พันธะเคมี

พันธะเคมี จัดทำโดย นางสาวสิริธัญญ์ สุวรรณ์ดวง ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/1 เลขที่ 9 E-BOOK เล่มนี้เป็นส่วนหนึ่งของวิชาเคมีและ ออกแบบเทคโนโลยี โรงเรียนหนองพระพิทยา

คำนำ หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ เรื่อง พันธะเคมี ได้จัดทำขึ้นเพื่อใช้ประกอบการเรียน การสอนสำหรับนักเรียนตลอดจนบุคคลที่สนใจโดยผู้พัฒนาได้แบ่งเนื้อหาของ หนังสืออิเล็กทรอนิกส์นี้ไว้ได้แก่ ประวัติและความสำคัญ คุณสมบัติและอื่นๆ หวังเป็นอย่างยิ่งว่า เนื้อหาสาระของหนังสืออิเล็กทรอนิกส์เล่มนี้จะเป็น ประโยชน์และให้ความรู้แก่ผู้เรียนและผู้สนใจทั่วไป นางสาวสิริธัญญ์ สุวรรณ์ดวง ผู้จัดทำ

สารบัญ เนื้อหา หน้า พันธะโคเวเลนต์ 2 พันธะโลหะ 9 พันธะไฮโดรเจน 13 พันธะไอออนิก 19

-1- พันธะเคมี พันธะเคมี คือ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมกับอะตอม หรือไอออนกับไอออนใน โมเสกุลหรือสารประกอบ โดยเกิดจากแรงดึงดูดระหว่าง e- กับ p ในนิวเคลียส พลังงานพันธะ คือ พลังงานที่น้อยที่สุดที่ใช้เพื่อสลายพันธะระหว่าง อะตอมในโมเลกุลที่อยู่ในสกานะก๊าซออกเป็นอะตอมเดี่ยว กฎออกเตต กล่าวถึง การจัดเรียงอะตอมของธาตุต่าง ๆ ที่จะมีความเสถียร ได้ก็ต่อเมื่อมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน วงนอกสุดเท่ากับ 8 ซึ่งจะเกิดขึ้นได้จากอิเล็กตรอนของตัวมันเองหรือการใช้อิเล็กตรอนบางตัวร่วม กันกับอะตอมอื่น แต่ละอะตอมจึงมีการสร้างพันธะต่อกันขึ้นมากระทั่งเวเลนซ์ อิเล็กตรอนวงนอกสุดครบ 8

-2- พันธะโคเวเลนต์ ทฤษฎีพันธะเวเลนซ์ (valence bond theor) ทฤษฎีพันธะเวเอนซ์ปืนทฤษฎีที่ใช้อธิบายการเกิดพันธะด้วยการช้อนเหยื่อมกันขอ งออร์บิทัล อะตอม โดยทั่วไปแล้วถ้าอิเล็กตรอมมี สปินเหมือนกันเมื่อเข้าใกล้กันจะมีการผลักกันเกิดขึ้นทำให้พลังงานเพิ่มขึ้น ถ้า อิเล็กตรอนมีสปินตรงกันข้าม เมื่อเข้าใกล้กันจะมีการดึงดูดกันเกิดขึ้น ทำให้พลังงาน ลดลง กรณีของอะตอมสองอะตอมที่ อิเล็กตรอนมีสปีนตรงกันข้าม จะเห็นว่าอะตอมสามารถซ้อน ของโมเลกุลจะเหลื่อมกันได้ใน ระดับหนึ่งเท่านั้นถ้ามีการซ้อน เหลื่อมกันมากกว่านี้พลังงาน เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทำให้ โมเลกุลที่เกิดขึ้นไม่เสถียรคือ ตำแหน่งที่อะตอมทั้งสองเกิดการซ้อนเหลื่อมกัน แล้วทำให้โมกุลที่ได้มีพลังงานต่ำสุด การซ้อนเหลื่อมของออร์บิทัลจะ สอดคล้องกับความแข็งแรงของพันธะคือถ้ามีอิเล็กตรอนหนาแน่นมากใน ตำแหน่งที่ซ้อนเหลื่อม(ระหว่าง-นิวเคลียสของสองอะตอม)พันธะที่เกิดขึ้นก็จะมี ความแข็งแรง

