พันธะเคมี ( Chemical bond)

พันธะเคมี (Chemical bond)

แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคของสารเพื่อให้อะตอมรวมกันเป็นโมเลกุลหรือให้โมเลกุลรวมกันเป็นกลุ่มก้อนแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคของสารเพื่อให้อะตอมรวมกันเป็นโมเลกุลหรือให้โมเลกุลรวมกันเป็นกลุ่มก้อน นิยามพันธะเคมี ไอออน-ไอออน อะตอม-อะตอม โมเลกุล-โมเลกุล

แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลแบ่งออกเป็น 2 ประเภท 1. แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมหรือไอออนของธาตุ 1.1 พันธะไอออนิก 1.2 พันธะโคเวเลนต์ 1.3 พันธะโลหะ 2. แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล 2.1 แรงแวนเดอร์วาลส์ ได้แก่ แรงลอนดอน แรงดึงดูดระหว่างขั้ว 2.2 พันธะไฮโดรเจน

พันธะไอออนิก (Ionic bond) พันธะไอออนิก หมายถึง แรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวกและไอออนลบที่เกิดจากอะตอมให้และรับอิเล็กตรอนกันเพื่อให้มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8

โลหะ (IE ต่ำกว่า) อโลหะ (IE สูงกว่า)

สมบัติบางประการของสารประกอบไอออนิกสมบัติบางประการของสารประกอบไอออนิก • สารประกอบไอออนิกทุกชนิดมีสถานะเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง และเปราะ โครงสร้างของสารประกอบไอออนิกมีลักษณะเป็นผลึก ผลึกสารประกอบไอออนิกมีรูปทรงเป็นรูปลูกบาศก์ ประกอบ ด้วยไอออนบวกและไอออนลบเรียงสลับกันเป็นสามมิติแบบต่างๆ ไม่สามารถแยกเป็น โมเลกุลเดี่ยวๆ ได้

สมบัติบางประการของสารประกอบไอออนิก(ต่อ)สมบัติบางประการของสารประกอบไอออนิก(ต่อ) 2. สารประกอบไอออนิกในภาวะปกติเป็นของแข็ง ประกอบด้วยไอออนบวกและไอออนลบ ไอออนเหล่านี้ไม่เคลื่อนที่ จึงไม่นำไฟฟ้า แต่เมื่อหลอมเหลวหรือละลายน้ำ จะแตกตัวเป็นไอออนและเคลื่อนที่ได้ จึงนำไฟฟ้าได้

สมบัติบางประการของสารประกอบไอออนิก(ต่อ)สมบัติบางประการของสารประกอบไอออนิก(ต่อ) 3. สารประกอบไอออนิกมีจุดดือดและจุดหลอมเหลวสูง 4. สารประกอบไอออนิกบางชนิดละลายน้ำได้ดีและบางชนิดไม่ละลายน้ำ การที่สารประกอบไอออนิกละลายน้ำได้เนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำกับไอออนมีค่ามากกว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวกกับไอออนลบ

การละลายของสาร ตัวละลาย < 0.1 g / H2O 100 g ที่ 25๐ C เ แสดงว่าไม่ละลายตัวละลาย > 1 g / H2O 100 g ที่ 25๐C เ แสดงว่าละลายได้ดีตัวละลาย 0.1 g - 1 g / H2O 100 g ที่ 25๐C แสดงว่าละลายได้บางส่วน

สารประกอบไอออนิก แบ่งตามการละลายได้ดังนี้ 1. สารประกอบไอออนิกที่ละลายน้ำ 2. สารประกอบไอออนิกที่ไม่ละลายน้ำ

Cl-ไอออน Na+ ไอออน โมเลกุลน้ำ NaCl H H o H H o o H H H o O O O O O O o H H H H H H H H H H H H H H o H H H การละลายน้ำของสารประกอบไอออนิก

พลังงานกับการละลายน้ำของสารประกอบไอออนิกพลังงานกับการละลายน้ำของสารประกอบไอออนิก Na+(g) + Cl-(g) 2 1 ∆Hhyd= -771 kJ ∆Hlatt= +776 kJ Na+(aq) + Cl-(aq) ∆Hsoln= +5 kJ NaCl(s)

