พันธะเคมี

ครูสุรัชนี ภัทรเบญจพล โรงเรยี นเบญจมราชทู ศิ จังหวัดจนั ทบรุ ี



“สารประกอบไอออนิก เกิดจาก โลหะ + อโลหะ มีการใหแ้ ละรบั e- โลหะ คา่ IE ต่า ให้ e- ไอออนบวก อโลหะ ค่า IE สูง รบั e- ไอออนลบ

ประจุไฟฟา้ ตา่ งกนั พนั ธะไอออนกิ ทา่ ใหเ้ กดิ แรงดึงดูดทางไฟฟ้า





เน่ืองจากไอออนนั้นมีประจุทางไฟฟ้า จะดึงดูดไอออนข้างเคียงท่ีมี ประจุต่างกัน ท่าให้เกิดการดึงดูดกันไปเร่ือยๆ จนเกิดเป็นโครงผลึกขนาด ใหญ่

“โครงสร้างของสารประกอบไอออนกิ มี 4 ลักษณะ ดงั น้ี” โครงสรา้ งของผลึกชนดิ เกลอื หินหรือโซเดียมคลอไรด์ รปู รา่ ง = รปู ลูกบาศก์ (cubic) อตั ราสว่ น ไอออนบวก : ไอออนลบ = 1 : 1 เลขโคออรด์ เิ นชนั เป็น 6 ตัวอย่าง : LiF, NaF, KF, LiCl, NaCl, KI, MgO, CaO, AgCl, AgBr

โครงสร้างของผลึกชนดิ ซเี ซยี มคลอไรด์ รปู รา่ ง = รปู ลกู บาศก์ (cubic) อตั ราสว่ น ไอออนบวก : ไอออนลบ = 1 : 1 เลขโคออรด์ เิ นชนั เปน็ 8 ตวั อย่าง : CsCl, CsBr, RbF, NH4Cl, NH4Br โครงสรา้ งของผลกึ ชนิดซงิ ค์ซลั ไฟด์ รปู รา่ ง = ทรงสห่ี นา้ (tetrahedal) อัตราสว่ น ไอออนบวก : ไอออนลบ = 1 : 1 เลขโคออรด์ เิ นชนั เปน็ 4 ตัวอย่าง : ZnS, CuCl, CuBr, CuI, MgS, SiC

โครงสรา้ งของผลกึ ชนิดแคลเซียมฟลูออไรด์ รูปรา่ ง = ทรงสห่ี นา้ (tetrahedal) อตั ราสว่ น ไอออนบวก : ไอออนลบ = 2 : 1 เลขโคออรด์ เิ นชนั เปน็ 8 , 4 (แต่ละไอออนของ Ca2+ จะถกู ล้อมรอบดว้ ย F- 8 ไอออน แต่ละไอออนของ F- จะถกู ลอ้ มรอบด้วย Ca2+ 4 ไอออน) ตัวอย่าง : CaF2, BaF2, SrF2, SrCl2, BaCl2



“สารประกอบไอออนิกไม่มสี ูตรโมเลกลุ มีเพยี งสูตรเอมพริ ิคลั หรอื สูตรอยา่ งงา่ ยที่แสดงอตั ราส่วนอยา่ งต่าของจ่านวนไอออน ท่เี ป็นองค์ประกอบ” โลหะหมู่ ประจไุ อออน อโลหะหมู่ ประจไุ อออน สูตรเอมพริ คิ ลั ตวั อยา่ ง โลหะ อโลหะ NaCl KI CsF Li2O K2O Na2S IA +1 VIIA -1 MA MgCl2 SrBr2 CaI2 BaS SrO MgS IA +1 VIA -2 M2A IIA +2 VIIA -1 AlF3 IIA +2 VIA -2 MA2 Al2O3 MA IIIA +3 VIIA -1 MA3 IIIA +3 VIA -2 M2A3

