3.1 สัญลักษณ์แบบจุดของลิวอิสและกฎออกเตต
สูตรโครงสร้างแบบจุด สูตรโครงสร้างแบบจุด เป็นการเขียนเฉพาะอิเล็กตรอนในชั้นพลังงานนอกสุดหรือเวเลนซ์อิเล็กตรอนของแต่ละธาตุ โดยใช้จุดแทนอิเล็กตรอน 1 ตัว และใช้จุด 2 จุดแทนอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะหรือเส้น (-) ก็ได้ เราอาจเรียกโครงสร้างแบบจุดนี้ว่า “โครงสร้างลิวอิส” (Lewis Structure)
หลักการเขียนโครงสร้างแบบจุด 1.ให้เขียนอะตอมทั้งหมด โดยให้อะตอมที่เกิดพันธะอยู่ใกล้กัน 2.หาจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนทั้งหมด 3.ใส่จุดแทนเวเลนซ์อิเล็กตรอนรอบอะตอมเป็นคู่ๆ โดยจัดให้แต่ละอะตอมมีจำนวนอิเล็กตรอนล้อมรอบครบ 8 ตัว (ยกเว้นHe = 2 , Be = 4 , B = 6) 4.ในกรณีที่ใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนจนหมดแล้ว แต่อะตอมมีอิเล็กตรอนไม่ครบ 8 ตัว นั้นหมายถึงว่า อาจมีพันธะคู่หรือพันธะสามเกิดขึ้น 5.กรณีที่มีอะตอม 3 ตัว อะตอมที่อยู่ตรงกลาง คือ อะตอมที่มีค่าอิเล็กโทเนกาติวิตีต่ำ
จากการศึกษาเกี่ยวกับธาตุเฉื่อยเช่น He, Ne, Ar, Kr พบว่าเป็นธาตุที่จัดอยู่ในประเภทโมเลกุลอะตอมเดียวทุกสถานะ คือใน 1โมเลกุลของธาตุเฉื่อยจะมีเพียง 1 อะตอมทั้งสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซในธรรมชาติเกือบจะไม่พบสารประกอบของธาตุเฉื่อยเลย
-แสดงว่าธาตุเฉื่อยเป็นธาตุที่เสถียรมาก
-โดยการรวมตัวกันเป็นโมเลกุลหรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเพื่อทำให้เวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 ส่วนไฮโดรเจนจะพยายามปรับตัวให้มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ2 เหมือนธาตุ He
โดยการรวมตัวกันเป็นโมเลกุลหรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเพื่อทำให้เวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8
ส่วนไฮโดรเจนจะพยายามปรับตัวให้มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ2 เหมือนธาตุ He
ดังที่ได้กล่าวมาแล้วว่าอะตอมของธาตุต่าง ๆ มักจะรวมตัวกันเป็นสารประกอบเพื่อให้เป็นไปตามกฎออกเตต ซึ่งจะทำให้สารประกอบนั้นอยู่ในสภาพที่เสถียรเช่น H2O, PCl3, NH3, CO2 แต่อย่างไรก็ตามเมื่อมีการศึกษาให้กว้างขวางออกไป ก็พบว่าสารประกอบบางชนิดมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนไม่เป็นไปตามกฎออกเตต บางชนิดมีเวเลนต์อิเล็กตรอนน้อยกว่า8 และบางชนิดมีเวเลนต์อิเล็กตรอนมากกว่า 8 ซึ่งสารต่างๆ เหล่านี้แม้ว่าจะไม่เป็นไปตามกฎออกเตต แต่ก็อยู่ในภาวะที่ไม่เสถึยร จัดว่าเป็นข้อยกเว้นสำหรับกฎออกเตต ซึ่งสรุปได้ดังนี้
4Be = 2 , 2 เวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2
5B = 2 , 3 เวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 3
ธาตุ Be และ B เมื่อเกิดเป็นสารประกอบโคเวเลนต์ทั่ว ๆ ไปจะไม่ครบออกเตต
3.2 พันธะไอออนิก
จากการศึกษาเกี่ยวกับธาตุเฉื่อยเช่น He, Ne, Ar, Kr พบว่าเป็นธาตุที่จัดอยู่ในประเภทโมเลกุลอะตอมเดียวทุกสถานะ คือใน 1โมเลกุลของธาตุเฉื่อยจะมีเพียง 1 อะตอมทั้งสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซในธรรมชาติเกือบจะไม่พบสารประกอบของธาตุเฉื่อยเลย
-แสดงว่าธาตุเฉื่อยเป็นธาตุที่เสถียรมาก
-โดยการรวมตัวกันเป็นโมเลกุลหรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเพื่อทำให้เวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 ส่วนไฮโดรเจนจะพยายามปรับตัวให้มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ2 เหมือนธาตุ He