สรุปการละลายน้ำของสารประกอบไอออนิกสรุปการละลายน้ำของสารประกอบไอออนิก ∆Hlattice > ∆Hhydration แสดงว่ามีการดูดพลังงาน ∆Hlattice > ∆Hhydrationแสดงว่ามีการดูดพลังงาน ∆Hlattice >>> ∆Hhydration แสดงว่าสารนั้นไม่ค่อยละลาย สารที่ละลายน้ำได้ < 0.1 g/H2O 100 cm3ที่ 25 0C แสดงว่าไม่ละลาย สารที่ละลายน้ำได้ 0.1-1.0 g/H2O 100 cm3ที่ 25 0C แสดงว่าละลายได้บางส่วน สารที่ละลายน้ำได้ > 1.0 g/H2O 100 cm3ที่ 25 0C แสดงว่าละลายได้ดี

NaCl Na+(aq)+ Cl-(aq) AgNO3 Ag+(aq) + NO3-(aq) Na+(aq) + Cl-(aq) + Ag+(aq) + NO3-(aq) Na+(aq) + Cl-(aq) + AgCl(s) ปฏิกิริยาของสารประกอบไอออนิก Ag+ Cl- NO3- Na+ สารละลาย NaCl สารละลาย AgNO3 AgCl (s) สมการไอออนิก

NaCl, K2SO4 , NaNO3 สารประกอบของโลหะหมู่ IA สารประกอบ ไอออนิกที่ละลายน้ำ สารประกอบ NO3- สารประกอบที่นำหน้าด้วย NH4+ NH4Br, (NH4)2CO3 , (NH4)3PO4

โครงสร้างของสารประกอบไอออนิกโครงสร้างของสารประกอบไอออนิก โคออร์ดิเนชันนัมเบอร์ คือ จำนวนไอออนที่ห้อมล้อมและสัมผัสกับไอออนอื่น 1) โครงสร้างผลึกของ NaF Na+จะมี F-ห้อมล้อมและ สัมผัสโดยรอบ 6 ไอออน F-จะมี Na+ห้อมล้อมและสัมผัสโดยรอบ 6 ไอออน

2)โครงสร้างผลึกของ CsCl Cs+ มี Cl-ห้อมล้อมและสัมผัส 8 ไอออน Cl- มี Cs+ ห้อมล้อมและสัมผัส 8 ไอออน 3) โครงสร้างผลึกของ CaF2 Ca2+ มี F- ห้อมล้อมและสัมผัส 8 ไอออน แต่ F- มี Ca2+ห้อมล้อมและสัมผัสเพียง 4 ไอออนเท่านั้น

การเขียนสูตรสารประกอบไอออนิกการเขียนสูตรสารประกอบไอออนิก 1. เขียนไอออนบวกนำหน้าไอออนลบ 2. เขียนโลหะก่อนอโลหะ 3. ผลรวมของประจุเป็นศูนย์ (นำจำนวนประจุบนไอออนบวกและไอออนลบคูณไว้กัน) 4. ใส่วงเล็บกลุ่มไอออนบวกหรือไอออนลบมีมากกว่า 1 กลุ่ม

ตัวอย่าง 1. Na กับ Cl Na+กับ Cl- 1 1 NaCl 2. Na กับ Cl Na+กับ O2- 1 2 Na2O

แบบฝึกหัด 1. Ca2+กับ Cl- 2. NH4+ กับ SO42- 3. Ca2+ กับ PO43- 4. Al3+กับ O2-

การอ่านชื่อสารประกอบไอออนิกการอ่านชื่อสารประกอบไอออนิก 1. กรณีธาตุโลหะที่มีเลขออกซิเดชันค่าเดียวรวมกับอโลหะ ให้อ่านชื่อโลหะที่เป็นไอออนบวก แล้วตามชื่ออโลหะที่เป็นไอออนลบ โดยลงเสียงพยางค์ท้ายด้วย ไ-ด์ (-ide) เช่น ไฮโดรเจน เป็น ไฮไดรด์ (hydride) คลอรีน เป็น คลอไรด์ (chloride) โบรมีน เป็น โบรไมด์ (bromide) ตัวอย่าง NaCl อ่านว่า โซเดียมคลอไรด์ (Sodium chloride) KBr อ่านว่าโพแทสเซียมโบรไมด์ (Potassium bromide)