การเขยี นสตู รของสารประกอบไอออนกิ ต้องทา่ ใหอ้ ัตราสว่ นของประจบุ วกของ ไอออนบวกและประจลุ บของไอออนลบเทา่ กนั เช่น สูตรของสารประกอบระหวา่ งไอออน Na+ และ Cl- Na+ : Cl- อัตราสว่ นระหวา่ งประจุ 1:1 “อตั ราสว่ นระหวา่ งประจบุ วกและประจลุ บเท่ากนั ดงั นน้ั จงึ เขยี นสตู รไดเ้ ปน็ NaCl” แต่สารประกอบไอออนกิ หลายชนดิ อาจเกิด จากการรวมกนั ของไอออนทมี่ ีอตั ราสว่ น ประจุบวกและประจลุ บทไ่ี มเ่ ท่ากันได้

 การเขยี นสตู รจึงสามารถทา่ ไดโ้ ดยมีหลกั การดังน้ี 1. เขียนไอออนบวกของโลหะหรือกลุ่มของไอออนบวกไว้ข้างหน้า ตามดว้ ยไอออนลบของอโลหะ 2. ผลรวมประจุของไอออนบวกและไอออนลบต้องเป็นศนู ย์ กรณี : อัตราสว่ นระหวา่ งประจไุ มเ่ ทา่ กนั นา่ ตวั เลขประจขุ องไอออนบวกและไอออนลบคณู ไขวก้ นั จากนนั้ จงึ ใสต่ วั เลขไวท้ ม่ี มุ ลา่ งขวาของแต่ละไอออน 3. กรณีท่ีเป็นกลุ่มไอออนบวกหรือกลุ่มไอออนลบหากมีมากกว่า 1 กลุ่มให้ใส่เคร่ืองหมาย ( ) แล้วจึงใส่ตัวเลขแสดงจ่านวนกลุ่มไอออนไว้ นอกเครื่องหมาย ( ) ทีม่ ุมลา่ ง

ตวั อยา่ งเชน่ : สูตรของสารประกอบไอออนิกระหวา่ ง ไอออน Na+ กบั O2- Na+ O2- ประจุ 1 2 หาตวั เลขมาคณู ใหป้ ระจุรวมเปน็ ศูนย์ โดยคณู ไขว้ อตั ราสว่ นระหวา่ งประจเุ ป็น 2 : 1 ดงั นน้ั สตู รไอออนิก คอื Na2O สูตรของสารประกอบไอออนกิ ระหวา่ ง ไอออน NH4+ กับ SO42- NH4+ SO42- ประจุ 1 2 หาตัวเลขมาคณู ใหป้ ระจุรวมเปน็ ศนู ย์ โดยคูณไขว้ อตั ราสว่ นระหวา่ งประจเุ ปน็ 2 : 1 ดังนั้น สูตรไอออนกิ คอื (NH4)2SO4

เกลอื แกง NaCl โซเดยี มคลอไรด์

ด่างทบั ทมิ KMnO4 โพแทสเซยี มเปอรแ์ มงกาเนต

ผงฟู NaHCO3 โซเดยี มไฮโดรเจนคารบ์ อเนต

“เรยี กชื่อของไอออนบวกก่อน แล้วจึงตามด้วยชื่อของไอออนลบ” การเรียกชอื่ ไอออนบวก ใหอ้ า่ นชอ่ื ธาตุแลว้ ตามด้วยคา่ วา่ ไอออน  ไอออนบวกทม่ี ีเลขประจไุ ดค้ า่ เดยี ว โซเดียมไอออน (Sodium ion) แมกนเี ซยี มไอออน (Magnesium ion) ** ไดแ้ ก่ ธาตหุ มู่ เช่น Na+ อะลูมเิ นียมไอออน (Aluminium ion) IA IIA IIIA ธาตุ Ag และ Zn Mg2+ Al3+

 ไอออนบวกท่มี ีเลขประจไุ ด้หลายคา่ ให้อ่านชอ่ื ธาตุแลว้ ตามดว้ ยคา่ ประจขุ อง ไอออนโลหะ โดยวงเลบ็ เปน็ ตวั เลขโรมนั ** ได้แก่ โลหะทรานซชิ นั ยกเวน้ ธาตุ Ag และธาตุ Zn ตามดว้ ยคา่ วา่ ไอออน เชน่ Cu+ คอปเปอร์ (I) ไอออน (Copper (I) ion) Cu2+ คอปเปอร์ (II) ไอออน (Copper (II) ion) Fe2+ ไอรอ์ อน (II) ไอออน (Iron (II) ion) Fe3+ ไอรอ์ อน (III) ไอออน (Iron (III) ion) นอกจากน้ยี ังมี ไอออนบวกท่เี กดิ จาก กลมุ่ ของอะตอม เช่น NH4+ แอมโมเนียมไอออน (Ammonium ion)

