พันธเคมี

เกลือชนดิ ที่ไมล่ ะลายนา่้ และละลายนา่้ ได้มดี งั นี้ • เกลอื ของโลหะไอออนหมู่ 1A และ NH4+ ละลายน้า่ ไดห้ มด • เกลอื ของไอออนลบของไนเตรด (NO3-) อะซีเตต (CH3COO-) คลอเรต (ClO3-) และเปอรค์ ลอเรต(ClO4-) ละลายได้หมด • เกลอื คลอไรด์ โบรไมด์ และไอโอไดด์ ละลายน่า้ ได้ ยกเว้นเกลอื คลอไรด์ โบรไมด์ และไอโอไดด์ของ Ag+, Pb2+ , Hg2+ , Hg22+ ไม่ละลายนา้่ • เกลอื ซลั เฟต(SO42-) คาร์บอเนต(CO32-) ซัลไฟด์(S2-) ฟอสเฟต(PO43-) และอารเ์ ซเนต(AsO43-) ของโลหะไอออนหมู่ Ag+, Pb2+ , Hg2+ ไม่ละลายนา้่ ยกเวน้ เกลอื ดังกลา่ วของหมู่ 1A 2A และ และ MgSO4 ละลายนา่้ , NH4+ • เกลอื ไฮดรอกไซด์ (OH-) ไมล่ ะลายน่า้ ยกเวน้ OH- ของโลหะไอออนหมู่ 1A , NH4+ ละลายน้่าได้

พลงั งานของการละลายนน้ั นิยมวดั ในรปู ของความรอ้ น Q = mc t เมื่อ Q = ปริมาณความรอ้ น หนว่ ยเป็น (J) m = มวลของนา่้ หนว่ ยเปน็ กรัม (g) c = ความจคุ วามรอ้ นของน่้า มีค่าเป็น 4.2 J/goC t = อณุ หภมู ทิ เี่ ปลยี่ นแปลงไป หน่วยเป็น oC

ตวั อยา่ ง นา่ คอปเปอร์(II)โบรไมด์ จา่ นวน 0.860 กรัม มาละลายในนา่้ 100 cm3 พบว่าอณุ หภมู ขิ องนา้่ เปลย่ี นจาก 23.10 oC เปน็ 23.41 oC จงค่านวณหาปรมิ าณ ความรอ้ นที่เกดิ ขน้ึ และความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งคา่ พลงั งานแลตทิช และพลงั งาน ไฮเดรชนั เป็นอย่างไร จากอณุ หภมู เิ พม่ิ ข้ึน 23.10 oC เปน็ 23.41 oC แสดงวา่ การละลายของ CuBr2 เป็นการคายความรอ้ น ดังนน้ั พลังงานแลตทิชนอ้ ยกวา่ พลงั งานไฮเดรชัน Q = mc t = (100)(4.2)(23.41-23.10) = 130.2 J ข้อสังเกต - ถ้าเกลอื ทล่ี ะลายนา้ เป็ นกระบวนการดูดความร้อน เมอื่ เพมิ่ อุณหภูมใิ ห้กบั สารละลายการละลายจะเพมิ่ ขนึ้ - ถ้าเกลอื ทล่ี ะลายนา้ เป็ นกระบวนการคายความร้อน เมอื่ เพม่ิ อุณหภูมใิ ห้กบั สารละลายการละลายจะลดลง

ปฏกิ ริ ยิ าของสารประกอบไอออนกิ Cl- Ag+ Na+ NO3- สารละลาย NaCl สารละลาย AgNO3 NaCl Na+(aq) + Cl-(aq) AgNO3 Ag+(aq) + NO3-(aq) AgCl (s) Na+(aq) + Cl-(aq) + Ag+(aq) + NO3-(aq) Na+(aq) + Cl-(aq) + AgCl(s) สมการไอออนิก