-3- ข้อดีของทฤษฎีพันธะเวเอนซ์ คือ ใช้อธิบายการเกิดพันธะเมื่อทราบรูป ร่างโมเลกุล และยัง สามารอธิบายได้ว่าทำไมพันธะเดี่ยวมีความยาวพันธะมากกว่พันธะคู่ และ พันธะคู่มีความยาว พันธะมากกว่าพันธะสาม รวมถึงอธิบายลำดับความแข็งแรงของพันธะได้อีก ด้วย ลำตับความแข็งแรงของพันธะ พันธะสาม > พันธะคู่ > พันธะเดี่ยว ความยาวพันธะ พันธะสาม < พันธะคู่ < พันธะเดี๋ยว ในแง่ของความยาวพันธะจะเห็นว่าพันธะคู่และพันธะสามสั้นกว่าพันธะเดี่ยว เนื่องจากมีการซ้อนเหลื่อมตามแนวข้างเพื่อให้เกิดพันธะดังนั้นอะตอมจึงต้อง อยู่ชิดกันเพื่อให้สามารเหลื่อมกันได้ตามแนวข้าง ในขณะที่พันธะเดี่ยวไม่มีกร ซ้อนเหลื่อมตามแนวข้าง อย่างไรก็ดีพันธะสามสั้นกว่าพันธะคู่เนื่องจากมีการ ซ้อนเหลื่อมตามแนวข้างถึงสองแกนในขณะที่พันธะคู่มีการข้อนเหลื่อมตาม แนวข้างเพียงแกนเดียว เช่น F₂(1s₂ 2s2p⁵) แผนผังแสดงอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องในการสร้าง พันธะเป็นดังนี้

-4- ไฮบริไดเซซัน (hybridization) ไอบริไดเซซัน คือ ปรากฏการณ์ที่ออร์บิทัลในอะตอมเดียวกัน ที่มีระดับ พลังงานใกล้เคียงกันเกิดการรวมกันกิดเป็นไฮบริคออร์บิทัล (hybid obia)ซึ่ง แค่ละไอบริคออร์บิทัลจะครอบครองพื้นที่เท่กัน และอยู่ห่างกันมากที่สุดเพื่อ ทำให้พลังงานรวมของออร์บิหัลมีพลังงานน้อยที่สุด ผลที่เกิดขึ้นก็คือเกิด- ไฮบริคออร์บิทัสมีรูปร่างต่งๆกันไป และพลังงานรวมของ ไลบริคออร์บิทัลน้อยกว่าผลรวมพลังงานทั้งหมดของออร์บิทัลอะตอมก่อนการ เกิด ไฮบริไดเซซัน ประเภทของไฮบริดออร์บิทัล 1.sp-ไอบริคออร์บิทัล เกิดจากการรวมกันระหว่าง s และ p ออร์บิทัลอย่างละ หนึ่งออร์บิทัลได้ ไอบริตออร์บิทัลปีนเส้นตรง C₂H₂ : จะเห็นว่ากิดไอบริไลซชั่นระหว่าง 2s สองออร์บิทัลกับ p ออร์บิทัลหนึ่ง ออร์บิหัลได้เป็น sp- ไฮบริตออร์บิทัลมือิเล็กตรอนเดี่ยวสองตัว ตัวหนึ่งเกิด พันธะซิกมากับHและอีก ตัวเกิดพันธะซิกมากับ คาร์บอนอีกตัว ส่วน P-ออร์บีทัลกิดพันธะไพกับ คาร์บอนอะตอมอีกตัว ได้เป็นโมเลกูลเส้นตรงคังรูป

-5- 2.sp2-ไอบริดออร์บิทัล เกิดจากกรรวมกันระหว่าง S 1 ออร์บิทัลและ p 2 ออร์บิทัลได้ไอบริตออร์บิทัลปืนสามเหลี่ยมแบนราบ 3.sp3- ไฮบริดออร์บิทัล เกิดจากการรวมกันระหว่าง s 1 ออร์บิทัลและ p 3 ออร์บิทัลได้ไฮบริดออร์บิทัลป็นรูปทรงสี่หน้า ตัวอย่างของ sp3 -ไฮบริดออร์บิทัล เช่น CH₄ 4.sp3d -ไฮบริดออร์บิทัล เกิดจากการรวมกันระหว่าง s ออร์บิทัล1 ออร์บิทัล, d ออร์บิทัล1ออร์บิทัลและ p ออร์บิทัล 3 ออร์บิทัลได้ไฮบริดออร์บิทัล เป็นรูปคู่พีระมิดร่วมฐานสามเหลี่ยม (trigonal bipyramid) ตัวอย่างของ sp³ - ไฮบริดออร์บิทัล เช่น PCl₅