การเรยี กชื่อไอออนลบ ให้ใชช้ อื่ ธาตุ แลว้ เปลยี่ นเสยี งพยางคท์ า้ ย เปน็ ไ–ด์ (-ide)  ไอออนลบทม่ี เี พยี งอะตอมเดยี ว แลว้ ตามด้วยคา่ วา่ ไอออน ** ไดแ้ ก่ ธาตุหมู่ VIIA VIA VA เมอ่ื เปน็ ไอออนจะเปน็ ไอออนลบ มปี ระจุ -1 , -2 และ -3 เช่น H- ไฮไดรด์ไอออน (Hydride ion) Cl- คลอไรด์ไอออน (Chloride ion) O2- ออกไซด์ไอออน (Oxide ion) N3- ไนไตรด์ไอออน (Nitride ion)

 ไอออนลบทเ่ี ปน็ กลมุ่ อะตอมทม่ี ีออกซเิ จนเปน็ องคป์ ระกอบ ใชค้ ่าลงท้ายเปน็ เ-ต (-ate) หรือ ไ-ต์ (-ite) โดย ไ-ต์ ใชก้ บั ไอออนลบทม่ี จี า่ นวนประจเุ ทา่ กนั แตม่ จี า่ นวนออกซเิ จนนอ้ ยกวา่ เช่น NO3- ไนเตรตไอออน (Nitrate ion) NO2- ไนไตรตไ์ อออน (Nitrite ion) SO42- ซัลเฟตไอออน (Sulfate ion) SO32- ซัลไฟตไ์ อออน (Sulfite ion)

ส่าหรับไอออนลบท่ีมีออกซิเจน 4 อะตอม และมีแฮโลเจนอยู่ด้วยจะใช้ค่า น่าหน้าว่า เปอร์ (per-) เพื่อแสดงว่ามี ออกซิเจนเพิ่มข้ึน 1 อะตอม จากไอออนท่ีมี ค่าลงทา้ ยเปน็ เ-ต และใชค้ า่ นา่ หนา้ วา่ ไฮโป (hypo-) เพอ่ื แสดงวา่ มี ออกซเิ จนลดลง 1 อะตอม จากไอออนที่มี คา่ ลงทา้ ยเป็น ไ-ต์ ClO3- คลอเรตไอออน Chlorate ion ClO4- เปอร์คลอเรตไอออน Perchlorate ion ClO2- คลอไรตไ์ อออน Chlorite ion ClO- ไฮโปคลอไรต์ไอออน Hypochlorate ion

ไอออนลบทมี่ อี อกซเิ จน เม่ือเติม H+ จะเตมิ คา่ วา่ ไฮโดรเจน หรือ ไดไฮโดรเจน ตามจ่านวนไอออนของไฮโดรเจน เช่น CO32- คาร์บอเนตไอออน Carbonate ion HCO3- ไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออน Hydrogen carbonate ion PO43- ฟอสเฟตไอออน Phosphate ion H2PO4- ไดไฮโดรเจนฟอสเฟตไอออน Dihydrogen phosphate ion ** ข้อสังเกต เมื่อเตมิ H+ เขา้ ไปจะท่าใหป้ ระจใุ นไอออนลบลดลง 1 เสมอ

OH- ไฮดรอกไซด์ไอออน Hydroxide ion S2O32- ไทโอซลั เฟตไอออน Thiosulfate ion CN- ไซยาไนด์ไอออน Cyanide ion SCN- ไทโอไซยาเนตไอออน Thiocyanate ion BO32- บอเรตไอออน Borate ion Acetate ion CH3COO- อะซีเตตไอออน Permanganate ion Chromate ion MnO4- เปอร์แมงกาเนตไอออน Dichromate ion Molybdate ion CrO42- โครเมตไอออน Cr2O72- ไดโครเมตไอออน MoO42- โมลบิ เดตไอออน

