พันธะเคมี (Chemical bond)

พันธะเคมี
(Chemical bond)

โมเลกุลอะตอมคู่
(Diatomic molecule)

เมื่ออะตอมคู่หนึ่งใช้ VE ร่วมกันก็จะอยู่ด้วยกันเป็นโมเลกุล เราจะพูดถึงโม
เลกุลโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมธาตุชนิดเดียวกันก่อน ยกตัวอย่าง แก๊ส
ไฮโดรเจน(H.) แก๊สออกซิเจน (O.) แก้สในโตรเจน (N,) โมเลกุลแก็สพวก
นี้เกิดจากธเดียวกัน 2 อะตอม เราจึงเรียกโมเลกุลแบบนี้ว่า "diatomic
molecule"

H2 เกิดจากอะตอม H แซร์ VE กัน 1 ตัว แต่ละอะตอมจะมี
อิเล็กตรอนครบ
1s' พันธะ - H เส้นเดี๋ยวๆนี้เรียกว่า "พันธะเดี่ยว" (single bond)
0, เกิดจากอะต่อม O ที่มี VE อยู่ 6 ตัว ยังขาดอีก 2 ตัวถึงจะครบ 8
แต่ละอะตอมจึงเอา VE 2 ตัวมาแซร์กัน (อีก 4 ตัวไม่ได้แชร์) ทำมี
VE ครบ 8ตามต้องการ พันละ 0-=O เส้นคู่นี้เรียกว่า "พันธะดู่"
(double bond)
N2 เกิดจากอะตอม N ที่มี VE อยู่ 5 ตัว ยังขาดอีก 3 ถึงจะครบออก
เตทละอะตอมจึงเอา VE 3 ตัวมาแซร์กัน (เหลืออีก 2 ตัวที่ไม่ได้แชร์)
ทำให้มีVE ครบ 8 พันธะ N=N เส้นสามขีดนี้ว่า "พันธะสาม" (triple
bond)

โครงสร้างพันธะ
โคเวเลนต์พื้นฐาน

จากบทที่แล้วเราจะพบว่าราตุอโลหะนั้นมีพฤติกรรมที่ชอบรับอิเล็กตรอนเพื่อให้อะตอม
ของตัวโคเวเลนซ์อิเล็กตรอน (VE) ครบออกเตท เมื่ออโลหะที่ชอบรับอิเล็กตรอนมาเจอกันเอง
ก็ย่อมไม่มีใครที่อยากจ่ายอิเล็กตรอนออกไป ถ้าอยากจะครบออกเตทก็มีทางออกคือนำ VE
บางตัวมาใช้ร่วมกัน สมมติมีอะตอมอยู่คู่หนึ่งเป็นแดงกับคำซึ่ง VE กันคนละ 7 ตัว แดงกับดำ
ตกลงกันว่าจะเอา VE 1 ตัวของแต่ละคนมาแชร์ไว้ตรงกลางให้ใช้ร่วมกันได้ แดงกับดำ
จะเหลือ VE ของตัวเองคนละ 6 ตัว และมีของส่วนรวมอีก 2 ตัว นับรวมได้ 8 ตัว
ถือว่าครบออกเตททั้งคู่ (เท่ากับว่าถ้าแชร์กัน 1 ตัว ก็จะได้เพิ่ม 1 ตัว) เราจะนับ VEที่แชร์กันนี้
เป็นคู่ๆ เรียกมันว่า "อิเล็กตรอนคู่พันธะ" (bond pairelectron) ส่วน VE ตัวที่ไม่ได้
เอามาแชร์กันเรียกว่า "อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว"(lone pair electron) และชื่อเรียกพันธะ
รูปแบบนี้คือ Covalent bond(พันธะโคเวเลนต์) ซึ่งมาจากการผสมคำ
co + valence + bond การเกิดพันธะโคเวเลนต์