-6- 5.sp d3-ไฮ2บริดออร์บิทัล เกิดจากการรวมกันระหว่าง s ออร์บิทัล 1 ออร์บิทัล, d ออร์บิทัล 2 ออร์บิทัลและ p ออร์บิทัล 3 ออร์บิทัลได้ไฮบริดออร์บิทัลเป็นรูป ทรงแปดหน้า (octahedron) ตัวอย่างของ sp³d²- ไฮบริดออร์บิทัล เช่น SF₆ ทฤษฎีการผลักคู่อิเล็กตรอนในวงเวเลนซ์ (valence shell electron pair repulsion theory ; VSEPR) VSEPR ช่วยเสริมทฤษฎีพันธะเวเลนซ์ ซึ่งใช้ทำนายรูปร่างโมเลกุลโคเว เลนต์ในกรณีที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว (อิเล็กตรอนที่ไม่ได้ใช้สร้างพันธะ) เหลืออยู่ในโมเลกุล สามารถเขียนสูตรได้เป็น AXmEn เมื่อ A เป็นอะตอม กลาง X เป็นอะตอมหรือหมู่อะตอมที่ยึดอยู่กับ A โดยใช้พันธะโคเวเลนต์ E เป็นสัญลักษณ์แทน คู่อิเล็กตรอนที่ไม่ใช้สร้างพันธะ m เป็นจำนวนคู่ อิเล็กตรอนที่ใช้-สร้างพันธะ และ n เป็นจำนวนคู่อิเล็กตรอนที่ไม่ใช้สร้าง พันธะหรือ อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวรูปร่างโมเลกุลที่เกิดจากการผลักของอิเล็กตรอนคู่โดด เดี่ยวทฤษฎีนี้ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อที่จะพยายามอธิบายรูปร่างของโมเลกุลซึ่ง ทฤษฎี้นี้ได้รับการพิสูจน์มาแล้วจริงๆ โดยอาศัยเทคนิคทาง electron- diffraction

-7- สรุปรูปร่างโมเลกุลและไอออนที่ไม่มีและมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวได้ดังตาราง สรุปรูปร่างโมเลกุลและไอออนที่ไม่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว สรุปรูปร่างโมเลกุลและไอออนที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวได้ดังตาราง

-8- รูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์

-9- พันธะโลหะ โลหะ สามารถนำไฟฟ้าและความร้อนได้ดีมีลักษณะเป็นเงาและมีความวาวเมื่อ ถูกแสงนอกจากนี้ยังสามารถดึงเป็นเส้นตีเป็นแผ่นหรือบิดงอได้โดยไม่แตกหัก ซึ่งคุณสมบัติที่สำคัญเหล่านี้ก็เนื่องจากโลหะยึดกันด้วยพันธะชนิดหนึ่งนั่นก็คือ พันธะโลหะ ทฤษฎีที่ใช้อธิบายพันธะโลหะ 1. แบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน ( electron sea model ) 2. ทฤษฎีแถบพลังงาน ( band theory ) 1. แบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน ( electron sea model ) จากรูปแสดงลักษณะของพันธะโลหะ ทรงกลมสีเทาคือ ไอออนบวกของ โลหะ ทรงกลมสีแดงที่เคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลานี้ คือ อิเล็กตรอน เรามักเรียก แบบจำลองของการเกิดพันธะโลหะนี้ว่า ทะเลอิเล็กตรอนเนื่องจากในผลึกของ โลหะมีจำนวนอิเล็กตรอนมหาศาลที่ไหลไปมาได้อย่างอิสระตลอดเวลา

