดไอออนบวกได/ชนิดเดียว) หรือกลุ'มไอออนบวก แล/วตามด/วยชื่อกลุ'มไอออนลบ เช'น Na2SO4 อ'านว'า โซเดียมซัลเฟต CaCO3 อ'านว'า แคลเซียมคาร0บอเนต KNO3 อ'านว'า โพแทสเซียมไนเตรต Ba(OH)2 อ'านว'า แบเรียมไฮดรอกไซด0 (NH4 )3PO4 อ'านว'า แอมโมเนียมฟอสเฟต

4 Nararak Leesakul Page 4 ถ/าสารประกอบเกิดจากโลหะที่เกิดไอออนได/หลายชนิดรวมตัวกับกลุ'มไอออนลบ ให/อ'านชื่อไอออน บวกของโลหะตามด/วยววงเล็บค'าประจุของไอออนบวกนั้น แล/วอ'านชื่อกลุ'มไอออนลบตามหลัง เช'น Cr เกิดไอออนได/ 2 ชนิด คือ Cr2+ กับ Cr3+ CrSO4 อ'านว'า โครเมียม (II) ซัลเฟต Cr2 (SO4 )3 อ'านว'า โครเมียม (III) ซัลเฟต 1. กลไกของการละลายของสารประกอบไอออนิกในน้ํา โซเดียมคลอไรด0ละลายน้ําสามารถเขียนเป4นสมการแสดงการละลายน้ําได/ดังนี้ NaCl (s) → H2O Na+ (aq) + Cl- (aq) สรุปการละลายน้ําของสารประกอบไอออนิก 1. สารประกอบไอออนิกทุกชนิดที่ละลายน้ําได/ มีพลังงานเปลี่ยนแปลงควบคู'เสมอ อาจเป4นแบบคาย พลังงานหรือดูดพลังงาน 2. สารประกอบไอออนิกที่ละลายน้ําได/ในกรณีที่แรงดึงดูดระหว'างโมเลกุลของน้ํากับไอออนของผลึก ไอออนิกมากกว'าแรงยึดเหนี่ยวระหว'างไอออนบวกและไอออนลบของผลึกไออนิก 3. สารประกอบไอออนิกที่ไม'ละลายน้ําหรือละลายน้ําได/น/อยมาก เกิดในกรณีที่แรงดึงดูดระหว'าง โมเลกุลของน้ําไม'สามารถแยกไอออนจากผลึกได/โดยไอออนบวกและไอออนลบของผลึกไอออนิกดึงดูดแรงมาก 4. สารประกอบไอออนิกที่ละลายน้ําได/มากจะอิ่มตัวช/า ส'วนสารประกอบไอออนิกที่ละลายน้ําได/น/อย จะอิ่มตัวเร็ว 5. ความสามารถในการละลายของสาร คือ ความสามารถของสารที่ละลายในตัวทําละลายจนอิ่มตัว แต'ความสามารถในการละลายของสารประกอบไอออนิกจะมากแค'ไหนขึ้นอยู'กับอุณหภูมิและชนิดของสาร สําหรับการบอกความสามารถในการละลายโดยมากมักจะบอกหยาบ ๆ ดังนี้ ตัวละลาย < 0.1 g / H2O 100 g ที่ 25 0 C แสดงว'าไม'ละลาย ตัวละลาย 0.1 ถึง 1 g / H2O 100 g ที่ 25 0 C แสดงว'าไม'ละลาย ตัวละลาย > 1 g / H2O 100 g ที่ 25 0 C แสดงว'าละลายได/บางส'วน 2.1.4 สมบัติของสารประกอบไอออนิก

5 Nararak Leesakul Page 5 ตาราง แสดงความสามารถในการละลายในน้ําของสารประกอบไอออนิกที่เกิดจากไออนบวกและไอออนลบ ชนิดต'าง ๆ ไอออนบวก (Cations) ไอออนลบ (Anions) ความสามารถในการละลาย ในน้ําของสารประกอบ 1. ไอออนบวกของแอลคาไล (ธาตุหมู' 1A) Li+ ,Na+ , K+ , Rb+ ,Cs+ , Fr+ ไอออนลบทุกชนิด ละลายได/ 2. ไฮโดรเจนไอออน (H+ (aq)) ไอออนลบทุกชนิด ละลายได/ 3. แอมโมเนียมไอออน (NH4 + ) ไอออนลบทุกชนิด ละลายได/ 4. ไอออนบวกทุกชนิด ไนเตรต (NO3 - ) ละลายได/ 5. ไอออนบวกทุกชนิด อะซิเตต (CH3COO- ) ละลายได/ 6. Ag+ , Pb2+ , Hg2 2+ , Cu+ ไอออนบวกชนิดอื่น ๆ คลอไรด0 Clโบรไมด0 Brไอโอไดด0 Iละลายได/เล็กน/อย ละลายได/ 7. Ag+ , Ca2+ , Sr2+ , Ba2+ , Pb2+ ไอออนบวกชนิดอื่น ซัลเฟต (SO4 2- ) ซัลเฟต (SO4 2- ) ละลายได/เล็กน/อย ละลายได/เล็กน/อย 8. ไอออนแอลคาไล (ธาตุหมู' 1A) H+ NH4 + , Be2+ , Mg2+ , Sr2+ , Ba2+ ไอออนบวกชนิดอื่น ซัลไฟด0 S 2- ซัลไฟด0 S2- ซัลไฟด0 S2- ละลายได/ ละลายได/ ละลายได/เล็กน/อย 9.ไอออนแอลคาไล, H+ , NH4 + , Sr2+, Ba2+ ไอออนบวกชนิดอื่น ไฮดรอกไซด0 (OH- ) ไฮดรอกไซด0 (OH- ) ละลายได/ ละลายได/เล็กน/อย 10.ไอออนแอลคาไล, H+ , NH4 + ไอออนบวกชนิดอื่น ฟอสเฟต (PO4 3- ) คาร0บอเนต (CO3 2-) ซัลไฟต0 (SO3 2- ) ละลายได/ ละลายได/เล็กน/อย พลังงานกับการละลายสารประกอบไอออนิก เมื่อนําผลึกสารประกอบไอออนิกละลายน้ํา จะมีพลังงานความร/อนเปลี่ยนแปลงควบคู'กันไปเสมอ และการละลายของผลึกสารประกอบไอออนิกนี้มีกระบวนการต'าง ๆ เกิดขึ้นเป4นขั้นย'อย ๆ และแต'ละขั้นตอน มีการเปลี่ยนแปลงพลังงานด/วย เช'น การละลายโซเดียมคลอไรด (NaCl) ในน้ํา มีขั้นตอนย'อย ๆ เปลี่ยนแปลงพลังงานดังนี้

