พนั ธะเคมี
อะตอมของธาตุส่วนใหญ่ในตารางธาตุไม่สามารถอยู่อย่างอสิ ระอะตอมเดยี วได้ มเี พยี งไม่กธี่ าตุทอี่ ะตอมสามารถอยู่ได้อย่างอสิ ระโดยไม่ต้องรวมตวั กนั คุณรู้ไม้ว่าธาตุเหล่าน้ันมอี ะไรบ้าง ? และเพราะอะไร อะตอมของธาตุส่วนใหญ่จะอยู่รวมตวั กนั ซ่ึงอาจจะรวมตวั กบั อะตอมของธาตุชนิดเดยี วกนั หรือกบั ธาตุต่างชนิด เกดิ เป็ นโมเลกลุ เช่น O2, CH4, C6H12O6 (glucose) เป็ นต้น แรงดงึ ดูดระหว่างอะตอมทท่ี าให้อะตอมอยู่ด้วยกนั ในรูปของโมเลกลุ เรียกว่าพนั ธะเคมี (Chemical bond) ทาไมอะตอมต้องมกี ารฟอร์มพนั ธะกบั อะตอมตวั อ่ืน?
ประเภทของพนั ธะเคมีที่จะกล่าวถงึ ในบทนีไ้ ด้แก่ พนั ธะออิ อนิก (Ionic bond) พนั ธะโควาเลนต์ (Covalent bond) พนั ธะโลหะ (Metal bond)พนั ธะออิ อนิก (Ionic bond) : เป็ นพนั ธะทเ่ี กดิ จากแรงกระทาระหว่างอะตอม 2 อะตอมทม่ี ปี ระจุต่างกนั โดยจะเกดิ การแลกเปลยี่ นอเิ ลก็ ตรอนเกดิ ขนึ้ ทาให้เกดิ แรงดงึ ดูดทางไฟฟ้าสถติ ระหว่างประจุทตี่ ่างกนั โดย atom ทสี่ ูญเสีย e- จะกลายเป็ น ออิ อนบวก (Cation) atom ทร่ี ับ e- จะกลายเป็ น ออิ อนลบ (Anion)
เช่น NaClNa11 2s 2p 3s 3p 3d 1s 2s 2p 3s 3p 3dCl9 1sอาจกล่าวได้ว่ากลไกการเกดิ พนั ธะออิ อนิกเกดิ ผ่านปฏิกริ ิยา 2 ข้นั ตอนดังนี้1. ข้นั การแตกไอออนของ Na และการรับอเิ ลก็ ตรอนของ Cl Na. Na+ + e-..C....l . + e- .. C....l ..-
2. Nไอaอ+อน+ที่เกดิ..Cข....lนึ้ ..-มารวมกนั Na+ ..C....l..-กรณอี ื่นทส่ี ามารถเกดิ พนั ธะออิ อนิกได้เช่น การเผาแคลเซียมในบรรยากาศออกซิเจน2Ca(s) + O2(g) 2CaO การเผาลเิ ทียมในอากาศ 2Li2O4Li(s) + O2(g)
จงเขยี นสูตรอย่างง่ายของสารประกอบออิ อนิกต่อไปนี้1. Na กบั Cl 2. Mg กบั P3. Mg กบั O 4. Mg กบั N2 6. Ca2+ กบั PO43-5. Na+ กบั CO32- 8. Mg กบั Cl7. Na กบั S9. Al กบั O 10. PO43- กบั Na+
พนั ธะโควาเลนต์ (Covalent bond) : เป็ นพนั ธะท่ีเกดิ จากการใช้อเิ ลก็ ตรอนวงนอก (Valence electron) 1 คู่หรือมากกว่าร่วมกนั ระหว่างอะตอม 2อะตอมจานวนพนั ธะโคเวเลนต์ทเ่ี กดิ ขนึ้ ระหว่างอะตอมอาจคาดคะเนได้จากจานวนเวเลนต์อเิ ลก็ ตรอนของธาตุน้ัน และจานวนเวเลนต์อเิ ลก็ ตรอนที่ต้องมีเพมิ่ เพ่ือทาให้อะตอมน้ันมโี ครงสร้างอเิ ลก็ โตรนิกเหมือนแก๊สเฉ่ือย