โดยการรวมตัวกันเป็นโมเลกุลหรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเพื่อทำให้เวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8
ส่วนไฮโดรเจนจะพยายามปรับตัวให้มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ2 เหมือนธาตุ He
ดังที่ได้กล่าวมาแล้วว่าอะตอมของธาตุต่าง ๆ มักจะรวมตัวกันเป็นสารประกอบเพื่อให้เป็นไปตามกฎออกเตต ซึ่งจะทำให้สารประกอบนั้นอยู่ในสภาพที่เสถียรเช่น H2O, PCl3, NH3, CO2 แต่อย่างไรก็ตามเมื่อมีการศึกษาให้กว้างขวางออกไป ก็พบว่าสารประกอบบางชนิดมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนไม่เป็นไปตามกฎออกเตต บางชนิดมีเวเลนต์อิเล็กตรอนน้อยกว่า8 และบางชนิดมีเวเลนต์อิเล็กตรอนมากกว่า 8 ซึ่งสารต่างๆ เหล่านี้แม้ว่าจะไม่เป็นไปตามกฎออกเตต แต่ก็อยู่ในภาวะที่ไม่เสถึยร จัดว่าเป็นข้อยกเว้นสำหรับกฎออกเตต ซึ่งสรุปได้ดังนี้
4Be = 2 , 2 เวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2
5B = 2 , 3 เวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 3
ธาตุ Be และ B เมื่อเกิดเป็นสารประกอบโคเวเลนต์ทั่ว ๆ ไปจะไม่ครบออกเตต
3.2 พันธะไอออนิก
ของไอออนนั้นๆ
พันธะไอออนิก ( Ionic bond )
หมายถึง พันธะระหว่างอะตอมที่อยู่ในสภาพอิออนที่มีประจุตรงกันข้ามกัน ซึ่งเกิดจากการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอน 11 ตัว หรือมากกว่า จากอิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง เพื่อให้จำนวนอิเล็กตรอนวงนอกสุด ครบออกเตต ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างอะตอมของโลหะกับอโลหะ โดยที่โลหะเป็นฝ่ายจ่ายอิเล็กตรอนในระดับพลังงานชั้นนอกสุดให้กับอโลหะ
เนื่องจากโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำ และอโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูง ดังนั้นพันธะไอออนิกจึงเกิดขึ้นระหว่างโลหะกับอโลหะได้ดี กล่างคือ อะตอมของโลหะให้เวเลนต์อิเล็กตรอนแก่อโลหะ แล้วเกิดเป็นไอออนบวกและไอออยลบของอโลหะ เพื่อให้เวเลนต์อิเล็กตรอนเป็นแปด แบบก๊าซเฉื่อย ส่วนอโลหะรับเวเลนต์อิเล็กตรอนมานั้นก็เพื่อปรับตัวเองให้เสถียรแบบก๊าซเฉื่อยเช่นกัน ไอออนบวกกับไอออนลบจึงดึงดูดระหว่างประจุไฟฟ้าต่างกันเกิดเป็น สารประกอบ
หมายถึง พันธะระหว่างอะตอมที่อยู่ในสภาพอิออนที่มีประจุตรงกันข้ามกัน ซึ่งเกิดจากการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอน 11 ตัว หรือมากกว่า จากอิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง เพื่อให้จำนวนอิเล็กตรอนวงนอกสุด ครบออกเตต ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างอะตอมของโลหะกับอโลหะ โดยที่โลหะเป็นฝ่ายจ่ายอิเล็กตรอนในระดับพลังงานชั้นนอกสุดให้กับอโลหะ
เนื่องจากโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำ และอโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูง ดังนั้นพันธะไอออนิกจึงเกิดขึ้นระหว่างโลหะกับอโลหะได้ดี กล่างคือ อะตอมของโลหะให้เวเลนต์อิเล็กตรอนแก่อโลหะ แล้วเกิดเป็นไอออนบวกและไอออยลบของอโลหะ เพื่อให้เวเลนต์อิเล็กตรอนเป็นแปด แบบก๊าซเฉื่อย ส่วนอโลหะรับเวเลนต์อิเล็กตรอนมานั้นก็เพื่อปรับตัวเองให้เสถียรแบบก๊าซเฉื่อยเช่นกัน ไอออนบวกกับไอออนลบจึงดึงดูดระหว่างประจุไฟฟ้าต่างกันเกิดเป็น สารประกอบ
