เคมี

1 พนั ธะเคมี 2.1 พันธะไอออนกิ 2.1.1 การเกิดพันธะไอออนกิ พันธะไอออนิก (Ionic bond) คอื แรงยดึ เหนีย่ วท่ีเกิดในสาร โดยท่ีอะตอมของธาตทุ ่ีมีคา' พลังงาน ไอออไนเซชนั ตํา่ ใหเ/ วเลนต0อเิ ลก็ ตรอนแกอ' ะตอมของธาตุท่ีมคี า' พลังงานไอออนไนเซชนั สูง กลายเปน4 ไอออนที่ มปี ระจุบวกและประจลุ บ เมื่อไอออนทัง้ สองเข/ามาอยใ'ู กลก/ นั จะเกิดแรงดึงดดู ทางไฟฟา9 ทีแ่ ข็งแรงระหว'าง ประจไุ ฟฟ9าตรงข/ามเหล'านัน้ ทาํ ใหไ/ อออนทั้งสองยึดเหนี่ยวกัน การเกดิ สารประกอบแมกนเี ซยี มคลอไรด (MgCl2) จาก Mg อะตอมและ Cl อะตอม เขียนสูตรโครงสร/างแบบลิวอิส ดังน้ี Mg + Cl Cl - Mg 2+ Cl - Cl 2, 8, 2 2, 8, 7 2, 8, 8 2, 8 2, 8, 8 แมกนเี ซียมอะตอม คลอรนี อะตอม แมกนเี ซยี มคลอไรด0 Nararak Leesakul Page 1

2 ลกั ษณะสาํ คัญของสารประกอบไอออนกิ 1. อะตอมของโลหะบางชนดิ เช'น Al , Be , Hg สามารถสร/างพนั ธะโคเวเลนต0กับอะตอมของ อโลหะได/ เชน' Al2Cl6 , BeF2 , BeCl2 , HgCl2 เปน4 สารประกอบโคเวเลนตส0 ว' น Al2O3 , Hg2Cl2 เป4นสารประกอบไอออนิก 2. พันธะไอออนกิ อาจเป4นพันธะเคมีที่เกิดจากธาตุทีม่ ีพลงั งานไอออไนเซชนั ต่ํารวมกับธาตทุ ่มี ี พลังงานไอออไนเซชันสงู 3. พนั ธะไออนิก อาจเปน4 พันธะเคมที ่เี กดิ จากไอออนบวกทเี่ ปน4 กลมุ' อะตอมของอโลหะ เช'น NH4+ กบั ไอออนลบของอโลหะ เช'น NH4Cl 4. สารประกอบไอออนิกไมม' ีสตู รโมเลกุล มีแตส' ตู รเอมพิริกลั 5. สารประกอบไอออนิกมีจดุ เดอื ด จุดหลอมเหลวสูง เช'น NaCl จดุ หลอมเหลว 801 0C 6. สารประกอบไอออนกิ ในภาวะปกติเป4นของแข็ง ประกอบด/วยไอออนบวก และไอออนลบ ไอออน เหลา' นี้ไม'เคล่ือนที่ ดังน้ันจึงไมน' ําไฟฟ9า แตเ' มอ่ื หลอมเหลวหรอื ละลายน้ํา จะแตกตวั เปน4 ไอออนเคลอื่ นทไ่ี ด/ เกดิ สารอิเลก็ โทรไลตส0 ามารถนาํ ไฟฟา9 ได/ 7. สารประกอบไอออนกิ ชนดิ ท่ีละลายนา้ํ ได/ จะต/องมีการเปล่ียนแปลงพลังงานเกดิ ข้ึนเสมอ อาจเป4น แบบคายหรือดดู พลงั งาน เชน' KCl 1 โมล ละลายน้ํา ดูดพลงั งาน = 17 kJ/mol 8. สารประกอบไอออนิกท่ีเกิดจากอะตอมโลหะกับอะตอมอโลหะ สรา/ งเฉพาะพันธะไอออนิกอย'าง เดียว เชน' NaCl , MgCl2 , K2S , CaO 2.1.2 โครงสร-างของสารประกอบไอออนิก ผลึกสารประกอบไอออนิกมรี ูปทรงเปน4 รปู ลูกบาศกป0 ระกอบดว/ ยไอออนบวกและไอออนลบเรยี ง สลบั กนั เป4นสามมิติแบบต'าง ๆ ไมส' ามารถแยกเป4นโมเลกุลเด่ยี ว ๆ ได/ ไม'สามารถทราบขอบเขตของไอออน ของธาตุต'าง ๆ ใน 1 โมเลกลุ ได/ แตส' ามารถหาออกมาได/ในรปู อัตราสว' นอย'างต่าํ ของไอออนทเี่ ป4น องค0ประกอบเทา' น้ัน จงึ มแี ต'สูตรอย'างงา' ย(สตู รเอมพิรกิ ลั ) ไม'มสี ูตรโมเลกุล จึงใชส/ ูตรอย'างง'ายแทนสูตรเคมี ของสารประกอบไอออนิก 2.1.3 การเขยี นสตู รและการเรยี กช่อื ของสารประกอบไอออนกิ การเขียนสูตรสารประกอบไอออนิก การเขยี นสตู รของสารประกอบไอออนิกใชห/ ลกั ดังนี้ 1. เขียนไอออนบวกของโลหะหรอื กลุ'มไอออนบวกไว/ขา/ งหนา/ ตามดว/ ยไอออนลบของอโลหะ หรือ กลุม' ไอออนลบ ยกเว/นสารประกอบไอออนิกทเ่ี ป4นเกลืออะซิเตต (CH3COO-) จะเขยี นกล'มุ ไอออนลบไวก/ 'อน แลว/ ตามดว/ ยไอออนบวกของโลหะ เช'น CH3COONa , (CH3COO)2Ca Nararak Leesakul Page 2

3 2. ไอออนบวกและไอออนลบ จะรวมกนั ในอัตราส'วนท่ที าํ ให/ผลรวมของประจุเปน4 ศนู ย0 ดงั นน้ั จึงต/อง หาตวั เลขมาคูณกับจาํ นวนประจุบนไอออนบวก และไอออนลบให/มจี ํานวนประจุเท'ากนั แลว/ ใส'ตัวเลขเหลา' นั้น ไว/มุมขวาล'างของแต'ละไอออน โดยใชจ/ ํานวนประจุบนไอออนบวกและไอออนลบคูณไขว/กนั 3. ถา/ กล'ุมไอออนบวกหรือกล'มุ ไอออนลบมมี ากกว'า 1 กลุ'ม ให/ใสว' งเล็บ ( ) และใส'จํานวนกลม'ุ ไว/ ทม่ี มุ ลา' งขวา การเรยี กชอื่ สารประกอบไอออนิก 1. สารประกอบธาตคุ ู3 (Binary compound) ถา/ สารประกอบเกดิ จาก ธาตุโลหะท่ีมีไอออนไดช/ นดิ เดียวรวมตวั กับอโลหะ ใหอ/ 'านชื่อโลหะทเ่ี ปน4 ไอออนบวก แล/วตามดว/ ยชอื่ อโลหะท่เี ป4นไอออนลบโดยลงเสยี ง พยางค0ท/ายด/วย ไอด0 (ide) เชน' ออกซิเจน เปลยี่ นเปน4 ออกไซด0 (oxide) ไฮโดรเจน เปล่ียนเป4น ไฮไดรด0 (hydride) คลอรีน เปลย่ี นเป4น คลอไรด0 (chloride) ตัวอยา' ง การอา' นชือ่ สารประกอบไอออนิกธาตุค'ู CaI2 อ'านวา' แคลเซียมไอโอไดด0 KBr อา' นว'า โพแทสเซียมโบรไมด0 NH4Cl อ'านว'า แอมโมเนียมคลอไรด0 ถ/าสารประกอบทีเ่ กิดจากธาตุโลหะเดียวกันท่ีมีไอออนได/หลายชนดิ รวมตัวกบั อโลหะ ให/อ'านชอ่ื โลหะ ท่ีเปน4 ไอออนบวกแลว/ ตามดว/ ยค'าประจขุ องไอออนโลหะโดยวงเลบ็ เปน4 เลขโรมัน แลว/ ตามด/วยอโลหะท่เี ปน4 ไอออนลบโดยเปลี่ยนเสยี งพยางคท0 า/ ยเปน4 ไอด0 (ide) เชน' Fe เกดิ ไอออนได/ 2 ชนิด คือ Fe2+ และ Fe3+ FeCl2 อา' นว'า ไอร0ออน (II) คลอไรด0 FeCl3 อ'านวา' ไอร0ออน (III) คลอไรด0 Cu เกิดไอออนได/ 2 ชนดิ คอื Cu+ และ Cu2+ Cu2S อา' นวา' คอปเปอร0 (I) ซลั ไฟด0 CuS อ'านว'า คอปเปอร0 (II) ซลั ไฟด0 2. สารประกอบธาตุสามหรือมากกว3า ถา/ สารประกอบเกิดจากไอออนบวกของโลหะ หรือกล'ุม ไอออนบวกรวมตัวกบั กลุม' ไอออนลบ ให/อ'านชอ่ื ไอออนบวกของโลหะ (โลหะเกดิ ไอออนบวกได/ชนดิ เดียว) หรือกล'มุ ไอออนบวก แลว/ ตามดว/ ยชื่อกล'มุ ไอออนลบ เชน' Na2SO4 อ'านวา' โซเดียมซัลเฟต CaCO3 อา' นวา' แคลเซยี มคารบ0 อเนต KNO3 อา' นว'า โพแทสเซยี มไนเตรต Ba(OH)2 อ'านวา' แบเรียมไฮดรอกไซด0 (NH4)3PO4 อ'านว'า แอมโมเนียมฟอสเฟต Nararak Leesakul Page 3

