พันธะเคมี

General Chemistry

พนั ธะเคมี

(Chemical Bonding)

สาขาวชิ าเคมี คณะศิลปศาสตร์และวทิ ยาศาสตร์
มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วทิ ยาเขตกาํ แพงแสน

เนือ้ หาหลักในบทเรียน

 พนั ธะเคมชี นิดตา่ ง ๆ
 ปริมาณท่ีเกี่ยวข้องกบั พนั ธะและโครงสร้าง

• พลงั งานของพนั ธะเคมีและความร้อนของการเกิดปฏกิ ิริยา
• ความยาวพนั ธะมมุ พนั ธะ
• สภาพขวั้ ของพนั ธะ

 ทฤษฎีท่ีใช้อธิบายพนั ธะโควาเลนต์

• โครงสร้างของลวิ อสิ (Lewis Structure)และทฤษฎี VSEPR
• ทฤษฎีโมเลกลู า่ ร์ออร์บทิ ลั (Molecular Orbtial Theory; MO)
• ทฤษฎีพนั ธะวาเลนซ์ (Valence Bond Theory; VB)

 ทฤษฎีท่ีใช้ในการอธิบายพนั ธะโลหะ
 แรงระหวา่ งพนั ธะ

2

พนั ธะเคมี (Chemical Bonding)

พนั ธะเคมี คอื แรงดงึ ดดู ที่ยดึ อะตอมเข้าด้วยกนั เป็นโมเลกลุ

(An attractive force that holds atoms together to form molecules)

• การสร้างพนั ธะเป็ นกระบวนการคายพลงั งาน
(ทําให้อะตอมมีความเสถียรเพิ่มขนึ ้ )

• การทําลายพนั ธะเป็ นกระบวนการดดู พลงั งาน

 พนั ธะเคมีแบง่ ออกเป็ นประเภทหลกั ๆ ดงั นี ้

1.พนั ธะไอออนิก (Ionic Bond)
2.พนั ธะโควาเลนต์ (Covalent Bond)
3.พนั ธะโลหะ (Metallic Bond)

3

1. พนั ธะไอออนิก (Ionic bond)

พนั ธะไอออนิก คอื แรงยดึ เหนียวระหวา่ งไอออนบวกและ
ไอออนลบ เป็นพนั ธะที่เกิดขนึ ้ ระหวา่ งธาตทุ ี่มีคา่ EN ตา่ งกนั
มาก เป็นผลจากแรงดงึ ดดู ทางไฟฟ้ า (coulombic attraction)

• อะตอม EN ต่าํ : ให้อเิ ลก็ ตรอน → ไอออนบวก (โลหะ)
• อะตอม EN สูง: รับอเิ ลก็ ตรอน → ไอออนลบ (อโลหะ)

 M+ (g) + X− (g) → MX(s) + lattice energy

4

2. พนั ธะโควาเลนต์ (Covalent Bond)

พนั ธะโควาเลนต์ คือแรงยดึ เหน่ียวระหวา่ งธาตทุ ่มี ีคา่ EN
ใกล้เคียงกนั (และ EN มีคา่ มาก) อะตอมที่เกิดพนั ธะจะใช้
วาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนร่วมกนั ในการเกิดพนั ธะทําให้เสถียรขนึ ้

• อะตอม EN สูง: ไมม่ ีอะตอมใดยอมเสยี อเิ ลก็ ตรอน

- --
-

- - + -
-
+ Shared -
electrons
-

5

3. พนั ธะโลหะ (Metallic Bond)

พนั ธะโลหะ คอื แรงท่ียดึ อะตอมโลหะไว้ด้วยกนั ในผลกึ (ระหวา่ ง
อะตอมท่ีมีคา่ EN ตํ่า)
• วาเลนซ์อิเลก็ ตรอนของโลหะเคล่อื นที่ไปในที่ตา่ ง ๆ ได้อยา่ งอสิ ระ
• อเิ ลก็ ตรอนอสิ ระทําหน้าท่ีดงึ ดดู นิวเคลยี สของอะตอมตา่ ง ๆเข้า
ด้วยกนั
- - +- - -
+- - - -+
--
- + - - - +- -+
- - - - - Sea of
อเิ ล็กตรอนอสิ ระ - - - -- + -- -
(วาเลนซ์อเิ ล็กตรอน) -+- - - electrons
+- - - +-
-+ -
- +- -
-
-- - --
- -+- -
- - - +- - - +-
- -
- +- +- - +
- -

เวเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนมาก  พนั ธะแขง็ แรงมาก

6

พลังงานพนั ธะ (Bond Energy)