ไอออนิก( Ionic compuond) ดังนี้
การเกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ ( NaCl ) จากโซเดียม (Na) อะตอมกับคลอรีน (Cl) อะตอม
โซเดียมเสียอิเล็กตรอนให้แก่คลอรีน 1 ตัว ทำให้อะตอมของโซเดียมมีเวเลนต์อิเล็กตรอน= 8 (อะตอมจะเสถียรเป็นไปตามกฎออกเตต)และทำให้มีจำนวนอิเล็กตรอนน้อยกว่าโปรตอน1ตัวทำให้อะตอมโซเดียมแสดงอำนาจไฟ เป็นประจุบวก(+) ส่วนอะตอมคลอรีนรับอิเล็กจากโซเดียมมา 1 ตัวทำให้อะตอมของคลอรีนมีเวเลนต์อิเล็กตรอน=8(อะตอมเสถียรเป็นไปตามกฎออกเตต) และทำให้มีจำนวนอิเล็กตรอนมากกว่าโปรตรอน 1 ตัว ทำให้อะตอมคลอรีนแสดงอำนาจไฟฟ้าเป็นประลบ(-)
โซเดียมอิออนบวก(+) และคลอไรด์อิออน (-) จะดึงดูดกัน เพราะมีประจุไฟฟ้าทีต่างกัน เกิดเป็น "พันธะไอออนิก"
การเกิดสารประกอบแมกนีเซียมคลอไรด์ จากแมกนีเซียมอะตอม(Mq) และคลอรีนอะตอม(Cl)
อะตอมแมกนีเซียมมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น Mg = 2, 8, 2 แมกนีเซียมมีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 2 ดังนั้น แมกนีเซียมจะจ่ายอิเล็กตรอนให้แก่คลอรีนอะตอม 2 ตัว เพื่อให้เวเลนต์อิเล็กตรอนเป็น 8 จึงจะเสถียรเหมือนก๊าซเฉื่อย ทำให้อะตอมของแมกนีเซียมมีจำนวนอิเล็กตรอนน้อยกว่าโปรตอน 2 ตัว จึงแสดงอำนาจไฟฟ้าเป็นประจุ 2+
การจัดเรียงอิเล็กตรอนของแบเรียม Ba = 2, 8, 18, 18, 8, 2
( Ba มีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 2) และการจัดเรียงอิเล็กตรอนของออกซิเจน O = 2, 6
( O มีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 6 ) Ba เสียอิอล็กตรอนให้ O จำนวน 2 ตัว Ba จึงมีประจุเป็น 2+ ส่วน O ได้รับอิเล็กตรอนมา2 ตัว จึงมีประจุไฟฟ้าเป็น 2- เกิดแรงยึดเหนี่ยวด้วยประจุไฟฟ้าต่างกัน เป็นโมเลกุลของแบเรียมออกไซด์
ลักษณะสำคัญของสารประกอบไอออนิก
1. พันธะไอออนิกเป็นพันธะที่เกิดจาก ไอออนของโลหะ + ไอออนของอโลหะ เช่น NaCl, MgO, KI
2. พันธะไอออนิก อาจเป็นพันธะเคมีที่เกิดจากธาตุที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำกับธาตุที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูง
3. พันธะไอออนิก อาจเป็นพันธะที่เกิดจากไอออบวกที่เป็นกลุ่มอะตอมของอโลหะ เช่น
4. สารประกอบไอออนิกไม่มีสูตรโมเลกุล มีแต่สตรเอมพิริคัล ( สูตรอย่างง่าย )
แมกนีเซียมไอออนบวก(Mq 2+)และคลอไรด์ไอออนลบ(Cl -) จะเกิดแรงดึงดูดกัน เพราะมีประจุไฟฟ้าต่างกันเป็นโมเลกุลของแมกนีเซียมคลอไรด์
การเกิดพันธะไอออนิกในสารประกอบ แบเรียมออกไซด์ ( BaO )
( Ba มีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 2) และการจัดเรียงอิเล็กตรอนของออกซิเจน O = 2, 6
( O มีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 6 ) Ba เสียอิอล็กตรอนให้ O จำนวน 2 ตัว Ba จึงมีประจุเป็น 2+ ส่วน O ได้รับอิเล็กตรอนมา2 ตัว จึงมีประจุไฟฟ้าเป็น 2- เกิดแรงยึดเหนี่ยวด้วยประจุไฟฟ้าต่างกัน เป็นโมเลกุลของแบเรียมออกไซด์
ลักษณะสำคัญของสารประกอบไอออนิก
1. พันธะไอออนิกเป็นพันธะที่เกิดจาก ไอออนของโลหะ + ไอออนของอโลหะ เช่น NaCl, MgO, KI
2. พันธะไอออนิก อาจเป็นพันธะเคมีที่เกิดจากธาตุที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำกับธาตุที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูง
3. พันธะไอออนิก อาจเป็นพันธะที่เกิดจากไอออบวกที่เป็นกลุ่มอะตอมของอโลหะ เช่น