4 ถ/าสารประกอบเกิดจากโลหะท่ีเกิดไอออนไดห/ ลายชนิดรวมตัวกบั กลุม' ไอออนลบ ใหอ/ า' นช่อื ไอออน บวกของโลหะตามดว/ ยววงเล็บคา' ประจุของไอออนบวกน้นั แลว/ อ'านชื่อกลุ'มไอออนลบตามหลงั เช'น Cr เกิดไอออนได/ 2 ชนดิ คอื Cr2+ กบั Cr3+ CrSO4 อา' นวา' โครเมียม (II) ซลั เฟต Cr2 (SO4)3 อา' นวา' โครเมยี ม (III) ซลั เฟต 2.1.4 สมบตั ขิ องสารประกอบไอออนกิ 1. กลไกของการละลายของสารประกอบไอออนิกในนาํ้ โซเดยี มคลอไรดล0 ะลายนํ้าสามารถเขยี นเปน4 สมการแสดงการละลายนํา้ ได/ดังนี้ NaCl (s) H2O→ Na+ (aq) + Cl- (aq) สรปุ การละลายนาํ้ ของสารประกอบไอออนิก 1. สารประกอบไอออนิกทุกชนิดทล่ี ะลายนา้ํ ได/ มีพลงั งานเปล่ยี นแปลงควบค'ูเสมอ อาจเปน4 แบบคาย พลังงานหรือดูดพลังงาน 2. สารประกอบไอออนิกท่ีละลายนาํ้ ได/ในกรณีที่แรงดงึ ดูดระหวา' งโมเลกุลของน้ํากับไอออนของผลกึ ไอออนิกมากกว'าแรงยึดเหนย่ี วระหวา' งไอออนบวกและไอออนลบของผลึกไออนกิ 3. สารประกอบไอออนกิ ที่ไมล' ะลายน้าํ หรอื ละลายนํ้าได/นอ/ ยมาก เกิดในกรณีท่ีแรงดงึ ดดู ระหวา' ง โมเลกุลของนา้ํ ไม'สามารถแยกไอออนจากผลกึ ไดโ/ ดยไอออนบวกและไอออนลบของผลึกไอออนิกดึงดูดแรงมาก 4. สารประกอบไอออนิกที่ละลายนาํ้ ไดม/ ากจะอมิ่ ตวั ชา/ ส'วนสารประกอบไอออนิกท่ีละลายน้ําได/น/อย จะอิ่มตวั เรว็ 5. ความสามารถในการละลายของสาร คือ ความสามารถของสารท่ีละลายในตัวทาํ ละลายจนอิ่มตวั แตค' วามสามารถในการละลายของสารประกอบไอออนิกจะมากแค'ไหนขนึ้ อยูก' บั อุณหภูมิและชนิดของสาร สําหรับการบอกความสามารถในการละลายโดยมากมักจะบอกหยาบ ๆ ดงั น้ี ตัวละลาย < 0.1 g / H2O 100 g ที่ 25 0C แสดงวา' ไม'ละลาย ตัวละลาย 0.1 ถึง 1 g / H2O 100 g ท่ี 25 0C แสดงว'าไม'ละลาย ตวั ละลาย > 1 g / H2O 100 g ท่ี 25 0C แสดงว'าละลายไดบ/ างส'วน Nararak Leesakul Page 4

5 ตาราง แสดงความสามารถในการละลายในนา้ํ ของสารประกอบไอออนิกท่ีเกดิ จากไออนบวกและไอออนลบ ชนดิ ตา' ง ๆ ไอออนบวก (Cations) ไอออนลบ (Anions) ความสามารถในการละลาย ในน้าํ ของสารประกอบ 1. ไอออนบวกของแอลคาไล (ธาตหุ ม'ู 1A) ไอออนลบทกุ ชนดิ ละลายได/ Li+ ,Na+ , K+ , Rb+ ,Cs+ , Fr+ 2. ไฮโดรเจนไอออน (H+ (aq)) ไอออนลบทุกชนดิ ละลายได/ 3. แอมโมเนียมไอออน (NH4+) ไอออนลบทกุ ชนดิ ละลายได/ ไนเตรต (NO3- ) ละลายได/ 4. ไอออนบวกทุกชนิด อะซิเตต (CH3COO- ) ละลายได/ ละลายไดเ/ ล็กน/อย 5. ไอออนบวกทุกชนิด คลอไรด0 Cl- ละลายได/ 6. Ag+ , Pb2+ , Hg22+ , Cu+ โบรไมด0 Br- ไอโอไดด0 I- ไอออนบวกชนิดอ่ืน ๆ 7. Ag+ , Ca2+ , Sr2+ , Ba2+ , Pb2+ ซัลเฟต (SO42- ) ละลายได/เลก็ น/อย ซัลเฟต (SO42- ) ละลายได/เลก็ น/อย ไอออนบวกชนิดอื่น ซลั ไฟด0 S2- 8. ไอออนแอลคาไล (ธาตหุ มู' 1A) H+ ซัลไฟด0 S2- ละลายได/ NH4+ , Be2+ , Mg2+ , Sr2+ , Ba2+ ซัลไฟด0 S2- ละลายได/ ละลายไดเ/ ล็กน/อย ไอออนบวกชนิดอนื่ ไฮดรอกไซด0 (OH- ) ละลายได/ 9.ไอออนแอลคาไล, H+, NH4+, Sr2+, Ba2+ ไฮดรอกไซด0 (OH- ) ละลายได/เลก็ น/อย ละลายได/ ไอออนบวกชนิดอน่ื ฟอสเฟต (PO43- ) ละลายได/เลก็ น/อย 10.ไอออนแอลคาไล, H+, NH4+ คาร0บอเนต (CO32-) ซัลไฟต0 (SO32- ) ไอออนบวกชนดิ อื่น พลังงานกับการละลายสารประกอบไอออนิก เม่อื นําผลึกสารประกอบไอออนกิ ละลายนาํ้ จะมีพลังงานความร/อนเปล่ยี นแปลงควบค'กู นั ไปเสมอ และการละลายของผลกึ สารประกอบไอออนกิ นมี้ กี ระบวนการต'าง ๆ เกดิ ขึน้ เป4นข้นั ย'อย ๆ และแต'ละขั้นตอน มีการเปลี่ยนแปลงพลังงานดว/ ย เช'น การละลายโซเดียมคลอไรด (NaCl) ในน้ํา มีขั้นตอนย'อย ๆ เปลี่ยนแปลงพลงั งานดังน้ี Nararak Leesakul Page 5