พลังงานพนั ธะ หรือ พลังงานสลายพนั ธะ (Bond dissociation
energy, D) คอื พลงั งานท่ีต้องใช้ในการสลายพนั ธะเคมีแตล่ ะ
พนั ธะในโมเลกลุ (มีคา่ เป็ นบวก) เชน่
 พนั ธะเคมชี นHิด2เ(ดgยี) →วกนั 2ใHน(โgม)เลDก(ลุ Hท—่ีตา่Hง)ก=นั อ43า6จมkีคJ/า่ mพoลlงั งาน
สลายพนั ธะตา่ งกนั เช่น C-H
• CH4(g) → CH3(g) + H(g) DDDD((((HHHH----CCCC))))CCCCHHHH324====435363136895kkkkJJJJ//mm//mmoooollll
• CH3(g) → CH2(g) + H(g)
• CH2(g) → CH(g) + H(g)
• CH(g) → C(g) + H(g)

7

พลังงานพนั ธะเฉล่ีย (Average Bond Energy)

พลังงานพันธะเฉล่ีย เป็ นคา่ เฉล่ียของพลงั งานสลายพนั ธะ
สําหรับพนั ธะแตล่ ะชนิดในโมเลกลุ ตา่ ง ๆ (เป็ นคา่ โดยประมาณ)

8

ความร้อนของปฏกิ ริ ิยา (Heat of Reaction)

การเกิดปฏกิ ริ ิยาเคมี คือกระบวนการที่มีการทาํ ลายพนั ธะเดมิ
(สารตงั้ ต้น)และสร้างพนั ธะใหม่(สารผลิตภณั ฑ์)

ควทามี่เปรล้อี่ยนนขแอปงลปงไฏปกิ ใรินิยรูปาค(∆วาHมrxรn้อ)คนอืเมพื่อลเงักงิดาปนฏเอิกนิริทยาาลสปาี ขมอางรรถะหบาบ
ได้จาก

∑ ∑∆Hrxn = D − D
reactants products

พลขังองงาสนาพรันตธัง้ ตะ้รนวม พลังงานพันธะรวม
ของผลติ ภณั ฑ์

• ∆∆HHrrxxnn เป็ นลบ ปฏกิ ิริยาคายพลงั งาน
• เป็ นบวก ต้องใช้พลงั งานเพ่ือให้เกิดปฏกิ ิริยา (ดดู พลงั งาน)

9

การคาํ นวณหาค่าความร้อนของปฏกิ ริ ิยา

ตวั อย่าง จงหาพลงั งานท่ีเปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยาตอ่ ไปนี ้
CH4(g) + Cl2(g) → CH3Cl (g) + HCl(g)

• ∑ D(พลงั งานพนั ธะสารตงั้ ต้น) = 4D(C-H) + D(Cl-Cl)
reactants (พลงั งานพนั ธะผลติ ภณั ฑ์ ) = D(C-Cl) + 3D(C-H) + D(Cl-H)

• ∑D
products
 4D(C-H) + D(Cl-Cl) – [D(C-Cl) + 3D(C-H) + D(Cl-H)]
∆H ==rxn
(4×414 + 243) –(339 + 3×414 + 431) kJ/mol = –104 kJ/mol
ปฏิกิริยานีจ้ ะคายความร้อนออกมา 104 kJ/mol

10

ความยาวพนั ธะ (Bond Length)

ความยาวพนั ธะ คอื ระยะหา่ งระหวา่ งอะตอมคทู่ ่ี

สร้างพนั ธะ โดยเป็ นตําแหนง่ ที่อะตอมทงั้ สองดงึ ดดู
กนั ได้ดที ่ีสดุ มีพลงั งานตํา่ สดุ หรือมีเสถียรภาพที่สดุ

 ความยาวของพนั ธะโควาเลนต์สมั พนั ธ์กบั
พลงั งานพนั ธะ

• ความยาวพนั ธะเดี่ยว > พนั ธะคู่ > พนั ธะสาม
• พลงั งานพนั ธะเดี่ยว < พนั ธะคู่ < พนั ธะสาม

Bond Bond
Length Energy

11

ความยาวพนั ธะเฉล่ียของโมเลกุลต่างๆ

12

มุมพนั ธะ

มุมพนั ธะ คอื มมุ ที่เกิดขนึ ้ เม่ือลาก 106.0°
เส้นผ่านพนั ธะ 2 พนั ธะมาตดั ท่ี 104.0°
นิวเคลียสของอะตอมกลาง