- 10 - ซึ่งอิเล็กตรอนเหล่านี้ทำหน้าที่คล้ายซีเมนต์ ที่ช่วยยึดไอออนของโลหะที่มี ประจุบวกให้อยู่ในตำแหน่งที่คงที่ การที่อิเล็กตรอนสามารถไหลไปมาในโลหะได้นี้ ทำให้โลหะมี คุณสมบัติเป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดี(เมื่อมีสนามไฟฟ้ากระทำ อิเล็กตรอนจะ-เคลื่อนที่เข้าหาขั้วบวก)และการที่อิเล็กตรอนทำหน้าที่คล้าย ซีเมนต์นี้ (cement effect) ทำให้โลหะแข็ง ผิวหน้าของโลหะเป็นมันวาวเนื่องจากโลหะ สามารถดูดกลืน และคายพลังงานได้ในช่วงความยาวคลื่นที่ต่อเนื่องกัน ทั้งนี้เนื่องจากอิเล็กตรอนอยู่ไม่ประจำที่และเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระจึงสามารถมี พลังงานเท่าไหร่ก็ได้ 2. ทฤษฎีแถบพลังงาน (band theory) เมื่อออร์บิทัลอะตอมสองออร์บิทัลมารวมกันจะได้ออร์บิทัลโมเลกุลสอง ชนิดคือ ออร์บิทัลโมเลกุลแบบมีพันธะ (bonding molecular orbital) และ ออร์บิทัลโมเลกุลแบบต้านพันธะ (anti-bonding molecular orbital) ดังเช่น กรณีของ Li ₂ (Li : 1s22s1) ซึ่งแสดงออร์บิทัลโมเลกุลที่ระดับ 2s เมื่อมีอะตอมมากขึ้นและจำนวนออร์บิทัลโมเลกุลมากขึ้น ระดับพลังงานจะ ใกล้ชิดกันมากขึ้นจนดูเหมือนว่าเป็นแถบต่อเนื่องกัน แถบดังกล่าวนี้ เรียกว่า แถบพลังงาน (energy band)

-1 - อิเล็กตรอนจะมีพลังงานค่าต่างๆได้ภายในแถบ หรือภายในแถบที่มีการ ซ้อนเหลื่อมกันเท่านั้น(กรณีที่ระดับพลังงานไม่ห่างกันมากแถบพลังงาน สามารถซ้อนเหลื่อมกันได้) แถบพลังงานนี้เรียกว่า แถบอนุญาต (allowed band) สำหรับช่วงที่ว่างที่ไม่มีแถบพลังงานเรียกว่า ช่องต้องห้าม (forbidden gap) เมื่อพิจารณากรณีของสารตัวนำไฟฟ้า จะเห็นว่าแถบเวเลนซ์มีลักษณะเป็น แถบที่เต็มบางส่วนซึ่งก็คือในออร์บิทัลมีทั้งส่วนที่ว่างและส่วนที่มีอิเล็กตรอน บรรจุอยู่ ซึ่งลักษณะเช่นนี้ เมื่ออิเล็กตรอนได้รับพลังงานจากสนามไฟฟ้า ก็จะสามารถเคลื่อนที่ไปอยู่ในส่วนที่ว่างของออร์บิทัลได้ทำให้โลหะนำไฟฟ้าได้ อย่างไรก็ตาม นอกจากโลหะจะมีแถบเวเลนซ์ที่มีลักษณะเป็นแถบที่เต็มบาง ส่วนแล้วยังสามารถมีแถบที่เต็มแล้วแต่สามารถเกิดการซ้อนเหลื่อม กับแถบ นำไฟฟ้า(แถบที่ว่าง)ที่มีระดับพลังงานสูงกว่าแต่ใกล้เคียงกันได้จึงทำให้โลหะ นำไฟฟ้าได้ หรือแม้แต่แถบที่เต็มบางส่วนก็สามารถซ้อนเหลื่อมกับแถบนำ ไฟฟ้าที่มีระดับพลังงานสูงกว่าแต่ใกล้เคียงกันได้ กรณีของสารกึ่งตัวนำไฟฟ้า เมื่ออิเล็กตรอนได้รับพลังงานจากสนามไฟฟ้า อิเล็กตรอนในแถบเวเลนซ์ (แถบที่เต็มแล้ว) ไม่สามารถเคลื่อนที่ไปอยู่ใน แถบนำไฟฟ้าได้เนื่องจากช่องต้องห้ามค่อนข้างกว้าง แต่อย่างไรก็ตาม ถ้า ทำการกระตุ้นอิเล็กตรอนโดยให้พลังงานที่สูงกว่าช่วงของช่องต้องห้าม เช่น ให้ ความร้อน หรือฉายแสง อิเล็กตรอนก็จะสามารถเข้ามาอยู่ในแถบนำไฟฟ้าได้ ดังนั้นจึงสามารถนำไฟฟ้าได้ โดยทั่วไปแล้วช่องต้องห้ามระหว่างแถบเวเลนซ์ และแถบนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำมักจะไม่กว้างนักและโลหะกึ่งตัวนำมักจะเป็น ตัวนำที่ดีเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น