6 ขั้นที่ 1 ผลกึ สารประกอบไอออนิกแตกตวั เปน4 ไอออนในสภาวะกqาซ ซง่ึ มีการดดู พลังงานเพื่อสลาย พนั ธะไอออนิกระหวา' ง Na+ กับ Cl- ออกจากกันเป4นไอออนในสภาวะกqาซ พลงั งานนีม้ ีคา' เท'ากบั พลังงานแลตทิซ (Lattice energy) ใชส/ ัญลักษณย0 'อว'า ∆Η latt NaCl (s) → Na+ (g) + Cl- (g) ; ∆Η latt = +776 kJ ขนั้ ที่ 2 ไอออนท่เี ป4นกาq ซจะถกู นํ้าลอ/ มรอบเกิดไฮเดรตมีการคายพลังงานออกมา เรยี กพลังงานนี้วา' พลงั งานไฮเดรชัน ( Hydration energy) ใช/สญั ลกั ษณย0 'อว'า Ηhyd Η hyd = -771 kJ Na+ (g) + Cl- (g) H2O→ Na+ (aq) + Cl- (aq) ; รวมขัน้ ที่ 1 และ 2 NaCl (s) H2O→ Na+ (aq) + Cl- (aq) ; ∆Η so ln = +5 kJ ถ/า ∆Η so ln = พลังงานของการละลาย ความสัมพนั ธะระหวา' งพลังงานแลตทิซ , พลังงานไฮเดรชัน และพลังงานการละลาย พลังงานแลตทิซ (Lattice energy) คือ พลงั งานท่ีคายออกมาเม่ือไอออนในสภาวะกqาซทมี่ ีประจุ ตรงข/ามมารวมกนั เปน4 ของแข็งไอออนิก 1 โมล พลงั งานไฮเดรชัน (Hydration energy) คอื พลงั งานทีค่ ายออกมาเมื่อไอออนของกqาซรวมกบั น้ํา พลังงานการละลาย (Heat of Solution) คอื พลงั งานทคี่ ายออกหรอื ดดู เขา/ ไป จากการ ละลายสาร 1 โมล ในตัวทาํ ละลายตามจํานวนท่ีกาํ หนดให/ หลกั การเขยี นสมการไอออนิก 1. ใหเ/ ขยี นเฉพาะสว' นไอออนหรือโมเลกุลของสารทาํ ปฏกิ ิริยากันเทา' น้ัน 2. ถา/ สารที่เก่ียวข/องในปฏกิ ิริยาเป4นสารที่ไมล' ะลายนา้ํ หรือไม'แตกตัวเป4นไอออนหรอื เป4นออกไซด0 หรอื เปน4 กqาซใหเ/ ขยี นสูตรโมเลกลุ ของสารนน้ั ในสมการได/ ตัวอยา' ง ออกไซด0 เชน' CO2 , H2O กqาซ เชน' H2 , NH3 สารท่ไี ม'ละลายน้ํา เช'น CaCO3 , AgCl 3. ดลุ สมการไอออนิกโดยทําจาํ นวนอะตอมและจํานวนไอออนของธาตุทุกธาตุ ท้ังทางซา/ ยและ ทางขวาของสมการใหเ/ ท'ากนั พร/อมทง้ั ดลุ ประจุรวมท้งั ทางซ/ายและขวาของสมการให/เท'ากัน Nararak Leesakul Page 6

7 เชน' BaCl2 ละลายนํ้าเขียนสมการไอออนิกได/ดังนี้ BaCl2 H2O→ Ba2+ (aq) + 2Cl- (aq) H2SO4 ละลายน้ําเขียนสมการไอออนิกไดด/ งั น้ี H2SO4(aq) H2O→ 2H+ (aq) + SO42- (aq) 2.2 พันธะโคเวเลนต พันธะโคเวเลนต (Covalent bond) หมายถงึ พันธะท่ีเกดิ จากการใชเ/ วเลนซ0อิเล็กตรอนร'วมกัน เช'น ในกรณขี องไฮโดรเจน ดงั นน้ั ลกั ษณะท่สี ําคญั ของพันธะโคเวเลนต0กค็ อื การท่ีอะตอมใชเ/ วเลนตอ0 เิ ล็กตรอน ร'วมกนั เป4นค'ู ๆ สารประกอบท่อี ะตอมแต'ละคย'ู ดึ เหนย่ี วกันดว/ ยพันธะโคเวเลนต0 เรียกว'า สารโคเวเลนต โมเลกลุ ของสารทอี่ ะตอมแต'ละคยู' ดึ เหน่ียวกนั ด/วยพนั ธะโคเวเลนตเ0 รยี กวา' โมเลกุลโคเวเลนต 2.2.1 การเกิดและชนิดของพันธะโคเวเลนต การเกิดพันธะโคเวเลนต พันธะโคเวเลนต0 เกิดจากการใช/เวเลนต0อิเล็กตรอนรว' มกัน ซึ่งอาจจะใชร/ ว' มกนั เพียง 1 ค'ู หรือ มากกวา' 1 ค'กู ไ็ ด/ อเิ ลก็ ตรอนค'ูท่ีอะตอมทัง้ สองใชร/ ว' มกันเรียกวา' “อิเลก็ ตรอนคูร3 ว3 มพันธะ” อะตอมทีใ่ ชอ/ เิ ล็กตรอนร'วมกันเรียกวา' อะตอมคร3ู ว3 มพนั ธะ ธาตุทีจ่ ะสร/างพันธะโคเวเลนต0ส'วนมากเปน4 ธาตอุ โลหะกับอโลหะ ทั้งน้เี นอ่ื งจากโลหะมีพลงั งานไอออ ไนเซชนั คอ' นขา/ งสูง เสยี อเิ ล็กตรอนได/ยากใช/อิเลก็ ตรอนรว' มกันเกดิ เป4นพันธะโคเวเลนต0 Nararak Leesakul Page 7

8 ชนิดของพันธะโคเวเลนต พิจารณาจากจาํ นวนอเิ ล็กตรอนที่ใช/รว' มกันของอะตอมครู' 'วมพนั ธะ ดงั น้ี พนั ธะเดี่ยว เป4นพันธะโคเวเลนตท0 ่ีเกิดจากอะตอมคสู' รา/ งพนั ธะทั้งสองใช/อเิ ลก็ ตรอนร'วมกัน 1 ค'ู ใช/เสน/ ( - ) แทนพันธะเดย่ี ว เชน' Cl - Cl Cl Cl พนั ธะค3ู เปน4 พันธะโคเวเลนตท0 ่เี กดิ จากอะตอมคูส' รา/ งพันธะทง้ั สองใชอ/ เิ ล็กตรอนร'วมกัน 2 คู' ใช/ เส/น 2 เสน/ ( = ) แทน 1 พันธะคู' เชน' พนั ธะระหว'าง O กับ C ใน O C O O=C=O พนั ธะสาม เปน4 พันธะโคเวเลนตท0 เ่ี กิดจากอะตอมคู'สรา/ งพนั ธะทง้ั สองใช/อเิ ล็กตรอนร'วมกัน 3 ค'ู ใช/เส/น 3 เสน/ ( ≡ ) แทน 1 พนั ธะสาม เช'น พันธะระหวา' ง N กบั N ใน N2 2.2.2 การเขียนสูตรโมเลกลุ และการเรยี กชื่อสารประกอบโคเวเลนต 2.2.2.1 การเขยี นสูตรสารประกอบโคเวเลนต 1. เรียงลาํ ดับธาตุดังน้ี Si , C , Sb , As , P , N , H , Te , Se , S , At , I , Br , Cl , O , F ตามลําดับ 2. ในสารประกอบโคเวเลนต0 ถ/าอะตอมของธาตุมจี ํานวนอะตอมมากกว'าหนง่ึ ใหเ/ ขยี นจํานวนอะตอม ดว/ ยตวั เลขแสดงไวม/ ุมลา' งทางขวา ในกรณีที่ธาตุในสารประกอบนนั้ มีเพยี งอะตอมเดยี วไม'ต/องเขียนตัวเลข แสดงจํานวนอะตอม 3. สารประกอบโคเวเลนตท0 ี่มีอะตอมของธาตจุ ัดเวเลนตอ0 ิเลก็ ตรอน เปน4 ไปตามกฎออกเตต ใช/ จาํ นวนอเิ ล็กตรอนค'ูรว' มพันธะของแต'ละอะตอมของธาตุคูณไขว/ เช'น สูตรของสารประกอบของธาตุ N กบั Cl ; N และ Cl มเี วเลนตอ0 ิเล็กตรอน 5 และ 7 ตามลําดบั ดังนนั้ N และ Cl ต/องการอิเลก็ ตรอนคูร' ว' มพันธะจาํ นวน 3 และ 1 ตามลาํ ดับ เพื่อใหแ/ ต'ละอะตอมของ ธาตุมกี ารจดั อิเลก็ ตรอนแบบกาq ซเฉื่อย N Cl = N1Cl3 NCl3 31 Nararak Leesakul Page 8