การอ่านชื่อสารประกอบไอออนิกการอ่านชื่อสารประกอบไอออนิก 2. กรณีธาตุโลหะที่มีเลขออกซิเดชันหลายค่ารวมกับอโลหะ ให้อ่านชื่อโลหะที่เป็นไอออนบวก แล้วตามชื่ออโลหะที่เป็นไอออนลบ แล้วตามด้วยค่าประจุโดยวงเล็บเป็นเลขโรมัน และลงเสียงพยางค์ท้ายด้วย ไ-ด์ (-ide) เช่นFe มีเลขออกซิเดชัน 2 ค่า เกิดไอออน 2 ชนิด คือ Fe2+ Fe3+สารประกอบที่เกิดขึ้นกับ Fe เป็น FeCl2 อ่านว่า ไอร์ออน (II) คลอไรด์ (Iron (II) chloride) FeCl3อ่านว่า ไอร์ออน (III) คลอไรด์ (Iron (III) chloride)

การอ่านชื่อสารประกอบไอออนิกการอ่านชื่อสารประกอบไอออนิก 3. กรณีธาตุโลหะหรือกลุ่มไอออนบวกที่มีเลขออกซิเดชันค่าเดียวรวมกับกลุ่มไอออนลบ ให้อ่านชื่อไอออนบวก แล้วตามด้วยชื่อกลุ่มไอออนลบ เช่น Na2SO4 อ่านว่า โซเดียมซัลเฟต (Sodium sulfide) Ba(OH)2อ่านว่า แบเรียมไฮดรอกไซด์ (Barium hydroxide) KNO3อ่านว่า โพแทสเซียมไนเตรต (Potassiumnitrate) NH4Cl อ่านว่า แอมโมเนียมคลอไรด์ (Amonium chloride)

การอ่านชื่อสารประกอบไอออนิกการอ่านชื่อสารประกอบไอออนิก 4. กรณีธาตุโลหะที่มีเลขออกซิเดชันหลายค่ารวมกับกลุ่มไอออนลบ ให้อ่านชื่อไอออนบวก แล้ววงเล็บค่าประจุของไอออนบวก และอ่านชื่อกลุ่มไอออนลบตามหลัง เช่นCr มีเลขออกซิเดชัน 2 ค่า เกิดไอออน 2 ชนิด คือ Cr2+ Cr3+สารประกอบที่เกิดขึ้นกับ Cr เป็น CrSO4 อ่านว่า โครเมียม (II) ซัลเฟต (Chromium (II) sulfate) Cr2(SO4)3อ่านว่า โครเมียม (III) ซัลเฟต (Chromium (II) sulfate)

เมื่อสารประกอบไอออนิกในสถานะของแข็งมาละลายน้ำก็จะแตกตัวเป็นไอออนเมื่อสารประกอบไอออนิกในสถานะของแข็งมาละลายน้ำก็จะแตกตัวเป็นไอออน NaCl (s) Na+(aq) + Cl- (aq) AgNO3(s) Ag+(aq) + NO3-(aq) K2SO4(s) 2K+(aq) + SO42-(aq) สมการไอออนิก

NaCl(s) Na+ (aq) + Cl- (aq) AgNO3 (s) Ag+(aq) + NO3- (aq) Cl-(aq) + Ag+(aq) AgCl(s) Na+(aq) + Cl-(aq) + Ag+(aq) + NO3-(aq) Na+(aq) + Cl-(aq) + AgCl(s) สมการไอออนิก สมการไอออนิกสุทธิ

หลักการเขียนสมการไอออนิกหลักการเขียนสมการไอออนิก 1. เขียนเฉพาะไอออนหรือโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยากัน 2. ถ้าสารที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาเป็นสารที่ไม่ละลายน้ำหรือไม่แตกตัวเป็นไอออน ให้เขียนสูตรโมเลกุลของสารนั้นในสมการได้ เช่น H2 NH3 CO2 3. ดุลสมการไอออนิก โดยทำให้จำนวนอะตอม และจำนวนไอออน ของทุกธาตุเท่ากัน รวมทั้งประจุรวมทั้งซ้ายและขวาต้องเท่ากันด้วย