 โมเลกลุ ท่ีมีสตู รเคมีคล้ายกนั มมุ พนั ธะอาจไมเ่ ทา่ กนั
• H2O = 104.5° • H2S = 92°

 การทํานายโครงสร้างของโมเลกลุ เชน่ มมุ พนั ธะ จําเป็ นต้อง
อาศยั ข้อมลู เก่ียวกบั อเิ ลก็ ตรอนในโมเลกลุ

13

สภาพขัว้ ของพนั ธะ (Bond Polarity)

สภาพขัว้ ของพนั ธะ คือการอธิบายการกระจายตวั ของ
อเิ ลก็ ตรอนทใี่ ช้ในการสร้างพนั ธะระหวา่ งอะตอม

 สภาพขวั้ ของพนั ธะโควาเลนต์ขนึ ้ อยกู่ บั คา่ EN ของอะตอมทงั้
สอง ถ้าคา่ EN ของอะตอมทงั้ สองตา่ งกนั การกระจายตวั ของ
อิเลก็ ตรอนในบริเวณระหวา่ งอะตอมทงั้ สองจะไมส่ ม่ําเสมอ ซง่ึ
จะเรียกวา่ พนั ธะโควาเลนต์แบบมีขวั้
Xδ+−Yδ- เม่ือ EN ของ Y > X

H +F H F

δ+ δ-

14

ทฤษฎที ่ใี ช้อธิบายพนั ธะโควาเลนต์

1. แบบจาํ ลองของลิวอสิ (Lewis Structure)
2. ทฤษฎีโมเลกุลาร์ออร์บทิ ัล (Molecular Orbital, MO)
3. ทฤษฎีพนั ธะวาเลนซ์ (Valence Bond, VB)

15

กฎออกเตท (Octet Rule)

 กฎออกเตท อะตอมท่ีมีวาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนครบแปด* (มีการ
จดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนเหมือนแก๊สเฉื่อยในหมู่ 8A)จะมีความเสถียร
มาก โดยไม่สําคญั ว่าอิเล็กตรอนดงั กล่าวจะเป็นของอะตอมเองหรือ
ไดม้ ากจากการใชอ้ ิเล็กตรอนร่วมกบั อะตอมอืน่ (พนั ธะโควาเลนต์)
• ใช้ได้ดกี บั ธาตใุ น s และ p block
• ใช้ได้ดกี บั สารประกอบอนิ ทรีย์
• มีข้อยกเว้นมาก โดยเฉพาะกบั อะตอม BแลeะBHeแลจะะมAวี าlเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนครบสอง

* ตามกฎออกเตท H

Noble Gas (8A) valence e− < 8 valence e− = 8

16

1. แบบจาํ ลองของลิวอสิ (Lewis structure)

 G.N. Lewis เสนอวา่ การสร้างพนั ธะโควาเลนต์ระหวา่ งอะตอมใน
โมเลกลุ จะเป็นไปตาม กฎออกเตต (Octet rule) คอื “อะตอมใด ๆ มี
แนวโน้มท่จี ะสร้างพันธะเพ่ือให้ตวั มันมีวาเลนซ์อเิ ล็กตรอนครบ
แปด” เพ่ือท่ีจะมีการจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนเหมือนแก๊สเฉ่ือยในหมู่ 8A)ซ่งึ
ทําให้ทงั้ โมเลกลุ มีความเสถียรมากท่ีสดุ

• สนใจเฉพาะวาเลนซ์อิเลก็ ตรอนของแตล่ ะอะตอม
• ใช้ได้ดีกบั ธาตใุ น s และ p block

Carbon Hydrogen CH4

17

โครงสร้างแบบจุดอเิ ล็กตรอน

 การเขียนโครงสร้างลิวอิสหรือโครงสร้างแบบจดุ อิเลก็ ตรอน
(Lewis’s dot structure) เป็ นวธิ ีการเขียนเพ่ือแสดงวาเลนซ์
อิเลก็ ตรอนและการสร้างพนั ธะโควาเลนต์ระหวา่ งอะตอมใน
โมเลกลุ

 โครงสร้างลิวอสิ ของอะตอม

• ใช้จดุ แทนวาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน

18

โครงสร้างลิวอสิ ของโมเลกุล

 โครงสร้างลิวอสิ ของโมเลกลุ

• พนั ธะโควาเลนต์คอื การใช้อเิ ลก็ ตรอนร่วมกนั ของสองอะตอม
• หนง่ึ พนั ธะประกอบด้วยสองอเิ ลก็ ตรอน (2 shared electrons)
• แตล่ ะพนั ธะแทนด้วยจดุ 2 จดุ (:) หรือ หนงึ่ เส้น (−)

