พันธะเคมี
ความหมายของพันธะเคมี
พันธะเคมี (Chemical Bond) หมายถึง แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม 2 อะตอม หรือ ไอออนเข้าไว้ด้วยกันเป็นโมเลกุลหรือเป็นกลุ่มของอะตอม ทั้งนี้ แรงยึดเหนี่ยวจะขึ้นอยู่กับ อิเล็กตรอนวงนอกของอะตอม (Valence Electron) เท่านั้น มีการถ่ายโอนหรือการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันทำให้เกิดพันธะเคมีที่มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนให้เกิดอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะขึ้นมา ทำให้โมเลกุลที่เกิดขึ้นมีความเสถียรขึ้น โดยทั่วไปอะตอมของธาตุเมื่ออยู่ลำพังจะพยายามจัดตัวเอง อาจมีการรวมกับอะตอมของ ธาตุชนิดเดียวกัน หรือรวมกับอะตอมของธาตุต่างชนิดกัน เพื่อให้มีอิเล็กตรอนวงนอกสุดให้เหมือน กับแก๊สเฉื่อย ซึ่งมีการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนในลักษณะที่มีความเสถียร กล่าวคือ จำนวนวาเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมเท่ากับ 8 (ยกเว้น He ที่มีจำนวนวาเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ2ที่มีความเสถียรแล้ว) ซึ่งอะตอมอาจทำได้ดังนี้
1. ให้อิเล็กตรอนแก่อะตอมอื่น
2. รับอิเล็กตรอนจากอะตอมอื่น
3. ใช้อิเล็กตรอนร่วมกับอะตอมอื่น
พันธะเคมีที่จะกล่าวถึงในหน่วยนี้ได้แก่พันธะไอออนิกพันธะโคเวเลนต์พันธะโลหะและอิเล็กตรอนที่กล่าวถึงจะเป็นอิเล็กตรอนที่อยู่วงนอกสุดเท่านั้น
พันธะโลหะ
ความหมายของพันธะโลหะ
พันธะโลหะ (Metallic bond) หมายถึง แรงยึดเหนี่ยวที่ทำให้อะตอมของโลหะ อยู่ด้วยกันในก้อนของโลหะ โดยมีการใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกันของอะตอมของโลหะ โดยที่เวเลนซ์อิเล็กตรอนนี้ไม่ได้เป็นของอะตอมหนึ่งอะตอมใดโดยเฉพาะ เนื่องจากมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลา ทุกๆอะตอมของโลหะจะอยู่ติดกันกับอะตอมอื่นๆ ต่อเนื่องกันไม่มีที่สิ้นสุด จึงทำให้โลหะไม่มีสูตรโมเลกุล ที่เขียนกันเป็นสูตรอย่างง่าย หรือสัญลักษณ์ของธาตุนั้นเองสมบัติทั่วไปของโลหะ ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ ได้พบธาตุจำนวน 117 ธาตุ ซึ่งมีทั้งธาตุที่พบในธรรมชาติและธาตุที่สังเคราะห์ขึ้น ธาตุที่พบในธรรมชาติมีประมาณ 90 ธาตุ และมีเพียงธาตุในหมู่VIIIA หรือแก๊สเฉื่อยเท่านั้นที่พบในรูปอะตอมเดี่ยว เนื่องจากมีเสถียรภาพสูง เพราะมีการจัดอิเล็กตรอนเต็มตามจำนวนที่ควรมีในแต่ละระดับพลังงานธาตุในหมู่อื่นส่วนใหญ่ไม่เสถียร ดังนั้นจึงรวมตัวกันอยู่ในรูปโมเลกุลหรือสารประกอบ ที่มีเสถียรภาพมากขึ้น เช่น แก๊สออกซิเจน ประกอบด้วยออกซิเจน 2 อะตอม ยึดเหนี่ยวกันเป็นโมเลกุล น้ำเป็นสารประกอบที่แต่ละโมเลกุลประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 อะตอม ยึดเหนี่ยวกับออกซิเจน 1 อะตอม เกลือแกงหรือโซเดียมคลอไรด์ เป็นสารประกอบ ที่ประกอบด้วยไอออนบวกของโซเดียม และไอออนลบของคลอรีน แท่งเหล็กประกอบด้วยอะตอมของเหล็กที่เรียงกันอย่างเป็นระเบียบ ยึดเหนี่ยวซึ่งกันและกันไว้ เป็นต้น แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมกับอะตอม หรือไอออนกับไอออนในโมเลกุล หรือสารประกอบดังกล่าว เรียกว่า พันธะเคมี (Chemical bond)