การเรียกชอื่ สารประกอบไอออนิก “เรยี กชอ่ื ของไอออนบวกไวข้ า้ งหนา้ แลว้ จงึ ตามด้วยชอื่ ของไอออนลบ” โดยตดั ค่าวา่ ไอออนออก NaCl อ่านว่า โซเดยี มคลอไรด์ Sodium chloride KCN อ่านว่า โพแทสเซยี มไซยาไนด์ Potassium cyanide Fe(OH)3 อา่ นว่า ไอรอ์ อน (III) ไฮดรอกไซด์ Iron (III) hydroxide Cu(ClO3)2 อา่ นว่า คอปเปอร์ (II) คลอเรต Copper (II) chlorate แบเรยี มฟอสเฟต Barium phosphate Ba3(PO4)2 อา่ นว่า

NH4Cl อ่านว่า แอมโมเนยี มคลอไรด์ Ammonium chloride Na2CO3 อ่านวา่ NaHCO3 อา่ นวา่ โซเดยี มคารบ์ อเนต Sodium carbonate NaClO อ่านวา่ โซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต Sodium hydrogencarbonate โซเดียมไฮโปคลอไรต์ Sodium hypochlorite

K2HPO4 อ่านว่า โพแทสเซยี มไฮโดรเจนฟอสเฟต KH2PO4 อ่านวา่ Potassium hydrogenphosphate โพแทสเซยี มไดไฮโดรเจนฟอสเฟต Potassium dihydrogenphosphate CuSO4  5H2O อ่านวา่ ???

เนือ่ งจากวา่ สารประกอบ CuSO4  5H2O มผี ลึกของน้่าอยดู่ ว้ ย ดังนัน้ จะตอ้ งเรยี กชอื่ ผลกึ ของนา้่ ต่อจากชอ่ื ของสารประกอบ โดยจ่านวนผลกึ ของน้า่ ใหบ้ อกเป็นภาษากรีก “ผลกึ ของนา่้ ” H2O อา่ นวา่ ไฮเดรต (hydrate) จา่ นวนนบั ในภาษากรีก : 12 345 โมโน ได ไตร เตตระ เพนตะ mono di tri tetra penta 67 8 9 10 เฮกซะ เฮปตะ ออกตะ โนนะ เดคะ hexa hepta octa nona deca

นกั เรยี นสามารถอา่ นชอ่ื สารประกอบนี้ CuSO4  5H2O ได้แลว้ นะครบั CuSO4  5H2O อา่ นว่า คอปเปอร์ (II) ซัลเฟตเพนตะไฮเดรต

คอื “ เกิดจาก อะตอมของธาตุอโลหะ รวมกับ อะตอมของธาตุ อโลหะ เป็นโมเลกุล โดยน่าเวเลนซ์อิเล็กตรอนมาใช้ร่วมกันเป็นคู่ ๆ เพอื่ ให้มอี ิเล็กตรอนวงนอกสุดเท่ากบั 8 หรือเปน็ ไปตามกฎออกเตต ” + อะตอมทใี่ ชอ้ ิเลก็ ตรอนรว่ มกนั เปน็ อะตอม ชนดิ เดยี วกนั หรือ ตา่ งชนดิ กนั กไ็ ด้ มี คา่ EN ใกลเ้ คยี งกนั (สูง) และมี คา่ IE สูง ทง้ั คู่

ตัวอยา่ ง : โมเลกลุ ของน้่า ประกอบด้วย : O H ตอ้ งการ 1e- HH O ตอ้ งการ 2e- H2O H มคี า่ EN = 2.20 , O มีคา่ EN = 3.44 ประกอบด้วย : OO O ต้องการ 2e- โมเลกลุ ของแกส๊ ออกซเิ จน O มคี า่ EN = 3.44 O2 (g)