♦ อเิ ลก็ ตรอนที่ใช้ในการสร้างพนั ธะ เรียกวา่ bonding electron
♦ อเิ ลก็ ตรอนท่ีไมเ่ กี่ยวข้องกบั การสร้างพนั ธะเรียกวา่ non-bonding electron

H H
HCH
H−C−H
H
H

N N N≡N

19

การเขยี นโครงสร้างลวิ อสิ

1. กาํ หนดอะตอมกลาง(ต้องการ valence electron หลายตวั ) และการ
จดั เรียงอะตอมในโมเลกุล

2. น••ับไไจออาํ ออนออวนนนลบเบววก:เ:เลพลน่มิบซจจ์อาําํ นนเิ ลววน็กนอตอเิเิรลลอก็ก็ นตตรขรอออนนงเเทททุก่า่ากกอับับะจจตาําํ อนนมววนในนปปโรรมะะจจเลุลุบบกวขกุลอของไงอไอออออนน
3. เช่ือมอะตอมด้วยพนั ธะเด่ยี ว(ระหว่างอะตอมกลางกบั อะตอม

ปลาย) โดยใช้ 2 อเิ ล็กตรอนในการสร้างพนั ธะเด่ยี วแต่ละพันธะ
4. เตมิ วาเลนซ์อเิ ล็กตรอนให้กับอะตอมปลายให้ครบ8 (ยกเว้น H

เท่ากับ 2)
5. เตมิ อเิ ล็กตรอนท่เี หลือให้กับอะตอมกลาง (อาจมากกว่า 8)
6. ถ้าจาํ นวนวาเลนซ์อเิ ล็กตรอนท่อี ะตอมกลางไม่ครบ 8 ให้นํา

อเิ ล็กตรอนท่ไี ม่ร่วมพนั ธะ (unshared pair electron) ของอะตอม
รอบๆ มาสร้างพนั ธะค่หู รือพันธะสาม
7. จาํ นวนวาเลนซ์อเิ ล็กตรอนรวมต้องเท่ากับท่ไี ด้จากข้อ 1.

20

ตวั อย่าง โครงสร้างลวิ อสิ ของ NF3

1. อะตอมกลางคอื N
2. จาํ นวนเวเลนซ์อเิ ล็กตรอน = 5 + (7x3) = 26 อเิ ลก็ ตรอน
(จาํ นวนเวเลนซ์อเิ ล็กตรอนของ N = 5 F = 7)
3. เขียนพนั ธะเด่ยี วระหว่างอะตอมกลางกับอะตอมปลาย
FNF FNF
หรือ
4. เขียนอเิ ล็กตรอนFของอะตอมปลาFยให้ครบ 8

FNF

F

5. เอตเิ ลมิ ็กอตเิ ลร็กอตนร)อนท่เี หลือให้กับอะตอมกลาง (26-24 = 2

FNF หรือ F N F F N F
F F F
หรือ

21

ตวั อย่าง โครงสร้างลวิ อสิ ของ HCN

1. อะตอมกลางคอื C
2. จาํ นวนเวเลนซ์อเิ ล็กตรอนของ HCN 1 + 4 + 5 =10 อเิ ล็กตรอน
3. เขียนพันธะเด่ยี วระหว่างอะตอมกลางกับอะตอมท่มี ีพันธะ

HCN

4. เขียนอเิ ล็กตรอนของอะตอมปลาย ให้ครบ 8 (หรือ 2)

HCN

5. เตมิ อเิ ลก็ ตรอนท่เี หลือให้กับอะตอมกลาง (10-10 = 0)

ยังไม่เป็ นไปตามกฎออกเตท

6. นําอเิ ล็กตรอนท่ไี ม่ร่วมพนั ธะของอะตอมรอบๆ (N) มาสร้างพนั ธะ
คู่หรือพันธะสาม จนอะตอมกลางมีอเิ ล็กตรอนครบแปด

HCN H C N H−C≡N

22

ข้อยกเว้นของกฎออกเตต

1. โมเลกุลท่มี ีอเิ ล็กตรอนเป็ นเลขค่ี เช่น
NCOlO2 มีอเิ ล็กตรอนรวม เท่ากับ 19
• มีอเิ ล็กตรอนรวม เท่ากับ 11
•

