เคมี: ตุลาคม 2020

บทที่ 3 พันธะเคมี

สารในชีวิตประจำวันเช่นแก๊สออกซิเจนและแก๊ส

คาร์บอนไดออกไซด์ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการหายใจของสิ่งมีชีวิต

น้ำเป็นของเหลวที่ใช้ในการอุปโภคและบริโภคเกลือแกงเป็นของแข็ง

ที่ใช้ในการประกอบอาหารสารเหล่านี้ส่วนใหญ่ไม่อยู่ในรูปอะตอม

เดี่ยวแต่ประกอบด้วยหลายอะตอมซึ่งอาจเป็นอะตอมชนิดเดียวกัน

หรือต่างชนิดกันการยึดเหนี่ยวกันของอะตอมหรือไอออนในสาร

เรียกว่าพันธะเคมี 3.1 ลักษณะแบบจุดของลิวอิสและกฎออกเตต
จากการศึกษาเรื่องอะตอมและสมบัติของธาตุทำให้ทราบว่า

เวเลนซ์อิเล็กตรอนเป็นอิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานสูงสุด

หรือชั้นนอกสุดของอะตอมธาตุคาร์บอนมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนใน

ระดับพลังงานย่อยเป็น 1s^2 2s^2 2p^2 ดังนั้น คาร์บอนมีเวเลนซ์

อิเล็กตรอนเท่ากับ 4 ทั้งนี้การเกิดพันธะเคมีเกี่ยวข้องกับเวเลนซ์

อิเล็กตรอนของอะตอมที่ร่วมสร้างพันธะกัน

เวเลนซ์อิเล็กตรอนของธาตุอาจแสดงด้วยจุดสัญลักษณ์ที่

แสดงธาตุและเวเลนซ์อิเล็กตรอนของธาตุเรียกว่า สัญลักษณ์แบบ

จุดของลิวอิสซึ่งเสนอโดย กิลเบิร์ต นิวตัน ลิวอิส สัญลักษณ์แบบ

จุดของลิวอิสใช้จุดแสดงจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนรอบสัญลักษณ์

ของธาตุดังรูป

ธาตุต่างๆส่วนใหญ่ไม่เสถียรในรูปอะตอมเดี่ยวยกเว้นเพื่อนใน

หมู่ 18 หรือเรียกว่าแก๊สมีสกุลที่ผมอยู่ในรูปอะตอมเดี่ยวซึ่งมีจำนวน

เวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 ยกเว้นฮีเลียมซึ่งมี 2 เวเลนซ์อิเล็กตรอน

นอกจากนี้นักเคมี ยังพบว่าอะตอมของธาตุอื่นๆมีแนวโน้มที่จะ

รวมตัวกัน เพื่อที่จะทำให้แต่ละอะตอมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8

จึงมีการสรุปเป็นหลักการที่เกี่ยวกับกฎออกเตต ศาลที่ไม่อยู่ในรูป

อะตอมเดี่ยวมีพันธะเคมีระหว่างอะตอมหรือไอออนโดยที่อะตอมของ

ธาตุจะมีการให้อิเล็กตรอนรับอิเล็กตรอนหรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน

ทำให้เกิดพันธะเคมีสารประเภทได้แก่พันธะไอออนิกพันธะโคเวเลนต์

และพันธะโลหะ 3.2 พันธะไอออนิก

สารที่เกิดจากธาตุโลหะกับธาตุอโลหะ มีสมบัติบางประการ

ทางการและสารเหล่านี้มีการยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคที่เหมือนกัน
3.2.1 การเกิดพันธะไอออนิก
ธาตุโลหะมีพลังงานไอออไนเซชันต่ำจึงเสียอิเล็กตรอน

เกิดเป็นไอออนบวกได้ง่ายส่วนธาตุอโลหะมีค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน

สูง จึงรับอิเล็กตรอนเกิดเป็นไอออนลบ ไอออนบวกและไอออนลบมี

ประจุไฟฟ้าต่างกันจึงยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงดึงดูดระหว่างประจุไฟฟ้า

เรียกการยึดเหนี่ยวนี้ว่าพันธะไอออนิกและสารที่เกิดขึ้นจากพันธะไอออนิก

ว่าสารประกอบไอออนิกชื่อสารประกอบไอออนิกที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่เป็นไป

ตามกฎออกเตตดังตัวอย่าง

สารประกอบไอออนิกในสถานะของแข็งอยู่ในรูปของผลึกที่มี

ไอออนบวกและไอออนลบยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะไอออนิกอย่างต่อเนื่อง

กันไปทั้ง 3 มิติเป็นโครงผลึก และไม่อยู่ในรูปโมเลกุล

    3.2.2 สูตรเคมีและชื่อของสารประกอบไอออนิก สารประกอบ

ไอออนิกประกอบด้วยไอออนบวกและไอออนลบที่มีประจุต่างกัน 

ซึ่งมีผลต่ออัตราส่วนการรวมของไอออนและสูตรของสารประกอบ

ไอออนิกด้วยประจุของไอออน 5 มูลหลักเป็นบวกตามจำนวนและ

การที่ให้หรือเป็นโรคตามจำนวนอิเล็กตรอนที่รับเพื่อทำให้มีการ

จัดเรียงอิเล็กตรอนของไอออนเป็นไปตามกฎออกเตต

 
      จากตาราง 3.1 ถ้าโซเดียมซึ่งเป็นธาตุหมู่ IA เมื่อเกิดเป็นไอออน
บวกจะมีประจุเป็นบวก 1 5 แคลเซียมซึ่งเป็นธาตุหมู่ IIIA เมื่อเกิด
เป็นไอออนบวกจะมีประจุเป็นบวก 2 และธาตุอะลูมิเนียมซึ่งเป็นธาตุ
หมู่ IIIA เมื่อเกิดเป็นไอออนบวกจะมีประจุเป็นบวก 3 ดังนั้นธาตุหมู่ 
IA IA และ IIA เมื่อเป็นไอออนจะเป็นไอออนที่มีประจุตามเลขหมู่ 5 
กรณีซึ่งเป็นธาตุหมู่ VIIA เมื่อเกิดเป็นไอออนลบจะมีประจุเป็น -1 
ให้ออกซิเจนซึ่งเป็นธาตุหมู่ VIIA เมื่อเกิดเป็นไอออนลบจะมีประจุ
เป็น -2 และธาตุไนโตรเจนซึ่งเป็นธาตุหมู่ VA เมื่อเกิดเป็นไอออนลบ
จะมีประจุเป็น -3 
ดังนั้นธาตุหมู่  VA VIA และ VIIA เมื่อเป็นไอออน จะเป็นไอออนลบ
ที่มีประจุ X-8 เมื่อ X คือเลขหมู่ของธาตุอโลหะ
                       การที่โครงสร้างของสารประกอบไอออนิกที่มี
ไอออนบวกและไอออนลบยึดเหนี่ยวกันอย่างต่อเนื่องกันไปทั้ง 
3 มิติเป็นโครงผลึกไม่สามารถแยกเป็นโมเลกุลได้ดังนั้นจึงใช้
สูตรเอมพิริคัล แสดงอัตราส่วนอย่างต่ำของจำนวนไอออนที่เป็น
องค์ประกอบซึ่งทำให้ได้ผลรวมประจุเป็นศูนย์ 
                       การเขียนสูตรสารประกอบไอออนิกจะเขียน
สัญลักษณ์ของธาตุที่เป็นไอออนบวกไว้ข้างหน้าตามด้วยไอออน
ลบและแสดงอัตราส่วนอย่างต่ำของไอออนที่เป็นองค์ประกอบ
โดยเขียนตัวเลขอารบิกให้ทายไอออนทั้งนี้กรณีที่จำนวนไอออน
เป็นหนึ่งไม่ต้องเขียนเช่นสารประกอบไอออนิกที่เกิดจาก
แคลเซียมไอออนกับฟลูออไรด์ไอออนมีอัตราส่วนประจุของ
 Ca^2+ ต่อ F^- เป็น 2 ต่อ 1 ซึ่งเมื่อทำให้ผลรวมของประจุเป็น
ศูนย์จะได้อัตราส่วนอย่างต่ำของจำนวน Ca^2+ ต่อ F^- เป็น 
1:2 ดังนั้นสูตรสารประกอบเป็น CaF^2