หาอะตอมกลางของแต่ละโมเลกุล
เลือกอะตอมที่มี EN ไม่สูงและมีแขนได้มาก

ธาตุที่เหลือจะเป็นอะตอมข้าง ให้เลือกรูปแบบพันธะ
ที่มีแขนน้อยๆ (วงฟ้า)

ขั้นสาม เลือกรูปแบบอะตอมกลางให้แมทช์กับอะตอมข้าง (วงแดง)

โดยดูจากจำนวนเส้นแขนเดี่ยว แขนคู่ แขนสาม เพื่อต่อกันได้พอดี

ขั้นสี่ แปลงสูตรแบบเส้น เป็น สูตรแบบแบบจุด (1 เส้น = 2e)

พันธะโคออดิเนตโคเวเลนต์

พันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์
เราจะมาพูดถึงพันธะที่เป็นลูกศรสีแดง นั่นคือพันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์
(Coordinated Covalent Bond เราจะย่อคำยาวๆนี้ด้วย CCB) พันชะนี้
มีลักษณะเหมือนพันธะเดี่ยวแทบจะทุกอย่าง ต่างกันตรงที่พันธะเดี่ยวนั้น
อะตอมคู่ที่สร้างพันธะกันจะนำอิเล็กตรอนมาแซร์กันคนละ 1 ตัว
แต่ใน CCB อิเล็กตรอนคู่พันธะที่ใช้ร่วมกันนั้นจะมาจากอะตอมใดอะตอมหนึ่ง
ยกตัวอย่าง อะตอม X สร้าง CCB กับอะตอม Y โดย Y ไม่ยอมเอาอิเล็กตรอน
ของตัวเองมาแชร์ X จึงใช้อิเล็กตรอนของตัวเอง 1 คู่เพื่อสร้างพันธะกับ Y โดย
ที่ Y ก็มีสิทธิ์ในอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะนั้นด้วย

โมเลกุล CH. มี 4 แขนที่มองเห็น เขียนแทนด้วย AB.
โมเลกุล CH.,O นับแขนพันธะได้ 3 แขน (พันธะคู่ 1 แขน
กับพันธะเดี่ยว 2 แขน) แทนด้วยลูกโป่งแดง 3 ใบ (AB)
โมเลกุล BrF พันธะที่ต่อกับ F มี 3 แขนพันธะเดี่ยว
มีอิเล็กตรอนคูโดดเดี่ยวอีก 2 คู่ ถือว่ามี 5 แขน (AB,E.)
โมเลกุล IF, พันธะรอบอะตอมกลางมี 5 แขน อิเล็กตรอน
คูโดดเดี่ยวอีก 1 คู่ รวมแล้วถือว่ามี 6 แขน (AB,E)

สภาพขั้วของพันธะ

หากอะตอมคู่ที่สร้างพันธะกันมีค่า EN ต่างกัน กลุ่มหมอกอิเล็กตรอน
จะโน้มเอียงของเข้าหาอะตอมที่ EN สูง ทำให้เกิดสภาพขั้วของพันธะขึ้น
(polarcovalent bond พันธะโคเวเลนต์มีขั้วมีวิธีเยนสภาพขั้วของพันธะ
2 แบบ คือ

แบบเดลตา จะใช้สัญลักษณ์ S*(เดลตาบวก) แทนสภาพขั้วพันธะ
ที่เป็นบวกและ 6- (เดลตาลบ) แทนสภาพขั้วพันธะที่เป็นลบ
แบบลูกศร ที่ตันลูกศรจะมีเครื่องหมายบวกแทนสภาพขั้วพันธะที่เป็นบวก
ส่วนหัวลูกศรก็จะแทนสภาพขั้วที่เป็นลบส่วนความแรงของสภาพขั้วนั้น
ดูจากผลต่าง EN อะตอมคู่ใหนมี EN ต่างกันมาก ก็จะเกิดสภาพขั้วของ
พันธะที่แรงตาม