- 12 - กรณีของ ฉนวน คล้ายๆกับกรณีของสารกึ่งตัวนำแต่ต่างกันตรงที่ว่าช่วง ว่างต้องห้ามมีความกว้างมากดังนั้นไม่ว่าจะให้พลังงานไฟฟ้า ความร้อนหรือ แสง แก่อิเล็กตรอน อิเล็กตรอนก็ยังสามารถเข้ามาอยู่ในแถบตัวนำไฟฟ้าได้ ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติเป็นฉนวน

พันธะไฮโดรเจน - 13 - พันธะไฮโดรเจน คือ พันธะที่เกิดขึ้นอันเนื่องมาจากแรงดึงดูดระหว่าง โมเลกุลสองโมเลกุล ซึ่งแต่ละโมเลกุลนั้นประกอบด้วยอะตอมของไฮโดรเจน สร้างพันธะโคเวเลนต์กับอะตอมของธาตุที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี (en) สูงมากๆ เช่น F, O และ N ซึ่งมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีประมาณ 3.98, 3.44 และ 3.04 ตามลำดับ

- 14 - เช่น การเกิดพันธะไฮโดรเจนระหว่างอะตอม ไฮโดรเจน และ ออกซิเจน แสดงได้ดังรูป โครงสร้างของน้ำที่เป็นของเหลวเกิดจากโมเลกุลของน้ำหลายๆโมเลกุลยึดกัน ด้วยพันธะไฮโดรเจน แต่ว่ายังไม่ค่อยเป็นระเบียบนักเนื่องจากโครงสร้างของ น้ำมีส่วนหนึ่งดึงดูดกันอยู่ด้วยแรงขั้วคู่-ขั้วคู่ และ การสร้างและสลายพันธะ ไฮโดรเจนตลอดเวลา โครงสร้างของน้ำ (ของเหลว) แสดงได้ดังรูป

- 15 - เแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลทั้ง 3 โมเลกุล ชนิดนี้พันธะไฮโดรเจน เป็นแรงยึดเหนี่ยวที่แข็งแรงที่สุดขณะที่แรงลอนดอนจัดเป็นแรงยึดเหนี่ยวที่ แข็งแรงน้อยที่สุดชนิดนี้พันธะไฮโดรเจนเป็นแรงยึดเหนี่ยวที่แข็งแรงที่สุด ขณะที่แรงลอนดอนจัดเป็นแรงยึดเหนี่ยวที่แข็งแรงน้อยที่สุดและทั้ง 3 แรงนี้ แข็งแรงน้อยกว่าพันธะโคเวเลนต์พันธะไอออนิกและพันธะโลหะมาก ในกรณีของ น้ำแข็ง โมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลสร้างพันธะไฮโดรเจน กับโมเลกุลอื่นๆอีก 4 โมเลกุลเช่นเดียวกัน แต่มีความเป็นระเบียบมากกว่า โดยระยะห่างระหว่างออกซิเจนของโมเลกุลของตัวมันเองกับโมเลกุลใกล้เคียงมี ค่าประมาณ 2.76 อังสตรอม (Ao) ผลึกของน้ำแข็งมีได้หลายรูป แต่รูปที่พบ ในธรรมชาติ คือ hexagonal เพื่อความเข้าใจมากขึ้นขออธิบายพันธะไฮโดรเจนผ่านกระบวนการการเกิด เป็นน้ำแข็งของน้ำ ซึ่งจะช่วยให้แยกแยะระหว่างพันธะโคเวเลนต์กับ พันธะไฮโดรเจนได้เป็นอย่างดี

- 16 - ไฮโดรเจน 2 อะตอม ออกซิเจน 1 อะตอม น้ำ 1 โมเลกุลประกอบด้วย ออกซิเจนซึ่งมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 6 ดังนั้นเมื่อใช้อิเล็กตรอนไป 2 ตัวเพื่อเกิดพันธะโคเวเลนต์กับ H สองอะตอม (อะตอมละ 1 อิเล็กตรอน) จึงเหลือ 4 อิเล็กตรอนหรือมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว 2 คู่ ดังรูป การเกิดพันธะไฮโดรเจนในกรณีนี้เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างอะตอมของ H ซึ่งมีประจุบวก กับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวซึ่งมีประจุลบ ดังนั้นน้ำแข็งจึงเกิดจากโมเลกุลของน้ำหลายๆโมเลกุลเชื่อมกัน หรืออาจกล่าว ได้ว่าอะตอมของ O เชื่อมกันโดยอาศัยพันธะโคเวเลนต์และพันธะไฮโดรเจน ร่วมกัน โดย 1 อะตอมของออกซิเจนจะเชื่อมกับอีก 4 อะตอมของออกซิเจน ดังรูป