แบบฝึกหัด จงเขียนสมการไอออนิกที่เกิดจากการผสมสารคู่ต่อไปนี้ 1. AgNO3 (aq) กับ CaBr2(aq) 2. CuSO4 (aq) กับ K2S (aq) 3. NaOH (s) กับ HCl (l)

พันธะโคเวเลนต์ (Covalent bond) (อโลหะ – อโลหะ) พันธะที่เกิดจากอะตอม 2 อะตอมใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน (share) โดยที่อะตอม ทั้ง 2 มีค่า EN ใกล้เคียงกัน

ชนิดของพันธะโคเวเลนต์ชนิดของพันธะโคเวเลนต์ 1. พันธะเดี่ยว (single bond) : ใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่ (2 e-) H2O 2. พันธะคู่ (double bond) ใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 2 คู่ (4 e-) CO2 3. พันธะสาม (triple bond) ใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 3 คู่ (6 e-) N2

เปรียบเทียบระหว่าง ionic bond กับ covalent bond Ionic bond Covalent bond - ระหว่าง โลหะ – อโลหะ - ระหว่าง อโลหะ – อโลหะ - เป็นของแข็ง - เป็นแก๊ส ของเหลว - มีจุดหลอมเหลว (m.p.) สูง - มีจุดหลอมเหลวต่ำ - ละลายน้ำได้ดี นำไฟฟ้าได้ - ไม่ละลายน้ำ นำไฟฟ้าไม่ดี

ข้อยกเว้นของกฏออกเตต 1. จำนวนอิเล็กตรอนไม่ครบแปด (The Incomplete Octet) BeH2 H—Be—H v.e. = 2 v.e. = 1 2. โมเลกุลที่มีอิเล็กตรอนเป็นจำนวนคี่ (Odd–electron molecule) NO NO2 3. โมเลกุลที่มีอิเล็กตรอนเกินแปด (The Expanded Octet) - มี valence electron มากกว่า 8 - พบในธาตุในคาบที่ 3 ขึ้นไปใช้ e- ใน 3d orbital - SF6

ความแข็งแรงของพันธะโคเวเลนต์ความแข็งแรงของพันธะโคเวเลนต์ พิจารณาได้จากปริมาณพลังงานที่ต้องใช้สลายพันธะนั้น เสถียรภาพของโมเลกุลวัดได้จากค่าพลังงานการสลายพันธะ (Bond dissociation energy) หรือ พลังงานพันธะ (Bond energy) ซึ่งหมายถึงการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีในการ สลายพันธะหนึ่งๆ ในโมเลกุลของแก๊ส 1 โมล ตารางแสดงพลังงานการสลายพันธะของโมเลกุลบางชนิด Bond Bond energy (kJ / mol) H — H 436.4 H — Cl 431.9 Cl — Cl 242.7 C — C 347.0 C = C 620.0 CC 812.0

รูปร่างของโมเลกุล รูปร่างของโมเลกุล (รูปทรงทางเรขาคณิต) เกิดจากการจัดตัวของอะตอมภายในโมเลกุลมีผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพ (m.p., b.p., density) และเคมีซึ่งต้องทราบ 1. ความยาวพันธะ (Bond length) วัดได้จาก 2. มุมระหว่างพันธะ (Bond angle) การทดลอง ทำนายรูปร่างโมเลกุลจาก Valence Shell Electron Pair Repulsion Model (VSEPR) โดยยึดหลักที่ว่า (valence) electron pair รอบอะตอมจะมีการ ผลักกันทำให้อิเล็กตรอนแต่ละคู่อยู่ห่างกัน valence electron รอบอะตอม (8 e- = 4 pair) มี 2 ชนิด 1. Bonding Pair 2. Lone Pair LP BP