9 2.2.2.2 การเรยี กชือ่ สารประกอบโคเวเลนต 1.สารประกอบของธาตุค'ู ใหอ/ 'านชอื่ ธาตทุ ี่อยูข' า/ งหน/าก'อนแลว/ ตามด/วยชอ่ื ธาตทุ ่ีอยห'ู ลงั โดยเปลี่ยน เสียงพยางค0ท/ายเปน4 ไอด0 ( ide) 2. ใหร/ ะบจุ ํานวนอะตอมของแตล' ะธาตุด/วยเลขจํานวนในภาษากรีกดงั นี้ 1 = mono- (มอนอ) 2 = di- (ได) 3 = tri- (ไตร) 4 = tetra- (เตตระ) 5 = penta- (เพนตะ) 6 = hexa- (เฮกซะ) 7 = hepta- (เฮปตะ) 8 = octa- (ออกตะ) 9 = mona- (โมนะ) 10 = deca- (เดคะ) 3. ถา/ สารประกอบนนั้ อะตอมของธาตแุ รกมเี พยี งอะตอมเดียวไมต' อ/ งระบจุ ํานวนอะตอมของธาตุนนั้ แต'ธาตขุ า/ งหลงั ในสารประกอบใด ถงึ แมม/ ีเพยี งหน่ึงอะตอมก็ตอ/ งระบจุ าํ นวนอะตอมด/วยคาํ ว'า “มอนอ” เสมอ เช'น N2O3 อ'านวา' ไดไนโตรเจนไตรออกไซด0 CO อ'านวา' คารบ0 อนมอนอกไซด0 P2O5 อ'านว'า ไดฟอสฟอรัสเพนตะออกไซด0 สูตรโครงสร-าง เปน4 สูตรเคมีที่แสดงให/ทราบว'าสารนั้นประกอบด/วยธาตอุ ะไรบา/ ง อยา' งละกอี่ ะตอมและแต'ละอะตอมยดึ เหนีย่ วกันด/วยพันธะเคมอี ย'างไร วา' สูตรโครงสรา/ งของสารใหร/ ายละเอียดเกี่ยวกบั องค0ประกอบของธาตุต'าง ๆ ในโมเลกลุ มากกวา' สตู รอยา' งง'ายและสตู รโมเลกุล สูตรโครงสร/างสามารถเขียนได/ 2 แบบคือ สูตรโครงสร/างแบบจดุ (electron dot formula) หรือ สตู รโครงสรา/ งแบบลิวอิส (Lewis formula) และสูตรโครงสรา/ งแบบเสน/ (graphic formula) สูตร โครงสรา/ งทั้ง 2 แบบจะแสดงเฉพาะเวเลนต0อิเล็กตรอนของอะตอมคูร' ว' มพนั ธะ ใช/สญั ลกั ษณ0เปน4 จุด ( . ) แทนเวเลนตอ0 ิเลก็ ตรอนโดยเขียนไวร/ อบ ๆ สัญลกั ษณข0 องธาตุ โดย ท่ัว ๆ ไปการเขยี นสตู รแบบจุดจะมขี /อกําหนดดงั น้ี 1. เขยี นจดุ ( . ) แสดงเวเลนต0อเิ ลก็ ตรอนล/อมรอบสัญลกั ษณ0ของธาตุ โดยมจี าํ นวนจดุ เทา' กบั จํานวนเวเลนตอ0 ิเล็กตรอน เชน' 15P มี 5 เวเลนต0อเิ ล็กตรอน เขียนสตู รแบบจุด P เป4น 2. อิเลก็ ตรอนที่ใชร/ ว' มกัน 1 ค'ู ใหเ/ ขยี นจดุ หรอื ใชเ/ ส/นตรง 1 เส/น ( ) ไว/ในระหวา' งสญั ลกั ษณ0 ของอะตอมค'ูร'วมพันธะ สว' นอเิ ล็กตรอนที่ไมไ' ดร/ ว' มกนั หรอื อเิ ล็กตรอนท่ีไม'ไดใ/ ช/ในการสร/างพันธะ ให/เขยี น ดว/ ยจดุ ไวบ/ นอะตอมเดมิ Nararak Leesakul Page 9

10 การเขยี นสตู รแบบจุดตอ/ งทราบจาํ นวนเวเลนต0อิเล็กตรอนของธาตุคูร' ว' มพนั ธะก'อน อาจจะทราบจาก เลขอะตอมของธาตุ หลงั จากน้นั จึงจะนํามาเขียนเป4นสูตรแบบจุด เชน3 สูตรแบบจุดของกาM ซไฮโดรเจนซัลไฟด (H2S) กาํ มะถันมเี ลขอะตอมเทา' กบั 16 เพราะฉะนนั้ มกี ารจดั เรยี งอิเล็กตรอน เป4น 2 , 8 , 6 16S จงึ มี 6 เวเลนต0อเิ ล็กตรอน สตู รแบบจุด S คือ 2(H ) + S HSH ในโมเลกลุ ของ H2S มีการใชอ/ เิ ล็กตรอนร'วมกนั ระหวา' ง H กับ S 2 ค'ู จงึ มีพนั ธะโคเวเลนต0 2 พนั ธะ อเิ ล็กตรอนที่ใชร/ ว' มกนั ท้ัง 2 คู'เขียนไว/ระหวา' งอะตอมของ H กับ S ส'วนอเิ ลก็ ตรอนท่ีเหลือของ S 4 อิเล็กตรอนใหเ/ ขยี นไวบ/ นอะตอมของ S Nararak Leesakul Page 10

11 2.2.3 กฎออกเตต / ความยาวพนั ธะและพลงั งาน กฎออกเตต (Octet rule) ธาตเุ ฉอ่ื ยเป4นธาตทุ เ่ี สถยี รมาก เกิดปฏกิ ิริยาเคมีกับธาตุอ่ืนได/ยาก มีการจัดเรยี งอิเลก็ ตรอนวงนอก สดุ เหมอื นกนั คอื มี 8 เวเลนตอ0 ิเลก็ ตรอน (ยกเวน/ ธาตุ He มี 2 ) เชน' 2He = 2 10Ne = 2 , 8 18Ar = 2 , 8 , 8 36Kr = 2 , 8 , 18 , 8 เมอ่ื เปรียบเทียบกบั โครงสร/างอะตอมของธาตุอน่ื ๆ เชน' H , O , N ธาตเุ หลา' นีม้ เี วเลนตอ0 ิเล็กตรอน นอ/ ยกว'า 8 ในธรรมชาตจิ ะไมส' ามารถอยู'เปน4 อะตอมเดีย่ ว ได/ ซ่งึ ไม'เสถยี ร ต/องรวมกันเปน4 โมเลกุลซงึ่ อาจจะ มี 2 อะตอมหรือมากกว'า การท่ีธาตเุ ฉ่อื ยมี 8 เวเลนต0อเิ ลก็ ตรอนแลว/ ทาํ ให/เสถยี รกวา' ธาตุอืน่ ๆ ซึง่ มเี ว เลนต0อิเล็กตรอนไม'เทา' กบั 8 นกั วทิ ยาศาสตร0เชอ่ื วา' โครงสรา/ งของอะตอมท่ีมี 8 เวเลนตอ0 เิ ลก็ ตรอนเป4น สภาพทอี่ ะตอมเสถียรทสี่ ดุ ดังนนั้ ธาตตุ 'าง ๆ ท่ีมีเวเลนต0อิเล็กตรอนน/อยกวา' 8 จงึ พยายามปรบั ตวั ให/มี โครงสรา/ งแบบธาตเุ ฉ่ือย เชน' โดยการรวมตัวกนั เปน4 โมเลกุลหรอื ใชอ/ ิเล็กตรอนร'วมกันเพื่อทําใหเ/ วเลนต0 อิเลก็ ตรอนเทา' กบั 8 ส'วนไฮโดรเจนจะพยายามปรับตัวให/มเี วเลนต0อเิ ล็กตรอนเทา' กับ 2 เหมอื นธาตุ He การท่ีอะตอมของธาตุต'าง ๆ รวมตวั กันดว/ ยสัดส'วนที่ทาํ ใหม/ ีเวเลนต0อเิ ลก็ ตรอนเท'ากบั 8 เรยี กว'า กฎออกเตต เชน' F2 มีสตู รแบบจดุ เป4น FF อะตอมของ F มเี วเลนตอ0 ิเล็กตรอนเทา' กับ 7 เมือ่ เกิดพนั ธะโคเวเลนตม0 ีการใชอ/ ิเล็กตรอนร'วมกนั 1 คู' ซ่งึ อเิ ล็กตรอนที่ใชร/ ว' มกนั 1 คน'ู ถ้ี ือว'าเปน4 ของฟลอู อรีนทงั้ 2 อะตอม ทําให/ฟลูออรีนแต'ละอะตอมใน F2 มีเวเลนต0อเิ ล็กตรอนเท'ากบั 8 ข-อยกเว-นสาํ หรับกฎออกเตต พบว'าสารประกอบบางชนิดมีการจดั เรียงอเิ ล็กตรอนไมเ' ป4นไปตามกฎออกเตต แต'ก็อยู'ในภาวะทไี่ ม' เสถียร จัดว'าเป4นข/อยกเวน/ สําหรับกฎออกเตต ซง่ึ สรุปไดด/ ังนี้ พวกทีไ่ ม3ครบออกเตต ไดแ/ ก'สารประกอบของธาตุในคาบท่ี 2 ของตารางธาตุ ท่ีมเี วเลนต0อเิ ลก็ ตรอนนอ/ ยกว'า 4 ใน BF3 ธาตุ B จะมเี วเลนต0อเิ ล็กตรอนเทา' กบั 6 ซงึ่ ไม'ครบออกเตต ในขณะท่ธี าตุ F ครบออกเตต F B F F Nararak Leesakul Page 11

