🐔การเกิดพันธะโคเวเลนต์
โมเลกุลของแก๊สไฮโดรเจนประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจน 2 อะตอม ไฮโดรเจนทั้งสองอะตอมรวมกันอย่างไร
ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่มีค่า IE สูงจึงเสียอิเล็กตรอนได้ยาก เมื่อไฮโดรเจน 2 อะตอมอยู่ใกล้กันจะเกิดแรงดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนกับโปรตอนในนิวเคลียสของทั้งสองอะตอม จึงมีแนวโน้มสูงที่จะพบอิเล็กตรอนทั้งสองอยู่ในบริเวณระหว่างนิวเคลียสของทั้งสองอะตอม และดึงดูดให้นิวเคลียสเข้ามาใกล้กันมากขึ้น ในขณะเดียวกันก็จะมีแรงผลักระหว่างโปรตอนกับโปรตอนและระหว่างอิเล็กตรอนกับอิเล็กตรอนของแต่ละอะตอมด้วย เมื่ออะตอมทั้งสองเข้ามาใกล้กันในระยะที่เหมาะสม อะตอมทั้งสองจะมีพลังงานต่ำสุดและอยู่รวมกันเป็นโมเลกุลโดยใช้อิเล็กตรอนร่วมกันแรงดึงดูดที่ทำให้อะตอมอยู่รวมกันได้ในลักษณะนี้เรียกว่า พันธะโคเวแลนต์ โมเลกุลของสารที่อะตอมยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์เรียกว่า โมเลกุลโคเวเลนต์ และสารที่ประกอบด้วยอะตอมที่สร้างพันธะโคเวเลนต์เรียกว่า สารโคเวเลนต์
🐔ชนิดของพันธะโคเวเลนต์
กฎออกเตต อะตอมของธาตุต้องมีเวเลนต์อิเล็กตรอนเป็น 8
ใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่ เกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ชนิด พันธะเดี่ยว
ใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 2 คู่ เกิดพันธะโคเวเลนต์ชนิด พันธะคู่
ถ้าอะตอมทั้งสองใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 3 คู่ พันธะที่เกิดขึ้นเรียกว่า พันธะสาม
🍏อิเล็กตรอนคู่ที่ใช้ร่วมกันนี้เรียกว่า อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ
🍏อิเล็กตรอนบางอิเล็กตรอนไม่ได้เกี่ยวข้องกับการเกิดพันธะอิเล็กตรอนเหล่านี้จะเรียกว่า อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว
🍏การแสดงการเกิดพันธะโคเวเลนต์ด้วยสัญลักษณ์แบบจุดของลิวอิส โดยใช้จุด 2 จุด หรืออาจใช้เส้น 1 เส้นแทนอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ 1 คู่ ระหว่างอะตอมทั้งสองเรียกว่า โครงสร้างลิวอิส
🐔โมเลกุลที่ไม่เป็นไปตามกฎออกเตต
ในโมเลกุลโคเวเลนต์ที่ได้ศึกษามาแล้วส่วนใหญ่อะตอมกลางจะมีจำนวนอิเล็กตรอนล้อมรอบเป็นไปตามกฎออกเตต แต่มีบางโมเลกุลที่ไม่เป็นไปตามกฎออกเตต เช่น
โมเลกุลที่มีจำนวนอิเล็กตรอนรอบอะตอมกลางน้อยกว่า 8 อิเล็กตรอน
โมเลกุลที่มีจำนวนอิเล็กตรอนรอบอะตอมกลางมากกว่า 8 อิเล็กตรอน
🐔การเขียนสูตรและเรียกชื่อสารโคเวเลนต์