6 Nararak Leesakul Page 6 ขั้นที่ 1 ผลึกสารประกอบไอออนิกแตกตัวเป4นไอออนในสภาวะกqาซ ซึ่งมีการดูดพลังงานเพื่อสลาย พันธะไอออนิกระหว'าง Na+ กับ Cl- ออกจากกันเป4นไอออนในสภาวะกqาซ พลังงานนี้มีค'าเท'ากับ พลังงานแลตทิซ (Lattice energy) ใช/สัญลักษณ0ย'อว'า ∆Η latt NaCl (s) → Na+ (g) + Cl- (g) ; ∆Η latt = +776 kJ ขั้นที่ 2 ไอออนที่เป4นกqาซจะถูกน้ําล/อมรอบเกิดไฮเดรตมีการคายพลังงานออกมา เรียกพลังงานนี้ว'า พลังงานไฮเดรชัน ( Hydration energy) ใช/สัญลักษณ0ย'อว'า Ηhyd Na+ (g) + Cl- (g) → H2O Na+ (aq) + Cl- (aq) ; Ηhyd = -771 kJ รวมขั้นที่ 1 และ 2 NaCl (s) → H2O Na+ (aq) + Cl- (aq) ; ∆Η so ln = +5 kJ ถ/า ∆Η so ln = พลังงานของการละลาย ความสัมพันธะระหว'างพลังงานแลตทิซ , พลังงานไฮเดรชัน และพลังงานการละลาย พลังงานแลตทิซ (Lattice energy) คือ พลังงานที่คายออกมาเมื่อไอออนในสภาวะกqาซที่มีประจุ ตรงข/ามมารวมกันเป4นของแข็งไอออนิก 1 โมล พลังงานไฮเดรชัน (Hydration energy) คือ พลังงานที่คายออกมาเมื่อไอออนของกqาซรวมกับน้ํา พลังงานการละลาย (Heat of Solution) คือ พลังงานที่คายออกหรือดูดเข/าไป จากการ ละลายสาร 1 โมล ในตัวทําละลายตามจํานวนที่กําหนดให/ หลักการเขียนสมการไอออนิก 1. ให/เขียนเฉพาะส'วนไอออนหรือโมเลกุลของสารทําปฏิกิริยากันเท'านั้น 2. ถ/าสารที่เกี่ยวข/องในปฏิกิริยาเป4นสารที่ไม'ละลายน้ําหรือไม'แตกตัวเป4นไอออนหรือเป4นออกไซด0 หรือเป4นกqาซให/เขียนสูตรโมเลกุลของสารนั้นในสมการได/ ตัวอย'าง ออกไซด0 เช'น CO2 , H2O กqาซ เช'น H2 , NH3 สารที่ไม'ละลายน้ํา เช'น CaCO3 , AgCl 3. ดุลสมการไอออนิกโดยทําจํานวนอะตอมและจํานวนไอออนของธาตุทุกธาตุ ทั้งทางซ/ายและ ทางขวาของสมการให/เท'ากัน พร/อมทั้งดุลประจุรวมทั้งทางซ/ายและขวาของสมการให/เท'ากัน

7 Nararak Leesakul Page 7 เช'น BaCl2 ละลายน้ําเขียนสมการไอออนิกได/ดังนี้ BaCl2 → H2O Ba2+ (aq) + 2Cl- (aq) H2SO4 ละลายน้ําเขียนสมการไอออนิกได/ดังนี้ H2SO4 (aq)   →2OH 2H+ (aq) + SO4 2- (aq) พันธะโคเวเลนต (Covalent bond) หมายถึง พันธะที่เกิดจากการใช/เวเลนซ0อิเล็กตรอนร'วมกัน เช'น ในกรณีของไฮโดรเจน ดังนั้นลักษณะที่สําคัญของพันธะโคเวเลนต0ก็คือการที่อะตอมใช/เวเลนต0อิเล็กตรอน ร'วมกันเป4นคู' ๆ สารประกอบที่อะตอมแต'ละคู'ยึดเหนี่ยวกันด/วยพันธะโคเวเลนต0 เรียกว'า สารโคเวเลนต โมเลกุลของสารที่อะตอมแต'ละคู'ยึดเหนี่ยวกันด/วยพันธะโคเวเลนต0เรียกว'าโมเลกุลโคเวเลนต การเกิดพันธะโคเวเลนต พันธะโคเวเลนต0 เกิดจากการใช/เวเลนต0อิเล็กตรอนร'วมกัน ซึ่งอาจจะใช/ร'วมกันเพียง 1 คู' หรือ มากกว'า 1 คู'ก็ได/ อิเล็กตรอนคู'ที่อะตอมทั้งสองใช/ร'วมกันเรียกว'า “อิเล็กตรอนคู3ร3วมพันธะ” อะตอมที่ใช/อิเล็กตรอนร'วมกันเรียกว'า อะตอมคู3ร3วมพันธะ ธาตุที่จะสร/างพันธะโคเวเลนต0ส'วนมากเป4นธาตุอโลหะกับอโลหะ ทั้งนี้เนื่องจากโลหะมีพลังงานไอออ ไนเซชันค'อนข/างสูง เสียอิเล็กตรอนได/ยากใช/อิเล็กตรอนร'วมกันเกิดเป4นพันธะโคเวเลนต0 2.2 พันธะโคเวเลนต 2.2.1 การเกิดและชนิดของพันธะโคเวเลนต

8 Nararak Leesakul Page 8 ชนิดของพันธะโคเวเลนต พิจารณาจากจํานวนอิเล็กตรอนที่ใช/ร'วมกันของอะตอมคู'ร'วมพันธะ ดังนี้ พันธะเดี่ยว เป4นพันธะโคเวเลนต0ที่เกิดจากอะตอมคู'สร/างพันธะทั้งสองใช/อิเล็กตรอนร'วมกัน 1 คู' ใช/เส/น ( - ) แทนพันธะเดี่ยว เช'น Cl - Cl พันธะคู3 เป4นพันธะโคเวเลนต0ที่เกิดจากอะตอมคู'สร/างพันธะทั้งสองใช/อิเล็กตรอนร'วมกัน 2 คู' ใช/ เส/น 2 เส/น ( = ) แทน 1 พันธะคู' เช'นพันธะระหว'าง O กับ C ใน พันธะสาม เป4นพันธะโคเวเลนต0ที่เกิดจากอะตอมคู'สร/างพันธะทั้งสองใช/อิเล็กตรอนร'วมกัน 3 คู' ใช/เส/น 3 เส/น (≡ ) แทน 1 พันธะสาม เช'น พันธะระหว'าง N กับ N ใน N2 2.2.2.1 การเขียนสูตรสารประกอบโคเวเลนต 1. เรียงลําดับธาตุดังนี้ Si , C , Sb , As , P , N , H , Te , Se , S , At , I , Br , Cl , O , F ตามลําดับ 2. ในสารประกอบโคเวเลนต0 ถ/าอะตอมของธาตุมีจํานวนอะตอมมากกว'าหนึ่งให/เขียนจํานวนอะตอม ด/วยตัวเลขแสดงไว/มุมล'างทางขวา ในกรณีที่ธาตุในสารประกอบนั้นมีเพียงอะตอมเดียวไม'ต/องเขียนตัวเลข แสดงจํานวนอะตอม 3. สารประกอบโคเวเลนต0ที่มีอะตอมของธาตุจัดเวเลนต0อิเล็กตรอน เป4นไปตามกฎออกเตต ใช/ จํานวนอิเล็กตรอนคู'ร'วมพันธะของแต'ละอะตอมของธาตุคูณไขว/ เช'น สูตรของสารประกอบของธาตุ N กับ Cl ; N และ Cl มีเวเลนต0อิเล็กตรอน 5 และ 7 ตามลําดับ ดังนั้น N และ Cl ต/องการอิเล็กตรอนคู'ร'วมพันธะจํานวน 3 และ 1 ตามลําดับ เพื่อให/แต'ละอะตอมของ ธาตุมีการจัดอิเล็กตรอนแบบกqาซเฉื่อย 2.2.2 การเขียนสูตรโมเลกุล และการเรียกชื่อสารประกอบโคเวเลนต Cl Cl O C O O = C = O  N Cl = N1Cl3   NCl3 3 1