กฎออกเตต (Octet) และกฎข้อยกเว้นจงึ ถูกนามาใช้ในการพจิ ารณาจานวนพนั ธะโคเวเลนต์กฎออกเตต : อะตอมใดๆมแี นวโน้มทจ่ี ะสร้างพนั ธะจานวนหน่ึง (1 พนั ธะหรือมากกว่า) เพ่ือทาให้อะตอมน้ันๆ มอี เิ ลก็ ตรอนวงนอก ครบ 8 เช่น F2โมเลกลุอเิ ลก็ ตรอนวงนอกทไี่ ม่ใช้ อเิ ลก็ ตรอนวงนอกที่ใช้ ...F... . . .F... ..ในการเกดิ พนั ธะร่วมกนั ..ใน.F...กา.รเกดิ พ+นั ธะร..่ว.F.ม..ก.นั
กฎข้อยกเว้น1. กรณที ่จี านวน valence e- สูงสุดไม่สามารถครบ 8 ได้ (ธาตุในหมู่ 2 และ 3)2. กรณที จ่ี านวน valence e- สูงสุดสามารถเกนิ 8 ได้ (ธาตุท่ี valence e- มีช้ัน d- orbital)3. กรณที โ่ี มเลกลุ มจี านวนอเิ ลก็ ตรอนเป็ นจานวนค่ีเช่น 1. Be4 : CHl--BS....e-C-Hl, Cl S.. Cl Cl Cl 2. S16 : Cl Cl Cl , Cl S Cl3. NO : e- = 11 , .N..=O....
ทฤษฏีโมเลกลุ าร์ออร์บติ อล1. อะตอมมกิ ออร์บิตอล คือบริเวณรอบๆนิวเคลยี สท่ีมโี อกาสพบอเิ ลก็ ตรอนมากที่สุด ซ่ึงอเิ ลก็ ตรอนเหล่าน้ันถูกแบ่งโดยระดบั ช้ันพลงั งานระดบั พลงั งานหลกั , n 1 2 3 4จานวน e- สูงสุด, 2n2 2 8 18 32ระดบั พลงั งานยอ่ ย 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4fจานวน e- สูงสุดต่อระดบั 2 26 2 6 10 2 6 10 14พลงั งานยอ่ ยการเติมในออร์บิตอล 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 1 13 13 5 135 7ออร์บิตอลต่อระดบั พลงั งานยอ่ ย
ตวั อย่าง รูปร่างของอะตอมมกิ ออร์บิตอลแบบ s และ แบบ ps orbital p orbital
2. โมเลกลุ าร์ออร์บิตอลแบบมพี นั ธะ (Bonding molecular orbital , BMO)และ โมเลกลุ าร์ออร์บิตอลแบบต้านพนั ธะ (Anti-bonding molecular orbital,BMO) การรวมกนั ของ s ออร์บิตอลแบบมีพนั ธะ หรือแบบผลบวก และแบบต้าน พนั ธะ หรือแบบผลต่าง
การรวมกนั ของ p ออร์บติ อลแบบมพี นั ธะ หรือแบบผลบวก และแบบต้านพนั ธะ หรือแบบผลต่าง สามารถรวมได้ 2 ลกั ษณะคือ1. รวมตามแนวปลาย 2. รวมตามแนวข้าง
3. ไฮบริดออร์บติ อล (Hybrid orbital) การใช้หลกั การซ้อนทบั กนั ของออร์บติ อลทมี่ ีอเิ ลก็ ตรอนเดยี่ วอยู่ พบว่าไม่สามารถใช้ได้กบั โมเลกลุ ทซี่ ับซ้อนขนึ้ เช่น 2p C6 2s พบว่าอะตอมคาร์บอนมี e- เดยี่ วใน 2p ออร์บติ อล 2 ตวั ดงั น้ันควรเกดิพนั ธะโคเวเลนต์กบั อะตอมอ่ืนได้เพยี ง 2 พนั ธะเท่าน้ัน แต่ความจริงแล้วคาร์บอนสามารถเกดิ ได้ 4 พนั ธะ โดยพจิ ารณาจากการผสมกนั ของ s และ pออร์บติ อลเข้าด้วยกนั เรียก ไฮบริดออร์บติ อล ไฮบริดออร์บติ อล จะมลี กั ษณะ สมบัติ และระดบั พลงั งานเท่ากนั ทุกประการ