F H โมเมนต์ขั้วคู่ (Dipole Moments) ภายในโมเลกุลของสารประกอบ ถ้าอะตอมมีค่า EN ต่างกัน มีการดึง อิเล็กตรอนทำให้เกิดขั้วขึ้น ตัวอย่าง แสดงทิศทางการดึงของ e- แสดงขั้ว (polar bond) 2.1 4.0

dipole moment สุทธิ = 1. 87 (เป็น polar molecule) โมเลกุล H2O ขั้วของโมเลกุล คำนวณจากผลรวมแบบ vector ของขั้วของพันธะ เป็น non-polar molecule โมเลกุล CO2 = 0 โมเลกุล C2H2Cl2 Trans = 0 Cis (polar) = 1. 89

การใช้ทฤษฏี VSEPR ทำนาย geometry , bond angle และ polarity ของโมเลกุล 1. Diatomic molecule มี geometry แบบเส้นตรง (linear) H2 H—H Cl2 Cl—Cl HI H—I มีสัญลักษณ์เป็น A2 , AB 2. Polyatomic molecule (มี 3 atom) ใช้หลัก AB2 , AB3 , AB4 , AB5 , AB6 A = Central atom B = อะตอมอื่นๆ ที่เกิดพันธะกับ A ถ้าไม่มี lone pairs ที่ A ใช้ VSEPR ทำนาย (ตาราง 3.1)

>> >> >> >> >> >>

AB2 BeCl2 Linear (เส้นตรง) 180O ไม่มีขั้ว

AB3 BF3 Trigonal planar สามเหลี่ยมแบนราบ 120O ไม่มีขั้ว

AB4 CH4 Tetrahedral 109.5O ไม่มีขั้ว

AB5 PCl5 axial equatorial 90 และ 120O Trigonal bipyramidal คู่ปิรามิดฐานสามเหลี่ยม ไม่มีขั้ว

AB6 SF6 Octahedral 90 และ 180O ไม่มีขั้ว

ถ้าโมเลกุลมี lone pairs  1 ที่ central atom การทำนาย geometry ของ โมเลกุลจะซับซ้อน เพราะมีแรงผลักของ electron pairs เข้ามาเกี่ยวข้อง 1. แรงผลักระหว่าง lone pair กับ lone pair 2. แรงผลักระหว่าง lone pair กับ bonding pair 3. แรงผลักระหว่าง bonding pair กับ bonding pair โดยที่ แรง 1 > แรง 2 > แรง 3 แรงผลักนี้จะทำให้มุมระหว่างพันธะที่ได้ไม่เป็นไปตามที่คำนวณไว้ ซึ่งจะ มากหรือน้อยขึ้นกับอิทธิพลของแรง repulsion นี้ ทำให้เกิดโครงสร้างที่เรียกว่า “bent shape” (มุมงอ) H2O ถ้าไม่มี lone pair คาดว่ามีโครงสร้างเป็น แต่โครงสร้างของโมเลกุล H2O คือ non-linear (bent) เนื่องจากแรงผลักของ lone pairs electron บน O atom

หลักในการใช้ VSEPR model 1. เขียน Lewis structure (ดู e- pairs รอบ central atom) 2. นับจำนวน BP electron (พันธะ) และ LP electron (อิสระ) 3. ใช้ตารางที่ 3.1, 3.2 ทำนาย geometry ของโมเลกุล 4. ใช้ตารางที่ 3.1 ทำนายมุมระหว่างพันธะ (bond angle) ได้เลย แต่ถ้ามี lone pairs ให้ใช้ตาราง 3.2 ด้วย และต้องพิจารณาแรงผลัก ทั้ง 3 ชนิด ในการทำนาย bond angle เสมอ โครงสร้าง AB5 อิเล็กตรอนของ A - B มีอยู่ 2 ระนาบ 1. equatorial position : ระนาบอยู่ในระนาบ (plane) เดียวกัน 2. axial position : อยู่ในตำแหน่งตั้งฉากกับ plane

AB2E 3 2 3 SO2 AB3E NH3 4 3 1 AB2E2 4 2 2 H2O AB4E 5 4 1 SF4 AB3E2 ClF3 5 3 2 AB2E3 5 2 3 XeF2 AB4E BrF5 6 5 1 AB4E2 6 4 2 XeF4

AB2E SO2 Bent < 120O มีขั้ว <

พันธะเคมี ( Chemical bond)