9 Nararak Leesakul Page 9 2.2.2.2 การเรียกชื่อสารประกอบโคเวเลนต 1.สารประกอบของธาตุคู' ให/อ'านชื่อธาตุที่อยู'ข/างหน/าก'อนแล/ว ตามด/วยชื่อธาตุที่อยู'หลังโดยเปลี่ยน เสียงพยางค0ท/ายเป4น ไอด0 ( ide) 2. ให/ระบุจํานวนอะตอมของแต'ละธาตุด/วยเลขจํานวนในภาษากรีกดังนี้ 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) 3. ถ/าสารประกอบนั้น อะตอมของธาตุแรกมีเพียงอะตอมเดียวไม'ต/องระบุจํานวนอะตอมของธาตุนั้น แต'ธาตุข/างหลังในสารประกอบใด ถึงแม/มีเพียงหนึ่งอะตอมก็ต/องระบุจํานวนอะตอมด/วยคําว'า “มอนอ” เสมอ เช'น N2O3 อ'านว'า ไดไนโตรเจนไตรออกไซด0 CO อ'านว'า คาร0บอนมอนอกไซด0 P2O5 อ'านว'า ไดฟอสฟอรัสเพนตะออกไซด0 สูตรโครงสร-าง เป4นสูตรเคมีที่แสดงให/ทราบว'าสารนั้นประกอบด/วยธาตุอะไรบ/าง อย'างละกี่อะตอมและแต'ละอะตอมยึด เหนี่ยวกันด/วยพันธะเคมีอย'างไร ว'าสูตรโครงสร/างของสารให/รายละเอียดเกี่ยวกับองค0ประกอบของธาตุต'าง ๆ ในโมเลกุลมากกว'าสูตรอย'างง'ายและสูตรโมเลกุล สูตรโครงสร/างสามารถเขียนได/ 2 แบบคือ สูตรโครงสร/างแบบจุด (electron dot formula) หรือ สูตรโครงสร/างแบบลิวอิส (Lewis formula) และสูตรโครงสร/างแบบเส/น (graphic formula) สูตร โครงสร/างทั้ง 2 แบบจะแสดงเฉพาะเวเลนต0อิเล็กตรอนของอะตอมคู'ร'วมพันธะ ใช/สัญลักษณ0เป4นจุด ( . ) แทนเวเลนต0อิเล็กตรอนโดยเขียนไว/รอบ ๆ สัญลักษณ0ของธาตุ โดย ทั่ว ๆ ไปการเขียนสูตรแบบจุดจะมีข/อกําหนดดังนี้ 1. เขียนจุด ( . ) แสดงเวเลนต0อิเล็กตรอนล/อมรอบสัญลักษณ0ของธาตุ โดยมีจํานวนจุดเท'ากับ จํานวนเวเลนต0อิเล็กตรอน เช'น 15P มี 5 เวเลนต0อิเล็กตรอน เขียนสูตรแบบจุด เป4น 2. อิเล็กตรอนที่ใช/ร'วมกัน 1 คู' ให/เขียนจุดหรือใช/เส/นตรง 1 เส/น ( ) ไว/ในระหว'างสัญลักษณ0 ของอะตอมคู'ร'วมพันธะ ส'วนอิเล็กตรอนที่ไม'ได/ร'วมกัน หรืออิเล็กตรอนที่ไม'ได/ใช/ในการสร/างพันธะ ให/เขียน ด/วยจุดไว/บนอะตอมเดิม P

10 Nararak Leesakul Page 10 การเขียนสูตรแบบจุดต/องทราบจํานวนเวเลนต0อิเล็กตรอนของธาตุคู'ร'วมพันธะก'อน อาจจะทราบจาก เลขอะตอมของธาตุ หลังจากนั้นจึงจะนํามาเขียนเป4นสูตรแบบจุด เช3น สูตรแบบจุดของกMาซไฮโดรเจนซัลไฟด (H2S) กํามะถันมีเลขอะตอมเท'ากับ 16 เพราะฉะนั้นมีการจัดเรียงอิเล็กตรอน เป4น 2 , 8 , 6 16S จึงมี 6 เวเลนต0อิเล็กตรอน สูตรแบบจุด คือ 2(H ) + S H S H ในโมเลกุลของ H2S มีการใช/อิเล็กตรอนร'วมกันระหว'าง H กับ S 2 คู' จึงมีพันธะโคเวเลนต0 2 พันธะ อิเล็กตรอนที่ใช/ร'วมกันทั้ง 2 คู'เขียนไว/ระหว'างอะตอมของ H กับ S ส'วนอิเล็กตรอนที่เหลือของ S 4 อิเล็กตรอนให/เขียนไว/บนอะตอมของ S S