เช่น คาร์บอน เกดิ การรวมกนั ของ s ออร์บติ อล 1 ออร์บิตอล และ p ออร์บติ อล3 ออร์บิตอล เกดิ เป็ น sp3 ไฮบริไดเซชัน 2p sp3 ไฮบริไดเซชันC6 2s ระดบั พลงั งานของ sp3 ไฮบริดระดบั พลงั งานของออร์บิตอลในสภาวะพืน้ (s2p2) ออร์บิตอล
เม่ือนาคาร์บอนไปฟอร์มพนั ธะกบั ไฮโดรเจน จึงได้เป็ น CH4 ทม่ี โี ครงสร้างเป็ นรูปสามเหลย่ี มด้านเท่า 4 หน้า H 4 อะตอม
4. การพจิ ารณาระดบั พลงั งานของโมเลกลุ าร์ออร์บิตอล หลกั การ : BMO จะมีพลงั งานต่ากว่า AMO ประเภทเดยี วกนั เสมอ และตา่ กว่าระดบั พลงั งานของอะตอมมกิ ออร์บติ อลทีใ่ ช้สร้างด้วย เช่น -ระดบั ช้ันพลงั งานหลกั n = 1 (1s) ss* AMO 1s 1s ss BMO
เช่น -ระดบั ช้ันพลงั งานหลกั n = 2 (2s, 2p)2p px*sz*py* AMO 2s sz 2p px py BMO AMO ss* 2s BMO ss
ยกเว้นกรณสี าหรับ O2 และ F2 ท่ี pxและ pyมรี ะดบั พลงั งานสูงกว่า szเช่น ระดบั พลงั งานโมเลกลุ าร์ออร์บิตอลและการจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอน ในโมเลกลุ ของ (ก) ไนโตรเจน และ (ข) ออกซิเจน
พนั ธะโคเวเลนต์มีข้วั (Polar covalent bond) : ลกั ษณะการเกดิ พนั ธะเหมือนกบั การเกดิ พนั ธะโคเวเลนต์โดยทั่วไป แต่ต่างกนั ตรงอะตอมทใ่ี ช้ในการเกดิ พนั ธะมคี ่า EN ทแี่ ตกต่างกนั (แตกต่างกนั ไม่เกนิ 2)ซ่ึงการทอี่ ะตอมมีค่า EN ทแี่ ตกต่างกนั ส่งผลให้อะตอมแต่ละตัวมคี วามสามารถในการดงึ ดูดอเิ ลก็ ตรอนเข้าหาตวั เองได้ดมี ากน้อยต่างกนั ส่งผลให้อเิ ลก็ ตรอนทใ่ี ช้ร่วมกนั ใช้เวลาอยู่กบั อะตอมหนึ่ง (EN สูง) นานกว่าอกีอะตอมหน่ึง (EN ตา่ )
พนั ธะโคออร์ดเิ นตโคเวเลนต์ (Coordinate covalent bond) : พนั ธะโคเวเลนต์ทเี่ กดิ ขนึ้ โดยอะตอมหนึ่งเป็ นตวั ให้คู่อเิ ลก็ ครอนเพื่อเกดิ พนั ธะซ่ึงมกั เกดิ กบั โมเลกลุ ทมี่ อี เิ ลค็ ตรอนคู่โดดเดย่ี วเหลือ และเม่ือใช้ไปแล้วก็มจี านวนอเิ ลก็ ตรอนวงนอกไม่เกนิ 8 เช่น NH3 กบั H+.. H [H H ]+ HH N + H+ N..H [H N ]H + , NH4+ H H Hจงแสดงการฟอร์มพนั ธะโคออร์ดเิ นตโคเวเลนต์ ระหว่าง NH3 กบั BCl3?