2. โม•เNลOก2ุลท่อี มะตีอเิอลม็กกตลรอานงมรวีอมเิ ลเทก็ ่าตกรับอ1น7น้อยกว่า 8
3. โม••เBBลFeกH3 ุล2 ท่อี BBะeตมอมีอมีอเิ ลเิกล็กล็กตาตรงรอมอนีอนเทเิเทล่า่กาก็ กับตับร6อ6นมากกว่า 8
XSPFCeF4l54 มีอเิ ล็กตรอน เท่ากับ 10 F
• มีอเิ ล็กตรอน เท่ากับ 12 F S F
• มีอเิ ลก็ ตรอน เท่ากับ 10 F
•

23

ประจุฟอร์มาล (Formal charge)

ประจุฟอร์ มาล เป็ นความแตกต่างระหว่างจาํ นวนเวเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนของ

อะตอมเด่ยี วกับของอะตอมในโครงสร้างลวิ อสิ เป็ นการทาํ นายการสภาพ
ขัว้ ของโมเลกุลอย่างคร่าว ๆ

การคาํ นวณประจุฟอร์มาลของอะตอม

formal charge = Ve − Ne − 1 Be
2

• V เวเลนซ์อเิ ล็กตรอนของอะตอมเด่ยี ว
• N เวเลนซ์อเิ ล็กตรอนท่ไี ม่ได้สร้างพนั ธะ
• B เวเลนซ์อเิ ล็กตรอนทงั้ หมดท่สี ร้างพนั ธะรอบอะตอมนัน้

24

ตวั อย่าง จงหาประจุฟอร์มาลของแต่ละอะตอม

 [IO3]– O−I−O
O

• I = 7 – 2 – ½ (6) = +2 −O1 −+I2−O−1
• O = 6 – 6 – ½ (2) = -1 O−1

ประจรุ วม = +2 – 1 – 1 – 1 = -1

 [NH3CH2COO]– วธิ ีลัด ดจู ํานวนพนั ธะเปรียบเทียบกบั
HH O จํานวนพนั ธะที่ควรจะมีของแตล่ ะอะตอม
เชน่ N มีวาเลนซ์ 5 ควรมีพนั ธะ 3 พนั ธะ
H−+N−C−C ถ้ามีเกินจะเป็นบวก ถ้ามีไมค่ รบจะเป็นลบ

H H O-

25

เรโซแนนซ์ (Resonance)

ในบางโมเลกลุ หรือไอออน สามารถเขียนแบบจําลองของลวิ อสิ ได้
มากกวา่ 1 แบบ เช่น CO2 และ SO2

+1 -1 O=C=O -1 − C ≡ +1

O≡C−O O O

S+1 S+1

OOOO
-1 -1

เรียกปรากฏการณ์นีว้ า่ ปรากฏการณ์เรโซแนนซ์ โดยต้องมี
การจดั เรียงลําดบั ของอะตอมเหมือนกนั เสมอ ตา่ งกนั แตเ่ พียง
การกระจายอเิ ลก็ ตรอนในพนั ธะ

26

เรโซแนนซ์ (Resonance)

โครงสร้างลิวอิสของ O3

O +1 O+1

OO OO
-1 -1
จากการทดลองพบวา่ ความยาวพนั ธะระหวา่ ง O ทงั้ สองเทา่ กนั
แเรสียดกงววา่ า่ โโคมรเลงสกรลุ ้าOงเ3รโไซมแเ่ กนิดนพซนั์ (ธRะeทsoงั้ n2aแnบceบ แตเ่ กิดโครงสร้างที่
structure)

1.278 Å O 1.278 Å
OO

27

โครงสร้าง Lewis ท่เี ป็ นไปได้

หลกั ในการพิจารณาวา่ โครงสร้างใดเป็นโครงสร้างที่
เป็นไปได้ มากที่สดุ มีหลกั การดงั นี ้

1. เป็นไปตามกฎออกเตตมากที่สดุ
2. โครงสร้างที่มีประจฟุ อร์มาลต่ําที่สดุ
3. อะตอมท่ีมีคา่ EN สงู ควรมีประจฟุ อร์มาลเป็ นลบ
4. อะตอมชนิดเดยี วกนั ไมค่ วรมีประจฟุ อร์มาลตรงข้ามกนั

CO2 O ≡ C − O O = C = O O − C ≡ O
+1 0 -1 0 0 0 -1 0 +1

N3− N N N N NN N NN
-2 +1 0
-1 +1 -1 0 +1 -2

28

ทฤษฎีการผลักกลุ่มอเิ ลก็ ตรอนในวงเวเลนซ์

Valence Shell Electron Pair Repulsion(VSEPR) คือทฤษฎีท่ีใช้
ทํานายรูปร่างของโมเลกลุ หรือไอออนท่ียดึ กนั ด้วยพนั ธะโควาเลนซ์
โดยโครงสร้างของโมเลกลุ จะขนึ ้ อยกู่ บั จํานวนกลมุ่ อิเลก็ ตรอนที่ใช้
สร้างพนั ธะและอเิ ลก็ ตรอนโดดเด่ียว
ไม่จําเป็ นต้ องมี
• พิจารณาเฉพาะวาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนเทา่ นนั้ 2 อเิ ลก็ ตรอน