11 Nararak Leesakul Page 11 F F กฎออกเตต (Octet rule) ธาตุเฉื่อยเป4นธาตุที่เสถียรมาก เกิดปฏิกิริยาเคมีกับธาตุอื่นได/ยาก มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนวงนอก สุดเหมือนกัน คือ มี 8 เวเลนต0อิเล็กตรอน (ยกเว/นธาตุ He มี 2 ) เช'น 2He = 2 10Ne = 2 , 8 18Ar = 2 , 8 , 8 36Kr = 2 , 8 , 18 , 8 เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร/างอะตอมของธาตุอื่นๆ เช'น H , O , N ธาตุเหล'านี้มีเวเลนต0อิเล็กตรอน น/อยกว'า 8 ในธรรมชาติจะไม'สามารถอยู'เป4นอะตอมเดี่ยว ได/ ซึ่งไม'เสถียร ต/องรวมกันเป4นโมเลกุลซึ่งอาจจะ มี 2 อะตอมหรือมากกว'า การที่ธาตุเฉื่อยมี 8 เวเลนต0อิเล็กตรอนแล/วทําให/เสถียรกว'าธาตุอื่นๆ ซึ่งมีเว เลนต0อิเล็กตรอนไม'เท'ากับ 8 นักวิทยาศาสตร0เชื่อว'าโครงสร/างของอะตอมที่มี 8 เวเลนต0อิเล็กตรอนเป4น สภาพที่อะตอมเสถียรที่สุด ดังนั้นธาตุต'าง ๆ ที่มีเวเลนต0อิเล็กตรอนน/อยกว'า 8 จึงพยายามปรับตัวให/มี โครงสร/างแบบธาตุเฉื่อย เช'น โดยการรวมตัวกันเป4นโมเลกุลหรือใช/อิเล็กตรอนร'วมกันเพื่อทําให/เวเลนต0 อิเล็กตรอนเท'ากับ 8 ส'วนไฮโดรเจนจะพยายามปรับตัวให/มีเวเลนต0อิเล็กตรอนเท'ากับ 2 เหมือนธาตุ He การที่อะตอมของธาตุต'าง ๆ รวมตัวกันด/วยสัดส'วนที่ทําให/มีเวเลนต0อิเล็กตรอนเท'ากับ 8 เรียกว'า กฎออกเตต เช'น F2 มีสูตรแบบจุดเป4น อะตอมของ F มีเวเลนต0อิเล็กตรอนเท'ากับ 7 เมื่อเกิดพันธะโคเวเลนต0มีการใช/อิเล็กตรอนร'วมกัน 1 คู' ซึ่งอิเล็กตรอนที่ใช/ร'วมกัน 1 คู'นี้ถือว'าเป4น ของฟลูออรีนทั้ง 2 อะตอม ทําให/ฟลูออรีนแต'ละอะตอมใน F2 มีเวเลนต0อิเล็กตรอนเท'ากับ 8 ข-อยกเว-นสําหรับกฎออกเตต พบว'าสารประกอบบางชนิดมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนไม'เป4นไปตามกฎออกเตต แต'ก็อยู'ในภาวะที่ไม' เสถียร จัดว'าเป4นข/อยกเว/นสําหรับกฎออกเตต ซึ่งสรุปได/ดังนี้ พวกที่ไม3ครบออกเตต ได/แก'สารประกอบของธาตุในคาบที่ 2 ของตารางธาตุ ที่มีเวเลนต0อิเล็กตรอนน/อยกว'า 4 ใน BF3 ธาตุ B จะมีเวเลนต0อิเล็กตรอนเท'ากับ 6 ซึ่งไม'ครบออกเตต ในขณะที่ธาตุ F ครบออกเตต 2.2.3 กฎออกเตต / ความยาวพันธะและพลังงาน F B F F

12 Nararak Leesakul Page 12 พวกที่เกินกฎออกเตต สารประกอบของธาตุที่อยู'ในคาบที่ 3 ของตารางธาตุเป4นต/นไป สารมารถสร/างพันธะแล/วทําให/ อิเล็กตรอนเกิน 8 ได/ มักจะพบในสารประกอบบางตัวของ P , S และโลหะทรานซิชัน เช'นใน PCl5 , SF6 , Fe(CN)6 3- ใน PCl5 ธาตุ P เกิดพันธะกับ Cl รวม 5 พันธะจึงมีเวเลนต0อิเล็กตรอนเท'ากับ 10 ซึ่งเกินออกเตต ( 1 พันธะหรือ 1 เส/นประกอบด/วย 2 อิเล็กตรอน) สําหรับ PCl3 หรือสารประกอบอื่น ๆ ของธาตุ P ส'วนมากเป4นไปตามกฎออกเตต P Cl Cl Cl Cl Cl สารประกอบอื่น ซึ่งไม'เป4นไปตามกฎออกเตต เช'น ออกไซด0บางตัวของธาตุไนโตรเจน ( NO และ NO2 )และออกไซด0ของคลอรีน (ClO2 ) เป4นต/น ธาตุเหล'านี้ (N และ Cl) สามารถมีอิเล็กตรอนที่ไม'ได/ จับคู' หรืออิเล็กตรอนเดี่ยว (Unpaired electron) ซึ่งทําให/แสดงสมบัติเป4น paramagnetic ได/ • ใน NO ธาตุ N มีเพียง 7 อิเล็กตรอนซึ่งไม'เป4นไปตามกฎออกเตต N O • ใน ClO2 ธาตุ Cl เกิดพันธะกับธาตุ O แต'มีอิเล็กตรอนเพียง 7 ซึ่งไม'ครบออกเตต O Cl O พลังงานพันธะ (Bond energy) คือ พลังงานที่ใช/ในการสลายพันธะระหว'างอะตอมของธาตุภายใน โมเลกุลที่อยู'ในสถานะกqาซออกเป4นอะตอมเดี่ยว เช'น H2 (g) + 436 kJ → 2H (g) จากสมการกqาซ H2 1 โมลต/องการจะสลายเป4น H อะตอม 2 โมล ต/องใช/พลังงาน 436 kJ HI (g) + 298 kJ → H (g) + I (g) กqาซ HI 1 โมลต/องการสลายเป4น H และ I อะตอมอย'างละ 1โมลต/องใช/พลังงาน 298 kJ สารต'างชนิดกัน จํานวนโมลเท'ากัน พลังงานที่ใช/สลายพันธะก็ต'างกัน การสลายพันธะชนิดเดียวกัน ในสารต'างชนิดกันจะใช/พลังงานสลายไม'เท'ากัน เช'น การสลายพันธะ C - H ใน CH4 และ C2H6 มีค'า ไม'เท'ากัน CH4 (g) + 435 kJ → CH3 (g) + H (g) 2.2.4 พลังงานพันธะและความยาวพันธะ