4. สารประกอบไอออนิกไม่มีสูตรโมเลกุล มีแต่สตรเอมพิริคัล ( สูตรอย่างง่าย )
5.สารประกอบไอออนิกมีจุดดือดและจุดหลอมเหลวสูง
6. สารประกอบไอออนิกในภาวะปกติเป็นของแข็ง ประกอบไอออนบวกและไอออนลบ ไอออนเหล่านี้ไม่เคลื่อนที่ ดังนั้นจึงไม่นำไฟฟ้า แต่เมื่อหลอมเหลวหรือละลายน้ำ จะแตกตัวเป็นอิออนและเคลื่อที่ได้ เกิดเป็นสารอิเล็กโทรไลดต์จึงนำไฟฟ้าได้
6. สารประกอบไอออนิกในภาวะปกติเป็นของแข็ง ประกอบไอออนบวกและไอออนลบ ไอออนเหล่านี้ไม่เคลื่อนที่ ดังนั้นจึงไม่นำไฟฟ้า แต่เมื่อหลอมเหลวหรือละลายน้ำ จะแตกตัวเป็นอิออนและเคลื่อที่ได้ เกิดเป็นสารอิเล็กโทรไลดต์จึงนำไฟฟ้าได้
โครงสร้างของสารประกอบไอออนิก
โครงสร้างของสารประกอบไอออนิกมีลักษณะเป็นโครงผลึกร่างตาข่าย ประกอบด้วยไอออนบวกและไอออนลบสลับกัน ไม่สามารถแบ่งแยกเป็นโมเลกุลเดี่ยวๆได้ ดังนั้นจึงไม่สามารถทราบขอบเขตของไอออนของธาตุต่างๆใน 1 โมเลกุลได้ แต่สามารถหาอัตราส่วนอย่างต่ำของไอออนที่เป็นองค์ประกอบเท่านั้น จึงไม่สามารถเขียนสูตรโมเลกุลของสารประกอบไอออนิกได้ ใช้สูตรเอมพิริคัลแทนสูตรเคมีของสารประกอบไอออนืก
สารประกอบไอออนิก
เมื่อโลหะทำปฏิกิริยากับอโลหะ ธาตุทั้งสองจะรวมกันด้วยพันธะไอออนิกเกิดเป็นสารประกอบไอออนิก โดยอะตอมของโลหะจะให้(จ่าย,เสีย)เวเลนต์อิเล็กตรอนแก่อะตอมของอโลหะ ดังนั้นธาตุหมู่ 1A ซึ่งมีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1 จึงเกิดเป็นไอออนที่มีประจุ +1 ธาตุหมู่ 2 ซึ่งมีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2 เมื่อเกิดเป็นไอออนจะมีประจุ +2 เป็นต้น ส่วนอโลหะซึ่งมีจำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอนใกล้เคียงกับก๊าซเฉื่อยจะรับอิเล็กตรอนมาให้ครบแปด เช่น ธาตุหมู่ 7A จะรับอิเล็กตรอน 1 ตัว เมื่อกลายเป็นไอออนจะมีประจุ -1 สำหรับธาตุหมู่ 5 และหมู่ 6 เมื่อเกิดเป็นไอออนจะมีประจุ -3 และ -2ตามลำดับ เนื่องจากสามารถรับอิเล็กตรอนได้ 3 และ 2 อิเล็กตรอนแล้วมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนตามกฎออกเตต
การเขียนสูตรและการเรียกชื่อสารประกอบไอออนิก
ธาตุหมู่
|
I
|
II
|
II
|
IV
|
V
|
VI
|
VII
|
ประจุบนไอออน
|
+1
|
+2
|
+3
|
-4
|
-3
|
-2
|
-1
|
ก. การเขียนสูตรสารประกอบไอออนิก ใช้หลักดังนี้
1. เขียนไอออนบวกของโลหะหรือกลุ่มไอออนบวกไว้ข้างหน้า ตามด้วยไอออนลบของอโลหะหรือกลุ่มไอออนลบ
2. ไอออนบวกและไอออนลบ จะรวมกันในอัตราส่วนที่ทำให้ผลรวมของประจุเป็นศูนย์ ดังนั้นจึงต้องหาตัวเลขมาคูณกับจำนวนประจุบนไอออนบวกและไอออนลบให้มีจำนวนเท่ากัน แล้วใส่ตัวเลขเหล่านั้นไว้ที่มุมขวาล่างของแต่ละไอออน ซึ่งทำได้โดยใช้จำนวนประจุบนไอออนบวกและไอออนลบคูณไขว้กัน
3. ถ้ากลุ่มไอออนบวกหรือไอออนลบมีมากกว่า 1 กลุ่ม ให้ใส่วงเล็บ ( ) และใส่จำนวนกลุ่มไว้ที่มุมล่างขวาล่าง ดังตัวอย่าง
จงเขียนสูตรของสารประกอบไอออนิกต่อไปนี้ ก. Na+ กับ O2- ข. Ca2+ กับ Cl- ค. NH4+ กับ SO42-
ข. การอ่านชื่อสารประกอบไอออนิก
1. สารประกอบธาตุคู่ ถ้าสารประกอบเกิดจาก ธาตุโลหะที่มีไอออนได้ชนิดเดียวรวมกับอโลหะ ให้อ่านชื่อโลหะที่เป็นไอออนบวก แล้วตามด้วยชื่อธาตุอโลหะที่เป็นไอออนลบ โดยเปลี่ยนเสียงพยางค์ท้ายเป็น ไอด์ (ide) เช่น
-ออกซิเจน เปลี่ยนเป็น ออกไซด์ (oxide)
-ออกซิเจน เปลี่ยนเป็น ออกไซด์ (oxide)
-ไฮโดรเจน เปลี่ยนเป็น ไฮไดรด์ (hydride)
-คลอรีน เปลี่ยนเป็น คลอไรด์ (chloride)