• แบง่ อเิ ลก็ ตรอนออกเป็ นกลมุ่ ตา่ ง ๆ (คอู่ เิ ลก็ ตรอน; electron pair)
♦ อเิ ลก็ ตรอนสร้างพันธะ
(2, 4, 6 อเิ ลก็ ตรอน ตามชนิดของพนั ธะ คือ พนั ธะเด่ียว, ค,ู่ สาม )
♦ อเิ ลก็ ตรอนคู่โดดเด่ียว (2 อเิ ลก็ ตรอน)
♦ อเิ ลก็ ตรอนโดดเด่ยี ว (1 อเิ ลก็ ตรอน)
• กลมุ่ อเิ ลก็ ตรอนจะจดั ตวั รอบอะตอมกลาง ให้หา่ งกนั มากท่ีสดุ เพ่ือให้
ผลกั กนั น้อยท่ีสดุ และเกิดความเสถยี รมากท่สี ุด

29

การผลักกันของกลุ่มอเิ ลก็ ตรอน

พนั ธะแตล่ ะพนั ธะ (พนั ธะเดยี่ ว พนั ธะคู่ หรือ พนั ธะสาม) นบั เป็ น
อเิ ลก็ ตรอนสร้างพนั ธะกลมุ่ เดยี ว ดงั นนั้ แตล่ ะกลมุ่ อาจมีจํานวน
อิเลก็ ตรอนแตกตา่ งกนั
การผลกั กนั กนั ของกลมุ่ อเิ ลก็ ตรอนขนึ ้ กบั ขนาดของกลมุ่
อเิ ลก็ ตรอน (ถ้ากลมุ่ อเิ ลก็ ตรอนมีขนาดใหญ่ จะต้องการท่ีอยมู่ ากจงึ

สามารถผลกั กลมุ่ อเิ ลก็ ตรอนอ่ืนออกไปได้ดี)

ขนาดของกลมุ่ อเิ ลก็ ตรอน
ขนคู่โาดดดขเอดง่ยี กวล>มุ่ พอนั ิเลธก็ะสตารมอ>นสพรนั ้าธงะพคนั ่>ู ธพะจันะธละดเดล่ยี งวถ>้าอEเิ ลN็กขตอรงออนะเตดอ่ยี มว
ปลายเพ่ ิมขนึ ้ (การผลกั จะลดลง)

30

การจดั ตาํ แหน่งของกลุ่มอเิ ล็กตรอน(m+n)

 กลุ่มอเิ ลก็ ตรอนอาจเป็ นอเิ ล็กตรอนสร้างพันธะหรือไม่สร้างพันธะกไ็ ด้

180°
120°
109.5°
90,120°

90°

31

การทาํ นายรูปร่างโมเลกุลโดย VSEPR

1. เขียนสตู รโครงสร้างลวิ อิส

2. เข•ียนAสตูแรทนAอXะmตอEมnกลาง

• X แทนพนั ธะรอบอะตอมกลาง

โดย m คอื จาํ นวนกลุ่มอเิ ล็กตรอนท่สี ร้างพันธะ

• E แทนกลมุ่ อเิ ลก็ ตรอนรอบอะตอมกลางท่ีไมไ่ ด้สร้างพนั ธะ

โดย n คอื จาํ นวนกลุ่มอเิ ล็กตรอนท่ไี ม่ได้สร้างพนั ธะ

3. ทํานายการจดั เรียงตําแหนง่ ของกลมุ่ อเิ ลก็ ตรอน (m+n)
4. พิจารณาตาํ แหน่งของคอู่ ิเลก็ ตรอนโดดเดี่ยว (ต้องการพืน้ ท่ีมาก

ท่ีสดุ ) หรือ อเิ ลก็ ตรอนโดดเด่ยี ว (ต้องการพืน้ ที่น้อยที่สดุ )
5. ทํานายรูปร่างโมเลกลุ โดยดจู ากการจดั ตําแหน่งของพนั ธะ

32

 2 กลมุ่ อเิ ลก็ ตรอน (n+m=2) รูปร่ างของโมเลกุล

• AX2 เส้นตรง
สามเหล่ียม
 3 กลมุ่ อเิ ลก็ ตรอน (n+m=3) แบนราบ
มุมงอ (<120°)
• AX3
• AX2E