ข้อแตกต่างของพนั ธะโคเวเลนต์ กบั พนั ธะออิ อนิก พนั ธะโคเวเลนต์ พนั ธะออิ อนิก1. ใช้อเิ ลก็ ตรอนร่วมกนั 1. เกดิ การแลกเปลย่ี นอเิ ลก็ ตรอน (Elcetrons equally shared) (Electron transferred)2. อะตอมท้งั สองมคี ่า ENใกล้เคยี งกนั 2. อะตอมท้งั สองมคี ่า EN แตกต่างกนั มาก เช่น H2, Cl2, CH4 เช่น LiF, MgO
จงตอบว่าโมเลกลุ ต่อไปนีย้ ดึ กนั ด้วยพนั ธะอะไร (ionic bond, covalent bond หรือ polar covalent bond) 1. Br2 2. PCl. 3. LiCl 4. ClF 5. MgCl2
พนั ธะโลหะ : อะตอมของสารประกอบทย่ี ดึ กนั ด้วยพนั ธะโลหะ ทาให้ สารประกอบน้ัน 1. นาไฟฟ้าและความร้อนได้ดี 2. มลี กั ษณะเป็ นเงาและมคี วามวาวเมื่อถูกแสง 3. สามารถดึงเป็ นเส้น ตีเป็ นแผ่น หรือบดิ งอได้โลหะโดยทวั่ ไปจะมีจานวนเวเลนซ์อิเลก็ ตรอนนอ้ ย โดยทวั่ ไปมีเพียง 1,2 หรือ 3อิเลก็ ตรอน แต่จะมีจานวนอะตอมขา้ งเคียงเป็นจานวนมาก ทาใหจ้ านวนเวเลนซ์อิเลก็ ตรอนโดยรวมมีจานวนมากดว้ ย และดว้ ยเหตุท่ีอะตอมมีขนาดเลก็ อยตู่ ิดกนัเป็นจานวนมาก พนั ธะโคเวเลนตป์ ระจาที่ (localized covalent bond) ไม่น่าจะเกิดในโลหะ แต่น่าจะเป็นพนั ธะท่ีอิเลก็ ตรอนเคลื่อนที่ไปยงั อะตอมต่างๆ ได้
ทฤษฎที ี่นิยมนามาใช้อธิบายการเกดิ พนั ธะโลหะได้แก่ 1. ทฤษฎแี บบจาลองทะเลอเิ ลก็ ตรอน (electron sea model) และ 2. ทฤษฎแี ถบพลงั งาน (bond theory)” 1. ทฤษฎแี บบจาลองทะเลอเิ ลก็ ตรอน ทฤษฎีน้ีอาศยั พ้นื ฐานท่ีวา่ อิเลก็ ตรอนวงนอกของโลหะไม่อยคู่ งท่ีเฉพาะ กบั อะตอมใดอะตอมหน่ึง แต่จะสามารถเคลื่อนที่ไปยงั อะตอมอ่ืนๆ ได้ โดยอาจจินตนาการไดว้ า่ โลหะเป็นกลุ่มของไอออนบวกจมอยใู่ นทะเล ของอิเลก็ ตรอนวงนอกที่เคลื่อนท่ีได้
แบบจาลองทะเลอเิ ลก็ ตรอนทฤษฎนี ีส้ ามารถอธิบายการเป็ นตัวนาไฟฟ้าได้ดี เพราะอะไร ?