-ไอโอดีน เปลี่ยนเป็น ไอโอไดด์ (iodide)
NaCl อ่านว่า โซเดียมคลอไรด์ (Sodium chloridr)
|
CaI2 อ่านว่า แคลเซียมไอโอไดด์ (Calcium iodide)
|
KBr อ่านว่า โพแทสเซียมโบรไมด์ (Potascium bromide)
|
CaCl2 อ่านว่า แคลเซียมคลอไรด์ (Calcium chloride)
|
ตัวอย่างการอ่านชื่อสารประกอบไอออนิกธาตุคู่
ถ้าสารประกอบที่เกิดจากธาตุโลหะเดีนวกันที่มีไอออนได้หลายชนิด รวมตัวกับอโลหะ ให้อ่านชื่อโลหะที่เป็นไอออนบวกแล้วตามด้วยค่าประจุของไอออนของโลหะโดยวงเล็บเป็นเลขโรมัน แล้วตามด้วยอโลหะที่เป็นไอออนลบ โดยเปลี่ยนเสียงพยางค์ท้ายเป็น ไอด์ (ide) เช่น Fe เกิดไอออนได้ 2 ชนิดคือ Fe 2+ และ Fe 3+ และCu เกิดอิออนได้ 2 ชนิดคือ Cu + และ Cu 2+ สารประกอบที่เกิดขึ้นและการอ่านชื่อ ดังนี้
FeCl2 อ่านว่า ไอร์ออน (II) คลอไรด์ ( Iron (II) chloride )
|
CuS อ่านว่า คอปเปอร์ (I) ซัลไฟด์ ( Cupper (I) sunfide )
|
FeCl3 อ่านว่า ไอร์ออน (III) คลอไรด์ ( Iron (III) chloride )
|
Cu2S อ่านว่า คอปเปอร์ (II) ซัลไฟด์ ( Copper (II) sunfide )
|
2. สารประกอบธาตุสามหรือมากกว่า ถ้าสารประกอบเกิดจากไอออนบวกของโลหะ หรือกลุ่มไอออนบวกรวม
ตัวกับกลุ่มไอออนลบ ให้อ่านชื่อไอออนบวกของโลหะหรือชื่อกลุ่มไอออนบวก แล้วตามด้วยกลุ่มไอออนลบ เช่น
สารประกอบไอออนิกบางชนิดละลายน้ำได้ดีและบางชนิดไม่ละลายน้ำ การที่สารประกอบไอออนิกละลายน้ำได้เนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำกับไอออนมีค่ามากกว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวกกับไอออนลบ เช่น เมื่อนำโซเดียมคลอไรด์มาละลายในน้ำ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำกับโซเดียมไอออน และน้ำกับคลอไรด์ไอออนมีค่าสูงกว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนทั้งสอง โซเดียมคลอไรด์จึงละลายน้ำได้ เมื่อไอออนเหล่านี้หลุดออกจากโครงสร้างเดิม แต่ละไอออนจะถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำหลายๆโมเลกุล โดยน้ำจะหันขั้วที่มีประจุตรงกันข้ามเข้าไอออนที่ล้อมรอบ
ในการละลายน้ำของสารประกอบไอออนิก จะมีขั้นย่อยๆของการเปลี่ยนแปลง 2 ขั้นตอน ดังนี้
ขั้นที่ 1 ผลึกของสารประกอบไอออนิกสลายตัวออกเป็นไอออนบวกและลบในภาวะก๊าซ ขั้นนี้ต้องใช้พลังงานเพื่อสลายผลีก พลังงานนี้เรียกว่า พลังงานโครงร่างผลึก ( latece energy ) , E1
ขั้นที่ 2 ไอออนบวกและไอออนลบในภาวะก๊าซรวมตัวกับน้ำ ขั้นนี้มีการคายพลังงาน พลังงานที่คายออกมาเรียกว่า พลังงานไฮเดรชัน (Hydration energy ) , E2
พลังงานของการละลาย ( D E) มีค่า = E1 + E2 พลังงานของการละลายพิจารณาจากพลังงานโครงร่างผลึก ( E1 ) และพลังงานไฮเดรชัน( E2 ) ดังนี้
1.ถ้าค่า D E< 0 ( E1 < E2 ) การละลายจะเป็นแบบคายพลังงาน
2.ถ้าค่าD E > 0 ( E1 > E2 ) การละลายจะเป็นแบบดูดพลังงาน
3.ถ้าD E = 0 ( E1 = E2 ) การละลายจะไม่คายพลังงาน
4.ถ้า พลังงานโครงร่างผลึกมีค่ามากกว่าพลังงานไฮเดรชันมากๆ ( E1 >>>> E2 ) จะไม่ละลายน้ำ
ตัวกับกลุ่มไอออนลบ ให้อ่านชื่อไอออนบวกของโลหะหรือชื่อกลุ่มไอออนบวก แล้วตามด้วยกลุ่มไอออนลบ เช่น
CaCO3 อ่านว่า แคลเซียมคาร์บอนเนต (Calcium carbonatX
|
KNO3 อ่านว่า โพแทสเซียมไนเตรต (Potascium nitrae)
|
Ba(OH)2 อ่านว่า แบเรียมไฮดรอกไซด์ (Barium hydroxide)
|
(NH4)3PO4 อ่านว่า แอมโมเนียมฟอสเฟต (Ammomium pospate)
|
การละลายของสารประกอบไอออนิก