13 Nararak Leesakul Page 13 C2H6 (g) + 400 kJ → C2H5 (g) + H (g) และการสลายพันธะชนิดเดียวกันในสารเดียวกัน (ที่มีพันธะชนิดเดียวกัน) ก็ใช/พลังงานสลายไม' เท'ากัน เช'น การสลายพันธะ C - H ใน CH4 CH4 (g) + 435 kJ → CH3 (g) + H (g) CH3 (g) + 464 kJ → CH2 (g) + H (g) CH2 (g) + 422 kJ → CH (g) + H (g) CH (g) + 339 kJ → C (g) + H (g) เมื่อรวมทั้ง 4 ขั้น เข/าด/วยกันได/ CH4 (g) + 1660 kJ → C (g) + 4H (g) พลังงานที่ทําให/โมเลกุล CH4 แตกออกเป4นอะตอมในสภาวะกqาซ เรียกว'า Atomization energy และ พลังงานเฉลี่ยของพันธะ C - H ใน CH4 = 1660/4 = 415 kJ เรียกพลังงานค'านี้ว'า พลังงานพันธะ เฉลี่ย ( Average bond energy ) ค'าพลังงานเฉลี่ยของพันธะ C - H ของสารทั่ว ๆ ไป มีค'า 413 kJ ซึ่งมีค'าต'างจากค'าพลังงานเฉลี่ยของพันธะ C - H ซึ่งหาได/จาก CH4 เท'านั้น พลังงานที่ใช/สลายพันธะแต'ละพันธะในคู'อะตอมเดียวกันไม'เท'ากันไม'สะดวกต'อการใช/ จึงใช/พลังงาน พันธะเฉลี่ยแทน ลักษณะสําคัญของพันธะเคมี 1. พลังงานพันธะมีหน'วยเป4น กิโลจูล/โมล (kJ/mol) หรือกิโลแคลอรี่/โมล (kcal/mol) 2. พลังงานพันธะคือพลังงานที่ใช/ในการสลายพันธะจํานวน 1 โมล หรือพลังงานที่ได/จากการเกิด พันธะจํานวน 1 โมล 3. พันธะชนิดเดียวกัน พลังงานที่ใช/สลายพันธะและพลังงานที่ได/จากการเกิดพันธะจํานวนเท'ากัน มีค'า เท'ากันเสมอ แต'ถ/าสลายพันธะต'างชนิดกันจะใช/พลังงานต'างกัน 4. พลังงานพันธะบอกให/ทราบถึงความแข็งแรงของพันธะ คือ พันธะเคมีที่ต/องใช/พลังงานสลายสูงกว'า จะมีความแข็งแรงของพันธะมากกว'าพันธะเคมีที่ต/องใช/พลังงานสลายต่ํากว'า นั่นคือ พันธะระหว'างอะตอมคู' เดียวกัน ความแข็งแรงของพันธะเดี่ยว < พันธะคู' < พันธะสาม 5. ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้น โดยทั่วไปจะมีการสลายพันธะเดิม และการเกิดพันธะใหม' พลังงานที่ เปลี่ยนแปลงไปในปฏิกิริยา จะเท'ากับผลต'างระหว'างพลังงานที่ระบบดูดเข/าไปสลายพันธะเดิมทั้งหมดกับ พลังงานที่ระบบคายออกมาเมื่อเกิดพันธะใหม'ทั้งหมด ∆ H = (พลังงานที่ระบบดูด) - (พลังงานที่ระบบคาย) • ถ/าระบบดูดพลังงาน > คายพลังงาน จะได/ค'า∆ H มีเครื่องหมายเป4นบวก แสดงว'าระบบมีการเปลี่ยนแปลงเป4นแบบดูดพลังงาน • ถ/าระบบดูดพลังงาน < คายพลังงาน

14 Nararak Leesakul Page 14 จะได/ค'า∆ H มีเครื่องหมายเป4นลบ แสดงว'าระบบมีการเปลี่ยนแปลงเป4นแบบคายพลังงาน 6. ปฏิกิริยาเคมีที่มีแต'การสลายพันธะ ไม'มีการเกิดพันธะใหม' เป4นปฏิกิริยาดูดพลังงาน (Endothermic Reaction) เช'น O2 (g) + 498 kJ → 2O (g) หรือ O2 (g) → 2O (g) ; ∆ H = +498 kJ 7. ปฏิกิริยาเคมีที่มีแต'การเกิดพันธะใหม' ไม'มีการสลายพันธะ จะเป4นปฏิกิริยาคายพลังงาน (Exothermic Reaction) เช'น O (g) + 2H (g) → H2O (g) + 926 kJ หรือ O (g) + 2H (g) → H2O (g) ; ∆ H = - 926 kJ 8. ในปฏิกิริยาเคมีที่มีทั้งการสลายพันธะและการเกิดพันธะใหม' ปฏิกิริยานั้นอาจจะเป4นการ เปลี่ยนแปลงประเภทดูดหรือคายพลังงานก็ได/ ทั้งนี้ขึ้นอยู'กับพลังงานที่ใช/ในการสลายพันธะ กับพลังงานที่เกิด จากการสร/างพันธะใหม'เป4นเกณฑ0 • ปฏิกิริยาที่มีพลังงานที่ใช/สลายพันธะทั้งหมด มากกว'าพลังงานที่ได/จากการเกิดพันธะใหม'ทั้งหมด เรียก ปฏิกิริยานั้นว'า ปฏิกิริยาดูดพลังงาน เช'น 2NH3 (g) + 92 kJ → N2 (g) + 3H2 (g) หรือ 2NH3 (g) → N2 (g) + 3H2 (g) - 92 kJ หรือ 2NH3 (g) → N2 (g) + 3H2 (g) ; ∆ H = + 92 kJ • ปฏิกิริยาที่มีพลังงานที่ใช/สลายพันธะทั้งหมด น/อยกว'าพลังงานที่ได/จากการเกิดพันธะใหม'ทั้งหมด เรียกปฏิกิริยานั้นว'า ปฏิกิริยาคายพลังงาน เช'น H2 (g) + F2 (g) → 2HF (g) + 539 kJ หรือ H2 (g) + F2 (g) -539 kJ → 2HF (g) หรือ H2 (g) + F2 (g) → 2HF (g) ; ∆ H = -539 kJ 9. สําหรับปฏิกิริยาเคมีที่มีทั้งการสลายพันธะและการเกิดพันธะใหม' แต'ไม'ทราบพลังงานพันธะก็ อาจจะคาดคะเนได/ว'าเป4นปฏิกิริยาประเภทดูดหรือคายพลังงานได/ โดยใช/จํานวนพันธะที่สลายและจํานวน พันธะที่เกิดขึ้นใหม'เป4นเกณฑ0 คือ ถ/าจํานวนพันธะที่สลายทั้งหมดของสารตั้งต/น มากกว'าจํานวนพันธะที่เกิด ใหม'ของสารผลิตภัณฑ0ทั้งหมดก็เป4นประเภทดูดความร/อน ถ/าน/อยกว'า ก็เป4นประเภทคายพลังงาน หรือ พิจารณาได/จากลักษณะของปฏิกิริยา คือ ถ/าเป4นการสลายโมเลกุลใหญ'ออกเป4นโมเลกุลเล็ก ๆ ส'วนมากเป4น ปฏิกิริยาดูดพลังงาน แต'ถ/าเป4นการรวมโมเลกุลเล็ก ๆ เกิดเป4นโมเลกุลใหญ' หรือเป4นปฏิกิริยาการเผาไหม/ ส'วนมากเป4นปฏิกิริยาคายความร/อน เช'น 2NH3 (g) + 92 kJ → N2 (g) + 3H2 (g) ดูดพลังงาน C2H4 (g) → C2H2 (g) + H2 ( g) ดูดพลังงาน