นอกจากน้ันเน่ืองจากอเิ ลก็ ตรอนสามารถเคล่ือนทไี่ ด้อย่างอสิ ระ ทาให้อเิ ลก็ ตรอนไม่เป็ นสมบัติของอะตอมใดอะตอมหนึ่ง พนั ธะทเ่ี กิดขนึ้ จึงเป็ นแบบทอี่ เิ ลก็ ตรอนไม่อยู่กบั ท่ี เพราะฉะน้ันระนาบของอะตอมอาจเคล่ือนท่ีบนระนาบอ่ืนได้ง่าย ทาให้โลหะสามารถหักงอได้โดยไม่แตกออกจากกนั การเคลื่อนท่ีของระนาบในผลกึ โลหะ
ในขณะทถ่ี ้าผลกึ ไอออนิกมกี ารเคลื่อนที่ จะเห็นว่าประจุเดยี วกนั อยู่ตรงกนั ซึ่งแรงผลกั ระหว่างประจุทเี่ หมือนกนั จะแรงมากจนผลกึ ไม่สามารถเสถยี รอยู่ได้การแตกหักจึงเกดิ ขนึ้ การเคลื่อนที่ของระนาบในผลกึ ไอออนิก
2. ทฤษฎแี ถบพลงั งาน (Band theory) : ทฤษฎนี ีอ้ าศัยพืน้ ฐานของทฤษฎโี มเลกลุ าร์ออร์บิตอล คือถ้ามี 2 อะตอมมกิ ออร์บติ อลรวมกนั ก็จะได้สองโมเลกลุ าร์ออร์บิตอล โดยออร์บิตอลหน่ึงมพี ลงั งานสูงเป็ นแบบต้านพนั ธะ (AMO) อกี อนั หน่ึงมพี ลงั งานตา่ เป็ นแบบมีพนั ธะ(BMO) แต่ละโมเลกลุ าร์ออร์บิตอลสามารถบรรจุอเิ ลก็ ตรอนได้ไม่เกนิ2 อเิ ลก็ ตรอนโดยมีสปิ นตรงข้ามกนั
ตวั อย่าง การบรรจุอเิ ลก็ ตรอนของโลหะลเิ ทยี มเมื่อมีอะตอมมากขนึ้ และจานวน MO มากขนึ้ ระดบั พลงั งานของ MOจะต่างกนั น้อยลง ระดบั พลงั งานทใี่ กล้ชิดกนั มากนีจ้ ะดูเสมือนเป็ นแถบต่อเน่ืองกนั จงึ เรียกว่าแถบพลงั งาน (energy band) กรณขี อง Li แถบพลงั งานได้มาจาก 2s orbital จะเรียกว่าแถบ 2s
แถบอนุญาต (allowed band) และช่องต้องห้าม (forbidden gap)
•Multiple bond (พนั ธะคู่และพนั ธะสาม)เกดิ จากการท่อี ะตอม 2 อะตอม ท่ีมาใช้อเิ ลก็ ตรอนร่วมกนั มกี ารใช้อเิ ลก็ ตรอนร่วมกนั มากกว่า 1 คู่ เช่น O2O... O...... O... O.........ออกซิเจนท้งั 2 อะตอมมีO... O...... O.. O.. อเิ ลก็ ตรอนวงนอก = 7...... .. ออกซิเจนท้งั 2 อะตอมมี .. อเิ ลก็ ตรอนวงนอก = 8จงเขยี นสูตรโครงสร้างแบบจุดของ 2. อเี ทน (C2H6) 1. แกส็ ไนโตรเจน 4. อะเซทลิ นี (C2H2) 3. เอทิลนี (C2H4)
เรโซแนนซ์ (Resonance) : หมายถงึ การใช้โครงสร้างลวิ อสิ ต้งั แต่ 2 โครงสร้างขนึ้ ไปแทนโมเลกลุ ใดโมเลกลุ หนึ่งข้อควรระวงั คือ การจะเป็ นโครงสร้างเรโซแนนซ์ได้สารต้องมีการ จดั เรียงตวั ของอะตอมเหมือนกนั ต่างเพยี งการกระจายอเิ ลก็ ตรอนใน พนั ธะเท่าน้ัน เช่น SO2 .S. O.. S.. O.. O.. O..