สภาพขั้วของโมเลกุลคือ ผลรวมของสภาพขั้วพันธะทุกพันธะในโมเลกุล
ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับรูปร่างโมเลกุลที่จะส่งผลต่อทิศทางของแต่ละเวกเตอร์ด้วย
จากตัวอย่างโมเลกุล H 0 พันธะทั้งสองจะมีสภาพขั้วชี้ไปทางออกซิเจน
เมื่อรวมสภาพขั้วด้วยวิธีแบบเวกเตอร์แล้วจะได้เวกเตอร์ลัพธ์ที่แสดงสภาพขั้ว
โดยรวมที่เรียกว่า "สภาพขั้วของโมเลกุล" ส่วนโมเลกุล CO, พันธะทั้งสองมี
สภาพขั้วชี้ออกจากอะตอม C ทำให้หักล้างกันและไม่มีสภาพขั้วของโมเลกุล
สำหรับโมเลกุลอื่นๆการดูว่าโมเลกุลมีขั้วหรือไม่นั้น มีหลักพื้นฐานคือ
โมเลกุลที่มีอะตอมข้างเหมือนกันทั้งหมด หากมีรูปร่างโมเลกุลต่อไปนี้
มักเป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว เพราะทิศทางสภาพขั้วพันธะจะหักล้างกันได้หมด

มุมพันธะ (Bond Angle)

หากเรามองอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวเป็นแขนๆหนึ่ง
(เป็นแขนที่มองไม่เห็น) จะพบว่ารูปร่าง trigonal pyramidal และ
bent ที่มีอิเล็กตรอนคูโดดเดี่ยว 2 คู่
จะมีโครงสร้างพื้นฐานแบบเดียวกับ tetrahedral
เพราะมี 4 แขนเหมือนกัน แต่มุมพันธะจะไม่เท่ากัน เพราะ
อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวนั้นอยู่ใกล้กับนิวเคลียสของอะตอมกลาง
มากกว่าและยังเคลื่อนที่ได้อิสระกว่า จึงส่งแรงผลักไปยังแขนอื่นๆได้
มากกว่าอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ ทำให้มุมพันธะอื่นแคบลง

พันธะไออนิก

พันธะไอออนิก
สมมติเราวางลวดโลหะ Mg ไว้บนโต๊ะ เป็นลวดที่มีความมันเงาซึ่งรอบๆ
ลวดเส้นนี้จะมีอากาศอยู่ ในอากาศมีโมเลกุลแก๊สออกซิเจน (O2) กับแก๊ส
ไนโตรเจน (N.) ที่เคลื่อนที่แบบร้ทิศทาง ย่อมมีโอกาสชนสิ่งรอบข้างไม่ว่า
จะเป็น โต๊ะ สิ่งของที่วางบนโต๊ะ รวมไปถึงลวด M9 เส้นนี้ด้วย เมื่อ
โมเลกุลออกซิเจนชนกับอะตอมของ Mg (บริเวณผิวของเส้นลวด) ใน
จังหวะที่สัมผัสกันนี้ก็มีโอกาสที่จะเกิดสารประกอบไอออนิกที่ชื่อ
"แมกนีเซียมออกไซด์"

การเกิดสารประกอบไอออนิก

1) พลังงานที่ใช้ในการกอะตอมของโลหะของแข็งออกเป็นแก๊ส คือ
ความร้อนแฝงในการระเหิด (heat of sublimation)
2) พลังงานที่ใช้ในการดึงอิล็กตรอนออกจากอะตอมของโลหะในสถานะ
แก๊สจนได้ไอออนบวกที่เสถียร (ผลรวมของ ionization energy, IE)
3) พลังงานที่ช้เปลี่ยนสถานะของอโลหะให้กลายเป็นแก๊ส (จะมีเฉพาะ
ธาตุที่ไม่ได้เป็นแก๊ส)
4) พลังงานที่ใช้สลายพันธะระหว่างอะตอมของอโลหะ (bond energy)
5) พลังงานที่คายออกมาเมื่ออะตอมของอโลหะรับอิเล็กตรอนแล้ว

กลายเป็นไอออนลบที่เสถียร (ผลรวม
ของ electron affinity, EA)