12 พวกท่ีเกินกฎออกเตต สารประกอบของธาตุที่อยู'ในคาบที่ 3 ของตารางธาตุเป4นต/นไป สารมารถสรา/ งพันธะแลว/ ทาํ ให/ อิเลก็ ตรอนเกิน 8 ได/ มกั จะพบในสารประกอบบางตัวของ P , S และโลหะทรานซิชัน เชน' ใน PCl5 , SF6 , Fe(CN)63- ใน PCl5 ธาตุ P เกิดพนั ธะกบั Cl รวม 5 พนั ธะจึงมีเวเลนตอ0 ิเล็กตรอนเท'ากับ 10 ซึ่งเกนิ ออกเตต ( 1 พันธะหรือ 1 เส/นประกอบดว/ ย 2 อเิ ลก็ ตรอน) สาํ หรับ PCl3 หรอื สารประกอบอืน่ ๆ ของธาตุ P สว' นมากเปน4 ไปตามกฎออกเตต Cl Cl Cl P Cl Cl สารประกอบอื่น ซึง่ ไมเ' ป4นไปตามกฎออกเตต เชน' ออกไซด0บางตัวของธาตุไนโตรเจน ( NO และ NO2 )และออกไซด0ของคลอรนี (ClO2) เป4นต/น ธาตุเหล'านี้ (N และ Cl) สามารถมีอเิ ล็กตรอนที่ไม'ได/ จบั คู' หรอื อิเล็กตรอนเดี่ยว (Unpaired electron) ซง่ึ ทาํ ให/แสดงสมบัตเิ ป4น paramagnetic ได/ • ใน NO ธาตุ N มเี พียง 7 อิเล็กตรอนซ่งึ ไมเ' ป4นไปตามกฎออกเตต NO • ใน ClO2 ธาตุ Cl เกิดพันธะกับธาตุ O แตม' ีอิเล็กตรอนเพยี ง 7 ซ่งึ ไม'ครบออกเตต O Cl O 2.2.4 พลงั งานพนั ธะและความยาวพนั ธะ พลงั งานพนั ธะ (Bond energy) คือ พลงั งานท่ีใช/ในการสลายพันธะระหว'างอะตอมของธาตภุ ายใน โมเลกุลทอี่ ย'ใู นสถานะกqาซออกเปน4 อะตอมเด่ียว เชน' H2 (g) + 436 kJ → 2H (g) จากสมการกqาซ H2 1 โมลต/องการจะสลายเปน4 H อะตอม 2 โมล ตอ/ งใชพ/ ลังงาน 436 kJ HI (g) + 298 kJ → H (g) + I (g) กqาซ HI 1 โมลตอ/ งการสลายเป4น H และ I อะตอมอย'างละ 1โมลต/องใช/พลังงาน 298 kJ สารต'างชนดิ กัน จาํ นวนโมลเท'ากนั พลังงานที่ใชส/ ลายพันธะกต็ 'างกัน การสลายพนั ธะชนิดเดียวกัน ในสารตา' งชนิดกนั จะใช/พลงั งานสลายไม'เท'ากนั เชน' การสลายพนั ธะ C - H ใน CH4 และ C2H6 มีค'า ไม'เท'ากนั CH4 (g) + 435 kJ → CH3 (g) + H (g) Nararak Leesakul Page 12

13 C2H6 (g) + 400 kJ → C2H5 (g) + H (g) และการสลายพนั ธะชนดิ เดยี วกนั ในสารเดยี วกัน (ทมี่ ีพนั ธะชนิดเดียวกนั ) ก็ใช/พลงั งานสลายไม' เทา' กัน เชน' การสลายพันธะ C - H ใน CH4 CH4 (g) + 435 kJ → CH3 (g) + H (g) CH3 (g) + 464 kJ → CH2 (g) + H (g) CH2 (g) + 422 kJ → CH (g) + H (g) CH (g) + 339 kJ → C (g) + H (g) เมอ่ื รวมทงั้ 4 ข้นั เข/าดว/ ยกันได/ CH4 (g) + 1660 kJ → C (g) + 4H (g) พลังงานที่ทําให/โมเลกุล CH4 แตกออกเป4นอะตอมในสภาวะกqาซ เรยี กวา' Atomization energy และ พลงั งานเฉลี่ยของพนั ธะ C - H ใน CH4 = 1660/4 = 415 kJ เรียกพลังงานค'านีว้ า' พลงั งานพันธะ เฉล่ีย ( Average bond energy ) คา' พลงั งานเฉล่ียของพันธะ C - H ของสารท่ัว ๆ ไป มีคา' 413 kJ ซงึ่ มีค'าตา' งจากค'าพลังงานเฉลย่ี ของพนั ธะ C - H ซึ่งหาได/จาก CH4 เท'านั้น พลังงานที่ใช/สลายพนั ธะแต'ละพนั ธะในคู'อะตอมเดยี วกันไม'เท'ากันไมส' ะดวกต'อการใช/ จงึ ใชพ/ ลงั งาน พันธะเฉล่ยี แทน ลกั ษณะสําคญั ของพันธะเคมี 1. พลงั งานพนั ธะมหี นว' ยเปน4 กโิ ลจูล/โมล (kJ/mol) หรือกิโลแคลอรี่/โมล (kcal/mol) 2. พลงั งานพนั ธะคือพลังงานทใ่ี ช/ในการสลายพนั ธะจํานวน 1 โมล หรอื พลังงานที่ได/จากการเกดิ พนั ธะจํานวน 1 โมล 3. พันธะชนดิ เดียวกนั พลงั งานทใี่ ชส/ ลายพันธะและพลงั งานทไี่ ด/จากการเกิดพนั ธะจํานวนเท'ากนั มีคา' เทา' กันเสมอ แต'ถา/ สลายพันธะตา' งชนดิ กันจะใช/พลงั งานตา' งกัน 4. พลงั งานพันธะบอกให/ทราบถึงความแข็งแรงของพนั ธะ คือ พันธะเคมีทต่ี อ/ งใช/พลงั งานสลายสูงกว'า จะมีความแข็งแรงของพันธะมากกวา' พนั ธะเคมที ตี่ /องใชพ/ ลงั งานสลายตาํ่ กว'า น่ันคอื พันธะระหวา' งอะตอมค'ู เดยี วกนั ความแข็งแรงของพันธะเด่ยี ว < พนั ธะค'ู < พันธะสาม 5. ปฏกิ ิรยิ าเคมที ่เี กดิ ขน้ึ โดยท่ัวไปจะมีการสลายพันธะเดมิ และการเกดิ พนั ธะใหม' พลงั งานท่ี เปล่ยี นแปลงไปในปฏกิ ิริยา จะเทา' กบั ผลตา' งระหว'างพลังงานทรี่ ะบบดูดเขา/ ไปสลายพันธะเดิมทง้ั หมดกับ พลังงานท่ีระบบคายออกมาเม่อื เกิดพันธะใหมท' ั้งหมด ∆ H = (พลงั งานท่ีระบบดดู ) - (พลงั งานที่ระบบคาย) • ถ/าระบบดดู พลงั งาน > คายพลังงาน จะได/ค'า ∆ H มีเครื่องหมายเปน4 บวก แสดงวา' ระบบมีการเปลี่ยนแปลงเปน4 แบบดูดพลังงาน • ถ/าระบบดดู พลังงาน < คายพลงั งาน Nararak Leesakul Page 13