หลกั ในการตดั สินว่าโครงสร้างเรโซแนนซ์ แบบใด ควรเป็ นไปได้มากทส่ี ุดมีหลกั ในการตัดสินดงั นีค้ ือ 1. มปี ระจุฟอร์มาลตา่ สุด 2. อะตอมทม่ี ี En สูงกว่ามกั มปี ระจุฟอร์มาลเป็ นลบ เนื่องจากมี ความสามารถดงึ ดูดอเิ ลก็ ตรอนมากกว่า (แต่ไม่เสมอไป) 3. อะตอมชนิดเดยี วกนั จะไม่มปี ระจุฟอร์มาลทม่ี เี คร่ืองหมายตรง ข้าม (มีเคร่ืองหมายตรงข้ามได้ แต่ความน่าจะเป็ นสาหรับ โครงสร้างน้ันๆจะลดลง) 4. เป็ นไปตามกฎออกเตตมากทสี่ ุด
ประจุฟอร์มาล : มกั ใช้กบั การพจิ ารณาสารโคเวเลนต์ซ่ึงถือว่าพนั ธะท่ียดึ อะตอมเข้าด้วยกนั เป็ นผลจากการใช้เวเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนร่วมกนั แม้ว่าบางกรณสี ารโคเวเลนต์น้ันจะมปี ระจุรวมเป็ นศูนย์ แต่เม่ือพจิ ารณาเป็ นอะตอม อะตอมแต่ละตัวอาจมีประจุเป็ นศูนย์ ในขณะทบี่ างอะตอมเสมือนว่ามอี เิ ลก็ ตรอนเกนิ มา กจ็ ะมีประจุเป็ นลบ และขณะทบี่ างอะตอมอาจเสมือนว่าเสียอเิ ลก็ ตรอนไป กจ็ ะมีประจุเป็ นบวก ซ่ึงเรียกประจุเหล่านีว้ ่า ประจุฟอร์มาล (formal charge)
การคานวณประจุฟอร์มาลบนอะตอมหนึ่งๆ ทาได้ดงั นี้ ประจุฟอร์มาล = V - N - 1/2 Bเมื่อ V = จานวนเวเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนของอะตอมทส่ี นใจ N = จานวนเวเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนที่ไม่สร้างพนั ธะ (non-bonding electron) B = จานวนอเิ ลก็ ตรอนท้งั หมดในพนั ธะรอบอะตอมน้ัน
เช่น คานวณประจุฟอร์มาลของ O3O.... O.. O.... O = 6 – 4 – ½(4) = 0 O..0.. +O.1. O-..1.. O = 6 – 2 – ½(6) = +1 O = 6 – 6 – ½(2) = -1.. ..จงเขยี นโครงสร้างแบบลวิ อสิ และหาประจุฟอร์มาลของ S และ O จากSO3 และ SO32- ?
การทานายโครงสร้างของโมเลกลุ มรี ากฐานมาจากแนวคดิ ทว่ี ่าอเิ ลก็ ตรอนในวงเวเลนซ์ ซึ่งก็คืออเิ ลก็ ตรอนในช้ันพลงั งานนอกสุดมสี ่วนเกย่ี วข้องกบั การสร้างพนั ธะเคมีเท่าน้ัน ซ่ึงเมื่อมีการฟอร์มพนั ธะ อเิ ลก็ ตรอนเหล่านีจ้ ะมีการจดั เรียงตวั ให้อยู่ห่างกนั มากทส่ี ุด โดยโครงสร้างทเ่ี หมาะสมของโมเลกลุ น้ันๆจะเป็ นรูปทรงทอี่ เิ ลก็ ตรอนในโมเลกลุ ผลกั กนั น้อยทสี่ ุด เรียกทฤษฎนี ีว้ ่า ทฤษฎีการผลกั ค่อู ิเลก็ ตรอนในวงเวเลนซ์ (Valence Shell Electron PairRepulsion Theory, VSEPR)
