บทที่ 2
พันธะเคมี
2.1 พันธะโควาเลนต์
คือ พันธะเคมีที่เกิดจากอะตอม 2 อะตอมที่ใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน
คือ พันธะเคมีที่เกิดจากอะตอม 2 อะตอมที่ใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน
2.1.1 การเกิดพันธะโควาเลนต์
โมเลกุลของแก๊สไฮโดรเจนประกอบด้วยอะตอมของธาตุไฮโดรเจน 2 อะตอม
2.1.2 ชนิดของพันธะโควาเลนต์
อะตอมมีเวเลนต์อิเล็กตรอนเป็น 8 ตามกฎออกเตต เช่น การรวมตัวของธาตุไฮโดรเจนกับธาตุฟลูออรีนเกิดเป็นไฮโดรเจนฟลูออไรด์ ไฮโดรเจนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 1 ต้องการอีก 1 อิเล็กตรอนจึงจะครบ 2 เหมือนฮีเลียม ส่วนฟลูออรีนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 7 ต้องการอีก 1 อิเล็กตรอนจึงจะครบ 8 แต่ธาตุทั้งสองมีพลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 1 สูง แสดงว่าเสียอิเล็กตรอนได้ยาก จึงไม่มีอะตอมใดให้อิเล็กตรอน ธาตุทั้งสองจึงใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่ เกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ชนิด พันธะเดี่ยว อิเล็กตรอนคู่ที่ใช้ร่วมกันนี้เรียกว่า อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ
2.1.3 โมเลกุลที่ไม่เป็นไปตามกฏออกเตต
อะตอมกลางมีจำนวนอิเล็กตรอนล้อมรอบเป็นไปตามกฎออกเตต แต่มีบางโมเลกุลที่จำนวนอิเล็กตรอนรอบอะตอมกลางน้อยกว่า 8 อิเล็กตรอน เช่น ในโมเลกุลเบริลเลียมคลอไรด์
2.1.4 การเขียนสูตรและเรียกชื่อสารโคเวเลนต์
กำหนดให้เขียนสัญลักษณ์ของธาตุองค์ประกอบเรียงลำดับดังนี้ B Si C P N H Se S I Br Cl O F ถ้าธาตุใดมีจำนวนอะตอมมากกว่า 1 ให้ระบุจำนวนอะตอมของธาตุนั้นไว้มุมล่างด้านขวาของสัญลักษณ์ เช่น
2.1.5 ความยาวพันธะและพลังงานพันธะ
การเกิดโมเลกุลของแก๊สไฮโดรเจนนั้น อะตอมของไฮโดรเจนจะเคลื่อนที่เข้าใกล้กันได้มากที่สุดและเกิดสมดุลระหว่างแรงดึงดูดกับแรงผลักที่ระยะ 74 พิโกเมตร
การเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเกี่ยวข้องกับการสลายพันธะในสารตั้งต้นและการสร้างพันธะในผลิตภัณฑ์ เนื่องจากอะตอมต่างๆ ในโมเลกุลยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะเคมี การสลายพันธะจึงต้องดูดพลังงานและการสร้างพันธะจะมีการคายพลังงาน
2.1.6 แนวคิดเกี่ยวกับเรโซแนนซ์
โมเลกุลโคเวเลนต์บางชนิดที่มีพันธะคู่อยู่ในโมเลกุล เช่น โมเลกุลโอโซน พันธะโคเวเลนต์ที่เกิดระหว่างอะตอมของออกซิเจนกับออกซิเจนอีก 2 อะตอม ตามกฎออกเตต
พันธะคู่ของออกซิเจนกับออกซิเจน (ความยาวพันธะของ O - O และ O = O เท่ากับ 148 และ 121 พิโกเมตรตามลำดับ) แสดงว่าพันธะทั้งสองในโมเลกุลเป็นพันธะชนิดเดียวกัน ดังนั้นโครงสร้างลิวอิส (ก) หรือ (ข) แบบใดแบบหนึ่งที่แสดงไว้ตอนแรกใช้แทนโมเลกุล
ไม่ได้ จึงเขียนแทนด้วย โครงสร้างเรโซแนนซ์ ดังนี้
ไม่ได้ จึงเขียนแทนด้วย โครงสร้างเรโซแนนซ์ ดังนี้
การที่พันธะระหว่างออกซิเจนกับออกซิเจนทั้ง 2 พันธะเหมือนกันนั้นเกิดจากการที่อิเล็กตรอน 1 คู่สร้างพันธะโคเวเลนต์ตามปกติและอิเล็กตรอน 1 คู่สร้างพันธะโคเวเลนต์ตามปกติ และอิเล็กตรอนอีก 1 คู่จะเคลื่อนที่ไปมาระหว่างอะตอมทั้งสาม
โดยเส้นประแทนคู่อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ไปมา โครงสร้างเรโซแนนซ์อาจพบในโมเลกุลหรือไอออนชนิดอื่นๆ ดังตัวอย่างต่อไปนี้
ฟุลเลอรีน
โครงสร้างของฟุลเลอรีนมีหลายแบบ แต่ที่เสถียรที่สุด คือ บักมินสเตอร์ฟุลเลอรีน
2.2.7 รูปร่างของโมเลกุล
ทำให้ทราบระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของอะตอมที่สร้างพันธะในโมเลกุลแต่ความยาวพันธะไม่สามารถบอกลักษณะการจัดเรียงอะตอมในโมเลกุลแบบสามมิติหรือรูปร่างโมเลกุลได้
รูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์โดยใช้แบบจำลอง
1. โมเลกุลที่อะตอมกลางไม่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว
พิจารณาโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอม 2 ชนิด คือ A และB โดยกำหนดให้ A เป็นอะตอมกลาง B เป็นอะตอมที่ล้อมรอบ
2. โมเลกุลที่อะตอมกลางมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว
มีทั้งอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะและอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว จะมีแรงผลักกันระหว่างอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะและอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว ซึ่งแสดงแนวโน้มได้เป็นดังนี้
2.2.8 สภาพขั้วของโมเลกุลโคเวเลนต์
จากการศึกษาสารโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมชนิดเดียวกัน เช่น
พบว่าอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะจะกระจายอยู่รอบๆ อะตอมทั้งสองเท่ากัน พันธะที่เกิดขึ้นในลักษณะเช่นนี้เรียกว่า พันธะโคเวเลนต์ไม่มีขั้ว
พบว่าอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะจะกระจายอยู่รอบๆ อะตอมทั้งสองเท่ากัน พันธะที่เกิดขึ้นในลักษณะเช่นนี้เรียกว่า พันธะโคเวเลนต์ไม่มีขั้ว
พันธะโคเวเลนต์มีขั้ว
2.2.9 แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์
สารโคเวเลนต์มีทั้งที่เป็นของแข็ง ของเหลว หรือแก๊สที่อุณหภูมิห้อง ในสถานะของแข็งอนุภาคของสารจะอยู่ชิดกันและมีแรงยึดเหนี่ยวต่อกันสูง แต่ในสถานะของเหลวอนุภาคจะอยู่ห่างกัน แรงยึดเหนี่ยวที่มีต่อกันน้อยลง และในสถานะแก๊สจะมีแรงยึดเหนี่ยวต่อกันน้อยมาก โมเลกุลของแก๊สจึงอยู่ห่างกัน
มีแรงดึงดูดระหว่างขั้วอีกชนิดหนึ่ง ซึ่งมีความแข็งแรงมากและเป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่มีขนาดเล็ก แรงดังกล่าวจะเป็นแรงชนิดใดเราจะพิจารณาจากโมเลกุลของสารประกอบไฮโดรเจนแฮไลด์
ไฮโดรเจนฟลูออไรด์แล้วมีสารใดอีกบ้างที่มีพันธะไฮโดรเจน พิจารณาได้จากกราฟแสดงจุดเดือดของสารโคเวเลนต์ที่เกิดจากการรวมตัวระหว่างไฮโดรเจนกับธาตุหมู่ IVA VA VIA และ VIIA
2.2.10 สารโครงผลึกร่างตาข่าย
มีโครงสร้างโมเลกุลขนาดเล็ก มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ แต่มีสารโคเวเลนต์บางชนิดมีโครงสร้างโมเลกุลขนาดยักษ์ มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงมาก
โครงสร้างคล้ายตาข่าย สารประกอบนี้เรียกว่า สารโครงผลึกร่างตาข่าย
เพชร
เพชรเป็นอัญรูปหนึ่งของคาร์บอนและเป็นผลึกโคเวเลนต์ ในโครงสร้างเพชร คาร์บอนแต่ละอะตอมใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนทั้งหมดสร้างพันธะโคเวเลนต์กับอะตอมอีก 4 อะตอมที่อยู่ล้อมรอย เพชรจึงไม่นำไฟฟ้า
แกรไฟต์
แกรไฟต์เป็นผลึกโคเวเลนต์และเป็นอีกอัญรูปหนึ่งของคาร์บอนแต่มีโครงสร้างแตกต่างจากเพชร กล่าวคืออะตอมของคาร์บอนจัดเรียงตัวเป็นชั้นๆ และสร้างพันธะโคเวเลนต์ต่อกันเป็นวง วงละ 6 อะตอมต่อเนื่องกันอยู่ภายในระนาบเดียวกัน พันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอนที่อยู่ในชั้นเดียวกันมีความยาว 140 พิโกเมตร
ซิลิคอนไดออกไซด์
หรือซิลิกา
หรือซิลิกา
ซิลิคอนไดออกไซด์เป็นผลึกโคเวเลนต์มีโครงสร้างเป็นผลึกร่างตาข่าย อะตอมของซิลิคอนจัดเรียงตัวเหมือนกับคาร์บอนในผลึกเพชร แต่มีออกซิเจนคั่นอยู่ระหว่างอะตอมของซิลิคอนแต่ละคู่
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น