33

 4 กลมุ่ อเิ ลก็ ตรอน (n+m=4) รูปร่ างของโมเลกุล

• AX4 ทรงสี่หน้า
• AX3E พีระมดิ ฐาน
สามเหล่ียม
• AX2E2 มุมงอ (<109.5°)

34

รูปร่ างของโมเลกุล

 5 กลมุ่ อเิ ลก็ ตรอน (n+m=5) พีระมิดค่ฐู าน
สามเหล่ียม
• AX5 กระดานหก
• AX4E
• AX3E2 ตวั ที
• AX2E3
เส้นตรง

35

รูปร่ างของโมเลกุล

 6 กลมุ่ อเิ ลก็ ตรอน (n+m=6) ทรงแปดหน้า

• AX6 พีระมิดฐาน
ส่ีเหลี่ยม
• AX5E
สี่เหลี่ยม
• AX4E2 แบนราบ

36

ตวั อย่างการทาํ นายรูปร่างโมเลกุล

สูตรลวิ อสิ สูตร AXmEn ตาํ แหน่งกลุ่ม รูปร่ างโมเลกุล
อเิ ลก็ ตรอน
 CH4 AX4E0

H
HCH

H

 NH3 E

H AX3E1
HNH

37

สภาพขวั้ ของโมเลกุล (Polarity of Molecule)

สภาพขัว้ ของโมเลกุลคือสภาพขวั้ สทุ ธิ(net dipole)ของพนั ธะทกุ
พนั ธะในโมเลกลุ

 สภาพขวั้ ของโมเลกลุ หาได้โดยการรวมสภาพขวั้ ของพนั ธะทกุ
พนั ธะแบบเวคเตอร์

42

 BCl3 ตวั อย่างสภาพขวั้ ของโมเลกุล
 NH3
 CHCl3 43
 SF5
 HCN

2. ทฤษฎีโมเลกุลาร์ออร์บทิ อล (MO Theory)

ทฤษฎีโมเลกุล่าร์ออร์บทิ ลั (Molecular Orbital Theory)
อธิบายการเกิดพนั ธะโควาเลนต์โดยใช้ออร์บิทลั ของโมเลกลุ

อะตอม + อะตอม โมเลกุล
AO AO MO

 ออร์บทิ ลั ของโมเลกุล (MO) คอื ท่ีอยขู่ องอเิ ลก็ ตรอนใน
โมเลกลุ เกิดจากการรวมออร์บทิ ลั ของอะตอม (AO) ตามวิธี
ผลรวมเชิงเส้นตรง (Linear Combination of Atomic Orbital,
LCAO)

 จํานวน MO ที่เกิดขนึ ้ เทา่ กบั จํานวน AO ทงั้ หมด

44

การสร้างโมเลกูลาร์ออร์บทิ ลั

ออร์บทิ ลั ของโมเลกลุ เกิดจากการซ้อนเหลื่อม (overlap) ของ AO

 แบบเสริม (Bonding): เป็นการรวม AO ด้านที่มีเคร่ืองหมาย(สี)เหมือนกัน

ขนาดออร์บทิ ลั ในแนวเช่ือมอะตอมเพ่มิ ขนึ้ เสถียรมากขนึ้

 แบบทาํ ลาย (Antibonding): เป็นการรวม AO ด้านท่ีมีเคร่ืองหมาย(สี)ต่างกัน

ขนาดออร์บทิ ลั ในแนวเช่ือมอะตอมลดลง เสถียรน้อยลง (พลังงานเพ่มิ )

1sA − 1sB Antibonding แผนผังระดับพลังงานของโมเลกลู าร์ออร์บทิ ลั
(Molecular Orbital Diagram) คอื แผนผงั ที่แสดง
ระดบั พลงั งานของ MO เทียบกบั AO

antibonding

Energy 1sA 1sB
bonding
1sA + 1sB Bonding
45

ชนิดของโมเลกูลาร์ออร์บทิ ลั

ชนิดของ MO ขนึ ้ กบั รูปแบบการรวมตวั ของ AO
 sigma bond (σ,σ*): การซ้อนเหลื่อมกนั แบบ 1-lobe ของ Aos

(head-on overlap)
 pi-bond (π,π*): การซ้อนเหลอ่ื มσกboนั ndแinบg บ 2-loσbanetiboขndอinงg AOs

(side-on overlap)

 delta-bond (δ,δ*): การπซb้อonนdinเgหลื่อมπกaนั ntแiboบndบing4-lobe ขπอboงndAingOs