14 จะได/ค'า ∆ H มเี คร่ืองหมายเป4นลบ แสดงวา' ระบบมีการเปล่ียนแปลงเป4นแบบคายพลังงาน 6. ปฏิกิรยิ าเคมที ี่มีแต'การสลายพันธะ ไม'มีการเกิดพันธะใหม' เป4นปฏิกิรยิ าดดู พลังงาน (Endothermic Reaction) เชน' O2 (g) + 498 kJ → 2O (g) หรือ O2 (g) → 2O (g) ; ∆ H = +498 kJ 7. ปฏกิ ิรยิ าเคมีทีม่ แี ต'การเกดิ พันธะใหม' ไม'มีการสลายพนั ธะ จะเป4นปฏิกริ ิยาคายพลงั งาน (Exothermic Reaction) เชน' O (g) + 2H (g) → H2O (g) + 926 kJ ปฏิกิรยิ านั้นอาจจะเปน4 การ หรือ O (g) + 2H (g) → H2O (g) ; ∆ H = - 926 kJ 8. ในปฏกิ ริ ยิ าเคมีทีม่ ีทัง้ การสลายพันธะและการเกิดพนั ธะใหม' เปล่ยี นแปลงประเภทดดู หรือคายพลังงานก็ได/ ทัง้ น้ขี ้นึ อย'ูกับพลังงานทใี่ ช/ในการสลายพันธะ กับพลังงานทเ่ี กิด จากการสรา/ งพันธะใหม'เป4นเกณฑ0 • ปฏกิ ิริยาทม่ี ีพลังงานที่ใชส/ ลายพันธะทัง้ หมด มากกวา' พลงั งานทีไ่ ด/จากการเกิดพนั ธะใหม'ท้ังหมด เรียก ปฏิกริ ิยานั้นว'า ปฏิกิริยาดดู พลงั งาน เชน' 2NH3 (g) + 92 kJ → N2 (g) + 3H2 (g) หรอื 2NH3 (g) → N2 (g) + 3H2 (g) - 92 kJ หรอื 2NH3 (g) → N2 (g) + 3H2 (g) ; ∆ H = + 92 kJ • ปฏกิ ิรยิ าทม่ี ีพลังงานท่ีใช/สลายพันธะทงั้ หมด น/อยกวา' พลงั งานที่ไดจ/ ากการเกดิ พนั ธะใหมท' ้ังหมด เรยี กปฏกิ ริ ยิ าน้นั วา' ปฏกิ ิรยิ าคายพลังงาน เชน' H2 (g) + F2(g) → 2HF (g) + 539 kJ หรือ H2 (g) + F2(g) -539 kJ → 2HF (g) หรือ H2 (g) + F2(g) → 2HF (g) ; ∆ H = -539 kJ 9. สาํ หรับปฏกิ ิรยิ าเคมีที่มที ้ังการสลายพนั ธะและการเกดิ พันธะใหม' แตไ' ม'ทราบพลงั งานพันธะก็ อาจจะคาดคะเนได/ว'าเปน4 ปฏิกิริยาประเภทดูดหรือคายพลังงานได/ โดยใชจ/ าํ นวนพันธะที่สลายและจาํ นวน พนั ธะท่ีเกิดขนึ้ ใหมเ' ป4นเกณฑ0 คือ ถ/าจํานวนพันธะท่สี ลายทง้ั หมดของสารตัง้ ตน/ มากกว'าจํานวนพันธะที่เกดิ ใหมข' องสารผลติ ภัณฑ0ทั้งหมดกเ็ ปน4 ประเภทดูดความร/อน ถา/ นอ/ ยกว'า กเ็ ป4นประเภทคายพลงั งาน หรือ พจิ ารณาได/จากลักษณะของปฏิกิรยิ า คือ ถ/าเป4นการสลายโมเลกุลใหญ'ออกเปน4 โมเลกุลเล็ก ๆ สว' นมากเป4น ปฏิกิรยิ าดดู พลังงาน แต'ถ/าเป4นการรวมโมเลกุลเล็ก ๆ เกดิ เป4นโมเลกุลใหญ' หรือเป4นปฏิกริ ยิ าการเผาไหม/ สว' นมากเป4นปฏกิ ิริยาคายความร/อน เช'น 2NH3 (g) + 92 kJ → N2 (g) + 3H2 (g) ดูดพลังงาน C2H4 (g) → C2H2 (g) + H2( g) ดูดพลังงาน Nararak Leesakul Page 14

15 คายพลังงาน คายพลงั งาน H2 (g) + I2 (g) → 2HI (g) 2C2H2 (g) + 5O2 (g) → 4CO2(g) + 2H2O (g) 2.2.5 การคาํ นวณพลงั งานกบั ปฏิกิรยิ าเคมี ตัวอยา' ง คาํ นวณพลังงานความรอ/ นในการเกดิ HCl จากปฏิกริ ยิ า H - H (g) + Cl - Cl (g) → 2 H - Cl (g) กาํ หนดพลงั งานพันธะ *D(H - H) = 436 kJ/mol D(Cl - Cl) = 242 kJ/mol D(H - Cl) = 431 kJ/mol วิธีทํา พันธะทีส่ ลาย มี (H - H) 1 โมล (Cl - Cl) 1 โมล พลงั งานที่ใช/สลายพันธะท้ังหมด = D(H - H) + D(Cl - Cl) = 436 + 242 kJ = 678 kJ พนั ธะที่เกิดมี ( H - Cl ) 2 โมล พลงั งานทีเ่ กิดจากการสรา/ งพันธะท้งั หมด = 2 D(H - Cl) = 2 (431) kJ = 862 kJ พลงั งานความร/อนของปฏกิ ริ ิยา = (678) - (862) = -184 kJ พลังงานในการเกดิ สารใหมค' ิดเป4นคา' พลังงานต'อโมลของสารใหม'ทเี่ กิด HCl 2 โมล พลังงานความร/อน = -184 kJ HCl 1 โมล พลงั งานความร/อน = -184 x 1 kJ 2 พลงั งานในการเกดิ HCl = -92 kJ ซ่งึ เปน4 ปฏกิ ริ ิยาคายความรอ/ น (* D = Dissociation energy หรือ Bond energy คือ พลังงานพันธะ) ในการคาํ นวณพลังงานของปฏิกิริยาอาจใชส/ ูตรดังน้ี ∆Η = ∑∆Η( / 0 ) - ∑∆Η( +,- .(/ )*) Page 15 ∆Η = พลงั งานของปฏิกริ ยิ า ( Heat of reaction) ∑ ∆Η (สารผลิตภัณฑ0) = พลงั งานทั้งหมดท่คี ายออกมาจากการสรา/ งพันธะของสาร ผลิตภณั ฑ0 ∑ ∆Η (สารต้ังต/น) = พลังงานทั้งหมดทสี่ ลายพันธะของสารต้งั ต/น Nararak Leesakul

16 ความยาวพนั ธะ ความยาวพันธะ (Bond lengths) คือ ระยะทางระหว'างนวิ เคลียสของอะตอมค'ูหนงึ่ ท่ีมพี ันธะต'อกนั เน่ืองจากพลงั งานท่ใี ช/ในการสลายพนั ธะชนิดเดยี วกันในสารตา' งๆใช/ไม'เท'ากนั ดังน้ัน ความยาวพันธะก็ยาว ต'างกันด/วย เพ่อื ความสะดวกใชเ/ ปน4 คา' เฉล่ยี เรยี กวา' ความยาวพนั ธะเฉลย่ี (Average bond lengths) เชน' ความยาวพันธะของ H - H 74 pm ความยาวพันธะของ C - O 143 pm ลักษณะสําคญั ของความยาวพนั ธะ 1. ความยาวพันธะใช/หน'วยวัดเปน4 pm หรอื 0A โดย 1 0A = 10-10 m , 1 pm = 10-12 m 2. ความยาวพันธะของอะตอมคหู' นง่ึ ๆ จะมากหรือน/อยข้ึนอยูก' ับชนดิ ของพันธะและพลังงานพนั ธะ 3. ในคู'อะตอมของธาตุท่เี หมอื นกนั สามารถเกดิ พันธะได/มากกวา' หนงึ่ ชนิด พันธะแต'ละชนิดจะมี ความยาวพนั ธะไม'เทา' กนั คือ ความยาวพันธะพันธะเดี่ยว > พันธะค'ู > พนั ธะสาม เชน' C-C > C=C > C ≡ C N-O > N=O > N ≡ O 154 pm > 134 pm > 120 pm 136 pm > 115 pm > 108 pm 4. ในค'ูอะตอมชนิดเดยี วกัน ความยาวพนั ธะมคี วามสัมพนั ธก0 บั พลังงานพนั ธะ คือ ความยาวพันธะ พนั ธะเดี่ยว > พนั ธะค'ู > พันธะสาม พลังงานพันธะ พันธะเด่ียว < พนั ธะคู' < พนั ธะสาม เช'น ชนดิ ของพันธะ C-C C=C C≡C ความยาวพนั ธะ 154 pm 134 pm 120 pm พลงั งานพนั ธะ 348 kJ/mol 614 kJ/mol 839 kJ/mol Nararak Leesakul Page 16