ในการละลายน้ำของสารประกอบไอออนิก จะมีขั้นย่อยๆของการเปลี่ยนแปลง 2 ขั้นตอน ดังนี้
ขั้นที่ 1 ผลึกของสารประกอบไอออนิกสลายตัวออกเป็นไอออนบวกและลบในภาวะก๊าซ ขั้นนี้ต้องใช้พลังงานเพื่อสลายผลีก พลังงานนี้เรียกว่า พลังงานโครงร่างผลึก ( latece energy ) , E1
ขั้นที่ 2 ไอออนบวกและไอออนลบในภาวะก๊าซรวมตัวกับน้ำ ขั้นนี้มีการคายพลังงาน พลังงานที่คายออกมาเรียกว่า พลังงานไฮเดรชัน (Hydration energy ) , E2
พลังงานของการละลาย ( D E) มีค่า = E1 + E2 พลังงานของการละลายพิจารณาจากพลังงานโครงร่างผลึก ( E1 ) และพลังงานไฮเดรชัน( E2 ) ดังนี้
1.ถ้าค่า D E< 0 ( E1 < E2 ) การละลายจะเป็นแบบคายพลังงาน
2.ถ้าค่าD E > 0 ( E1 > E2 ) การละลายจะเป็นแบบดูดพลังงาน
3.ถ้าD E = 0 ( E1 = E2 ) การละลายจะไม่คายพลังงาน
4.ถ้า พลังงานโครงร่างผลึกมีค่ามากกว่าพลังงานไฮเดรชันมากๆ ( E1 >>>> E2 ) จะไม่ละลายน้ำ
3.3 พันธะโคเวเลนต์
พันธะโคเวเลนต์(Covalent bond) มาจากคำว่า co + valence electron ซึ่งหมายถึง พันธะที่เกิดจากการใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน ดังเช่น ในกรณีของไฮโดรเจน ดังนั้นลักษณะที่สำคัญของ พันธะโคเวเลนต์ก็คือการที่อะตอมใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกันเป็นคู่ ๆ
สารประกอบโคเวเลนต์ แบ่งเป็น 2 ประเภท 1. Homonuclear molecule (โมเลกุลของธาตุ) หมายถึงสารประกอบโคเวเลนต์ที่ในหนึ่งโมเลกุลประกอบด้วยอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมายึดกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ เช่น H2, O2,Br2 ,N2 ,F2 ,Cl2เป็นต้น 2. Heteronuclear molecule (โมเลกุลของสารประกอบ) หมายถึง สารประกอบโคเวเลนต์ที่ในหนึ่งโมเลกุลประกอบด้วยธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป มายึดกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ เช่น HCl , CH4, H2O , H2SO4 ,HClO4เป็นต้นสมบัติของสารประกอบโคเวเลนต์
-สารประกอบที่อะตอมแต่ละคู่ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ เรียกว่าสารโคเวเลนต์ -โมเลกุลของสารที่อะตอมแต่ละคู่ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์เรียกว่าโมเลกุลโคเวเลนต์1. การเกิดพันธะโคเวเลนต์ เนื่องจาก พันธะโคเวเลนต์ เกิดจากการใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกัน ซึ่งอาจจะใช้ร่วมกันเพียง 1 คู่ หรือมากกว่า 1 คู่ก็ได้
สารประกอบโคเวเลนต์ มีสมบัติดังนี้
|
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
การเรียกชื่อสารประกอบโคเวเลนต์
สารประกอบโคเวเลนต์เป็นโมเลกุลของสารที่เกิดจากอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมาสร้างพันธะโคเวเลนต์ต่อกันด้วยสัดส่วนต่าง ๆ กัน ทำให้เป็นการยากในการเรียกชื่อสาร จึงได้มีการตั้งกฎเกณฑ์ในการเรียกชื่อสารประกอบโคเวเลนต์ขึ้น เพื่อให้สามารถสื่อความเข้าใจถึงลักษณะโครงสร้างของสารประกอบโคเวเลนต์ได้ตรงกัน โดยนักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดหลักเกณฑ์ในการเรียกชื่อสารประกอบโคเวเลนต์ไว้ดังนี้ 1.ให้เรียกชื่อของธาตุที่อยู่ข้างหน้าก่อนแล้วตามด้วยชื่อของธาตุที่อยู่ด้านหลัง โดยเปลี่ยนเสียงพยางค์ท้ายของธาตุเป็น-ไอด์(-ide) ดังตัวอย่างดังต่อไปนี้
ไฮโดรเจน (H) ออกเสียงเป็น ไฮไดรต์
คาร์บอน (C) ออกเสียงเป็น คาร์ไบด์
ไนโตรเจน (N) ออกเสียงเป็น ไนไตรด์
ฟลูออรีน (F) ออกเสียงเป็น ฟลูออไรด์