ไอออนบางชนิดเกิดจากกลุ่มอะตอมการเขียนสูตรสารประกอบ

จะใช้หลักการเดียวกับไอออนบวกและไอออนลบที่เกิดจากธาตุ

เช่นสูตรสารประกอบไอออนิกที่เกิดจากมีไอออนกับซัลเฟตไอออน

มีอัตราส่วนประจุของ NH^4+ ต่อ SO4^2- เป็น 1 ต่อ 2 ซึ่งเมื่อ

ทำให้ผลรวมของประจุเป็นศูนย์ จะได้อัตราส่วนอย่างต่ำของจำนวน

NH^4+ ต่อ SO4^2- เป็น 2:1 ดังนั้นสูตรสารประกอบเป็น (NH4)2SO4

สารประกอบไอออนิกเกิดจากไอออนบวกและไอออนลบ

ดังนั้นการเรียกชื่อสารประกอบไอออนิกจึงจำเป็นต้องสร้างชื่อของ

ไอออนบวกและไอออนลบโดยชื่อของไอออนบวกเรียกตามชื่อถ้าเรา

ลงท้ายด้วยคำว่าไอออนส่วนไอออนลบเรียกตามชื่อธาตุโดย

เปลี่ยนท้ายเสียงเป็น i-de

จากตารางจะเห็นว่าชื่อไอออนลบของธาตุ

ไฮโดรเจนออกซิเจนและไนโตรเจนมีการตัดคำว่าเช่นออกก่อน

จะเปลี่ยนท้ายเป็นเสียง i-de ไอออนที่เป็นกลุ่มอะตอมมีชื่อเรียก

เฉพาะโดยกลุ่มอะตอมที่เป็นไอออนบวกลงท้ายด้วย -ium ส่วน

กลุ่มอะตอมที่เป็นไอออนลบอาจจะลงท้ายด้วยเสียง -ide -ite -ate

ชื่อสารประกอบไอออนิกได้จากการเรียกชื่อไอออน

บวกแล้วตามด้วยชื่อไอออนลบโดยตัดคำว่าไอออนออก ดังตาราง

ชื่อสารประกอบที่เกิดจากโลหะที่มีเลขออกซิเดชันมากกว่า

1 ค่าต้องระบุตัวเลขประจุหรือเลข ออกซิเดชันของไอออนนั้นเป็นเลข

โรมันในวงเล็บดังตาราง

3.2.3 พลังงานกับการเกิดสารประกอบไอออนิก

ปฏิกิริยาเคมีนอกจากจะเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลง

ของสารเคมีแล้วส่วนใหญ่ยังเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงาน

อีกด้วยซึ่ง พลังงานการเกิดของสารประกอบ สามารถหาได้จากการ

ทดลองในการทำปฏิกิริยาระหว่างธาตุ เช่นการเกิดสารประกอบ

โซเดียมคลอไรด์จากโลหะโซเดียมทำปฏิกิริยากับแก๊สคลอรีนเกิด

เป็นโซเดียมคลอไรด์มีการคายพลังงาน 412 กิโลจูลต่อโมล

Na(s) + 1/2Cl2(g) ---> NaCl(s) -412kJ/mol

ปฏิกิริยาเคมีเกี่ยวข้องกับการสลายพันธะและ

การสร้างพันธะ ซึ่งการสลายพันธะ เป็นกระบวนการดูดพลังงาน

ในขณะที่การสร้างพันธะเป็นกระบวนการคายพลังงานดังนั้น

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจากการรวมตัวกันของไอออนบวกและไอออน

ลบเกิดเป็นสารประกอบไอออนิกเป็นปฏิกิริยาคายพลังงาน

เนื่องจากมีการสร้างพันธะไอออนิก

พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการรวมตัวกันของไอออน

บวกและไอออนลบในสารประกอบไอออนิกเรียกว่าพลังงานโครงผลึก

ซึ่งในทางปฏิบัติไม่สามารถทำการทดลองได้โดยนำไอออนบวกและ

ไอออนลบที่บริสุทธิ์มาทำปฏิกิริยากันได้ค่าพลังงานดังกล่าวจึงได้จาก

การคำนวณโดยอาศัยขั้นตอนการเกิดปฏิกิริยาย่อยๆหลายขั้นตอนตาม

วัฏจักรบอร์น-ฮาเบอร์ โดยมีสมมติฐานว่าพลังงานรวมในแต่ละขั้นตอน

จะเท่ากับพลังงานในการเกิดสารประกอบไอออนิกเช่นการเกิด

สารประกอบโซเดียมคลอไรด์ 1 โมล ประกอบด้วยขั้นตอนต่างๆ

ดังนี้

1.โลหะโซเดียมสถานะของแข็งระเหิดกลายเป็นแก๊ส

ดูดพลังงาน 107 กิโลจูลต่อโมล เรียกพลังงานที่ใช้ในขั้นนี้ว่าพลังงาน

การระเหิด

Na(s) ---> Na(g) 107kJ/mol

2.อะตอมของโซเดียมในสถานะแก๊สเสีย

อิเล็กตรอนกลายเป็น Na^+ ดูดพลังงาน 496 กิโลจูลต่อโมล เรียก

พลังงานที่ใช้ในขั้นนี้ว่า พลังงานไอออไนเซชัน

Na(g) ---> Na^+(g) + e^- 496kJ/mol

3.โมเลกุลแก๊สคลอรีนสลายพันธะ Cl-Cl ได้อะตอม

คลอรีน 2 อะตอมในสถานะแก๊ส ดูดพลังงานเท่ากับ 242 กิโลจูล

ต่อโมล เรียกพลังงานที่ใช้ในขั้นนี้ว่า พลังงานพันธะ

Cl2(g) ---> 2Cl(g) 242kJ/mol

แต่เนื่องจาก NaCl 1 โมลประกอบด้วย Cl^- 1

โมลไอออน ดังนั้นพลังงานที่ใช้ในขั้นนี้จะเป็นครึ่งหนึ่งของ

พันธะต่อโมลของ Cl2 นั่นคือจะใช้พลังงานเพียง 121 กิลโลจูล

1/2Cl2(g) ---> Cl(g) 121kJ

4.อะตอมคลอรีนในสถานะแก๊สเมื่อรับอิเล็กตรอนที่หลุดออกจาก

อะตอมโซเดียมแล้วกลายเป็น Cl^- จะคายพลังงาน 349 กิโลจูล

ต่อโมล

พลังงานที่ได้ในขั้นนี้เรียกว่า สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน

Cl(g) + e^- ---> Cl^-(g) -349kJ/mol

5.เมื่อโซเดียมไอออนกับคลอไรด์ไอออนในสถานะแก๊สกันเป็นผลึก

โซเดียมคลอไรด์จะคายพลังงานออกมาพลังงานที่ได้ในครั้งนี้เรียกว่า

พลังงานของผลึก หรือ พลังงานแลตทิซ

Na^+ + Cl^- (g) ---> NaCl(s) พลังงานโครงผลึก

เมื่อรวมสมการของปฏิกิริยาย่อยทั้ง 5 ขั้นจะ

เหลือ Na และ Cl2 เป็นสารตั้งต้น และเหลือ NaCl เป็นผลิตภัณฑ์

โดยสารอื่นๆและอิเล็กตรอนจะหักล้างกันหมดดังนี้

ซึ่งปฏิกิริยารวมที่ได้เหมือนกับปฏิกิริยาการเกิดสารประกอบโซเดียม

คลอไรด์ดังสมการ

Na(s) +1/2Cl2(g) ---> NaCl(s)

และมีค่าพลังงานรวม = 107 + 496 + 121 + (-349) + พลังงานแลตทิซ

เนื่องจากพลังงานการเกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ซึ่งสามารถ

หาได้จากการทดลองมีค่าเป็น -412 kJ/mol ดังนั้นสามารถคำนวณ

หาค่าพลังงานแลตทิซดังนี้

-412 = 107 + 496 + 121 + (-349) + พลังงานแลตทิซ

พลังงานแลตทิซ = -787kJ/mol

ค่าพลังงานแลตทิซที่คำนวณได้มีค่าเป็นลบแสดงว่าการรวมตัวกัน

ของโซเดียมไอออนและคลอไรด์ไอออนทำให้เกิดการคายพลังงาน

ในทางตรงกันข้ามการสลายพันธะระหว่างโซเดียมไอออนและ

คลอไรด์ไอออนในโครงผลึกของโซเดียมคลอไรด์จะเป็น

กระบวนการดูดพลังงานซึ่งจะมีเครื่องหมายและค่าพลังงาน

เป็นบวก

วัฏจักรบอร์นฮาเบอร์ ของการเกิดสารประกอบ

โซเดียมคลอไรด์แอนด์เขียนเป็นแผนภาพเพื่อแสดงการ

เปลี่ยนแปลงพลังงานได้ดังรูป

จากรูปจะสังเกตเห็นได้ว่าพลังงานที่ได้จากขั้นตอนการ

พลังงานมีค่ามากกว่าพลังงานที่ได้จากขั้นตอนดูดพลังงาน

จึงทำให้เกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์เป็นปฏิกิริยาคายพลังงาน

3.2.4 สมบัติของสารประกอบไอออนิก

สารประกอบไอออนิกส่วนใหญ่เป็นผลึกที่แข็ง

เนื่องจากการยึดเหนี่ยวที่แข็งแรงระหว่างไอออนบวกและ

ไอออนลบและผลึกของสารประกอบไอออนิกมีความเปราะ

แตกหักได้ง่ายเนื่องจากการเลื่อนตำแหน่งเพียงเล็กน้อยของ

ไอออนเมื่อมีแรงกระทำอาจทำให้ไอออนชนิดเดียวกันลื่นไถล

ไปอยู่ตำแหน่งตรงกลางจึงเกิดแรงผลักระหว่างกันดังรูป

จากรูปจะสังเกตเห็นได้ว่าพลังงานที่ได้จากขั้นตอนการ

พลังงานมีค่ามากกว่าพลังงานที่ได้จากขั้นตอนดูดพลังงาน

จึงทำให้เกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์เป็นปฏิกิริยาคายพลังงาน

สารประกอบไอออนิกสถานะของแข็งไม่นำไฟฟ้า

เนื่องจาก ไอออนที่เป็นองค์ประกอบยึดเหนี่ยวกันอย่างแข็งแรง

ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้แต่เมื่อหลอมเหลวหรือละลายน้ำจะนำไฟฟ้า

ได้ดีเนื่องจากไอออนที่เป็นองค์ประกอบยึดเหนี่ยวกันอย่างแข็งแรง

ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ แต่เมื่อหลอมเหลวหรือละลายน้ำจะนำไฟฟ้า

ได้เนื่องจากไอออนสามารถเคลื่อนที่ได้ สารประกอบไอออนิกมี

จุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงส่วนใหญ่ละลายน้ำได้และสารละลาย

ของสารประกอบไอออนิกในน้ำส่วนใหญ่มีสมบัติเป็นเบสหรือกลาง

โดยสารละลายของสารประกอบออกไซด์มีสมบัติเป็นเบสแล

ะสารละลายของสารประกอบคลอไรด์มีสมบัติเป็นกลาง ดังตาราง

การละลายน้ำของสารประกอบไอออนิกเกี่ยวข้องกับกระบวนการ

ที่ไอออนบวกและไอออนลบแยกออกจากโครงผลึกและเป็นกระบวนการ

ที่โมเลกุลของน้ำล้อมรอบไอออนแต่ละชนิดโดยสารที่เมื่อละลายน้ำ

แล้วแตกตัวเป็นไอออนเรียกสามีว่าสารละลายอิเล็กโทรไลต์

กระบวนการที่ไอออนบวกและไอออนลบแยกออกจากโครงผลึก

เป็นกระบวนการดูดพลังงานที่มีค่าเท่ากับพลังงานและแลตทิซ

ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ส่วนกระบวนการที่โมเลกุลของน้ำล้อมรอบ

ไอออนแต่ละชนิดเป็นกระบวนการคายพลังงานที่เรียกว่า พลังงาน

ไฮเดรชัน

ถ้าค่าพลังงานแลตทิซ น้อยกว่าค่าพลังงานไฮเดรชัน

การละลายจะเป็นกระบวนการคายพลังงานซึ่งจะทำให้อุณหภูมิ

ของสารละลายสูงขึ้นและสารละลายจะละลายได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ

