วันจันทร์ที่ 22 สิงหาคม พ.ศ. 2559

พันธะเคมี
          สารในธรรมชาติอาจปรากฎอยู่ในสถานะของแข็ง  ของเหลว  หรือแก๊ส  เช่น  เหล็ก  ทองแดง  เกลือแกง  น้ำตาลทราย  น้ำ  แก๊สไฮโดรเจน  สารเหล่านี้ประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กในรูปของไอออน อะตอมหรือโมเลกุลจำนวนมากอยู่รวมกันเป็นกลุ่มก้อนและแสดงสมบัติเฉพาะตัว การทำให้สารเปลี่ยนแปลงจะต้องใช้พลังงานปริมาณหนึ่งซึ่งมาหรือน้อยขึ้นอยู่กับชนิดของสาร เช่น การทำให้เหล็กหลอมเหลวต้องใช้อุณหภูมิสูงถึง  \displaystyle 1535^ \circ Cการทำให้โซเดียมคลอไรด์หรือเกลือแกงหลอมเหลวต้องใช้อุณหภูมิสูงถึง \displaystyle 801^ \circ C การสลายโมเลกุลของไฮโดรเจนให้เป็นอะตอมของไฮโดรเจนในสถานะแก๊สต้องใช้พลังงาน 436 กิโลจูลต่อโมล จากตัวอย่างดังกล่าวเป็นหลักฐานที่แสดงว่ามี<b>แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคของสาร</b>
          แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคของสารอาจเป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมในก้อนโลหะ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนในสารประกอบไอออนิกให้อยู่ร่วมกันเป็นผลึก หรือแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมของธาตุให้อยู่รวมกันเป็นโมเลกุล แรงยึดเหนี่ยวดังตัวอย่างข้างต้นนี้เรียกว่า<b>พันธะเคมี</b>
          ในบทนี้นักเรียนจะได้ศึกษาพันธะเคมีที่มีอยู่ในสารชนิดต่างๆ ศึกษาโครงสร้างหรือรูปร่างโมเลกุลของสารรวมทั้งผลของแรงยึดเหนี่ยวที่มีต่อสมบัติของสาร
2.1  พันธะไอออนิก
          การศึกษาในบทที่ 1 ทำให้ทราบว่าโลหะเป็นอะตอมที่มีขนาดใหญ่ มีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำ โลหะจึงเสียเวเลนซ์อิเล็กตรอนได้ง่าย ส่วนอโลหะเป็นอะตอมที่มีขนาดเล็ก มีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูง อโลหะจึงเสียเวเลนซ์อิเล็กตรอนได้ยากกว่าโลหะ เราจะศึกษาต่อไปว่าเมื่อโลหะทำปฏิกิริยากับอโลหะจะสร้างพันธะเคมีต่อกันอย่างไร
2.1.1 การเกิดพันธะไอออนิก
          นักวิทยาศาสตร์พบว่าแก๊สเฉื่อยสามารถอยู่เป็นอะตอมอิสระและมีเสถียรภาพสูง ธาตุหมู่นี้มีการจัดอิเล็กตรอนเป็น
\displaystyle ns^2 np^6 ซึ่งมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 ยกเว้นฮีเลียมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2 ส่วนธาตุอื่นๆ มักทำปฏิกิริยากันเกิดเป็นสารประกอบเพื่อจะปรับให้มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเป็น 8 เท่ากับเวเลนซ์อิเล็กตรอนของแก๊สเฉื่อย แสดงว่าอะตอมที่มีจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 เป็นสภาพที่เสถียรที่สุด การที่อะตอมของธาตุต่างๆ รวมกันด้วยสัดส่วนที่ทำให้อะตอมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 นี้เรียกว่า กฎออกเตต การเกิดสารประกอบระหว่างอะตอมของโลหะจะมีลักษณะการรวมตัวอย่างไรศึกษาได้จากตัวอย่างการเกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์และแคลเซียมฟลูออไรด์ต่อไปนี้