พันธะโคเวเลนซเ์ กดิ ขน้ึ มาไดอ้ ยา่ งไร ยงั จ่าไดไ้ หม ในอะตอมประกอบดว้ ยอะไรบา้ ง e- มปี ระจุลบ มีประจบุ วก P n อะตอม

e- e- PP nn อะตอม 2 อะตอม จะเกดิ แรง 2 แบบ แรงดึงดูดระหว่างประจขุ อง e- กับนิวเคลียสของอกี อะตอมหนงึ่ P+ >>> <<< e- แรงผลกั กันระหว่าง e- กบั e- หรือ แรงผลักระหว่างนวิ เคลียสกบั นวิ เคลยี ส e- <<< >>> e- หรอื P+ <<< >>> P+

กลุ่มหมอกอเิ ลก็ ตรอนของไฮโดรเจนอะตอม ++ HH ขณะที่อะตอมทัง้ สองอยหู่ า่ งกนั ++ - ++ HH - H2 เม่อื อะตอมเขา้ ใกลก้ นั เม่ืออะตอมรวมกนั เปน็ โมเลกลุ

กราฟแสดงการเปลย่ี นแปลงพลงั งานในการเกดิ โมเลกลุ ไฮโดรเจน แรงดงึ ดดู < แรงผลัก ช่วงที่ 4 พ ัลงงาน ัศก ์ย kJ/mol ชว่ งท่ี 1 436 kJ/mol แรงดึงดูด > แรงผลกั ชว่ งที่ 2 แรงดงึ ดูด < แรงผลัก แรงดงึ ดูด = แรงผลกั พลงั งานศักยต์ า่ H2 ชว่ งที่ 3 (เสถียร) ระยะหา่ งระหวา่ งนิวเคลียส 74 pm = “ความยาวพนั ธะ”

ธาตุใดบา้ งทจ่ี ะเกดิ พนั ธะโคเวเลนซบ์ ้างคะ

สว่ นใหญจ่ ะเกดิ กบั ธาตทุ เ่ี ปน็ อโลหะ เชน่ ธาตุในหมู่ IVA – VIIA และโลหะหรอื กงึ่ โลหะบางตวั ทม่ี คี า่ EN สงู เชน่ Be , B

มหี ลกั การจ่างา่ ย ๆ ดงั นี้ อโลหะ + อโลหะ = สารโคเวเลนซ์ เชน่ NH3 อโลหะ + B = สารโคเวเลนซ์ เชน่ BCl3 อโลหะ + Be = สารโคเวเลนซ์ เชน่ BeCl2

จ่านวนเวเลนซอ์ เิ ลก็ ตรอน จา่ นวนเวเลนซอ์ เิ ลก็ ตรอนทแี่ ตล่ ะอะตอมใชส้ รา้ งพันธะ คือ จ่านวนเวเลนซ์ อเิ ล็กตรอนที่ไม่ครบ 8 ดังน้ี 1. ธาตหุ มู่ IVA (C , Si และ Ge) มีเวเลนซอ์ เิ ลก็ ตรอนเทา่ กบั 4 จงึ ตอ้ งใช้ e- สรา้ งพนั ธะทงั้ 4 อเิ ล็กตรอน ดงั นี้ C C CC ตวั อย่าง : O H HCH HCH O C OHC N H CH4 CH2O CO2 HCN

2. ธาตุหมู่ VA (N , P และ As) มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 5 จึงต้องใช้ e- สรา้ งพนั ธะ 3 อเิ ลก็ ตรอน จงึ จะครบ 8 และมี e- ท่ไี ม่ได้ใชส้ รา้ งพันธะ 2e- เปน็ อเิ ล็กตรอน ค่โู ดดเดย่ี ว (lone pair electrons) 1 คู่ ดังนี้ NN N ตวั อย่าง : HN O NN HNH HNO N2 H NH3

3. ธาตุหมู่ VIA (O , S และ Se) มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 6 จึงต้องใช้ e- สร้างพันธะ 2 อิเล็กตรอน จึงจะครบ 8 และมี e- ท่ีไม่ได้ใช้สร้างพันธะ 2 คู่โดดเด่ียว (2 lone pair electrons) ดังน้ี ตวั อย่าง : O OO HH O2 H2O