ตัวอย่างสารประกอบ ( 5 ตัว )
- ทองแดง (Cu ) - เหล็ก ( Fe ) - อะลูมิเนียม ( Al ) - ปรอท ( Hg) - โครเมียม ( Cr )
คุณสมบัติ
1. โลหะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี เพราะอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ได้ง่าย
2. โลหะมีจุดหลอมเหลวสูง เพราะเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมทั้งหมดในก้อนโลหะยึดอะตอมไว้อย่างเหนียวแน่น
3. โลหะสามารถตีแผ่เป็นแผ่นบางๆได้ เพราะมีกลุ่มเวเลนซ์อิเล็กตรอนทำหน้าที่ยึดอนุภาคให้เรียงกันไม่ขาดออกจากกัน
4. โลหะมีผิวเป็นมันวาว เพราะกลุ่มอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่โดยอิสระมีปฏิกิริยาต่อแสง จึงสะท้อนแสงทำให้มองเห็นเป็นมันวาว
5. สถานะปกติเป็นของแข็ง ยกเว้น Hg เป็นของเหลว
6. โลหะนำความร้อนได้ดี เพราะอิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ได้ทุกทิศทาง
การนำไปใช้ประโยชน์
-ทองแดงและอลูมิเนียม เป็นโลหะที่นำไฟฟ้าได้ดีจึงนำไปใช้เป็นตัวนำไฟฟ้า อลูมิเนียมและเหล็กเป็นโลหะที่นำความร้อนได้ดีจึงนำไปทำภาชนะสำหรับประกอบอาหาร เช่น หม้อ กระทะ
พันธะไอออนิก
ความหมายของพันธะไอออนิก
พันธะไอออนิก (Ionic bonding) เกิดจากที่อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมสร้างพันธะกันโดยที่อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมให้อิเล็กตรอนกับอะตอมหรือกลุ่มของอะตอม ทำให้กลายเป็นประจุบวก ในขณะที่อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่ได้รับอิเล็กตรอนนั้นกลายเป็นประจุลบ เนื่องจากทั้งสองกลุ่มมีประจุตรงกันข้ามกันจะดึงดูดกันทำให้เกิดพันธะไอออน โดยทั่วไปพันธะชนิดนี้มักเกิดขึ้นระหว่างโลหะกับอโลหะ โดยอะตอมที่ให้อิเล็กตรอนมักเป็นโลหะ ทำให้โลหะนั้นมีประจุบวก และอะตอมที่รับอิเล็กตรอนมักเป็นอโลหะ จึงมีประจุลบ ไอออนที่พันธะไอออนมีความแข็งแรงมากกว่าพันธะไฮโดรเจน แต่แข็งแรงพอๆกับพันธะโคเวเลนต์
ตัวอย่างสารประกอบ ( 5 ตัว )
- NaCl (โซเดียมคลอไรด์ ) - BaBr2 (แบเรียมโบรไมด์ )
- KMnO4 (โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต) - CaC2O4 (แคลเซียมออกซาเลต)
คุณสมบัติ
1. มีขั้ว เพราะสารประกอบไอออนิกไม่ได้เกิดขึ้นเป็นโมเลกุลเดี่ยว แต่จะเป็นของแข็งซึ่งประกอบด้วยไอออนจำนวนมาก ซึ่งยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงยึดเหนี่ยวทางไฟฟ้า