สมการไอออนกิ เม่ือสารประกอบไอออนิกในสถานะของแขง็ มาละลายนา้ กจ็ ะแตกตัวเป็ น ไอออน NaCl (s) Na+(aq) + Cl- (aq) AgNO3(s) Ag+(aq) + NO3-(aq) K2SO4(s) 2K+(aq) + SO42-(aq)

การเขยี นสมการไอออนิก จากทีท่ ราบแลว้ วา่ เมือ่ สารประกอบไอออนกิ ละลายในน่า้ ไอออนบวก และ ไอออนลบจะแยกออกจากกนั และถกู ลอ้ มรอบดว้ ยโมเลกลุ ของน้า่ หลายโมเลกลุ เม่อื ผสมสารละลายแคลเซยี มไฮดรอกไซด์ (Ca(OH)2) กับสารละลาย โซเดียมคารบ์ อเนต (Na2CO3) แลว้ พบวา่ มตี ะกอนสขี าวเกดิ ขน้ึ ตะกอนนี้ไมค่ วร เป็นโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) เพราะวา่ NaOH ละลายไดใ้ นนา้่ และแตกตวั เป็นไอออนอย่ใู นของเหลว ดังน้นั จงึ เปน็ ตะกอนของแคลเซียมคารบ์ อเนต (CaCO3) สามารถเขยี นสมการได้ดงั นี้ Ca2+(aq) + 2OH- (aq) + 2Na+(aq) + CO32-(aq) ---------> CaCO3(s) + 2OH-(aq) + 2Na+(aq)

สมการที่แสดงไอออนอิสระของสารประกอบไอออนิกในสารละลายครบทุกชนดิ เช่นนี้เรยี กว่า \"สมการไอออนกิ \" เนอ่ื งจากปฏิกริ ิยานี้มี OH- และ Na+ ปรากฏอยทู่ งั้ 2 ดา้ น และไม่เกิดการเปล่ยี นแปลงในปฏกิ ิริยาจึงตัดออกไปได้ Ca2+(aq) + 2OH-(aq) + 2Na+(aq) + CO32-(aq)---------> CaCO3(s) + 2OH - (aq) + 2Na+(aq) Ca2+ + CO32-(aq) ---------> CaCO3(s) สมการขา้ งตน้ เรยี กว่า \"สมการไอออนกิ สทุ ธิ\"

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

หลักการเขยี นสมการไอออนิก 1. เขยี นเฉพาะไอออนหรือโมเลกลุ ท่ีทา่ ปฏกิ ริ ิยากนั 2. ถา้ สารทเ่ี กี่ยวขอ้ งในปฏิกริ ยิ าเปน็ สารทไ่ี มล่ ะลายนา้่ หรอื ไมแ่ ตกตัว เป็นไอออน ให้เขียนสูตรโมเลกุลของสารนั้นในสมการได้ เช่น H2 NH3 CO2 3. ดุลสมการไอออนกิ โดยทา่ ใหจ้ ่านวนอะตอม และจ่านวนไอออน ของทุก ธาตเุ ท่ากัน รวมท้ังประจรุ วมท้งั ซา้ ยและขวาตอ้ งเทา่ กันดว้ ย

แบบฝึกหดั จงเขยี นสมการไอออนกิ ทเี่ กดิ จากการผสมสารคตู่ ่อไปนี้ 1. AgNO3 (aq) กับ CaBr2(aq) 2. CuSO4 (aq) กบั K2S (aq) 3. NaOH (s) กบั HCl (l)

โครงสรา้ งของสารประกอบไอออนกิ โคออรด์ ิเนชนั นมั เบอร์ คือ จ่านวนไอออนท่หี อ้ มลอ้ มและสัมผสั กบั ไอออนอน่ื โครงสร้างแบบโซเดยี มคลอไรด์ 1) โครงสรา้ งผลึกของ NaCl Na+ จะมี Cl- หอ้ มลอ้ มและ สัมผัสโดยรอบ 6 ไอออน Cl- จะมี Na+ ห้อมลอ้ มและ สัมผัสโดยรอบ 6 ไอออน