🍅การเขียนสูตรโมเลกุลของสารโคเวเลนต์ กำหนดให้เขียนสัญลักษณ์ของธาตุองค์ประกอบเรียงลำดับดังนี้ B Si C P N H Se S I Br Cl O F ถ้าธาตุใดมีจำนวนอะตอมมากกว่า 1 ให้ระบุจำนวนอะตอมของธาตุนั้นไว้มุมล่างด้านขวาของสัญลักษณ์ ส่วนการเรียกชื่อสารประกอบโคเวเลนต์ที่เป็นธาตุคู่ ให้เรียกชื่อธาตุที่อยู่หน้าก่อนแล้วตามด้วยชื่อธาตุที่อยู่ถัดมา โดยเปลี่ยนเสียงพยางค์ ท้ายเป็น ไ-ด์ (-ide) พร้อมทั้งระบุจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุด้วยภาษากรีก ดังตาราง 2.7 ในกรณีที่ธาตุแรกมีอะตอมเดียวไม่ต้องระบุจำนวนอะตอมของธาตุนั้น แต่จำนวนอะตอมของธาตุหลังยังคงระบุเช่นเดิม
🍅จำนวนอะตอมในภาษากรีกที่ใช้เรียกชื่อสารโคเวเลนต์
1 มอนอ (mono)
2 ได (di)
3 ไตร (tri)
4 เตตระ (tetra)
5 เพนตะ (penta)
6 เฮกซะ (hexa)
7 เฮปตะ (hepta)
8 ออกตะ (octa)
9 โนนะ (nona)
10 เดคะ (deca)
ตัวอย่างการเขียนสูตรและการเรียกชื่อสารประกอบโคเวเลนต์
CO
        | คาร์บอนมอนอกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์ โบรอนไตรฟลูออไรด์ ไดคลอรีนมอนอกไซด์ ซิลิคอนเตตระคลอไรด์ ซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์ ไดฟอสฟอรัสเพนตะออกไซด์ เตตระฟอสฟอรัสเดคะออกไซด์ ไดคลอรีนเฮปตะออกไซด์ |
🐔ความยาวพันธะและพลังงานพันธะ
🍫พลังงานพันธะ หมายถึง พลังงานที่ใช้เพื่อสลายโมเลกุลให้แยกออกเป็นอะตอม
🍫การคำนวณหาค่าพลังงานของปฏิกิริยา
ดูได้จากการเปลี่ยนแปลงปฏิกิริยาทางเคมี ซึ่งมีอยู่ 2 ประเภท คือ
1.เมื่อมีการสร้างพันธะจะมีการเปลี่ยนแปลงแบบคายพลังงาน
2.เมื่อมีการสลายพันธะจะมีการเปลี่ยนแปลงแบบดูดพลังงาน
ดูด=สลาย สร้าง=คาย
🍫หลักการ
1. เขียนสูตรโครงสร้างลิวอิสของสารทั้งหมด
2. หาค่าพลังงานรวมทั้งหมดของสารตั้งต้น และสารผลิตภัณฑ์
3. นำมาหาผลต่างของค่าพลังงานรวมทั้งสอง (พลังงานรวมของสารตั้งต้น ลบ พลังงานรวมของสารผลิตภัณฑ์)
4. ถ้าผลต่างเป็นบวก (สารตั้งต้นมากกว่าผลิตภัณฑ์) จะเป็นปฏิกิริยาแบบดูดพลังงาน
5. ถ้าผลต่างเป็นลบ (ผลิตภัณฑ์มากกว่าสารตั้งต้น) จะเป็นปฏิกิริยาแบบคายพลังงาน
ตัวอย่าง จงคำนวณหาพลังงานพันธะ จากสมการ ว่าดูดหรือคายพลังงาน
CH4 (g) + Cl2 (g) CH3Cl (g) + HCl (g)
วิธีทำ H H
H – C – H+ Cl – Cl H – C – H +H – Cl
H Cl
4(C – H )+(Cl – Cl) 3(C
– H)+(C – Cl) + (H – Cl)
4(413) +
242 3(413) + 339
+ 431
สลาย 1,894 kJ
< สร้าง 2,009 kJ
จะคายพลังงาน 2,009
- 1,894 = 115
kJ
🍫เปรียบเทียบพลังงานพันธะ
พันธะสาม > พันธะคู่ > พันธะเดียว
🍫ความยาวพันธะ หมายถึง ระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของนิวเคลียสของอะตอมทั้งสองที่เกิดพันธะกัน มีหน่วยเป็นอังสตรอม (Angstrom ; °A) โดย 1 °A = 100 pm หรือ 10-10 m
🍫เปรียบเทียบความยาวพันธะ
พันธะเดียว > พันธะคู่ > พันธะสาม
* พันธะเดียวจะมีความยาวพันธะมาก แต่มีพลังงานน้อย