ในทางกลับกันถ้าค่าพลังงานแลตทิซมากกว่าค่าพลังงานไฮเดรชัน

การละลายจะเป็นกระบวนการดูดพลังงานซึ่งจะทำให้อุณหภูมิของ

สารละลายลดลงและสารจะละลายได้ดีที่อุณหภูมิสูงในกรณีที่มี

ค่าพลังงานแลตทิซมากกว่าพลังงานไฮเดรชันมากๆ สารอาจจะละลาย

ได้น้อยมากหรือไม่ละลาย

จากที่ทราบแล้วว่าสารประกอบไอออนิกเมื่อละลายน้ำ

ไอออนบวกและไอออนลบจะแยกออกจากกันถ้าการผสมสารละลาย

ของสารประกอบไอออนิกทำให้เกิดตะกอนแสดงว่าไอออนในสารละลาย

ผสมทำปฏิกิริยากันเกิดเป็นสารใหม่ที่ไม่ละลายน้ำ ดังรูป

ปฏิกิริยาการเกิดตะกอนของสารประกอบไอออนิกในน้ำอาจเขียน

แทนด้วยสมการไอออนิก ที่แสดงไอออนในสารละลายครบทุกชนิด

เช่นปฏิกิริยาระหว่างสารละลายซิลเวอร์ไนเตรตกับสารละลาย

โซเดียมคลอไรด์เขียนสมการไอออนิกได้ดังนี้

Ag^+(aq) + NO3^-(aq) + Na^+(aq) + Cl^-(aq) ---> AgCl(s) + NO3^-(aq) + Na^+(aq)

ไอออนในสมการของปฏิกิริยาที่มีน้ำเป็นตัวทำละลาย

แสดงสถานะไอออนเป็น aq ซึ่งมาจากคำว่า a queous solution

เนื่องจากในสมการไอออนิกมีไอออนที่ไม่ทำปฏิกิริยาการปรากฏ

อยู่ทางด้านซ้ายและด้านขวาของสมการที่สามารถตัดออกจากสมการ

ให้เหลือเฉพาะไอออนที่ทำปฏิกิริยากันได้เป็นผลิตภัณฑ์เรียกว่า

สมการไอออนสุทธิ

Ag^+(aq) + Cl^-(aq) ---> AgCl(s)

การอธิบายหรือการทำนายปฏิกิริยาการเกิดตะกอน

ของสารละลายของสารประกอบไอออนิก สามารถพิจารณาได้จาก

สมบัติการละลายน้ำตามหลักการเบื้องต้นดังนี้

สารประกอบที่ละลายน้ำ

-สารประกอบของโลหะแอลคาไลและแอมโมเนียทุกชนิด

-สารประกอบไนเทรต คลอเรต เปอร์คลอเรต แอซีเตต

-สารประกอบคลอไรด์ โบรไมด์ ไอโอไดด์

-สารประกอบคอร์บอเนต ฟอสเฟต ซัลไฟด์ และซัลไฟต์

-สารประกอบซัลเฟต

สารประกอบที่ไม่ละลายน้ำ

-สารประกอบออกไซด์ของโลหะ

-สารประกอบไฮดรอกไซด์

3.3 พันธะโคเวเลนต์

สารที่เกิดจากธาตุอโลหะรวมตัวกันเช่นแก๊สออกซิเจน

แก๊สไนโตรเจนและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ การยึดเหนี่ยวระหว่าง

อะตอมของธาตุในสารเหล่านี้เป็นพันธะไอออนิกหรือไม่เพราะเหตุใด

3.3.1 การเกิดพันธะโคเวเลนต์

ธาตุอโลหะมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงดังนั้นเมื่อ

รวมตัวกันจะไม่มีอะตอมใดยอมเสียอิเล็กตรอน อะตอมจึงยึดเหนี่ยวกัน

โดยใช้เวเลนซ์เล็กตรอนร่วมกันเรียกการยึดเหนี่ยวในว่าพันธะโคเวเลนต์

แล้วนะสารที่อะตอมยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ว่าสารโคเวเลนต์

ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในรูปโมเลกุลโดยการเกิดพันธะในโมเลกุลโคเวเลนต์

ส่วนใหญ่เป็นไปตามกฎออกเตตดังตัวอย่าง

คลอรีนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 7 ดังนั้นข้อดีทั้ง 2

อะตอมจะใช้เวลาดิจิตอลร่วมกัน 1 คู่เพื่อให้มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนครบ 8

ตามกฎออกเตต เขียนแผนภาพและสัญลักษณ์แบบจุดของลิวอิสแสดง

การเกิดพันธะได้ดังนี้

พันธะโคเวเลนต์ในโมเลกุลแก๊สคลอรีน

เกิดจากการใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่พันธะนี้เรียกว่า

พันธะเดี่ยว ด้วยอิเล็กตรอนคู่ที่ใช้ร่วมกันในการเกิดพันธะเรียกว่า

อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะส่วนอิเล็กตรอนคู่ที่ไม่ได้เกิดพันธะเรียกว่า

อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวซึ่งในโมเลกุลแก๊สคลอรีนมีอิเล็กตรอนคู่ร่วม

พันธะ 1 คู่และมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว 6 คู่

อีกทั้งยังมีการเกิดพันธะในโมเลกุล ออกซิเจนแต่ละอะตอม

มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 6 ดังนั้นออกซิเจนทั้ง 2 อะตอมจะใช้

เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน 2 คู่เพื่อให้เป็นไปตามกฎออกเตต

เกิดพันธะโคเวเลนต์แบบพันธะคู่ นอกจากนี้พันธะโคเวเลนต์ยังอาจ

เป็นพันธะสาม เช่นในโมเลกุลแก๊สไนโตรเจนไนโตรเจนแต่ละอะตอม

มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 5 ดังนั้นไนโตรเจนทั้ง 2 อะตอมจะใช้เวลา

ที่เล็กตอนร่วมกัน 3 คู่เพื่อให้เป็นไปตามกฎออกเตต

ในโครงสร้างลิวอิส อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะสามารถแสดง

ได้ด้วยเส้นพันธะในขณะที่อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวแสดงด้วยจุดคู่เสมอ

เช่นโมเลกุลแอมโมเนียมีเส้นพันธะ N-H 3 พันธะ แทนอิเล็กตรอน

คู่ร่วมพันธะ 3 คู่ ในขณะที่อีเล็คตรอนคู่โดดเดี่ยว 1 คู่แสดงด้วยจุดคู่

บนอะตอมไนโตรเจนอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวนี้สามารถสร้างพันธะกับ

H^+ เกิดเป็นแอมโมเนียมไอออน จำนวนอิเล็กตรอนรอบอะตอม

กลางยังคงเป็นไปตามกฎออกเตต ในกรณีที่พันธะโคเวเลนต์ที่

เกิดขึ้นมาจากอะตอมไนโตรเจนเท่ากัน แสดงดังนี้

สารโคเวเลนต์บางชนิดอาจมีอะตอมกลางที่มีจำนวนอิเล็กตรอน

ล้อมรอบไม่เป็นไปตามกฎออกเตต

3.3.2 สูตรโมเลกุลและชื่อของสารโคเวเลนต์

สูตรโมเลกุลของสารโคเวเลนต์โดยทั่วไปเขียน

สัญลักษณ์ของธาตุองค์ประกอบโดยเรียงลำดับจากค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี

น้อยไปมากพร้อมทั้งระบุจำนวนอะตอมของธาตุที่มีจำนวนอะตอมมากกว่า

1 อะตอมยกเว้นสามารถชนิดเช่น NH3 และ CH4 ทั้งที่ถ้าไนโตรเจนและ

ธาตุคาร์บอนมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่าธาตุไฮโดรเจน

การเรียกชื่อสารโคเวเลนต์มีหลักการดังนี้

1.สารโคเวเลนต์ที่ประกอบด้วยธาตุชนิดเดียวกัน

เรียกตามชื่อท่านนั้นซึ่งท่านเหล่านี้ส่วนใหญ่มีสถานะเป็นแก๊สที่อุณหภูมิ

ห้องจึงนิยมเรียกชื่อโดยระบุสถานะด้วยเพื่อให้ทราบว่าเป็นการกล่าวถึง

โมเลกุลที่ไม่ใช่อะตอมของธาตุเช่นแก๊สออกซิเจน

2.สารโคเวเลนต์ที่ประกอบด้วยธาตุ 2 ชนิดให้เรียก

ชื่อธาตุตามลำดับที่ปรากฏในสูตรโมเลกุลโดยเปลี่ยนพยางค์ท้ายเป็น -ide

และระบุจำนวนอะตอมองค์ประกอบ ในโมเลกุลด้วยคำภาษากรีก ดังตาราง

ยกเว้นกรณีที่ธาตุและมีเพียงอะตอมเดียวไม่ต้องระบุจำนวน

อะตอมของธาตุนั้น การเรียกชื่อสารโคเวเลนต์ที่เป็นสารประกอบ

ออกไซด์นอกจากเรียกชื่อสารตามหลักการข้างต้นแล้วยังนิยมเรียก

ชื่อสารโดยแต่ละตัวสุดท้ายของคำที่ระบุจำนวนอะตอมออก เช่น CO

นิยมเรียกว่าคาร์บอนมอนอกไซด์ นอกจากนี้สารบางชนิดยังมีเพียง

ชื่อเล่นโดยไม่เป็นไปตามหลักการข้างต้นครบทุกประการเช่น HCl

นิยมเรียกว่าไฮโดรเจนคลอไรด์ แทนที่จะเรียกว่าไฮโดรเจนมอนอคลอไรด์

3.3.3 ความยาวพันธะและพลังงานพันธะของสารโคเวเลนต์

อะตอมไฮโดรเจน 2 อะตอมเคลื่อนที่เข้ากันจะเกิด

แรงดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนของอะตอมหนึ่งกับโปรตอนในนิวเคลียส

ของอะตอมหนึ่งขณะเดียวกันก็มีแรงผลักระหว่างโปรตอนกับโปรตอน

และอิเล็กตรอนกับอิเล็กตรอนของอะตอมทั้งสองด้วย แรงดึงดูดทำให้

พลังงานศักย์ลดลงแต่แรงผลักทำให้พลังงานศักย์เพิ่มขึ้น ทำให้

พลังงานศักย์รวมลดลงแล้วเพิ่มขึ้นตามระยะห่างระหว่างนิวเคลียส

โดยมีผลรวมพลังงานศักย์ต่ำที่สุดเมื่อระยะทางระหว่างนิวเคลียส

ทั้งสองเท่ากับ 74 พิโกเมตร ถ้าอะตอมเคลื่อนที่เข้าใกล้กันมากกว่านี้

และหากจะมีมากกว่าแรงดึงดูดซึ่งทำให้พลังงานศักย์รวมเพิ่มขึ้น

       จากรูประยะห่างระหว่างนิวเคลียสที่ทำให้พลังงานศักย์รวม
ต่ำที่สุดเรียกว่าความยาวพันธะ ในทางปฏิบัติความยาวพันธะได้
จากการศึกษาการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ เมื่อผ่านโครงผลึก
ของสารหรือจากการวิเคราะห์สเปกตรัมของโมเลกุลสาร ซึ่งพบว่า
ความยาวพันธะมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามขนาดอะตอมคู่ร่วมพันธะและ
การใช้อิเล็กตรอนร่วมกันทำให้ความยาวพันธะโคเวเลนต์สั้นกว่า
ผลรวมของรัศมีอะตอมอิสระที่มาสร้างพันธะกันสำหรับอะตอม
คู่ร่วมพันธะเดียวกันความยาวพันธะจะลดลงจากพันธะเดี่ยว
พันธะคู่และพันธะสามตามลำดับอย่างไรก็ตามความยาวพันธะ
ชนิดเดียวกันระหว่างอะตอมคู่เดียวกันอาจจะไม่เท่ากันในสาร
ต่างชนิดกัน
                         ในการประมาณความยาวพันธะระหว่างอะตอม
คู่หนึ่ง โดยทั่วไปนิยมใช้ความยาวพันธะเฉลี่ย การศึกษา
ความยาวพันธะของโมเลกุลโคเวเลนต์นำไปสู่การอธิบาย
การเกิดพันธะในโมเลกุลของสารโคเวเลนต์บางชนิดที่สามารถ
เขียนโครงสร้างลิวอิสตามกฎออกเตตได้มากกว่า 1 โครงสร้าง
เช่นโมเลกุลโอโซนมีโครงสร้างลิวอิส 2 โครงสร้างซึ่งประกอบ
ด้วยพันธะเดี่ยวและพันธะคู่ระหว่างออกซิเจนที่ควรมีค่าความยาว
พันธะไม่เท่ากัน แต่จากการศึกษาพบว่าความยาวพันธะระหว่าง
ออกซิเจนมีค่าเท่ากับ 128 พิโกเมตรเพียงค่าเดียว ซึ่งเป็นค่าที่อยู่
ระหว่างความยาวพันธะ O-O (148 พิโกเมตร) และพันธะ O=O 
(121 พิโกเมตร) แสดงว่าพันธะทั้งสองในโมเลกุลโอโซนเป็นพันธะ
ชนิดเดียวกันที่อาจอธิบายได้โดยทฤษฎี เรโซแนนซ์ ว่าอิเล็กตรอน
คู่ร่วมพันธะ 1 คู่เคลื่อนย้ายไปมาระหว่างอะตอมทั้ง 3 ทำให้เกิด
โครงสร้างผสมระหว่าง 2 โครงสร้างการเคลื่อนย้ายตำแหน่งของ
อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะในโมเลกุลที่เขียนโครงสร้างลิวอิสได้มากกว่า
หนึ่งแบบเรียกว่า เรโซแนนซ์ และเรียกโครงสร้างลิวอิสแต่ละแบบว่า 
โครงสร้างเรโซแนนซ์ โดยแสดงการเกิดเรโซแนนซ์ระหว่าง
โครงสร้างด้วยลูกศร 2 หัวและเรียกโครงสร้างผสมของโครงสร้าง
เรโซแนนซ์ทุกโครงสร้างว่าโครงสร้างเรโซแนนซ์ผสม ดังรูป