6) พลังงานที่คายออกมาเมื่อไอออนบวกกับไอออนลบสร้างพันธะไอออนิก
กัน(เกาะตัวเป็นผลึก)เรียกว่า พลังงานโครงผลึก (lattice energy)
ส่วนพลังงานตามเส้นลูกศรสีแดงคือพลังงานที่คายออกมาในการเกิด
สารประกอบ NaCl เรียกว่าพลังงานการเกิด (heat of formation)

การเรียกชื่อสารประกอบไอออนิก

การเรียกชื่อสารประกอบไอออนิก
เวลาเรียกชื่อสารไอออนิก เราจะเรียกชื่อไอออนบวกก่อนตามด้วยไอออนลบ ก็
จะสื่อความหมายได้เข้าใจตรงกันโดยไม่ต้องบอกสัดส่วนของแต่ละไอออน
เพราะสัดส่วน ไอออนบวก : ไอออนลบ จะเกิดจากการไขว้เลขประจุเพื่อทำให้
ประจุไฟฟ้ารวมเป็นกลาง
การเรียกชื่อไอออนบวก
ให้เรียกชื่อโลหะนั้นตามปกติโดยแบ่งเป็น 2 กรณี
1) กรณีที่ไอออนบวกของโลหะมีประจุคงที่ค่าเดียว ให้เรียกชื่อไอออนบวกนั้น
ด้วยชื่อธาตุได้เลย เช่น lithium, magnesium โดยโลหะหมู่
1, 2 และ 3 จะมีประจุ +1, 2 และ +3 ตามลำดับ หรือธาตุแทรนชิชันบาง
ตัวที่มีประจุคงที่ ได้แก่ silver, zinc และ scandium
2) กรณีที่ไอออนบวกของโลหะมีประจุได้หลายค่ ให้เขียนชื่อโลหะตามด้วย
วงเล็บบอกประจุของไอออนนั้น แล้วต่อท้ายด้วย "ion"
การเรียกชื่อไออนลบ
เมื่อเรียกชื่อไออนบวกได้แล้ว ก็ต้องจำไออนลบที่เจอบ่อยๆ ในสารประกอบไออนิก

ความเป็นไอออนิกของสารประกอบ
(IONIC CHARACTER)

ความเป็นไอออนิกของสารประกอบ

เมื่อดูที่ค่า EN ของธาตุที่จะสร้างพันธะกัน หากอะตอมธาตุหนึ่งมีค่า EN สูงกว่า
อีกธาตุหนึ่งมาก โอกาสที่จะเกิดสารประกอบไอออนิกจะมีมากตามไปด้วย
เพราะธาตุที่มีค่า EN สูงจะดึงเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอีกธาตุหนึ่งมาเป็นของ
ตนเองเกิดเป็นไอออนลบและไอออนบวกเกาะตัวกันเป็นผลีก แต่หากธาตุคู่นั้นๆ
มีค่า EN ใกล้เคียงกัน การดึงอิเล็กตรอนข้ามอะตอมนั้นก็เกิดได้ยาก ธาตุคู่นั้น
จะเกิดพันธะโคเวเลนต์กัน มีความเป็นโคเวเลนต์หรือ covalent character ยิ่ง
ถ้าอะตอมทั้งสองมีค่า EN เท่ากันจะมีความเป็นโคเวเลนต์มากที่สุด และมีความ
เป็นไอออนิกน้อยที่สุด

คุณสมบัติต้านต่างๆของสารไอออนิกล้วนอธิบายได้ด้วย 2 สิ่งคือ (1) การเรียง
ตัวของไอออนในผลึก (2) แรงดึงดูดระหว่างไอออน ซึ่งได้พูดไปในหน้าที่ผ่านมา
สารที่มีความเป็นไอออนิกมากจะยิ่งมีสมบัติเหล่านี้เด่นชัด




1.)มีจุดหลอมเหลวสูง
เพราะไอออนบวกและไอออนลบจะยึดเหนี่ยวกันด้วย

แรงดึงดูดระหว่างประจุไฟฟ้ากับไอออนรอ
บข้าง (พันธะมีทิศทางชัดเจน)