ถ้าเขยี นสูตรโมเลกลุ แบบ AXmEnเม่ือ A = อะตอมกลาง X = อะตอมหรือหมู่อะตอมทยี่ ดึ อยู่กบั A โดยใช้พนั ธะโคเวเลนต์ E = สัญลกั ษณ์แทนคู่อเิ ลก็ ตรอนทไ่ี ม่ใช้สร้างพนั ธะ m = จานวนคู่อเิ ลก็ ตรอนทใี่ ช้สร้างพนั ธะ n = จานวนคู่อเิ ลก็ ตรอนทไ่ี ม่ใช้สร้างพนั ธะ
เช่น จงเขยี นสูตรโมเลกลุ แบบ AXmEn ของ SF4 และ ICl4-จานวนเวเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนของอะตอมกลาง SF4 ICl4-จานวนอเิ ลก็ ตรอนที่เข้าร่วมในการสร้างพนั ธะจานวนอเิ ลก็ ตรอนจากประจุ 6 7รวม 4 4คู่อเิ ลก็ ตรอนทใ่ี ช้สร้างพนั ธะ - 1คู่อเิ ลก็ ตรอนทไ่ี ม่ใช้สร้างพนั ธะ 10(5) 12(6)สูตรโมเลกลุ แบบ AXmEn 4 4 1 2 AX4E1 AX4E2SF4 F F ICl4- Cl ..I.. Cl F Cl Cl S.. F
สรุปใจความสาคญั ของทฤษฎี VSEPR1. รูปร่างของโมเลกลุ หรือไอออนทยี่ ดึ กนั ด้วยพนั ธะโคเวเลนต์ขนึ้ กบั ค่า m และ n ท้งั หมดทม่ี อี ยู่ในวงเวเลนซ์ คู่อเิ ลก็ ตรอนเหล่านีจ้ ะมีการ จดั เรียงตวั ให้อยู่ห่างกนั มากทส่ี ุด เพื่อให้เกดิ แรงผลกั กนั น้อยทส่ี ุด2. การผลกั กนั ของคู่อเิ ลก็ ตรอนจะลดลงตามลาดบั ดงั นี้ คู่โดดเดยี่ ว-คู่โดดเดย่ี ว > คู่โดดเดย่ี ว-คู่สร้างพนั ธะ > คู่สร้างพนั ธะ- คู่สร้างพนั ธะ3. สาหรับ multiple bond ให้ถือว่ามอี เิ ลก็ ตรอนท่ีร่วมสร้างพนั ธะอยู่เพยี ง กลุ่มเดยี ว4. การผลกั ของอเิ ลก็ ตรอนต่างๆ ต่ออเิ ลก็ ตรอนอื่นๆ คู่โดดเดย่ี ว > พหุพนั ธะ >คู่สร้างพนั ธะ> อเิ ลก็ ตรอนเดย่ี ว
รูปร่างโมเลกลุ และไอออนทไ่ี ม่มแี ละมอี เิ ลก็ ตรอนคู่โดดเดยี่ วโมเลกลุ ทอ่ี ะตอมกลางไม่มอี เิ ลก็ ตรอนคู่โดดเดยี่ ว1. AX2: BeCl2 180o Cl Be Clอเิ ลก็ ตรอนคู่ร่วมพนั ธะท้งั 2 คู่อยู่ทปี่ ลายด้านตรงข้ามของแนวเส้นตรงเดยี วกนั เพ่ือจะได้อยู่ห่างกนั มากทส่ี ุด
2. AX3: BF3 120o F B FFมโี ครงสร้างเป็ นรูปสามเหลยี่ มด้านเท่าแบนราบ อะตอมท้งั ส่ีอยู่บนระนาบเดยี วกนั 3. AX4: CH4 109.5o H HCH Hมโี ครงสร้างเป็ นหน้ารูปสามเหลยี่ มด้านเท่า 4 หน้า
4. AX5: PCl5 90o 120o Cl Cl P Cl Cl Clอะตอมทอี่ ยู่ด้านบนด้านบนและด้านล่างระนาบ 3 เหลย่ี มเรียกว่าอยู่ในแนวแกน(axial) ส่วนอกี 3 อะตอมทอี่ ยู่ในระนาบ 3 เหลยี่ มเรียกว่าอยู่ในแนวระนาบ(equatorial) 5. AX6: SF6 F F F SF FFมุมพนั ธะมคี ่าเท่ากบั 90o ทุกพนั ธะบนทรงแปดหน้าถือว่าเหมือนกนั เราจึงไม่สามารถใช้คาว่า แนวแกน และแนวระนาบสาหรับโครงสร้างนีไ้ ด้