- 17 - มองจากด้านบน (top view) มองจากด้านหน้า (front view) เพื่อที่จะสามารถมองและเข้าใจเกี่ยวกับพันธะไฮโดรเจนได้กว้างขึ้น เป็นที่รู้กัน ว่าโครงสร้างของ DNA ประกอบด้วยสามส่วนที่สำคัญ คือ หมู่ฟอสเฟต น้ำตาล และ เบส ซึ่ง เบส ที่พบใน DNA มี 4 ชนิด คือ Adenine(A), Thymine(T), Guanine(G), Cytosine(C) ต่อกันเป็นสายยาวแบบเกลียวคู่ (double helix) โดยเบสที่เข้าคู่จะมีความจำเพาะ นั่นคือโดยทั่วไปแล้ว เบส A จะเข้าคู่กับ T และ C จะเข้าคู่กับ G

- 18 - การที่ เบส A เข้าคู่กับ เบส T และเบส C เข้าคู่กับเบส G ทำให้รูปร่างของคู่ เบสในสามมิติ คล้ายคลึงกันมาก ทำให้ DNA มีรูปร่างเป็นเกลียวคู่สม่ำเสมอมากที เดียว จากรูปเป็นการจับคู่เบสตามแนวคิดของ Watson-Crick ซึ่งได้รับการพิสูจน์ แล้วว่าเป็นจริง เมื่อพิจารณาการเกิดพันธะไฮโดรเจนจะเห็นว่า Adenine สามารถ สร้างพันธะไฮโดรเจนกับ Thymine ได้ สองพันธะ และ Cytosine สามารถสร้าง พันธะไฮโดรเจนกับ Guanine ได้ สาม พันธะพอดี ซึ่งพันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นถึง แม้จะมีความแข็งแรงน้อยกว่า พันธะโคเวเลนต์ แต่อย่างไรก็ตามในโมเลกุลของ DNA มีจำนวนพันธะไฮโดรเจนเกิดขึ้นมากมาย ดังนั้นจึงเสริมแรงกันและ ทำให้ โมเลกุลของ DNA ที่เป็น double helix มีความเสถียร นอกจากนี้ถ้าเปรียบเทียบ ความแข็งแรงของแรงยึดเหนี่ยวระหว่าง คู่เบส A-T และ C-G จะเห็นว่า C-G มี ความแข็งแรงมากกว่าเพราะมีพันธะไฮโดรเจนมากกว่า (เบส C สร้างพันธะ ไฮโดรเจนกับ G สามพันธะ ในขณะที่ เบส A สร้างพันธะไฮโดรเจนกับ T สอง พันธะ

พันธะไอออนิก - 19 - พันธะไอออนิก (Ionic Compounds) เป็น พันธะเคมี ชนิดหนึ่ง เกิดจากที่ อะตอม หรือกลุ่มของอะตอมสร้างพันธะ กันโดยที่อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมให้ อิเล็กตรอน กับอะตอมหรือกลุ่มของ อะตอม ทำให้กลายเป็นประจุบวกในขณะที่อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่ได้รับ อิเล็กตรอนนั้นกลายเป็นประจุลบ เนื่องจากทั้งสองกลุ่มมี ประจุตรงกันข้ามกัน จะดึงดูดกันทำให้เกิดพันธะไอออนโดยทั่วไปพันธะชนิดนี้มักเกิดขึ้นระหว่าง โลหะ กับ อโลหะ โดยอะตอมที่ให้อิเล็กตรอนมักเป็น โลหะ ทำให้โลหะนั้นมี ประจุบวก และอะตอมที่รับอิเล็กตรอนมักเป็น อโลหะ จึงมีประจุลบไอออนที่มี พันธะ ไอออนิกจะมีความแข็งแรงมากกว่า พันธะไฮโดรเจน แต่แข็งแรงพอ ๆ กับ พันธะ-โคเวเลนต์

- 20 - เมื่อโลหะเสียอิเล็กตรอนก็กลายเป็นไอออนบวก อโลหะเมื่อรับอิเล็กตรอนก็จะกลายเป็นไอออนลบ การเกิดพันธะไอออนิก เกิดระหว่างโลหะกับอโลหะ ยกเว้น Be กับ B โดยโลหะจ่ายอิเล็กตรอนออกไปกลายเป็นประจุบวกอโลหะรับอิเล็กตรอนเข้า มากลายเป็นประจุกลบ ประจุบวกและประจุลบที่เกิดขึ้นจะส่งแรงจึงจุดกัน เรียกว่า พันธะไอออนิก