ไอออนหลุดออกจากกันได้ยาก ถ้าจะหลอมเหลวผลึกไอออนิกต้องใช้ความ
ร้อนสูงพอที่จะเอาชนะแรงดึงดูดระหว่างไอออน ซึ่งความแข็งแรงของพันธะ
ไอออนิกจะแปรผันกับความแรงของประจุ แต่แปรผกผันกับระยะระหว่าง
จุดศูนย์กลางของไอออนที่อยู่ติดกัน (ระยะ d) ยิ่งไอออนมีขนาดเล็ก แรง
ดึงดูดจะยิ่งมาก จุดหลอมเหลวจะยิ่งสูง

2.) ผลึกมีความแข็งแต่เปราะ
เมื่อถูกทุบหรือเคาะ (ออกแรงในแนวตั้งฉากกับผิว) ผลึกจะแตกออกได้
ง่ายเพราะเมื่อการจัดเรียงตัวเขยื้อนเพียงเล็กน้อยก็จะเกิดแรงผลักกัน
ระหว่างประจุทำให้ผลึกแตกออก รอยแตกจะเป็นเหลี่ยมไม่โค้งมน

3) ผลึกไอออนิกไม่นำไฟฟ้าในสถานะของแข็ง เนื่องจากไอออน

เเคพลรื่าอะนไทอี่อไมอ่นไดส้แามต่าเมรื่ถอเหคลลื่ออมนเทีห่ไลด้วแหลร้ืวอลจะ
าลการูยปนจ้ะำแเหล็้นวจว่าะสนาำรไลฟะฟล้าายไดข้อง

เกลือไอออนิกจะนำไฟฟ้าได้ดีกว่าเกลือไอออนิกหลอมเหลว เนื่องจาก

ไอออนในสารละลายเคลื่อนที่ไปยังขั้วไ
ฟฟ้าตรงข้ามได้สะดวกกว่า

ไอออนในสถานะหลอมเหลว

การละลายน้ำของสารไอออนิก

เทมำื่อลนาำยผแลรึกงดไึงอดอูดอนริะกหมว่าาลงไะลออาอยนน้ำ(จพะลมัีงพงาลันงโงคานรงทีผ่เลกึี
่กย,วLขa้อtงt2iceขั้นeตneอrนgคืyอ)กแาลรดะูดกาพรลคังางยาพนไลัปงงาน

ไฮเดรชัน (Hydration energy)เมื่อไอออนสร้างแรงดึงดูดกับโมเลกุลน้ำที่ อยู่ล้อมรอบ
กลายเป็นสารละลายในน้ำ (aqueous, a) ดังนั้นการละลายน้ำของผลึกไอออนิกจะดูดหรือ
คายความร้อนก็ดูจากผลต่างระหว่างพลังงานใน 2 ขั้นตอนนี้
ซึ่งเราเรียกว่าพลังงานการละลาย (enthalpy of solution)

ㆍ ถ้า พลังงานโครงผลึก > พลังงานไฮเดรชัน

การละลายนั้นจะดูดพลังงานจากน้ำ ทำให้อุณ
หภูมิของสารละลายลดลง โดยความร้อน

ที่เปลี่ยนแปลงจะคำนวณตามสมการ

ㆍmcAt = lattice energy- hydrationenergy
ถ้า พลังงานโครงผลึก < พลังงานไฮเดรชัน
การละลายนั้นจะคายพลังงานให้น้ำ ทำให้อุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้น โดยความ
ร้อนที่เปลี่ยนแปลงจะคำนวณตามสมการ
mcAt = hydration energy- lattice energy