2. ไม่นำไฟฟ้าเมื่ออยู่ในสภาพของแข็ง แต่จะนำไฟฟ้าได้เมื่อใส่สารประกอบไอออนิกลงในน้ำ ไอออนจะแยกออกจากกัน ทำให้สารละลายนำไฟฟ้าในทำนองเดียวกันสารประกอบที่หลอมเหลวจะนำไฟฟ้าได้ด้วยเนื่องจากเมื่อหลอมเหลวไอออนจะเป็นอิสระจากกัน เกิดการไหลเวียนอิเลคตรอนทำให้อิเลคตรอนเคลื่อนที่จึงเกิดการนำไฟฟ้า
3 . มีจุหลอมเหลวและจุดเดือดสูง ความร้อนในการทำลายแรงดึงดูดระหว่างไอออนให้กลายเป็นของเหลวต้องใช้พลังงานสูง
4 . สารประกอบไอออนิกทำให้เกิดปฏิกิริยาไอออนิก คือ ปฏิกิริยาระหว่างไอออนกับไอออน ทั้งนี้เพราะสารไอออนิกจะเป็นไอออนอิสระในสารละลาย ปฏิกิริยาจึงเกิดทันที
5 . สมบัติไม่แสดงทิศทางของพันธะไอออนิก สารประกอบไอออนิกเกิดจากไอออนที่มีประจุตรงกันข้ามรอบ ๆ ไอออนแต่ละไอออนจะมีสนามไฟฟ้าซึ่งไม่มีทิศทาง จึงทำให้เกิดสมบัติไม่แสดงทิศทางของพันธะไอออนิก
6. เป็นผลึกแข็ง แต่เปราะและแตกง่าย
การนำไปใช้ประโยชน์
เนื่องจากสารประกอบไอออนิก สารโคเวเลนต์ และโลหะ มีสมบัติเฉพาะตัวบางประการที่แตกต่างกัน เช่น ความสามารถในการนำไฟฟ้า จุดหลอมเหลว จุดเดือด ฯลฯ ดังที่กล่าวก่อนหน้า ดังนั้น เราจึงสามารถนำสารต่างชนิดเหล่านี้มาใช้ประโยชน์ในด้านที่แตกต่างกันตามความเหมาะสม เช่น แอมโมเนียมคลอไรด์ (NH4Cl) และซิงค์คลอไรด์ (ZnCl2) เป็นสารประกอบไอออนิกที่สามารถนำไฟฟ้าได้จากการแตกตัวเป็นไอออนเมื่อละลายน้ำ จึงสามารถนำไปใช้เป็นสารอิเล็กโทรไลต์ในถ่านไฟฉายได้ พอลิไวนิลคลอไรด์ หรือ PVC (C2H3Cl)n เป็นสารโคเวเลนต์ที่ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้ จึงนำไปใช้เป็นฉนวนไฟฟ้าที่หุ้มสายไฟฟ้าซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เป็นสารโคเวเลนต์โครงร่างตาข่ายที่มีจุดหลอมเหลวสูงและมีความแข็งแรงมาก จึงนำไปใช้ทำเครื่องบด เครื่องโม่ และหินลับมีด ทองแดง (Cu) และอะลูมิเนียม (Al) เป็นโลหะที่นําไฟฟ้าได้ดีจึงนำไปใช้เป็นตัวนำไฟฟ้า โดยโลหะทองแดงสามารถนำไฟฟ้าได้ดีกว่าโลหะอะลูมิเนียมจึงใช้ในสายไฟฟ้าตามอาคารบ้านเรือน สำหรับโลหะอะลูมิเนียมซึ่งมีลักษณะเบา ถึงแม้จะนำไฟฟ้าได้ไม่ดีเท่าทองแดงแต่ก็เป็นทางเลือกหนึ่งในการนำไปใช้ในกรณีที่ต้องการลดค่าใช้จ่ายและน้ำหนักของวัสดุอะลูมิเนียม (Al) และเหล็ก (Fe) เป็นโลหะที่นําความร้อนได้ดีจึงนำไปใช้ทำภาชนะสำหรับการประกอบอาหาร เช่น หม้อ กระทะ
พันธะโคเวเลนต์
ความหมายของพันธะโคเวเลนต์
พันธะโควาเลนต์ (Covalent bond) หมายถึง พันธะในสารประกอบที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอม 2 อะตอมที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีใกล้เคียงกันหรือเท่ากัน แต่ละอะตอมต่างมีความสามารถที่จะดึงอิเล็กตรอนไว้กับตัว อิเล็กตรอนคู่ร่วม พันธะจึงไม่ได้อยู่ ณ อะตอมใดอะตอมหนึ่งแล้วเกิดเป็นประจุเหมือนพันธะไอออนิก หากแต่เหมือนการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันระหว่างอะตอมคู่ร่วมพันธะนั้นๆและมีจำนวนอิเล็กตรอนอยู่รอบๆ แต่ละอะตอมเป็นไปตาม กฎออกเตต ดังภาพ เป็นพันธะที่เกิดจากการใช้อิเล็กตรอนข้างนอกร่วมกันระหว่างอะตอมของธาตุหนึ่งกับอีกธาตุหนึ่งแบ่งเป็น 3 ชนิดด้วยกัน ได้แก่