17 5. ในอะตอมค'ูที่เกิดจากธาตุหนึ่ง สรา/ งพันธะกบั อีกธาตุอื่น ๆ ที่มขี นาดอะตอมต'างกนั ความยาวพนั ธะมี ความสมั พนั ธก0 ับขนาดของอะตอม คือ ความยาวพันธะเพิ่มขึน้ ตามขนาดอะตอมท่ีใหญ'ขน้ึ เชน' ขนาด อะตอมของธาตุในหมู' 4A , 5A และ 6A ดังภาพ ดงั นน้ั การเปรยี บเทียบความยาวพันธะระหว'าง C กบั ธาตุอ่นื ๆ เปน4 ดังนี้ ความยาวพนั ธะใน C-N < C-C < C -P 147 pm 154 pm 184 pm ( ความยาวพนั ธะเพ่มิ ขึน้ จากซ/ายไปขวา) → ความยาวพนั ธะใน N=O < C = O 115 pm 122 pm ความยาวพันธะใน C≡N < C≡C 116 pm 120 pm 6. ประโยชน0ของการศึกษาความยาวพันธะ ทาํ ใหท/ ราบข/อมูลเกี่ยวกับการรวมตัวของอะตอมด/วย พันธะโคออรด0 ิเนตโคเวเลนต0 ซงึ่ เป4นพันธะโคเวเลนต0ชนิดหน่ึง และทราบขอ/ มูลเกี่ยวกบั ปรากฏการณเ0 ร โซแนนซ0 NN NN HC N H-C N Nararak Leesakul Page 17

18 2.2.6 โครงสร-างของโมเลกลุ โคเวเลนต สารทีม่ ีโครงสร/างต'างกันจะมีสมบตั ติ า' งกนั ถงึ แมว/ 'าจะมีสูตรโมเลกุลเหมอื นกนั หรือไม'กต็ าม เช'น เอทานอล และเมทานอล และเมทอกซีมเี ทน ซึง่ มีสตู รโมเลกุลเป4น C2H6 เหมอื นกัน แต'มีสูตรโครงสรา/ ง ต'างกนั จงึ ทําให/สารทง้ั สองมีสมบัตติ 'างกนั ด/วย เอทานอล เมทอกซีมเี ทน สมบตั ิ สมบตั ิ - เป4นของเหลว ไม'มสี ี - เปน4 กqาซ ไม'มีสี - ละลายนาํ้ ได/ - ไมล' ะลายนา้ํ - จดุ หลอมเหลว -117 0C - จุดหลอมเหลว -138.5 0C - จุดเดือด 78.5 0C - จุดเดือด -23 0C จากตวั อย'างทั้งสองน้ีแสดงให/เหน็ ว'า โครงสร/างโมเลกุล (รปู ร'างโมเลกลุ ) มีความสัมพันธ0กับสมบตั ิ ของสาร ดังนั้นในการศึกษาสมบตั ขิ องสารจงึ จาํ เป4นต/องทราบโครงสร/างโมเลกลุ หรือรปู ร'างโมเลกลุ ของสารนั้น ด/วย รูปรา3 งโมเลกลุ โคเวลนต การจัดเรยี งอะตอมตา' ง ๆ ในโมเลกุลโคเวเลนต0มตี ําแหนง' และทิศทางทแ่ี นน' อนจึงทําใหโ/ มเลกุลโคเว เลนต0ของสารต'าง ๆ มรี ปู ร'างแตกตา' งกัน สิง่ ท่ใี ช/บอกรูปร'างโมเลกุลโคเวเลนต0 จะเปน4 อย'างไรนนั้ คือ การจัดเวเลนต0อเิ ลก็ ตรอนรอบอะตอมกลางของธาตใุ นโมเลกลุ โคเวเลนต0 นอกจากนน้ั ความยาวพันธะและมุมระหว'างพนั ธะยังสามารถใชบ/ อกรูปร'างโมเลกุลได/ด/วย ความยาวพันธะ (Bond length) คอื ระยะทางระหวา' งนวิ เคลยี สของอะตอมค'หู น่ึงที่มพี ันธะต'อ กนั มมุ ระหวา3 งพันธะ (Bond angle) คอื มมุ ที่เกิดจากอะตอมสองอะตอมทาํ กบั อะตอมกลางหรือมุม ท่ีเกิดระหวา' งพนั ธะสองพันธะ Nararak Leesakul Page 18

19 2.2.7 การทาํ นายรูปร3างโมเลกลุ โคเวเลนต โมเลกลุ โคเวเลนต0จะมรี ปู ร'างเปน4 อย'างไร พิจารณาจาก 1. จาํ นวนอเิ ลก็ ตรอนคูร' 'วมพันธะรอบอะตอมกลาง (bonding electron) 2. จํานวนอิเลก็ ตรอนคโู' ดดเดยี่ วรอบอะตอมกลาง (non bonding electron) การทาํ นายรูปรา' งโมเลกุลให/เลือกอะตอมกลาง ซงึ่ เปน4 อะตอมที่สรา/ งพนั ธะได/มากท่สี ดุ กอ' น และนบั จาํ นวนพันธะท่ีอะตอมกลางสร/างได/ และจํานวนอเิ ล็กตรอนคโู' ดดเดี่ยวรอบอะตอมกลางนัน้ แรงผลักทง้ั หมด ของค'ูอเิ ล็กตรอนทีเ่ กดิ จากการสร/างพันธะ และไม'ได/สรา/ งพนั ธะจะทําใหเ/ กดิ รปู รา' งโมเลกุลทแี่ ตกต'างกันดงั นี้ 1. รูปร3างเสน- ตรง ( Linear) โมเลกลุ BeCl2 มสี ตู รโครงสรา/ งแบบจุดและแบบเส/นดงั น้ี อะตอมกลาง Be ในโมเลกลุ BeCl2 มีเวเลนต0อเิ ล็กตรอนทั้งหมด 2 คู' และทัง้ สองคเ'ู ป4น อเิ ล็กตรอนครู' ว' มพันธะ ซ่ึงจะเกิดการผลักกนั ให/หา' งกันมากทส่ี ุด ทําให/โมเลกลุ เป4นรูปร'างเส/นตรง มีมมุ ระหวา' งพนั ธะเป4น 180 0 ดงั รปู ในโมเลกุล CO2 มีสตู รแบบจุดและแบบเส/นดังน้ี O C O 1,2 O = C = O อะตอมกลาง C ในโมเลกุล CO2 มีเวเลนตอ0 เิ ล็กตรอนทงั้ หมด 4 ค'ู และท้งั 4 คู' เปอ4 เิ ล็กต รอนคร'ู ว' มพนั ธะคู' 2 พันธะ ซึง่ จะเกิดแรงผลกั กันให/มากที่สดุ ทําให/โมเลกลุ เปน4 รูปเส/นตรง มมี ุมระหว'าง พนั ธะเปน4 180 0 ดังรูป สรปุ โมเลกลุ หรือไอออนโคเวเลนตใ0 ด ๆ ถา/ อะตอมกลางมี 2 พนั ธะ จะเป4นพนั ธะชนดิ ใดก็ได/ และไมม' ีอิเลก็ ตรอนคโู' ดดเดี่ยว โมเลกุลหรอื ไอออนนั้นจะมรี ปู ร'างเปน4 เส/นตรง 2. รูปรา3 งสามเหลยี่ มแบนราบ (Trigonal planar) ในโมเลกุล BCl3 มสี ตู รแบบจุดและแบบเสน/ ดังนี้ Cl B Cl 1,2 Cl - B - Cl Cl Cl Nararak Leesakul Page 19