นอกจากความยาวพันธะแล้ว กราฟที่แสดงการเปลี่ยนแปลง

พลังงานในการเกิดโมเลกุลแก๊สไฮโดรเจนและแสดงให้เห็นว่าโมเลกุล

แก๊สไฮโดรเจนมีพลังงานต่ำกว่าอะตอมไฮโดรเจน 436 กิโลจูลต่อโมล

หมายความว่าการทำให้โมเลกุลแก๊สไฮโดรเจน 1 โมเลกุลแยกออก

เป็นอะตอมไฮโดรเจน 2 อะตอมต้องใช้พลังงานอย่างน้อย 436 กิโลจูล

ต่อโมลในการสลายพันธะ ระหว่างอะตอมไฮโดรเจนดังสมการ

H2(g) + 436 kJ/mol ---> 2H(g)

ในทางกลับกัน อะตอมไฮโดรเจน 2 อะตอมสร้างพันธะ

ระหว่างกันเกิดเป็นโมเลกุลแก๊สไฮโดรเจน 1 โมเลกุลจะคายพลังงาน

436 กิโลจูลต่อโมล ดังนี้

2H(g) ---> H2(g) + 436 kJ/mol

พลังงานปริมาณน้อยที่สุดที่ใช้ในการสลายพันธะระหว่างอะตอม

คู่ร่วมพันธะในโมเลกุลในสถานะแก๊สให้เป็นอะตอมเดี่ยวใน

สถานะแก๊สเรียกว่าพลังงานพันธะซึ่งส่วนใหญ่ใช้หน่วยเป็น

กิโลจูลต่อโมล

การประมาณพลังงานพันธะระหว่างอะตอม

คู่หนึ่งโดยทั่วไปนิยมใช้พลังงานพันธะเฉลี่ยดังตาราง

                          จากตาราง จะเห็นว่าพันธะระหว่างคาร์บอนมี
ทั้งพันธะเดี่ยวพันธะคู่และพันธะสามซึ่งมีค่าพลังงานพันธะเป็น 
346 614 และ 839 กิโลจูลต่อโมลตามลำดับ แสดงว่าพันธะสาม
แข็งแรงกว่าพันธะคู่และพันธะคู่แข็งแรงกว่าพันๆเดี่ยวและถ้า
พิจารณาอะตอมคู่ร่วมพันธะๆเดียวกันของแท้ที่มีค่าพลังงานน้อย
จะมีความยาวพันธะมาก นอกจากอะตอมคู่ร่วมพันธะเดียวกันแล้ว
ความสัมพันธ์นี้ยังสามารถใช้เปรียบเทียบพันธะของธาตุในหมู่
เดียวกันได้อีกด้วยปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการ
สลายพันธะในสารตั้งต้นและการสร้างพันธะเกิดเป็นผลิตภัณฑ์
โดยการสลายพันธะเป็นกระบวนการดูด (E1) พลังงานซึ่งมีค่า
เป็นบวกและการสร้างพันธะจะมีค่าเป็นลบเป็นกระบวนการคายพลังงาน 
(E2) และพลังงานของปฏิกิริยา (เดลต้า H) คำนวณได้จากผลรวมของ

 E1 และ E2 เดลต้า H = E1 + E2 

                         ถ้าพลังงานที่ใช้สลายพันธะมีค่ามากกว่าพลังงานที่ใช้
สร้างพันธะจะได้ เดลต้า H มีเครื่องหมายเป็นบวก แสดงว่าปฏิกิริยานั้น
เป็นปฏิกิริยาดูดพลังงานในทางกลับกันถ้าพลังงานที่คายออกมาจากการ
สร้างสรรค์ๆมีค่ามากกว่าพลังงานที่ต้องใช้สลายพันธะ จะได้เดลต้า H 
มีเครื่องหมายเป็นลบ แสดงว่าปฏิกิริยานั้นเป็นปฏิกิริยาคายพลังงาน
               3.3.4 รูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์ 
                       โมเลกุลโคเวเลนต์ที่ประกอบด้วยอะตอมมากกว่า 2 อะตอม
นอกจากความยาวพันธะและพลังงานพันธะแล้วข้อมูลที่ใช้ในการอธิบาย
สมบัติของสารคือ รูปร่างโมเลกุล ในโมเลกุลของน้ำคาร์บอนไดออกไซด์
แอมโมเนียและโบรอนไตรฟลูออไรด์มีรูปร่างเป็นโมเลกุลที่ต่างกันหรือไม่
อย่างไรเนื่องจากโมเลกุลมีขนาดเล็กมากจึงไม่สามารถพิจารณารูปร่าง
โมเลกุลได้โดยตรงและสามารถศึกษาเกี่ยวกับรูปร่างโมเลกุลโดยการ
จำลองตำแหน่งของคู่อิเล็กตรอน ในการทดลอง ดังนี้


 คลิกเพื่อเข้าดูการทดลองได้เลย : การจัดตัวของลูกโป่งกับรูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์
จากกิจกรรม ในตอนที่ 1 ลูกโป่งแต่ละลูกซึ่งมีปริมาตร

เท่ากันเมื่อนำมาผูกข้อติดกันพบว่าลูกโป่งแต่ละรูปผัดกัน

เกิดการจับตัวเป็นรูปร่างต่างๆที่สมมาตรในที่มีลูกโป่งเป็น

ตัวแทนของกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะระหว่างอะตอม

กลางและอะตอมล้อมรอบซึ่งอิเล็กตรอนเหล่านี้จะผลักกันด้วยแรง

กระทำระหว่างประจุชนิดเดียวกันทำให้ได้คิดค่าของพันธะอยู่ห่างกัน

มากที่สุดเกิดเป็นรูปร่างโมเลกุลในลักษณะเดียวกันกับการจัดตัวของ

ลูกโป่ง และในกิจกรรมตอนที่ 2 ลูกโป่งต่างสีใช้แทนอิเล็กตรอน

คู่ร่วมพันธะและอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวซึ่งรูปร่างโมเลกุลพิจารณาจาก

ตำแหน่งของอะตอมทั้งหมดโดยไม่นำตำแหน่งของอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว

มาพิจารณา การคาดคะเนรูปร่างโมเลกุลจากโครงสร้างลิวอิสโดยอาศัย

การผลักกันของอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะและอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวอาจ

ใช้ทฤษฎีการผลักระหว่างคู่อิเล็กตรอนในวงเวเลนซ์ (VSEPR) โดยทฤษฎี

นี้มีหลักการว่าอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวอยู่ใกล้นิวเคลียสมากกว่าอิเล็กตรอน

คู่ร่วมพันธะดังนั้นรหัสระหว่างอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวด้วยกันจึงมีค่า

มากกว่าแรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะกับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว 

และมากกว่าแรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะด้วยกัน

                   จากผลการทดลองกิจกรรมการจับตัวของลูกโป่งกับรูปร่าง

โมเลกุลโคเวเลนต์สรุปรูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์ดังตาราง