คลอรีน (CI) ออกเสียงเป็น คลอไรต์
ออกซิเจน (O) ออกเสียงเป็น ออกไซต์
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)
แต่มีข้อยกเว้น คือ ไม่ต้องมีการระบุจำนวนอะตอมของธาตุที่อยู่ด้านหน้าในกรณีที่ธาตุที่อยู่ด้านหน้ามีอยู่เพียงอะตอมเดียว และไม่จำเป็นต้องมีการระบุจำนวนอะตอมของธาตุในกรณีที่ธาตุที่อยู่ด้านหน้าเป็นธาตุไฮโดรเจน ไม่ว่าจะมีกี่อะตอมก็ตาม
ตัวอย่างการเรียกชื่อสารประกอบโคเวเลนต์
N2O5N เรียกว่า ไดโนโตรเจนเพนตะออกไซด์
N2O เรียกว่า ไดโนโตรเจนมอนอกไซด์CCI4 เรียกว่า คาร์บอนเตตระคลอไรด์
SO2 เรียกว่า ซัลเฟอร์ไดออกไซด์
CO เรียกว่า คาร์บอนมอนนอกไซด์
CO2 เรียกว่า คาร์บอนไดออกไซด์
H2S เรียกว่า ไฮโดรเจนซัลไฟด์
ความยาวและพลังงานพันธะของสารโคเวเลนต์
รูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์
 
สภาพขั้วของโมเลกุลโคเวเลนต์
พันธะโคเวเลนต์ไม่มีขั้ว
ลักษณะสำคัญของพันธะโคเวเลนต์ไม่มีขั้ว
1.เป็นพันธะโคเวเลนต์ที่เกิดกับคู่อะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน
2.เป็นพันธะโคเวเลนต์ที่มีการกระจายอิเล็กตรอนให้แต่ละอะตอมเท่ากัน
3.พันธะโคเวเลนต์ไม่มีขั้วอาจจะเกิดกับพันธะโคเวเลนต์ชนิดพันธะเดี่ยว เช่น Cl - Cl พันธะโคเวเลนต์ชนิดพันธะคู่ เช่น O = O และพันธะโคเวเลนต์ชนิดพันธะสาม เช่น N N
4.พันธะโคเวเลนต์ที่ไม่มีขั้วเกิดในโมเลกุลใดเรียกว่า โมเลกุลไม่มีขั้ว (non- polar molecule)
พันธะโคเวเลนต์มีขั้ว
ลักษณะสำคัญของพันธะโคเวเลนต์มีขั้ว
1.พันธะโคเวเลนต์มีขั้วเกิดกับคู่อะตอมของธาตุต่างชนิดกันที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่างกัน
2.เป็นพันธะโคเวเลนต์ที่มีการกระจายอิเล็กตรอนในแต่ละอะตอมไม่เท่ากัน
3.พันธะโคเวเลนต์มีขั้วเกิดในโมเลกุลใด โมเลกุลนั้นจะมีขั้วหรืออาจจะไม่มีขั้วก็ได้ แต่ถ้าพันธะโคเวเลนต์มีขั้ว เกิดในโมเลกุลที่มีเพียง 2 อะตอม โมเลกุลนั้นต้องเป็นโมเลกุลมีขั้วเสมอ
เขียนสัญลักษณ์แสดงขั้วของพันธะ
ใช้เครื่องหมาย อ่านว่า เดลตา โดยกำหนดให้ว่า พันธะมีขั้วใดที่อะตอมแสดงอำนาจไฟฟ้าลบ (เป็นอะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูง) ใช้เครื่องหมายแทนด้วย และพันธะโคเวเลนต์มีขั้วใดที่อะตอมแสดงอำนาจไฟฟ้าบวก (เป็นอะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่ำ ) ใช้เครื่องหมายแทนด้วย เช่น HF และ ClF
แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์
เมื่ออะตอมของธาตุต่าง ๆ มีการสร้างพันธะร่วมกันจนกลายเป็นโมเลกุลโคเวเลนต์แล้ว โมเลกุลจะมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างกันทำให้สามารถเข้ามาอยู่ร่วมกันเป็นกลุ่มก้อนของสารต่าง ๆ ได้ โดยแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลนี้จะเป็นปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อสมบัติต่าง ๆ ของสาร เช่น สถานะของสาร จุดเดือดและจุดหลอมเหลว การนำไฟฟ้าของสาร เป็นต้น ในโมเลกุลโคเวเลนต์ต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นโมเลกุลที่มีขั้วหรือไม่มีขั้ว ล้วนแต่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลด้วยกันทั้งสิ้น ซึ่งแรงยึดเหนี่ยวที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์นั้นสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท ดังนี้ 1.