* พันธะสาม จะมีความยาวพันธะน้อย แต่มีพลังงานมาก
สรุป พันธะยิ่งยาว ยิ่งอ่อน
พันธะยิ่งสั้น ยิ่งแข็ง
🐔แนวคิดเกี่ยวกับเรโซแนนซ์
🍑การเกิดเรโซแนนซ์ คือ ปรากฏการณ์ที่ทำให้สามารถเขียนโครงสร้างลิวอิสได้มากกว่า 1 แบบ ซึ่งการเกิดเรโซแนนซ์จะทำให้โมเลกุลมีเสถียรภาพเพิ่มขึ้น โครงสร้างที่แสดงการเกิดเรโซแนนซ์ เรียกว่า โครงสร้างเรโซแนนซ์
จากรูป โครงสร้างลิวอิส ก. และ ข. เป็นโครงสร้างเรโซแนนซ์ของ NO2 โดยใช้ลูกศร แสดงการเกิดเรโซแนนซ์ของโครงสร้างทั้งสอง
โครงสร้าง ค. เป็นโครงสร้างเรโซแนนซ์ผสม(resonance hybrid structure) ที่เป็นตัวแทนของโครงสร้างเรโซแนนซ์ ก. และ ข.
อาจกล่าวได้ว่า ไนโตรเจน และออกซิเจนใน NO2 ใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 1.5 คู่ และเมื่อเขียนโครงสร้างเรโซแนนซ์ ค. จะใช้เส้นประแทนคู่อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ไปมา
🐔รูปร่างของโมเลกุล
🐔สภาพขั้วของโมเลกุลโคเวเลนต์
🍇แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ
1. พันธะโคเวเลนต์แบบไม่มีขั้ว คือพันธะที่เกิดจากอะตอมทั้ง 2 มีการใช้อิเล็กตรอนเท่าๆกัน (มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีหรือความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนเท่ากัน) และเมื่ออะตอมทั้งสองสร้างพันธะต่อกันแล้วอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่รอบๆและใช้เวลากับอะตอมทั้งสองเท่าๆกัน
2. พันธะโคเวเลนต์แบบมีขั้ว อะตอมทั้งสองมีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันแต่ไม่เท่ากัน นั่นคืออะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงจะดึงอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองได้มากกว่า
🍇โมเลกุลโคเวเลนต์ที่มีพันธะโคเวเลนต์แบบมีขั้ว อาจเป็นโมเลกุลมีขั้วหรือไม่มีขั้วก็ได้
🍇โมเลกุลโคเวเลนต์มีพันธะโคเวเลนต์แบบไม่มีขั้ว โมเลกุลก็ต้องไม่มีขั้วด้วย
🍇สภาพขั้วของของโมเลกุลขึ้นอยู่กับผลรวมเวกเตอร์ทางคณิตศาสตร์ของทุกพันธะในโมเลกุล
🍇ถ้าผลรวมเวกเตอร์หักล้างกันหมด (ผลรวมเวกเตอร์เท่ากับศูนย์) แสดงว่าเป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว เช่น CO2
🍇ถ้าผลรวมเวกเตอร์หักล้างกันไม่หมด (ผลรวมเวกเตอร์ไม่เท่ากับศูนย์) แสดงว่าเป็นโมเลกุลมีขั้ว
🐔แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล ( Van de waals interaction)
🍭เนื่องจากโมเลกุลโควาเลนต์ปกติจะไม่ต่อเชื่อมกันแบบเป็นร่างแหอย่างพันธะโลหะหรือไอออนิก แต่จะมีขอบเขตที่แน่นอนจึงต้องพิจารณาแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลด้วย ซึ่งจะเป็นส่วนที่ใช้อธิบายสมบัติทางกายภาพของโมเลกุลโควาเลนต์ อันได้แก่ ความหนาแน่น จุดเดือด จุดหลอมเหลว หรือความดันไอได้ โดยแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลนั้นเกิดจากแรงดึงดูดเนื่องจากความแตกต่างของประจุเป็นสำคัญ ได้แก่