1. พันธะเดี่ยว (Single covalent bond) เกิดจากการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 อิเล็กตรอน เช่น F2 Cl2 CH4 เป็นต้น
2. พันธะคู่ ( Doublecovalent bond ) เกิดจากการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันของธาตุทั้งสองเป็นคู่ หรือ 2 อิเล็กตรอน เช่น O2 CO2 C2H4 เป็นต้น
3. พันธะสาม ( Triple covalent bond ) เกิดจากการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 3อิเล็กตรอน ของธาตุทั้งสอง เช่น N2 C2H2 เป็นต้น
ตัวอย่างสารประกอบ ( 5 ตัว )
- ไฮโดรเจนคลอไรด์ ( HCl )
- เอทานอล ( C2 H5 OH )
- ซิลิคอนคาร์ไบด์ ( SiC )
- ไดโนโตรเจนมอนอกไซด์ ( N2O )
- คาร์บอนเตตระคลอไรด์( CCI4 )
การเรียกชื่อสารประกอบโคเวเลนต์ สารประกอบโคเวเลนต์เป็นโมเลกุลของสารที่เกิดจากอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมาสร้างพันธะโคเวเลนต์ต่อกันด้วยสัดส่วนต่างๆกัน ทำให้เป็นการยากในการเรียกชื่อสารจึงได้มีการตั้งกฎเกณฑ์ในการเรียกชื่อสารประกอบโคเวเลนต์ขึ้นเพื่อให้สามารถสื่อความใจถึงลักษณะโครงสร้างของสารประกอบ โคเวเลนต์ได้ตรงกัน โดยนักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดหลักเกณฑ์ในการเรียกชื่อสารประกอบโคเวเลนต์ไว้ ดังนี้ 1.ให้เรียกชื่อของธาตุที่อยู่ข้างหน้าก่อนแล้วตามด้วยชื่อของธาตุที่อยู่ด้านหลัง 2.ระบุจำนวนอะตอมของธาตุไว้หน้าชื่อธาตุ คุณสมบัติ 1. มีสถานะเป็นของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส เช่น |
- สถานะของเหลว เช่น น้ำเอทานอลเฮกเซน |
- สถานะของแข็ง เช่น น้ำตาลทราย (C12H22O11),แนพทาลีนหรือลูกเหม็น (C10H8) |
- สถานะแก๊ส เช่น แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2),แก๊สมีเทน (CH4),แก๊สโพรเพน (C3H8) |
2. มีจุดหลอมเหลวต่ำ หลอมเหลวง่ายเนื่องจากมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่ไม่แข็งแรงสามารถถูกทำลายได้ง่าย |
3. มีทั้งละลายน้ำและไม่ละลายน้ำ เช่น เอทานอลละลายน้ำ แต่เฮกเซนไม่ละลายน้ำ |
4.สารประกอบโคเวเลนต์ไม่นำไฟฟ้าเนื่องจากมีประจุไฟฟ้าเป็นกลาง และอิเล็กตรอนทั้งหมดถูกใช้เป็นอิเล็กตรอน การนำไปใช้ประโยชน์ พอลิไวนิลคลอไรด์ หรือ PVC ( C2H3CI )n เป็นสารโคเวเลนต์ที่ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้ จึงนำไปใช้เป็นฉนวนไฟฟ้าที่หุ้มสายไฟฟ้า ซิลิคอนคาร์ไบด์ (Sic) เป็นสารโคเวเลนต์โครงร่างตาข่ายที่มีจุดหลอมเหลวสูงและมีความแข็งแรงมาก จึงนำไปทำเครื่องบด เครื่องโม่และหินลับมีด
|