- 21 - โครงสร้างของสารประกอบไอออนิก ผลึกสารประกอบไอออนิกมีรูปทรงเป็นรูปลูกบาศก์ประกอบด้วยไอออนบวกและ ไอออนลบ เรียงสลับกันเป็นสามมิติแบบต่างๆ ไม่สามารถแยกเป็นโมเลกุลเดี่ยว ๆ ได้ ดังนั้นจึงไม่สามารถทราบขอบเขตของไอออนของธาตุต่าง ๆ ใน 1 โมเลกุลได้ แต่ สามารถหาออกมาได้ในรูปอัตราส่วนอย่างต่างของไอออนที่เป็นองค์ประกอบเท่านั้น จึงมีแต่สูตรอย่างง่าย(สูตรเอมพิริคัล) ไม่มีสูตรโมเลกุล จึงใช้สูตร อย่างง่ายแทนสูตรเคมีของสารประกอบไอออนิก 1. ผลึกโซเดียมคลอไรด์ พบว่า ในผลึกโซเดียมคลอไรด์ มีโซเดียมไอออน สลับกันกับคลอไรด์ไอออนเป็นแถว ๆ ทั้งสามมิติ มีลักษณะคล้ายตาข่าย โดยที่แต่ละไอออน จะมีไอออนต่างชนิดล้อมรอบอยู่ 6 ไออออน ดังรูป ดังนั้น อัตราส่วนระหว่างไอออนบวก : ไอออนลบเท่ากับ 6 : 6 หรือ 1 : 1 สูตรอย่างง่ายจึงเป็น NaCl

- 22 - 2. ผลึกซีเซียมคลอไรด์ แต่ละไอออนจะมีไอออนต่างชนิดล้อมรอบอยู่ 8 ไอออน ดังรูป ดังนั้น อัตราส่วนระหว่างไอออนบวก : ไอออนลบเท่ากับ 8 : 8 หรือ 1 : 1 สูตรอย่างง่ายจึงเป็น CsCl

- 23 - การเขียนสูตรสารประกอบไอออนิก การเรียกชื่อสารประกอบไอออนิกมีหลักเกณฑ์ดังนี้ 1. สารประกอบธาตุคู่(Binary compound) ถ้าสารประกอบเกิดจาก ธาตุ โลหะที่มีไอออนได้ชนิดเดียวรวมตัวกับอโลหะ ให้อ่านชื่อโลหะที่เป็นไอออน บวก แล้วตามด้วยชื่ออโลหะที่เป็นไอออนลบโดยลงเสียงพยางค์ท้ายด้วย ไอด์ (ide) เช่น ออกซิเจน เปลี่ยนเป็น ออกไซด์ (oxide) โฮโดรเจน เปลี่ยนเป็น ไฮไดรด์ (hydride) คลอรีน เปลี่ยนเป็น คลอไรด์ (chloride) ตัวอย่าง การอ่านชื่อสารประกอบไอออนิกธาตุคู่ NaCl อ่านว่า โซเดียมคลอไรด์ CaI ₂ อ่านว่า แคลเซียมไอโอไดด์ KBr อ่านว่า โพแทสเซียมโบรไมด์ NH ₄Cl อ่านว่า แอมโมเนียมคลอไรด์