4. ธาตุหมู่ VIIA (F , Cl , Br และ I) มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 7 จึงต้องใช้ e- สร้างพันธะ 1 อิเล็กตรอน จึงจะครบ 8 และมี e- ท่ีไม่ได้ใช้สร้างพันธะ 3 คโู่ ดดเดีย่ ว (3 lone pair electrons) ดังนี้ ตวั อย่าง : Cl Cl H Cl Cl2 HCl

4. ธาตุ H มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1 จึงต้องใช้ e- สร้างพันธะ 1 อิเล็กตรอน จึงจะเหมอื นแก๊สฮีเลยี ม (He) ท่มี ีเวเลนซอ์ ิเล็กตรอนเท่ากบั 2 ตัวอย่าง : HH H SH H2 H2S

“ชนดิ ของพนั ธะโคเวเลนซแ์ บง่ ตามจ่านวนอเิ ลก็ ตรอนทใ่ี ชส้ รา้ งพนั ธะได้ 3 ชนดิ ” คอื พนั ธะเด่ยี ว (single bond) อะตอมใชอ้ ิเลก็ ตรอนสรา้ งพันธะร่วมกัน 1 คู่ (:) ใช้ — แทนพนั ธะเด่ียว เชน่ H — Cl พนั ธะคู่ (double bond) อะตอมใชอ้ เิ ลก็ ตรอนสร้างพนั ธะรว่ มกนั 2 คู่ (::) ใช้  แทนพันธะคู่ เช่น H — C — H O พนั ธะสาม (triple bond) อะตอมใชอ้ เิ ลก็ ตรอนสรา้ งพนั ธะรว่ มกนั 3 คู่ ( ) ใช้  แทนพนั ธะเดี่ยว เชน่ H — C  N  

“สารโคเวเลนซบ์ างชนดิ ประกอบดว้ ยพนั ธะโคเวเลนซท์ ี่อเิ ลก็ ตรอนครู่ ่วมพนั ธะ มาจากอะตอมอะตอมใดอะตอมหนงึ่ เท่านนั้ พันธะที่เกิดขนึ้ ในลกั ษณะเชน่ นี้ เรยี กวา่ พันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนซ์”

โมเลกลุ ของสารท่ีอะตอมรวมตัวกนั ดว้ ยพนั ธะโคเวเลนซ์ จะเรยี กวา่ “โมเลกลุ โคเวเลนซ์” และเรียกสารชนดิ นว้ี า่ “สารโคเวเลนซ์” สารโคเวเลนซ์ โมเลกลุ ธาตุ โมเลกลุ สารประกอบ เช่น Cl2 , O2 , N2 , F2 เช่น HCl , H2O

โมเลกลุ จะมีความเป็นโคเวเลนซม์ าก เม่อื ธาตุที่มาสรา้ งพนั ธะตอ่ กนั มคี วามเปน็ อโลหะมาก หรอื มีผลตา่ งของคา่ EN น้อย เช่น : Cl HCl2 เป็นโคเวเลนซม์ ากกวา่ H มีคา่ EN = 2.20 Cl มคี ่า EN = 3.16

“โมเลกลุ โคเวเลนซท์ ่กี ารรวมตัวไม่เปน็ ไปตามกฎออกเตต มี 2 ลกั ษณะ” คือ อะตอมกลางไมค่ รบออกเตต เกดิ จากธาตุ Be และ B สร้างพนั ธะโคเวเลนซ์ BeCl2 BF3 Cl Be Cl F F BF Be เปน็ อะตอมกลาง มเี วเลนซอ์ เิ ลก็ ตรอน เท่ากบั 4 B เปน็ อะตอมกลาง มเี วเลนซอ์ เิ ลก็ ตรอน เทา่ กบั 6

อะตอมกลางมีเวเลนซอ์ ิเลก็ ตรอนเกนิ ออกเตต เชน่ PCl5 , SF6 PCl5 SF6 P เปน็ อะตอมกลาง S เป็นอะตอมกลาง มเี วเลนซอ์ ิเลก็ ตรอน เท่ากบั 10 มเี วเลนซอ์ เิ ลก็ ตรอน เทา่ กบั 12