15 Nararak Leesakul Page 15 H2 (g) + I2 (g) → 2HI (g) คายพลังงาน 2C2H2 (g) + 5O2 (g) → 4CO2 (g) + 2H2O (g) คายพลังงาน ตัวอย'าง คํานวณพลังงานความร/อนในการเกิด HCl จากปฏิกิริยา H - H (g) + Cl - Cl (g) → 2 H - Cl (g) กําหนดพลังงานพันธะ * D(H - H) = 436 kJ/mol D(Cl - Cl) = 242 kJ/mol D(H - Cl) = 431 kJ/mol วิธีทํา พันธะที่สลาย มี (H - H) 1 โมล (Cl - Cl) 1 โมล พลังงานที่ใช/สลายพันธะทั้งหมด = D(H - H) + D(Cl - Cl) = 436 + 242 kJ = 678 kJ พันธะที่เกิดมี ( H - Cl ) 2 โมล พลังงานที่เกิดจากการสร/างพันธะทั้งหมด = 2 D(H - Cl) = 2 (431) kJ = 862 kJ พลังงานความร/อนของปฏิกิริยา = (678) - (862) = -184 kJ พลังงานในการเกิดสารใหม'คิดเป4นค'าพลังงานต'อโมลของสารใหม'ที่เกิด HCl 2 โมล พลังงานความร/อน = -184 kJ HCl 1 โมล พลังงานความร/อน = -184 x 2 1 kJ พลังงานในการเกิด HCl = -92 kJ ซึ่งเป4นปฏิกิริยาคายความร/อน (* D = Dissociation energy หรือ Bond energy คือ พลังงานพันธะ) ในการคํานวณพลังงานของปฏิกิริยาอาจใช/สูตรดังนี้ ∆Η = ∑∆Η(/0) - ∑∆Η(+,-./()*) ∆Η = พลังงานของปฏิกิริยา ( Heat of reaction) ∑∆Η(สารผลิตภัณฑ0) = พลังงานทั้งหมดที่คายออกมาจากการสร/างพันธะของสาร ผลิตภัณฑ0 ∑∆Η(สารตั้งต/น) = พลังงานทั้งหมดที่สลายพันธะของสารตั้งต/น 2.2.5 การคํานวณพลังงานกับปฏิกิริยาเคมี

16 Nararak Leesakul Page 16 ความยาวพันธะ ความยาวพันธะ (Bond lengths) คือ ระยะทางระหว'างนิวเคลียสของอะตอมคู'หนึ่งที่มีพันธะต'อกัน เนื่องจากพลังงานที่ใช/ในการสลายพันธะชนิดเดียวกันในสารต'างๆใช/ไม'เท'ากัน ดังนั้น ความยาวพันธะก็ยาว ต'างกันด/วย เพื่อความสะดวกใช/เป4นค'าเฉลี่ย เรียกว'า ความยาวพันธะเฉลี่ย (Average bond lengths) เช'น ความยาวพันธะของ H - H 74 pm ความยาวพันธะของ C - O 143 pm ลักษณะสําคัญของความยาวพันธะ 1. ความยาวพันธะใช/หน'วยวัดเป4น pm หรือ 0 A โดย 1 0 A = 10-10 m , 1 pm = 10-12 m 2. ความยาวพันธะของอะตอมคู'หนึ่งๆ จะมากหรือน/อยขึ้นอยู'กับชนิดของพันธะและพลังงานพันธะ 3. ในคู'อะตอมของธาตุที่เหมือนกัน สามารถเกิดพันธะได/มากกว'าหนึ่งชนิด พันธะแต'ละชนิดจะมี ความยาวพันธะไม'เท'ากัน คือ ความยาวพันธะพันธะเดี่ยว > พันธะคู' > พันธะสาม เช'น C - C > C = C > C ≡ C N - O > N = O > N ≡ O 154 pm > 134 pm > 120 pm 136 pm > 115 pm > 108 pm 4. ในคู'อะตอมชนิดเดียวกัน ความยาวพันธะมีความสัมพันธ0กับพลังงานพันธะ คือ ความยาวพันธะ พันธะเดี่ยว > พันธะคู' > พันธะสาม พลังงานพันธะ พันธะเดี่ยว < พันธะคู' < พันธะสาม เช'น ชนิดของพันธะ C - C C = C C ≡ C ความยาวพันธะ 154 pm 134 pm 120 pm พลังงานพันธะ 348 kJ/mol 614 kJ/mol 839 kJ/mol

17 Nararak Leesakul Page 17 5. ในอะตอมคู'ที่เกิดจากธาตุหนึ่ง สร/างพันธะกับอีกธาตุอื่น ๆ ที่มีขนาดอะตอมต'างกัน ความยาวพันธะมี ความสัมพันธ0กับขนาดของอะตอม คือ ความยาวพันธะเพิ่มขึ้นตามขนาดอะตอมที่ใหญ'ขึ้น เช'น ขนาด อะตอมของธาตุในหมู' 4A , 5A และ 6A ดังภาพ ดังนั้นการเปรียบเทียบความยาวพันธะระหว'าง C กับธาตุอื่น ๆ เป4นดังนี้ ความยาวพันธะใน C - N < C - C < C - P 147 pm 154 pm 184 pm ( ความยาวพันธะเพิ่มขึ้นจากซ/ายไปขวา) → ความยาวพันธะใน N = O < C = O 115 pm 122 pm ความยาวพันธะใน C ≡ N < C ≡ C 116 pm 120 pm 6. ประโยชน0ของการศึกษาความยาวพันธะ ทําให/ทราบข/อมูลเกี่ยวกับการรวมตัวของอะตอมด/วย พันธะโคออร0ดิเนตโคเวเลนต0 ซึ่งเป4นพันธะโคเวเลนต0ชนิดหนึ่ง และทราบข/อมูลเกี่ยวกับปรากฏการณ0เร โซแนนซ0 N N N N H C N H - C N