พันธะโลหะ




ธาตุโลหะส่วนใหญ่จะมีพลังงานไอออไนเซชันต่ำเพราะอยากจะจ่ายอิเล็กตรอน
วงนอกสุดออกไปให้เหลือวงในที่ครบออกเตท และด้วยแรงดึงดูดจากประจุบวก
ในนิวเคลียสที่มีต่ออิเล็กตรอนวงนอกสุดก็ค่อนข้างต่ำ อิเล็กตรอนวงนอกจึงมี
อิสระพอที่จะเคลื่อนที่ไปยังอะตอมอื่นที่อยู่ข้างเคียงได้เมื่ออะตอมของโลหะหลายอะตอมมาอยู่รวม
กันหลายๆอะตอมเป็นกลุ่มก้อน(รูปบนสุดหน้าถัดไป) อะตอมทุกอะตอมก็ต้องการจ่ายอิเล็กตรอน
ออกโดยไม่มีอะตอมใดอยากรับอิเล็กตรอน ทุกอะตอมจึงพร้อมใจกันทิ้งอิเล็กตรอนวงนอกสุดออก
เป็นอิสระเพื่อให้ตัวเองครบออกเตท อะตอมของโลหะจึงกลายเป็นไอออนบวกที่เสถียรขึ้นและมี
ขนาดเล็กลง ส่วนอิเล็กตรอนวงนอกสุดที่ถูกทิ้งออกมาจะเคลื่อนที่ได้อิสระทั่วทั้งก้อนโลหะ (รูป
กลาง) อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ได้เร็วมากจึงเปรียบเสมือนกลุ่มหมอกที่แทรกตัวไประหว่างไอออนบวก
คล้ายกาวที่มีประจุลบคอยดึงดูดไอออนบวกของโลหะทั้งหลายไว้ด้วยกัน

สมบัติของโลหะ




อิเล็กตรอนอิสระ (free electrons) ที่ถูกปล่อยมาจากอะตอมโลหะจำนวนมาก
จะมีค่าพลังงานไม่เท่ากัน แต่ค่าจะใกล้เคียงกันมาก และสามารถเคลื่อนที่ได้ทั่ว
ทั้งก้อนโลหะเป็นเหตุให้โลหะมีคุณสมบัติต่างๆ ดังต่อไปนี้
•โลหะมีความเหนียว
ตีแผ่เป็นแผ่นบาง ยืดเป็นเส้นยาว หรือทำเป็นรูปร่าง
ต่างๆได้ง่าย เพราะมีอิเล็กตรอนอิสระคล้ายกาวที่คอยดึงดูดไอออนบวกของ
โลหะทั้งก้อนไว้ด้วยกัน
•จุดหลอมเหลวสูง
โลหะส่วนใหญ่มี m.. สูงตั้งแต่เกือบพันจนถึงสามพัน
องศาเซลเชียส ยกเว้นธาตุหมู่ 1 จะมีจุดหลอมเหลวต่ำเพียงหลักสิบถึงร้อย
กว่าๆเท่านั้นเนื่องจากมีจำนวนอิเล็กตรอนอิสระน้อย เหมือนมีกาวน้อยจึง
ยึดอะตอมกันไว้ได้ไม่แข็งแรง
•นำความร้อนได้ดี
เพราะมีอิเล็กตรอนอิสระเป็นตัวถ่ายเทพลังงานจลน์ ถ้า
อุณหภูมิสูง อิเล็กตรอนอิสระจะมีพลังงานจลน์สูง วิ่งเร็ว และชนอิเล็กตรอน
ข้างเคียงให้มีพลังงานสูงตาม ถ่ายเทพลังงานความร้อนได้ทั่วทั้งก้อนโลหะ
•นำไฟฟ้าได้ดี
เนื่องจากอิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ได้ตามทิศทางของแรงจาก
สนามไฟฟ้าเมื่อมีความต่างศักย์ระหว่าง 2 จุดใดๆ ในชิ้นโลหะนั้น
•สะท้อนแสงได้ดี
เพราะอิเล็กตรอนอิสระนี้สามารถดูดกลืนและคายพลังงาน
ออกมาได้หลายช่วงพลังงานในย่าน visible light แสงจึงสะท้อนมาเข้าตา
เรา ผิวโลหะจึงดูเป็นมันเงา