20 อะตอมกลาง B ในโมเลกุล BCl3 มีเวเลนตอ0 เิ ลก็ ตรอนทั้งหมด 3 คู' และทั้ง 3 ค'เู ป4นอิเล็กตรอน ค'ูร'วมพันธะเดยี่ ว 3 พันธะ ซ่ึงเกดิ การผลักกนั ให/หา' งกันมากท่ีสดุ ทําใหโ/ มเลกุลเป4นรปู สามเหลย่ี มแบนราบ มมี มุ ระหวา' งพนั ธะเป4น 120 0 ดงั รูป สรุป โมเลกลุ หรอื ไอออนโคเวเลนต0ใด ๆ ถา/ อะตอมกลางมี 3 พนั ธะ (ไม'คํานึงถงึ ชนิดของพนั ธะ) และไม'มอี ิเลก็ ตรอนค'ูโดดเดย่ี ว โมเลกลุ หรือไอออนนน้ั จะมรี ูปรา' งเปน4 สามเหลยี่ มแบนราบ 3. รูปร3างทรงสหี่ นา- (Tetrahedral) โมเลกลุ มีเธน (CH4) มโี ครงสร/างแบบจดุ และแบบเสน/ ดงั นี้ HH HCH HCH HH อะตอมกลาง C ในโมเลกุล CH4 มเี วเลนต0อิเลก็ ตรอนทัง้ หมด 4 ค'ู และทัง้ 4 คู'เปน4 อิเลก็ ตรอนคร'ู ว' มพันธะเดี่ยว 4 พนั ธะ ซ่ึงเกิดการผลักกันให/ห'างกันมากทีส่ ดุ ทาํ ให/โมเลกุลเปน4 รูปทรงสี่หนา/ มีมุมระหวา' งพนั ธะเปน4 109.5 0 ดังรูป CH4 สรปุ โมเลกลุ หรอื ไอออนโคเวเลนต0ใด ๆ ถ/าอะตอมกลางมี 4 พันธะ (ไม'คํานงึ ถึงชนดิ ของพันธะ) และไมม' ีอิเล็กตรอนคู'โดดเดีย่ วโมเลกุลหรือไอออนน้นั จะมรี ูปร'างเป4น ทรงสห่ี น/า ข/อสงั เกต โมเลกุลฟอสฟอรัส (P4) อะตอม P มเี วเลนตอ0 เิ ล็กตรอน 5 สรา/ งพันธะเดีย่ วกับ P อะตอมอนื่ อกี 3 อะตอมเหลือ อิเลก็ ตรอนคูโ' ดดเด่ียว 1 ค'ู ผลักใหท/ ุกพนั ธะงอลง เกิดรูปรา' งเป4นทรงสห่ี นา/ ชนิดทไ่ี ม'มีอะตอมกลาง และมี มุมระหว'างพันธะ P - P - P เท'ากบั 600 ทุกมมุ ดงั รูป Nararak Leesakul Page 20

21 4. รูปร3างพีระมดิ คูฐ3 านสามเหล่ยี ม (Trigonal bipyramidal) โมเลกลุ PCl5 มีโครงสรา/ งแบบจุดและแบบเสน/ ดังน้ี Cl Cl Cl Cl Cl Cl P P Cl Cl Cl Cl อะตอมกลาง P ในโมเลกลุ PCl5 มเี วเลนต0อิเล็กตรอนทง้ั หมด 5 คู' และท้ัง 5 ค'ู เป4น อเิ ลก็ ตรอนคู'ร'วมพันธะเดยี่ ว 5 พันธะ ซึง่ เกิดการผลักกันใหห/ 'างกนั มากท่ีสุด ทาํ ใหโ/ มเลกลุ เป4นรปู พรี ะมิดคู' ฐานสามเหล่ียม มีมมุ ระหว'างพันธะเป4น 1200 และ 90 0 ดงั รปู PCl5 สรปุ โมเลกุลหรือไอออนโคเวเลนต0ใด ถา/ อะตอมกลางมี 5 พันธะ (ไมค' าํ นึงถงึ ชนิดของพนั ธะ) และไมม' ีอิเลก็ ตรอนค'โู ดดเด่ียวรูปร'างโมเลกุลหรือไอออนจะเปน4 แบบ พรี ะมดิ ค'ฐู านสามเหลี่ยม 5. รูปรา3 งทรงแปดหนา- (Octahedral) ในโมเลกลุ SF6 มโี ครงสรา/ งแบบจุดและแบบเสน/ ดงั นี้ F F F 1,2 F F F F S F F S F F F อะตอมกลาง S ในโมเลกุล SF6 มเี วเลนต0อิเล็กตรอนท้ังหมด 6 คู' และทัง้ 6 คู' เป4นอิเลก็ ตรอน คูร' 'วมพันธะเดย่ี ว 6 พนั ธะ ซง่ึ เกิดจากการผลกั กันใหห/ 'างกนั มากท่สี ุด ทําให/โมเลกุลเป4นรปู ทรงแปดหนา/ มี มุมระหวา' งพนั ธะเป4น 900 ดงั รูป Nararak Leesakul Page 21

22 SF6 สรปุ โมเลกุลหรือไอออนโคเวเลนต0ใด ๆ ถา/ อะตอมกลางมี 6 พันธะ (ไม'คํานงึ ถึงชนิดของพนั ธะ) และไมม' ีอิเล็กตรอนคู'โดดเด่ยี ว รูปรา' งโมเลกลุ หรือไอออนเป4นแบบ ทรงแปดหน/า 2.2.8 อิเล็กตรอนค3โู ดดเด่ียวกับรูปรา3 งโมเลกลุ โมเลกลุ โคเวเลนตท0 มี่ สี ูตรคล/ายกนั (คือ มีจาํ นวนอะตอมเปน4 อัตราสว' นเท'ากนั ) บางสารก็มรี ปู รา' ง แตกต'างกนั เชน' BeF2 และ BeCl2 มรี ปู ร'างโมเลกุลแตกตา' งกบั H2O และ H2S จากการพิจารณา พบวา' สิ่งทีท่ าํ ใหร/ ูปรา' งโมเลกุลของสารเหล'านี้ต'างกนั ก็คอื จาํ นวนเวเลนต0อเิ ล็กตรอนรอบอะตอมกลางใน โมเลกลุ ว'ามจี าํ นวนอิเลก็ ตรอน คู'ร'วมพนั ธะ และจํานวนอิเลก็ ตรอนค'ูโดดเดยี่ ว แตกตา' งกันอยา' งไร อิเลก็ ตรอนครู3 ว3 มพนั ธะ (Bond pair electrons) คือ อเิ ล็กตรอนคท'ู ่ีใชร/ 'วมกนั เพ่ือเกดิ พนั ธะขน้ึ อเิ ล็กตรอนคโ3ู ดดเดยี่ ว ( Lone pair electrons) คือ อเิ ล็กตรอนท่ีไม'ได/ใช/เกดิ พันธะ ตามปกติอิเลก็ ตรอนแต'ละค'จู ะออกแรงผลักกนั แรงผลักระหว'างอเิ ลก็ ตรอนแต'ละค'ูมากน/อยไม' เทา' กัน ซึ่งสามารถเขยี นแรงผลกั ระหว'างอิเล็กตรอนคตู' า' ง ๆ จากมากไปหานอ/ ยได/ดงั น้ี e คูโ' ดดเดีย่ ว กับ e ค'ูโดดเดีย่ ว > e คโ'ู ดดเดย่ี ว กับ e คู'รว' มพนั ธะ > e คร'ู ว' มพันธะกับ e ค'ูรว' มพนั ธะ การพิจารณารปู ร'างโมเลกลุ ท่ีอะตอมกลางมีจาํ นวนอิเลก็ ตรอนค'รู ว' มพนั ธะและอิเลก็ ตรอนค'โู ดดเดยี่ ว แตกต'างกันดงั นี้ ตารางสรปุ รปู รา' งโมเลกุลของสารโคเวเลนต0 รูปรา' ง ตัวอย'าง โครงสร/างทางเรขาคณิต ค'พู นั ธะ คโู' ดดเด่ียว 20 BeCl2 , HgCl2 , HCN , C2H2 , OH- Nararak Leesakul Page 22

23 BF3 , SO3 , CH2O , NO3- , InBr3 30 21 SO2 , NOBr , O3 , 40 SnCl3 , SnF2 31 22 SiCl4 , CCl4 , CH2Br2 , NH4+ , SO42- , PO43- , Nararak Leesakul BF4- , SnCl4 , PH4+ AsI3 , PCl3 , H3O+ , ClO3- , SO32- Cl2O , H2S , SO22- , NO2- , ClO2- , SeH2 , SnCl2 , SeCl2 Page 23

24 PCl5 , AsF5 , BiCl5 50 SeF4 , SF4 , TeCl4 41 ICl3 32 KrF2 , ICl2- 23 SeF6 , TeF6 , PCl6- , 60 51 SiF62- IF5 , AlF5 Nararak Leesakul Page 24

25 42 KrF4 , BrF4 (* M คอื ธาตทุ ีเ่ ป4นอะตอมกลาง X คอื ธาตทุ ่ลี /อมรอบอะตอมกลาง E คอื อิเล็กตรอนค'ูโดดเดย่ี ว) Nararak Leesakul Page 25