δ bonding

48

พลังงานและการซ้อนเหล่ือมของ AO’s

 Sigma bonding  Pi bonding

s+s py+py

px+px

ชนิดของออร์บทิ ลั y x
ขนึ้ กับทศิ ทางการซ้อน z
เหล่ือมกันของ AO 52

Energy Molecular Orbital Diagram

E-configuration: (σ2s)2(σ2s*)2 (σ2px)2 (π2p)4(π 2p*)4(σ2px*)2

53

การบรรจุอเิ ลก็ ตรอนใน MOs

1. สนใจเฉพาะเวเลนซ์อิเลก็ ตรอน
2. แตล่ ะ MO มีอิเลก็ ตรอนได้ไมเ่ กิน 2 ตวั และต้องมีสปิ นตา่ งกนั
3. จดั อเิ ลก็ ตรอนใสใ่ น MO ที่มีพลงั งานตา่ํ ที่สดุ กอ่ น
4. ถ้า MO มีพลงั งานเทา่ กนั ให้จดั ตามกฎของฮนุ ด์
5. จํานวนอิเลก็ ตรอนใน MO เทา่ กบั ผลรวมจํานวนอิเลก็ ตรอน

ท่ีมาจากอะตอมที่สร้างพนั ธะ
6. การเขียนโครงแบบอิเลก็ ตรอนทําเชน่ เดียวกบั ของอะตอมแต่

เปลยี่ นชนิดของออร์บิทลั เป็ นแบบ σ, π, δ, σ*, π*, δ*

54

 H2 molecule การบรรจุอเิ ลก็ ตรอนใน MOs

Antibonding  He2 molecule

Antibonding

H1s H1s He1s
He1s
Bonding
Bonding
He2 = (σ1s)2(σ1s*)2
H2 = (σ1s)2

Bond energy = 431 kJ/mol (จาก 2 อเิ ลก็ ตรอน)

55

อนั ดบั พนั ธะ(Bond order)

 อนั ดบั พนั ธะคอื การทํานายความแข็งแรงของพนั ธะโควาเลนต์
หรือความเสถียรของโมเลกลุ โดยดจู ากจํานวนอิเลก็ ตรอนใน
BMO และ AMO

• อนั ดบั พนั ธะ = ½(อเิ ลก็ ตรอนใน BMO – อเิ ลก็ ตรอนใน AMO)

• โมเลกลุ ท่ีมีอนั ดบั พนั ธะสงู จะมีความเสถียรมาก

 ตวั อยา่ ง

H2 H2+ H2–

อนั ดบั พนั ธะ : 1 0.5 0.5

56

MO Diagram of Li2 & Be2

 Li2 (2 x 3 electrons)  B•e2B(e2=x 4 electrons)

• Li = 1s2 2s1 1s2 2s2
• Bond order = 1 • Bond order = 0 (no bond)

Energy

MO of Li2 (σ1s)2(σ1s*)2 (σ2s)2 MO of Be2 (σ1s)2(σ1s*)2 (σ2s)2 (σ2s*)2

57

MO Diagram of N2 & O2

N ( ) O (คดิ เฉพาะ electrons)
2 คดิ เฉพาะ valence electrons 2 valence
= 1s2 2s2 O = 1s2
• N 2p3 • 2s2 2p4
• อนั ดบั พนั ธะ = 1
• เมปีก็นาขร้อสยลกบั เทว้่ีขนอมงอี MอOร์บคทิ ลลั ้าσยpแลBะ2πแpละ C2 • อนั ดบั พนั ธะ = 2
• • มีลําดบั ของ MO แบบปกติ

Energy

MO of N2 (σ2s)2(σ2s*)2 (π2p)4(σ2px)2 MO of O2 (σ2s)2(σ2s*)2(σ2px)2(π2p)4(π2p*)2

58

สมบตั ทิ างแม่เหลก็ ของโมเลกุล

 สารไดอะแมกเนตกิ (Diamagnetic)สารท่ีมีจํานวนอิเลก็ ตรอนสปินขนึ ้ และ

สปิ นลงเทา่ กนั สนามแมเ่ หลก็ ท่ีกระทําตอ่ โมเลกลุ เป็นศนู ย์

 สารพาราแมกเนตกิ (Paramagnetic) สารที่มีอเิ ลก็ ตรอนเดี่ยว ทําให้มีแรง

ดงึ ดดู กบั สนามแมเ่ หลก็ ที่กระทํา

ออกซเิ จนเหลวผ่านขวั้ แมเ่ หลก็
59