โมเลกลุ ทอ่ี ะตอมกลางอเิ ลก็ ตรอนคู่โดดเดย่ี วแรงผลกั ระหว่าง : คู่โดดเดยี่ ว-คู่โดดเดย่ี ว > คู่โดดเดย่ี ว-คู่สร้างพนั ธะ > คู่สร้างพนั ธะ-คู่สร้างพนั ธะ1. AX2E: SO2 .... ...O. .. S O .. .. .. O.. S O..แรงผลกั กนั ระหว่างอเิ ลก็ ตรอนคู่โดดเดยี่ วกบั อเิ ลก็ ตรอนคู่ร่วมพนั ธะมมี ากกว่าแรงผลกัระหว่างอเิ ลก็ ตรอนคู่ร่วมพนั ธะด้วยกนั จากการทดลองพบว่ามุมระหว่างพนั ธะ OSO มีค่าน้อยกว่า 120o คือ 119.5o
2. AX3E: NH3 H N.. H .. H H NH Hอเิ ลก็ ตรอนคู่โดดเดยี่ วผลกั คู่ร่วมพนั ธะได้แรงกว่าแรงผลกั ระหว่างอเิ ลก็ ตรอนคู่ร่วมพนั ธะด้วยกนั ทาให้ N-H ท้งั 3 ถูกดนั ให้เข้าใกล้กนั มากขนึ้3. AX2E2: H2O .. .. O .. HH H O.. Hแม้ว่าการจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอนท้งั 4 คู่ของนา้ จะมรี ูปทรง 4 หน้าเช่นเดยี วกบั แอมโมเนียแต่นา้ มอี เิ ลก็ ตรอนคู่โดดเดย่ี ว 2 คู่บนอะตอมออกซิเจนซ่ึงพยายามจกั ตวั ให้อยู่ห่างกนัมากทส่ี ุดกบั อเิ ลก็ ตรอนคู่ร่วมพนั ธะ ทาให้พนั ธะ O-H ถูกดนั ให้เข้าหากนั มากกว่าพนั ธะ N-H ของแอมโมเนีย
แม้ว่าการจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอนท้งั 4 คู่ของนา้ จะมรี ูปทรง 4 หน้าเช่นเดยี วกบัแอมโมเนีย แต่นา้ มอี เิ ลก็ ตรอนคู่โดดเดย่ี ว 2 คู่บนอะตอมออกซิเจนซึ่งพยายามจดั ตวั ให้อยู่ห่างกนั มากทสี่ ุดกบั อเิ ลก็ ตรอนคู่ร่วมพนั ธะ ทาให้พนั ธะ O-H ถูกดนั ให้เข้าหากนั มากกว่า พนั ธะ N-H ของแอมโมเนีย
4. AX4E : SF4 F F F F .. F .. S F S FFทรงเหลย่ี มสี่หน้าเบีย้ ว โดยอเิ ลก็ ตรอนคู่อสิ ระเลือกทจ่ี ะอยู่ในแนวระนาบ เน่ืองจากมุมในแนวระนาบ มคี ่า 120o ซึ่งเม่ือจดั เรียงตัวแล้วเกดิ แรงผลกั กนั น้อยทส่ี ุด
รูปร่างโมเลกลุ หรือไอออนทไ่ี ม่มี และมอี เิ ลก็ ตรอนคู่อสิ ระ
โครงสร้างของโมเลกลุ ทม่ี อี ะตอมกลางมากกว่าหนึ่งอะตอม โดยทวั่ ไปแล้วเป็ นการยากทจ่ี ะระบุโครงสร้างทแ่ี น่นอนของโมเลกลุ ทมี่ ีอะตอมกลางมากกว่า 1 อะตอม เรามกั จะบอกได้แต่เพยี งรูปร่างรอบๆ แต่ละอะตอมกลาง เช่น เมทานอล (CH3OH) H Tetrahedral BentH C O H H
Search