แรงแวนเดอร์วาลส์ (Van der Waals Force) เป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของสาร ซึ่งประกอบด้วยแรง 2ชนิด คือ -แรงลอนดอน (London force หรือ Disperion force)เป็นแรงยึดเหนี่ยวที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์ที่ไม่มีขั้ว มีแรงยึดเหนี่ยวต่ำเกิดจากอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะที่อยู่ระหว่างอะตอมมีการเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ อะตอมทำให้เกิดสภาพขั้วไฟฟ้าอ่อน ๆ ขึ้นชั่วขณะ จึงทำให้โมเลกุลของสารดึงดูดเข้าหากันได้ สารที่มีแรงยึดเหนี่ยวประเภทนี้จึงเป็นสารที่มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำ -แรงดึงดูดระหว่างขั้ว (Dipole-dipole force) เป็นแรงยึดเหนี่ยวที่เกิดระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์ที่มีขั้วเกิดจากขั้วบวกของโมเลกุลหนึ่งดึงดูดระหว่างขั้วนี้จะมีความแข็งแรงมากกว่าแรงลอนดอน ดังนั้นสารที่มีแรงยึดเหนี่ยวชนิดนี้จะมีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูงกว่าสารที่ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงลอนดอน 2.พันธะไฮโดรเจน (Hydrogen bond) เป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่มีลักษณะคล้ายกับแรงดึงดูดระหว่างขั้ว แต่จะเกิดขึ้นในโมเลกุลของสารประกอบที่เกิดจากอะตอมของธาตุไฮโดรเจน (H) ซึ่งสร้างพันธะกับอะตอมของธาตุฟลูออรีน (F) หรือออกซิเจน (O) หรือ ไนโตรเจน (N) เนื่องจากอะตอมของธาตุเหล่านี้มีความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนที่สูงกว่าอะตอมของไฮโดรเจนมาก ทำให้สามารถดึงดูดอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะให้เบี่ยงเบนไปจากแนวกึ่งกลางได้มาก จึงเกิดสภาพขั้วที่รุนแรงกว่ามาก ทำให้พันธะไฮโดรเจนมีความแข็งแรงยากต่อการสลายพันธะ ตัวอย่างของสารประกอบที่มีแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลแบบพันธะไฮโดรเจน ได้แก่ น้ำ (H2O), แอมโมเนีย (NH3) เป็นต้น 3.4 พันธะโลหะ
พันธะโลหะ (Metallic bonding) เป็นพันธะภายในโลหะซึ่งเกี่ยวข้องกับ การเคลื่อนย้าย อิเล็กตรอน อิสระระหว่างแลตทิซของอะตอมโลหะดังนั้นพันธะโลหะจึงอาจเปรียบได้กับเกลือที่หลอมเหลวอะตอมของโลหะมีอิเล็กตรอนพิเศษเฉพาะในวงโคจรชั้นนอกของมันเทียบกับคาบ(period)หรือระดับพลังงานของพวกมัน อิเล็กตรอนที่เคลื่อนย้ายเหล่านี้ เปรียบได้กับทะเลอิเล็กตรอน(Sea of Electrons) ล้อมรอบแลตทิชขนาดใหญ่ของไอออนบวกพันธะโลหะเทียบได้กับพันธะโควาเลนต์ที่เป็น นอน-โพลาร์ ที่จะไม่มีในธาตุโลหะบริสุทธ์ หรือมีน้อยมากในโลหะผสม ความแตกต่าง อิเล็กโตรเนกาทิวิตีระหว่างอะตอม ซึ่งมีส่วนในปฏิกิริยาพันธะ และอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาจะเคลื่อนย้ายข้ามระหว่างโครงสร้างผลึกของโลหะ พันธะโลหะเขียนสูตรทางเคมีไม่ได้ เพราะไม่ทราบจำนวนอะตอมที่แท้จริง อาจจะมีเป็นล้านๆ อะตอมก็ได้
แบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน (Sea of electrons)  การเกิดพันธะในโลหะนี้ ทำให้โลหะมีสมบัติต่างๆ ดังนี้ -นำไฟฟ้าและความร้อนได้ดี -มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง -มีลักษณะเป็นเงาและมีความวาวเมื่อถูกแสง -สามารถดึงเป็นเส้น ตีเป็นแผ่น หรือบิดงอได้ 3.5 การใช้ประโชน์ของสารประกอบไอออนิก สารโคเวเลนต์ และโลหะ
สมบัติบางประการของสารประกอบไอออนิก สารโคเวเลนต์ และโลหะ
 |
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น