3.3.5 สภาพขั้วของโมเลกุลโคเวเลนต์

สารโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมชนิดเดียวกันเช่นแก๊ส

ไฮโดรเจนมีการกระจายของกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะระหว่าง

อะตอมทั้งสองเท่ากันทั้งๆที่เกิดขึ้นในลักษณะเช่นนี้จะเรียกว่าพันธะ

โคเวเลนต์ไม่มีขั้วและสารโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมต่างชนิดกันและ

มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีแตกต่างกันจะมีการกระจายของกลุ่มหมอก

อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะระหว่างอะตอมไม่เท่ากันเช่นไฮโดรเจนคลอไรด์

มีอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะอยู่บริเวณอะตอมคลอรีนมากกว่าอะตอมไฮโดรเจน

เพราะอะตอมคลอรีนมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่าอะตอมไฮโดรเจน

ทำให้อะตอมของดีแสดงประจุไฟฟ้าค่อนข้างรถยนต์อะตอมไฮโดรเจนมี

ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อยกว่าแสดงประจุไฟฟ้าค่อนข้างบวก ที่เกิดขึ้น

ลักษณะนี้เรียกว่าพันธะโคเวเลนต์มีขั้ว การแสดงขั้วของพันธะอาจใช้

สัญลักษณ์ เดลต้าบวก สำหรับอะตอมที่แสดงประจุไฟฟ้าค่อนข้างบวก

และเดลต้าลบ สำหรับอะตอมที่แสดงประจุไฟฟ้าค่อนข้างลบหรือ

อาจใช้เครื่องหมายโดยให้หัวลูกศรหันชี้ไปในทิศของอะตอมที่แสดง

ประจุไฟฟ้าค่อนข้างลบส่วนท้ายลูกศร ที่มีลักษณะคล้ายเครื่องหมาย

บวกให้อยู่บริเวณอะตอมที่แสดงประจุไฟฟ้าค่อนข้างบวก

ของพันธะทำให้โมเลกุลอะตอมคู่ที่ประกอบด้วยธาตุชนิดเดียวกัน

เป็นโมเลกุลไม่มีขั้วโมเลกุลอะตอมคู่ที่ประกอบด้วยธาตุต่างชนิดกัน

เป็นโมเลกุลมีขั้วและโมเลกุลโคเวเลนต์ที่ประกอบด้วยอะตอมมากกว่า

2 อะตอม และพันธะระหว่างครูอะตอมเป็นพันธะมีขั้วจะเป็นโมเลกุล

มีขั้วหรือไม่อย่างไร สภาพขั้วของโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมมากกว่า

2 อะตอมพิจารณาจากการรวมสภาพขั้วของพันธะแบบเวกเตอร์

ซึ่งถ้าเวกเตอร์ หักหลังกันหมดจะทำให้โมเลกุลไม่มีขั้วแต่ถ้าเวกเตอร์

แทนละกันไม่หมดโมเลกุลจะเป็นโมเลกุลที่มีขั้ว

โมเลกุลที่อะตอมกลางไม่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว และอะตอม

ล้อมรอบเหมือนกันทุกอะตอมเป็นโมเลกุลไม่มีขั้วถึงแม้ว่าพันธะ

ภายในโมเลกุลจะเป็นพันธะที่มีขั้วแต่เนื่องจากรูปร่างโมเลกุล

สำหรับโมเลกุลที่อะตอมกลางมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวหรือมี

อะตอมล้อมรอบเป็นธาตุต่างชนิดกันส่วนใหญ่เป็นโมเลกุลมีขั้ว

เนื่องจากเวกเตอร์สภาพขั้วของพันธะหักล้างกันไม่หมด

โมเลกุลอะตอมกลางมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว

ส่วนใหญ่เป็นโมเลกุลแบบมีขั้วและมีบางชนิดอาจเป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว

เนื่องจากมีรูปร่างโมเลกุลแบบสี่เหลี่ยมแบนราบทำให้เวกเตอร์

สภาพขั้วหักล้างกันหมดโมเลกุลอะตอมกลางมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว

ส่วนใหญ่เป็นโมเลกุลแบบมีขั้วและมีบางชนิดอาจเป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว

เนื่องจากมีรูปร่างโมเลกุลแบบสี่เหลี่ยมแบนราบทำให้เวกเตอร์สภาพ

ขั้วหักล้างกันหมด

3.3.6 แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลและสมบัติของสารโคเวเลนต์

ที่อุณหภูมิห้องสารโคเวเลนต์แต่ละชนิดอันอยู่ในสถานะ

ที่แตกต่างกันทั้งนี้ขึ้นอยู่กับแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลหรือแรง

แวนเดอร์วาลส์ โดยในสถานะของแข็งโมเลกุลอยู่ชิดกันจนไม่สามารถ

เคลื่อนที่ได้และมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมากในสถานะของเหลว

โมเลกุลสามารถเคลื่อนที่ได้แต่ยังคงอยู่ชิดติดกันและมีแรงยึดเหนี่ยว

ระหว่างโมเลกุลน้อยกว่าในของแข็งส่วนในสถานะแก๊สโมเลกุลอยู่

ห่างกันสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระและมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่าง

โมเลกุลน้อยมากจนถือว่าไม่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลดังนั้น

การเปลี่ยนแปลงสถานะของสารจากของแข็งไปเป็นของเหลว หรือ

ของเหลวไปเป็นแก๊สซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำลายงานยึดเหนี่ยวระหว่าง

โมเลกุลโดยไม่มีการทำลายพันธะโคเวเลนต์ ซึ่งแรงยึดเหนี่ยวระหว่าง

โมเลกุลมีค่าพลังงานน้อยกว่าพันธะโคเวเลนต์มากสามารถทำลายได้

ด้วยการให้พลังงานความร้อนแก้สารจนกระทั่งโมเลกุลของสารมี

พลังงานจลน์สูงพอที่จะเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะได้ดังนั้นสาร

แต่ละชนิดซึ่งมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่แตกต่างกันจะมีจุด

หลอมเหลวและจุดเดือดที่ต่างกันด้วย

นอกจากจุดหลอมเหลวของสารที่จะเกี่ยวข้องกับ

แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลแล้วยังขึ้นอยู่กับการจัดเรียงโมเลกุล

ในของแข็งทำให้แนวโน้มของจุดหลอมเหลวอาจไม่สอดคล้องกับ

แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลโดยตรง

แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเกี่ยวข้องกับขนาด

ของโมเลกุลและสภาพขั้วของโมเลกุลซึ่งแรงยึดเหนี่ยวระหว่าง

โมเลกุลมีหลายชนิดและมีชื่อเรียกที่ต่างกันซึ่งในที่นี้จะกล่าวถึง

3 ชนิดที่สำคัญดังนี้

1.และแพร่กระจายลอนดอน แรงแพร่กระจายลอนดอน

เป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลไม่มีขั้วหรืออะตอมแก๊สมีสกุล