- 24 - ถ้าสารประกอบที่เกิดจากธาตุโลหะเดียวกันที่มีไอออนได้หลายชนิด รวมตัวกับอโลหะ ให้อ่านชื่อโลหะที่เป็นไอออนบวกแล้วตามด้วยค่าประจุของ ไอออนโลหะโดยวงเล็บเป็นเลขโรมัน แล้วตามด้วยอโลหะที่เป็นไอออนลบ โดยเปลี่ยนเสียงพยางค์ท้ายเป็นไอด์ (ide) เช่น Fe เกิดไอออนได้ 2 ชนิด คือ Fe2+และ Fe3+ FeCl₂ อ่านว่า ไอร์ออน (II) คลอไรด์ FeCl₃ อ่านว่า ไอร์ออน (III) คลอไรด์ Cu เกิดไอออนได้ 2 ชนิด คือ Cu+และ Cu2+ Cu ₂S อ่านว่า คอปเปอร์ (I) ซัลไฟด์ CuS อ่านว่า คอปเปอร์ (II) ซัลไฟด์ 2. สารประกอบธาตุสามหรือมากกว่าถ้าสารประกอบเกิดจากไอออนบวกของ โลหะ หรือกลุ่มไอออนบวกรวมตัวกับ กลุ่มไอออนลบ ให้อ่านชื่อไอออนบวก ของโลหะ (โลหะนั้นเกิดไอออนบวกได้ชนิดเดียว) หรือกลุ่มไอออนบวก แล้ว ตามด้วยชื่อกลุ่มไอออนลบ เช่น Na₂SO₄ อ่านว่า โซเดียมซัลเฟต CaCO₃ อ่านว่า แคลเซียมคาร์บอเนต KNO₃ อ่านว่า โพแทสเซียมไนเตรต Ba(OH)₂อ่านว่า แบเรียมไฮดรอกไซด์ (NH ₄) ₃PO₄ อ่านว่า แอมโมเนียมฟอสเฟต

- 25 - ถ้าสารประกอบเกิดจากโลหะที่เกิดไอออนได้หลายชนิดรวมตัวกับกลุ่มไอออน ลบ ให้อ่านชื่อไอออนบวกของโลหะแล้ววงเล็บค่าประจุของไอออนบวกนั้น แล้ว จึงอ่านชื่อกลุ่มไอออนลบตามหลัง เช่น Cr เกิดไอออนได้ 2 ชนิด คือ Cr2+กับ Cr3+ CrSO ₄ อ่านว่า โครเมียม (II) ซัลเฟต Cr ₂(SO ₄) ₃ อ่านว่า โครเมียม (III) ซัลเฟต Hg เกิดไอออนได้ 2 ชนิดคือ Hg22+(Hg+) และ Hg2+ Hg ₂(NO₃) ₂อ่านว่า เมอคิวรี (I) ไนเตรต Hg(NO₃) ₂ อ่านว่า เมอคิวรี (II) ไนเตรต สมบัติสารประกอบไอออนิก 1.เมื่อเป็นของแข็งสามารถนำไฟฟ้าได้น้อยมากแต่การนำไฟฟ้าจะดีขึ้นเมื่อ หลอมเหลวหรือเมื่อเป็นสารละลาย เนื่องจากในสถานะของแข็งไอออนต่างๆ ซึ่งมีประจุไฟฟ้าจะถูกยึดเหนี่ยวกันอย่างเหนียวแน่นแต่เมื่อนำไปหลอมเหลว หรือนำไปละลายน้ำ โครงผลึกจะหลุดออกเสียสภาพไปทำให้ไอออนสามารถ เคลื่อนที่ไปมาได้ สารประกอบไอออนิกจึงสามารถนำไฟฟ้าได้

- 26 - 2.มีลักษณะแข็งแต่เปราะส่วนใหญ่เป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง มีจุดหลอมเหลวสูง (มากกว่า 400 องศา ) เนื่องจากพันธะไอออนิกเกิดจากแรงยึดเหนี่ยวของ ประจุไฟฟ้าซึ่งมีความแข็งแรงสูง ยากต่อการทำให้แยกออกจากกัน อีกทั้งยัง มีลักษณะการยึดเหนี่ยวที่ต่อเนื่องกันผลึก การที่จะทำให้สารประกอบไอออนิ กเปลี่ยนสถานะจึงต้องอาศัยพลังงานจำนวนมากในการทำลายแรงยึดเหนี่ยว ดังนั้นสารประกอบไอออนิกจึงมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดที่สูงกว่าสารประ กอบโคเวเลนต์ 3.สารประกอบไอออนิกส่วนใหญ่ละลายได้ดีในน้ำ ได้แก่ เกลือไนเทรต ของ โซเดียม โพแทสเซียม และแอมโมเนียม และเกลือคลอไรด์ ส่วนใหญ่ ละลายน้ำได้ดี ยกเว้น AgCl, PbCl ₂, Hg ₂Cl ₂ เกลือของซัลเฟต ส่วนใหญ่ละลายน้ำได้ ยกเว้น BaSO₄ , PbSO₄ , CaSO₄ 4.สารละลายของสารประกอบไอออนิกแสดงสมบัติความเป็นกรด-เบส ต่าง กันสารละลายของสารประกอบคลอไรด์มีสมบัติเป็นกลางและสารละลายของ สารประกอบออกไซด์มีสมบัติเป็นเบส