18 Nararak Leesakul Page 18 สารที่มีโครงสร/างต'างกันจะมีสมบัติต'างกัน ถึงแม/ว'าจะมีสูตรโมเลกุลเหมือนกันหรือไม'ก็ตาม เช'น เอทานอล และเมทานอล และเมทอกซีมีเทน ซึ่งมีสูตรโมเลกุลเป4น C2H6 เหมือนกัน แต'มีสูตรโครงสร/าง ต'างกันจึงทําให/สารทั้งสองมีสมบัติต'างกันด/วย เอทานอล เมทอกซีมีเทน สมบัติ - เป4นของเหลว ไม'มีสี - ละลายน้ําได/ - จุดหลอมเหลว -117 0 C - จุดเดือด 78.5 0 C สมบัติ - เป4นกqาซ ไม'มีสี - ไม'ละลายน้ํา - จุดหลอมเหลว -138.5 0 C - จุดเดือด -23 0 C จากตัวอย'างทั้งสองนี้แสดงให/เห็นว'า โครงสร/างโมเลกุล (รูปร'างโมเลกุล) มีความสัมพันธ0กับสมบัติ ของสาร ดังนั้นในการศึกษาสมบัติของสารจึงจําเป4นต/องทราบโครงสร/างโมเลกุลหรือรูปร'างโมเลกุลของสารนั้น ด/วย รูปร3างโมเลกุลโคเวลนต การจัดเรียงอะตอมต'าง ๆ ในโมเลกุลโคเวเลนต0มีตําแหน'งและทิศทางที่แน'นอนจึงทําให/โมเลกุลโคเว เลนต0ของสารต'าง ๆ มีรูปร'างแตกต'างกัน สิ่งที่ใช/บอกรูปร'างโมเลกุลโคเวเลนต0 จะเป4นอย'างไรนั้น คือ การจัดเวเลนต0อิเล็กตรอนรอบอะตอมกลางของธาตุในโมเลกุลโคเวเลนต0 นอกจากนั้น ความยาวพันธะและมุมระหว'างพันธะยังสามารถใช/บอกรูปร'างโมเลกุลได/ด/วย ความยาวพันธะ (Bond length) คือ ระยะทางระหว'างนิวเคลียสของอะตอมคู'หนึ่งที่มีพันธะต'อ กัน มุมระหว3างพันธะ (Bond angle) คือ มุมที่เกิดจากอะตอมสองอะตอมทํากับอะตอมกลางหรือมุม ที่เกิดระหว'างพันธะสองพันธะ 2.2.6 โครงสร-างของโมเลกุลโคเวเลนต

19 Nararak Leesakul Page 19 โมเลกุลโคเวเลนต0จะมีรูปร'างเป4นอย'างไร พิจารณาจาก 1. จํานวนอิเล็กตรอนคู'ร'วมพันธะรอบอะตอมกลาง (bonding electron) 2. จํานวนอิเล็กตรอนคู'โดดเดี่ยวรอบอะตอมกลาง (non bonding electron) การทํานายรูปร'างโมเลกุลให/เลือกอะตอมกลาง ซึ่งเป4นอะตอมที่สร/างพันธะได/มากที่สุดก'อน และนับ จํานวนพันธะที่อะตอมกลางสร/างได/ และจํานวนอิเล็กตรอนคู'โดดเดี่ยวรอบอะตอมกลางนั้น แรงผลักทั้งหมด ของคู'อิเล็กตรอนที่เกิดจากการสร/างพันธะ และไม'ได/สร/างพันธะจะทําให/เกิดรูปร'างโมเลกุลที่แตกต'างกันดังนี้ 1. รูปร3างเส-นตรง ( Linear) โมเลกุล BeCl2 มีสูตรโครงสร/างแบบจุดและแบบเส/นดังนี้ อะตอมกลาง Be ในโมเลกุล BeCl2 มีเวเลนต0อิเล็กตรอนทั้งหมด 2 คู' และทั้งสองคู'เป4น อิเล็กตรอนคู'ร'วมพันธะ ซึ่งจะเกิดการผลักกันให/ห'างกันมากที่สุด ทําให/โมเลกุลเป4นรูปร'างเส/นตรง มีมุม ระหว'างพันธะเป4น 180 0 ดังรูป ในโมเลกุล CO2 มีสูตรแบบจุดและแบบเส/นดังนี้ O C O O = C = O 1,2 อะตอมกลาง C ในโมเลกุล CO2 มีเวเลนต0อิเล็กตรอนทั้งหมด 4 คู' และทั้ง 4 คู' เป4อิเล็กต รอนคู'ร'วมพันธะคู' 2 พันธะ ซึ่งจะเกิดแรงผลักกันให/มากที่สุด ทําให/โมเลกุลเป4นรูปเส/นตรง มีมุมระหว'าง พันธะเป4น 180 0 ดังรูป สรุป โมเลกุลหรือไอออนโคเวเลนต0ใด ๆ ถ/าอะตอมกลางมี 2 พันธะ จะเป4นพันธะชนิดใดก็ได/ และไม'มีอิเล็กตรอนคู'โดดเดี่ยว โมเลกุลหรือไอออนนั้นจะมีรูปร'างเป4น เส/นตรง 2. รูปร3างสามเหลี่ยมแบนราบ (Trigonal planar) ในโมเลกุล BCl3 มีสูตรแบบจุดและแบบเส/นดังนี้ Cl B Cl 1,2 Cl - B - Cl Cl Cl 2.2.7 การทํานายรูปร3างโมเลกุลโคเวเลนต

20 Nararak Leesakul Page 20 อะตอมกลาง B ในโมเลกุล BCl3 มีเวเลนต0อิเล็กตรอนทั้งหมด 3 คู' และทั้ง 3 คู'เป4นอิเล็กตรอน คู'ร'วมพันธะเดี่ยว 3 พันธะ ซึ่งเกิดการผลักกันให/ห'างกันมากที่สุด ทําให/โมเลกุลเป4นรูปสามเหลี่ยมแบนราบ มีมุมระหว'างพันธะเป4น 120 0 ดังรูป สรุป โมเลกุลหรือไอออนโคเวเลนต0ใด ๆ ถ/าอะตอมกลางมี 3 พันธะ (ไม'คํานึงถึงชนิดของพันธะ) และไม'มีอิเล็กตรอนคู'โดดเดี่ยว โมเลกุลหรือไอออนนั้นจะมีรูปร'างเป4น สามเหลี่ยมแบนราบ 3. รูปร3างทรงสี่หน-า (Tetrahedral) โมเลกุลมีเธน (CH4 ) มีโครงสร/างแบบจุดและแบบเส/นดังนี้ H C H H H H H H C H อะตอมกลาง C ในโมเลกุล CH4 มีเวเลนต0อิเล็กตรอนทั้งหมด 4 คู' และทั้ง 4 คู'เป4น อิเล็กตรอนคู'ร'วมพันธะเดี่ยว 4 พันธะ ซึ่งเกิดการผลักกันให/ห'างกันมากที่สุดทําให/โมเลกุลเป4นรูปทรงสี่หน/า มีมุมระหว'างพันธะเป4น 109.5 0 ดังรูป CH4 สรุป โมเลกุล หรือไอออนโคเวเลนต0ใด ๆ ถ/าอะตอมกลางมี 4 พันธะ (ไม'คํานึงถึงชนิดของพันธะ) และไม'มีอิเล็กตรอนคู'โดดเดี่ยวโมเลกุลหรือไอออนนั้นจะมีรูปร'างเป4น ทรงสี่หน/า ข/อสังเกต โมเลกุลฟอสฟอรัส (P4 ) อะตอม P มีเวเลนต0อิเล็กตรอน 5 สร/างพันธะเดี่ยวกับ P อะตอมอื่นอีก 3 อะตอมเหลือ อิเล็กตรอนคู'โดดเดี่ยว 1 คู' ผลักให/ทุกพันธะงอลง เกิดรูปร'างเป4นทรงสี่หน/า ชนิดที่ไม'มีอะตอมกลาง และมี มุมระหว'างพันธะ P - P - P เท'ากับ 600 ทุกมุม ดังรูป