ซึ่งเป็นแรงอย่างอ่อนๆที่เกิดขึ้นจากการกระจายของอิเล็กตรอน

ในอะตอมขณะใดขณะหนึ่งซึ่งอาจไม่เท่ากันจึงทำให้สภาพขั้วชั่วขณะ

แล้วเหนี่ยวนำให้โมเลกุลที่อยู่ติดกันเกิดขั้วตรงข้ามและมีแรงดึงดูด

ชั่วขณะ โดยแรงแผ่กระจายนี้เพิ่มขึ้นตามขนาดของโมเลกุลเนื่องจาก

โมเลกุลขนาดใหญ่สามารถเกิดสภาพขั้วชั่วขณะได้มากกว่า

2.แรงระหว่างขั้วสำหรับโมเลกุลมีขั้วนอกจากจะมีแรงแผ่กระจาย

ลอนดอนแล้ว ยังมีแรงดึงดูดที่เกิดจากสภาพของขั้วโมเลกุลด้วยโมเลกุล

ที่อยู่ใกล้กันจะหันส่วนของโมเลกุลที่มีขั้วตรงข้ามกันเข้าหากันเกิดเป็น

แรงดึงดูดทางไฟฟ้าจากสภาพขั้วนี้โดยทั่วไปในระหว่างขั้วเพิ่มขึ้นตาม

สภาพขั้วของโมเลกุลที่มีขนาดใกล้เคียงกัน

3.พันธะไฮโดรเจนเมื่อพิจารณาจุดเดือดของสารประกอบไฮโดรเจน

กับธาตุหมู่ VIIA จะเห็นว่า HF มีจุดเดือดสูงกว่าสารประกอบอื่นทั้งที่มี

ขนาดโมเลกุลเล็กที่สุดซึ่งไม่เป็นไปตามแนวโน้มของขนาดโมเลกุล

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้นแสดงว่า HF มีแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล

มากกว่าสารประกอบของไฮโดรเจนกับธาตุหมู่ VIIA อื่นๆ ทั้งนี้เพราะ

ผลต่างของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีระหว่างไฮโดรเจนกับฟลูออรีนมี

ค่ามากทำให้กลุ่มหมอกอิเล็กตรอนอยู่ทางด้านอะตอมฟลูออรีนที่มี

ขนาดเล็กอย่างหนาแน่นอะตอมฟลูออรีนและไฮโดรเจนมีสภาพขั้ว

สูงกว่าในกรณีที่ HCl HBr และ HI มาก ทำให้มีแรงดึงดูดระหว่าง

โมเลกุลมากด้วยแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่เกิดขึ้นจากอะตอม

ไฮโดรเจนของโมเลกุลหนึ่งกับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวบนอะตอม

ของธาตุที่มีขนาดเล็กและมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงของอีโมเลกุล

หนึ่งเรียกแรงดึงดูดนี้ว่า พันธะไฮโดรเจน

3.4 พันธะโลหะ

โลหะบางชนิดเส้นทองแดง เหล็กอะลูมิเนียมมีสมบัติ

บางประการคล้ายกับแสดงว่าสารเหล่านี้มีการยึดเหนี่ยวกันระหว่าง

อนุภาคที่เหมือนกันและอะตอมธาตุโลหะสร้างพันธะเคมีระหว่างกัน

อย่างไรเหมือนหรือต่างกัน จากพันธะไอออนิกและโคเวเลนต์หรือไม่

3.4.1 การเกิดพันธะโลหะ

จากที่ทราบแล้วว่าโลหะส่วนใหญ่มีสถานะเป็นของแข็ง

มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงผิวมันวาวสามารถนำไฟฟ้าและ

ความร้อนได้ดีจะสมบัติดังกล่าวจะเห็นว่าโลหะมีสมบัติบางประการ

ของสารประกอบไอออนิกและมีสมบัติบางประการที่แตกต่างจาก

สารประกอบไอออนิกเช่นการนำไฟฟ้าและการนำความร้อนได้ดี

ในสถานะของแข็งผิวมันวาวและสมบัติส่วนใหญ่ต่างจากพันธะ

โคเวเลนต์ซึ่งแสดงว่าโลหะน่าจะยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะที่แตกต่าง

จากพันธะไอออนิกและพันธะโคเวเลนต์การที่อะตอมของโลหะมีค่า

พลังงานไอออไนเซชันต่างการยึดเหนี่ยวระหว่างวาเลนอิเล็กตรอน

กับโปรตอนในนิวเคลียสจึงน้อยให้เวเลนซ์อิเล็กตรอนของแต่ละ

อะตอมสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระไปทั่วทั้งชิ้นโลหะและเกิดการ

ยึดเหนี่ยวกับโปรตอนในนิวเคลียสทุกทิศทุกทางการยึดเหนี่ยวนี้

เรียกว่าพันธะโลหะการเกิดพันธะโลหะแสดงได้ด้วยแบบจำลอง

ทะเลอิเล็กตรอน

3.4.2 สมบัติของโลหะ

1.โลหะมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง

2.โลหะมีผิวมันวาวและสามารถสะท้อนแสงได้

3.โลหะนำไฟฟ้าและความร้อนได้ดี นอกจากนี้

โลหะยังสามารถตีให้ออกเป็นแผ่นและดึงให้เป็นเส้นด้าย

3.5 การใช้ประโยชน์ของสารประกอบไอออนิก สารโคเวเลนต์ และโลหะ

จากการที่สารประกอบไอออนิกสารโคเวเลนต์และโลหะมี

สมบัติเฉพาะตัวมาว่าการที่ต่างกันจึงสามารถนำมาใช้ประโยชน์ใน

ด้านต่างๆได้ตามความเหมาะสม เช่น

- แอมโมเนียมคลอไรด์และซิงค์คลอไรด์ เป็นสารประกอบไอออนิก

ที่สามารถนำไฟฟ้าได้จากการแตกตัวเป็นไอออนเมื่อละลายน้ำจึง

นำไปใช้เป็นสารอิเล็กโทรไลต์ในถ่านไฟฉาย

- พอลิไวนิลคลอไรด์หรือ PVC เป็นสารโคเวเลนต์ที่ไม่สามารถ

นำไฟฟ้าได้จึงเป็นฉนวนไฟฟ้าที่หุ้มสายไฟฟ้า

- ซิลิกอนคาร์ไบด์ เป็นสารโคเวเลนต์โครงร่างตาข่ายที่มีจุด

หลอมเหลวสูงและมีความแข็งแรงมากจึงนำไปใช้ทำเครื่องบด

- ทองแดงและอะลูมิเนียม เป็นโลหะที่นําไฟฟ้าได้ดีจึงนำไปใช้

เป็นตัวนำไฟฟ้าอลูมิเนียมและเหล็กเป็นโลหะที่นําความร้อนได้ดี

จึงนำไปทำภาชนะสำหรับประกอบอาหาร เช่น หม้อ กะทะ

วันพฤหัสบดีที่ 22 ตุลาคม พ.ศ. 2563

บทที่ 3 พันธะเคมี