Cl- Cs+ 2) โครงสร้างผลกึ ของ CsCl Cs+ มี Cl- หอ้ มลอ้ มและสัมผสั 8 ไอออน Cl- มี Cs+ หอ้ มลอ้ มและสัมผสั 8 ไอออน 3) โครงสร้างผลกึ ของ CaF2 F- CaCa 2+ 2+ มี F- ห้อมล้อมและสมั ผสั 8 ไอออน แต่ F- มี Ca2+ ห้อมล้อมและสมั ผสั เพียง 4 ไอออนเท่านนั ้ การเขียนสตู รสารประกอบไอออนิกจะแสดง อตั ราสว่ นอยา่ งต่าของไอออนท่ีมารวมตวั กนั นเทา่ นนั้ Ca 2+ : F- = 4:8 = 1:2 สตู รจึงเป็ น CaF2

พลังงานพันธะ (Bond Energy) พลังงานพนั ธะ หรือ พลงั งานสลายพนั ธะ (Bond dissociation energy, D) คือ พลงั งานที่ต้องใชใ้ นการสลายพันธะเคมีแต่ละพนั ธะในโมเลกุล (มีคา่ เป็นบวก) เชน่ • H2(g) 2H(g) D(H—H) = 436 kJ/mol พนั ธะเคมีชนดิ เดียวกันในโมเลกุลท่ตี า่ งกนั อาจมคี า่ พลงั งานสลายพันธะตา่ งกัน เชน่ C-H – CH4(g)  CH3(g) + H(g) – CH3(g)  CH2(g) + H(g) D(H-C)CH4 = 436 kJ/mol – CH2(g)  CH(g) + H(g) D(H-C)CH3 = 368 kJ/mol – CH(g)  C(g) + H(g) D(H-C)CH2 = 519 kJ/mol D(H-C)CH = 335 kJ/mol

พลังงานพนั ธะเฉลยี่ (Average Bond Energy) พลังงานพนั ธะเฉลย่ี เปน็ คา่ เฉลย่ี ของพลังงานสลายพนั ธะสา่ หรบั พนั ธะแต่ ละชนดิ ในโมเลกลุ ตา่ ง ๆ (เปน็ คา่ โดยประมาณ)

ความรอ้ นของปฏิกริ ยิ า (Heat of Reaction) การเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี คือกระบวนการทมี่ กี ารท่าลายพันธะเดมิ (สารตั้งตน้ ) และสร้างพนั ธะใหม่ (สารผลิตภัณฑ์) ความรอ้ นของปฏกิ ริ ยิ า ( Hrxn) คือพลงั งานเอนทาลปีของระบบที่ เปล่ียนแปลงไปในรูปความรอ้ นเมอื่ เกิดปฏกิ ริ ิยา สามารถหาได้จาก  Hrxn  D  D reactants products พลังงานพันธะรวม พลังงานพันธะรวม ของสารต้ังต้น ของผลติ ภณั ฑ์ – DHrxn เปน็ ลบ ปฏกิ ิรยิ าคายพลงั งาน – DHrxn เปน็ บวก ต้องใชพ้ ลังงานเพอ่ื ใหเ้ กิดปฏิกิริยา (ดดู พลังงาน)

การคา่ นวณหาค่าความรอ้ นของปฏกิ ริ ยิ า ตัวอย่าง จงหาพลงั งานที่เปล่ยี นแปลงของปฏิกิริยาตอ่ ไปนี ้ CH4(g) + Cl2(g)  CH3Cl (g) + HCl(g) –  D (พลงั งานพนั ธะสารตงั้ ต้น) = 4D(C-H) + D(Cl-Cl) – reactants (พลงั งานพนั ธะผลติ ภณั ฑ์ ) = D(C-Cl) + 3D(C-H) + D(Cl-H) D • Hrxprnodu=cts4D(C-H) + D(Cl-Cl) – [D(C-Cl) + 3D(C-H) + D(Cl-H)] = (4414 + 243) – (339 + 3414 + 431) kJ/mol = –113 kJ/mol ปฏกิ ริ ิยานีจ้ ะคายความร้อนออกมา 113 kJ/mol