          โซเดียมมีเลขอะตอม 11  จัดอิเล็กตรอนเป็น  \displaystyle ls^2 2s^2 2p^6 3s^1ซึ่งมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1 คลอรีนมีเลขอะตอม 17 จัดอิเล็กตรอนเป็น \displaystyle ls^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5ซึ่งมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 7 การที่โซเดียมและคลอรีนจะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนครบ 8 เช่นเดียวกับแก๊สเฉื่อย โซเดียมต้องให้เวเลนซ์อิเล็กตรอน 1 อิเล็กตรอนแก่คลอรีน ทำให้โซเดียมมีโปรตอนมากกว่าอิเล็กตรอนอยู่ 1 จึงกลายเป็นโซเดียมไอออน \displaystyle (Na^+ ) ซึ่งมีการจัดอิเล็กตรอนเหมือนกับธาตุนีออนคือ \displaystyle ls^2 2s^2 2p^6ส่วนคลอรีนเมื่อรับอิเล็กตรอนแล้วจะมีจำนวนอิเล็กตรอนมากกว่าโปรตอนอยู่ 1 จึงกลายเป็นคลอไรด์ไอออน \displaystyle (Na^- ) ซึ่งมีการจัดอิเล็กตรอนเหมือนกับธาตุอาร์กอนคือ \displaystyle ls^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6  ดังนั้นเมื่อโลหะโซเดียมทำปฎิกิริยากับแก๊สคลอรีนจะเกิดการให้และรับอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมทั้งสองเกิดเป็นโซเดียมไอออนกับคลอไรด์ไอออน ไอออนทั้งสองมีประจุไฟฟ้าต่างกันจึงยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงดึงดูดระหว่างประจุไฟฟ้าเกิดเป็นพันธะไอออนิกแรงดึงดูดระหว่างโซเดียมไอออนกับคลอไรด์ไอออนเช่นนี้จะเกิดต่อเนื่องกันไปเป็นโครงผลึกขนาดใหญ่ และเรียกสารประกอบที่เกิดจากพันธะไอออนิกว่า สารประกอบไอออนิก
           การรวมตัวระหว่างธาตุแคลเซียมกับฟลูออรีนก็สามารถอธิบายได้ในทำนองเดียวกันดังนี้ แคลเซียมมีเลขอะตอม 20 จัด   อิเล็กตรอนเป็น \displaystyle ls^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2  แคลเซียมจึงให้เวเลนซ์อิเล็กตรอน  2  อิเล็กตรอนแก่ฟลูออรีนเกิดเป็นแคลเซียมไอออน  \displaystyle (Ca^{2+} )  ซึ่งมีการจัดอิเล็กตรอนเหมือนธาตุอาร์กอนคือ \displaystyle ls^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 ส่วนฟลูออรีนมีเลขอะตอม 9 จัดอิเล็กตรอนเป็น \displaystyle ls^2 2s^2 2p^5 และฟลูออรีน 1  อะตอมจะรับ  1  อิเล็กตรอนเกิดเป็นฟลูออไรด์ไอออน  \displaystyle (F^- )  ซึ่งจัดอิเล็กตรอนเหมือนกับธาตุนีออน แต่แคลเซียม 1 อะตอมให้ 2 อิเล็กตรอนจึงต้องใช้ฟลูออรีน 2 อะตอม เพื่อรับ 2 อิเล็กตรอน เกิดเป็นสารประกอบแคลเซียมฟลูออไรด์ซึ่งแสดงได้ดังต่อไปนี้

         เนื่องจากสารประกอบไอออนิกประกอบด้วยไอออนบวกและไอออนลบอยู่รวมกัน การจัดเรียงไอออนบวกและไอออนลบในสารประกอบไอออนิกแต่ละชนิดจะเหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร

2.1.2  โครงสร้างของสารประกอบไอออนิก

          สารประกอบไอออนิกที่ปรากฎอยู่ในสถานะของแข็งมีการจัดเรียงตัวของไอออนบวกและไอออนลบเกิดเป็นผลึกที่มีโครงสร้างหลากหลาย จากการศึกษาโซเดียมคลอไรด์  (NaCl)  พบว่า  \displaystyle (Na^ + )  และ  \displaystyle (Cl^ - )   จัดเรียงสลับกันไปอย่างต่อเนื่องทั้งสามมิติโดยที่  \displaystyle (Na^ + )   แต่ละไอออนจะถูกล้อมรอบด้วย \displaystyle (Cl^ - )      6  ไอออนและ  \displaystyle (Cl^ -)  แต่ละไอออนจะถูกล้อมรอบด้วย  \displaystyle (Na^ + )   6  ไอออน (ดังรูป 2.1) โซเดียมคลอไรด์จึงมีอัตราส่วนอย่างต่ำของ  \displaystyle (Na^ + )  กับ  \displaystyle (Cl^ - )  เป็น 1 : 1  สำหรับแคลเซียมฟลูออไรด์ \displaystyle (CaF_2)  พบว่า  \displaystyle Ca^{2+}  แต่ละไอออนจะถูกล้อมรอบด้วย  \displaystyle (F^- )  8  ไอออนและ  \displaystyle (F^- )   แต่ละไอออนจะถูกล้อมรอบด้วย  \displaystyle Ca^{2+}  4 ไอออน (ดังรูป 2.2 ) แคลเซียมฟลูออไรด์จึงมีอัตราส่วนอย่างต่ำของ  \displaystyle Ca^{2+}  กับ  \displaystyle (F^- )   เป็น 1 : 2  โครงสร้างสารประกอบไอออนิก ชนิดอื่นๆ ก็จะมีไอออนบวกและไอออนลบล้อมรอบซึ่งกันและกันแต่อาจมีจำนวนแตกต่างกัน จะเป็นเท่าใดขึ้นอยู่กับสัดส่วนของจำนวนประจุ ขนาดของไอออนและโครงสร้างผลึก

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น