21 Nararak Leesakul Page 21 4. รูปร3างพีระมิดคู3ฐานสามเหลี่ยม (Trigonal bipyramidal) โมเลกุล PCl5 มีโครงสร/างแบบจุดและแบบเส/นดังนี้ P Cl Cl Cl Cl Cl P Cl Cl Cl Cl Cl อะตอมกลาง P ในโมเลกุล PCl5 มีเวเลนต0อิเล็กตรอนทั้งหมด 5 คู' และทั้ง 5 คู' เป4น อิเล็กตรอนคู'ร'วมพันธะเดี่ยว 5 พันธะ ซึ่งเกิดการผลักกันให/ห'างกันมากที่สุด ทําให/โมเลกุลเป4นรูปพีระมิดคู' ฐานสามเหลี่ยม มีมุมระหว'างพันธะเป4น 1200 และ 90 0 ดังรูป PCl5 สรุป โมเลกุลหรือไอออนโคเวเลนต0ใด ถ/าอะตอมกลางมี 5 พันธะ (ไม'คํานึงถึงชนิดของพันธะ) และไม'มีอิเล็กตรอนคู'โดดเดี่ยวรูปร'างโมเลกุลหรือไอออนจะเป4นแบบ พีระมิดคู'ฐานสามเหลี่ยม 5. รูปร3างทรงแปดหน-า (Octahedral) ในโมเลกุล SF6 มีโครงสร/างแบบจุดและแบบเส/นดังนี้ F F F F S F F F F F S F F F 1,2 อะตอมกลาง S ในโมเลกุล SF6 มีเวเลนต0อิเล็กตรอนทั้งหมด 6 คู' และทั้ง 6 คู' เป4นอิเล็กตรอน คู'ร'วมพันธะเดี่ยว 6 พันธะ ซึ่งเกิดจากการผลักกันให/ห'างกันมากที่สุด ทําให/โมเลกุลเป4นรูปทรงแปดหน/า มี มุมระหว'างพันธะเป4น 900 ดังรูป

22 Nararak Leesakul Page 22 SF6 สรุป โมเลกุลหรือไอออนโคเวเลนต0ใด ๆ ถ/าอะตอมกลางมี 6 พันธะ (ไม'คํานึงถึงชนิดของพันธะ) และไม'มีอิเล็กตรอนคู'โดดเดี่ยว รูปร'างโมเลกุลหรือไอออนเป4นแบบ ทรงแปดหน/า โมเลกุลโคเวเลนต0ที่มีสูตรคล/ายกัน (คือ มีจํานวนอะตอมเป4นอัตราส'วนเท'ากัน) บางสารก็มีรูปร'าง แตกต'างกัน เช'น BeF2 และ BeCl2 มีรูปร'างโมเลกุลแตกต'างกับ H2O และ H2S จากการพิจารณา พบว'าสิ่งที่ทําให/รูปร'างโมเลกุลของสารเหล'านี้ต'างกันก็คือ จํานวนเวเลนต0อิเล็กตรอนรอบอะตอมกลางใน โมเลกุลว'ามีจํานวนอิเล็กตรอน คู'ร'วมพันธะ และจํานวนอิเล็กตรอนคู'โดดเดี่ยว แตกต'างกันอย'างไร อิเล็กตรอนคู3ร3วมพันธะ (Bond pair electrons) คือ อิเล็กตรอนคู'ที่ใช/ร'วมกันเพื่อเกิดพันธะขึ้น อิเล็กตรอนคู3โดดเดี่ยว ( Lone pair electrons) คือ อิเล็กตรอนที่ไม'ได/ใช/เกิดพันธะ ตามปกติอิเล็กตรอนแต'ละคู'จะออกแรงผลักกัน แรงผลักระหว'างอิเล็กตรอนแต'ละคู'มากน/อยไม' เท'ากัน ซึ่งสามารถเขียนแรงผลักระหว'างอิเล็กตรอนคู'ต'าง ๆ จากมากไปหาน/อยได/ดังนี้ e คู'โดดเดี่ยว กับ e คู'โดดเดี่ยว > e คู'โดดเดี่ยว กับ e คู'ร'วมพันธะ > e คู'ร'วมพันธะกับ e คู'ร'วมพันธะ การพิจารณารูปร'างโมเลกุลที่อะตอมกลางมีจํานวนอิเล็กตรอนคู'ร'วมพันธะและอิเล็กตรอนคู'โดดเดี่ยว แตกต'างกันดังนี้ ตารางสรุปรูปร'างโมเลกุลของสารโคเวเลนต0 โครงสร/างทางเรขาคณิต คู'พันธะ คู'โดดเดี่ยว รูปร'าง ตัวอย'าง 2 0 BeCl2 , HgCl2 , HCN , C2H2 , OH2.2.8 อิเล็กตรอนคู3โดดเดี่ยวกับรูปร3างโมเลกุล

23 Nararak Leesakul Page 23 3 0 BF3 , SO3 , CH2O , NO3 - , InBr3 2 1 SO2 , NOBr , O3 , SnCl3 , SnF2 4 0 SiCl4 , CCl4 , CH2Br2 , NH4 + , SO4 2- , PO4 3- , BF4 - , SnCl4 , PH4 + 3 1 AsI3 , PCl3 , H3O + , ClO3 - , SO3 2- 2 2 Cl2O , H2S , SO2 2- , NO2 - , ClO2 - , SeH2 , SnCl2 , SeCl2

24 Nararak Leesakul Page 24 5 0 PCl5 , AsF5 , BiCl5 4 1 SeF4 , SF4 , TeCl4 3 2 ICl3 2 3 KrF2 , ICl2 - 6 0 SeF6 , TeF6 , PCl6 - , SiF6 2- 5 1 IF5 , AlF5

25 Nararak Leesakul Page 25 4 2 KrF4 , BrF4 (* M คือ ธาตุที่เป4นอะตอมกลาง X คือ ธาตุที่ล/อมรอบอะตอมกลาง E คือ อิเล็กตรอนคู'โดดเดี่ยว)