ความยาวพนั ธะ (Bond Length) ความยาวพนั ธะ คือระยะห่างระหว่างอะตอมคู่ท่สี รา้ งพนั ธะ โดยเป็นต่าแหน่งที่อะตอมทัง้ สองดึงดดู กนั ได้ดที สี่ ดุ มี พลงั งานต่าสุดหรอื มีเสถียรภาพที่สุด • ความยาวของพนั ธะโควาเลนต์สัมพนั ธก์ บั พลงั งาน พนั ธะ – ความยาวพันธะเดี่ยว  พนั ธะคู่  พันธะสาม – พลังงานพันธะเด่ียว  พนั ธะคู่  พนั ธะสาม Bond Bond Length Energy

ความยาวพนั ธะเฉลย่ี ของโมเลกลุ ตา่ งๆ

มุมพันธะ มมุ พนั ธะ คือมุมที่เกิดขนึ้ เมอื่ ลาก 106.0 เส้นผา่ นพันธะ 2 พันธะมาตัดท่ี 104.0 นวิ เคลยี สของอะตอมกลาง • โมเลกลุ ทมี่ สี ตู รเคมีคลา้ ยกนั มมุ พันธะอาจไมเ่ ทา่ กนั – H2O = 104.5  H2S = 92 • การทา่ นายโครงสรา้ งของโมเลกุลเชน่ มมุ พันธะ จ่าเปน็ ตอ้ งอาศยั ข้อมูล เกยี่ วกับอเิ ลก็ ตรอนในโมเลกุล

สภาพขวั้ ของพนั ธะ (Bond Polarity) สภาพขว้ั ของพันธะ คือ การอธบิ ายการกระจายตวั ของอิเลก็ ตรอนทใ่ี ช้ในการ สรา้ งพันธะระหว่างอะตอม • สภาพข้ัวของพันธะโควาเลนตข์ น้ึ อยกู่ ับ ค่า EN ของอะตอมทงั้ สอง ถา้ ค่า EN ของอะตอมทงั้ สองต่างกัน การกระจายตัวของอเิ ลก็ ตรอนในบริเวณ ระหวา่ งอะตอมทง้ั สองจะไมส่ ม่าเสมอ ซ่งึ จะเรยี กว่า พนั ธะโควาเลนตแ์ บบมีขวั้ X+Y- เมื่อ EN ของ Y  X H +F H F + -

สภาพขวั้ ของโมเลกลุ (Polarity of Molecule) สภาพขว้ั ของโมเลกลุ คอื สภาพขั้วสทุ ธิ (net dipole )ของพนั ธะทกุ พันธะใน โมเลกุล • สภาพขัว้ ของโมเลกุลหาได้โดยการรวมสภาพขว้ั ของพนั ธะทกุ พันธะแบบเวคเตอร์

ตัวอย่างสภาพขว้ั ของโมเลกลุ • BCl3 • NH3 • CHCl3 • SF5 • HCN

โมเมนต์ขว้ั คู่ (Dipole Moments) ภายในโมเลกลุ ของสารประกอบ ถ้าอะตอมมคี า่ EN ต่างกัน มกี ารดงึ อิเลก็ ตรอนทา่ ใหเ้ กดิ ขว้ั ขน้ึ ตวั อย่าง แสดงทิศทางการดงึ ของ e- HF แสดงขว้ั (polar bond) 2.1 + 4.0- HF  HF



...โมเลกลุ H2O O dipole moment สุทธิ  = 1. 87 (เป็ น polar molecule) HH ข้ัวของโมเลกลุ คานวณจากผลรวมแบบ vector ของข้วั ของพนั ธะ โมเลกลุ CO2 O C O เป็ น non-polar molecule =0 โมเลกลุ C2H2Cl2 Cl Cl H Cl CC CC HH Cl H Cis (polar) Trans  = 0  = 1. 89