🍭1. แรงลอนดอน ( London Force) เป็นแรงที่เกิดจากการดึงดูดทางไฟฟ้าของโมเลกุลที่ไม่มีขั้วซึ่งแรงดึงดูดทางไฟฟ้านั้นเกิดได้จากการเลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอย่างเสียสมดุลทำให้เกิดขั้วเล็กน้อย และขั้วไฟฟ้าเกิดขึ้นชั่วคราวนี้เอง จะเหนี่ยวนำกับโมเลกุลข้างเคียงให้มีแรงยึดเหนี่ยวเกิดขึ้น
ดังนั้นยิ่งโมเลกุลมีขนาดใหญ่ก็จุยิ่งมีโอกาสที่อิเลคตรอนเคลื่อนที่ได้เสียสมดุลมากจึงอาจกล่าวได้ว่าแรงลอนดอนแปรผันตรงกับขนาดของโมเลกุล เช่น F2 Cl2 Br2 I2 และ CO2 เป็นต้น
🍭2. แรงดึงดูดระหว่างขั้ว (Dipole-Dipole interaction)เป็นแรงยึดเหนี่ยวที่เกิดระหว่างโมเลกุลที่มีขั้วสองโมเลกุลขึ้นไปเป็นแรงดึงดูดทางไฟฟ้าที่แข็งแรงกว่าแรงลอนดอน เพราะเป็นขั้นไฟฟ้าที่เกิดขึ้นอย่างถาวร โมเลกุลจะเอาด้านที่มีประจุตรงข้ามกันหันเข้าหากัน ตามแรงดึงดูดทางประจุ เช่น H2O HCl H2S และ CO เป็นต้น ดังภาพ
🍭3. พันธะไฮโดรเจน ( hydrogen bond ) เป็นแรงยึดเหนี่ยวที่มีค่าสูงมาก โดยเกิดระหว่างไฮโดรเจนกับธาตุที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวเหลือ เกิดขึ้นได้ต้องมีปัจจัยต่างๆ ได้แก่ ไฮโดรเจนที่ขาดอิเล็กตรอนอันเนื่องจากถูกส่วนที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีสูงในโมเลกุลดึงไป จนกระทั้งไฮโดรเจนมีสภาพเป็นบวกสูงและจะต้องมีธาตุที่มีอิเลคตรอนคู่โดดเดี่ยวเหลือและมีความหนาแน่นอิเลคตรอนสูงพอให้ไฮโดรเจนที่ขาดอิเลคตรอนนั้น เข้ามาสร้างแรงยึดเหนี่ยวด้วยได้เช่น H2O HF NH3 เป็นต้น
🐔พันธะโคเวเลนต์แบบโครงผลึกร่างตาข่าย
🍩อโลหะส่วนใหญ่อยู่ในรูปโมเลกุลเดียว มีจุดหลอมเหลว จุดเดือดต่ำ แต่อโลหะบางชนิดมีจุดหลอมเหลว และจุดเดือดสูง
บางชนิดนำไฟฟ้าได้อีกด้วย สารพวกนี้ ได้แก่ สารที่มีโครงสร้างแบบโครงผลึกร่างตาข่าย สารพวกนี้อะตอมยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโควาเลนต์รูปแบบต่อเนื่องกันคล้ายตาข่ายสามมิติบ้าง สองมิติบ้าง สารพวกนี้ไม่มีสูตรโมเลกุล เขียนได้แต่สูตรอย่างง่าย สารพวกนี้ได้แก่ คาร์บอนในรูปเพชร แกรไฟต์ และฟลูเลอรีน ฟอสฟอรัสในรูปของ ฟอสฟอรัสขาว ฟอสฟอรัสแดง และฟอสฟอรัสดำ นอกจากนั้นยังมีสารประกอบบางชนิดก็เป็นสารโครงผลึกร่างตาข่าย เช่น ซิลิก้า หรือซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) ซิลิคอนคาร์ไบด์ หรือคาร์บอรันดัม (SiC)
ที่มา 🍀http://www.kr.ac.th
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น