อะตอมและตารางธาตุ

ลำดับตอนที่ #4 : พันธะโคเวเลนต์

ลักษณะสำคัญของพันธะโคเวเลนต์

1. พันธะโคเวเลนต์ เป็นพันธะที่เกิดจากการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันของอะตอมที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูง กับอะตอมที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูงด้วยกัน
2. ธาตุที่เกิดพันธะโคเวเลนต์ได้เป็นอโลหะ เพราะอโลหะมีพลังงานไอออไนเซชัน (IE) ค่อนข้างสูง จึงเสียอิเล็กตรอนได้ยาก จึงไม่มีฝ่ายใดเสียอิเล็กตรอน แต่จะใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน

การเกิดพันธะโคเวเลนต์

การเกิดพันธะโคเวเลนต์ เกิดจากอะตอมส่งอิเล็กตรอนออกมาฝ่ายละเท่าๆกัน ใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน ให้อะตอมมีเวเลนต์อิเล็กตรอนครบ 8 (เป็นไปตามกฎออกเตต)

เช่นการเกิดโมเลกุลของคลอรีน

อะตอมของคลอรีนมีการจัดเรียงอิเล็กตรอน เป็น 2 , 8 , 7

Cl = 2 8 7 ดังนั้น คลอรีนมีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 7 จึงต้องการอิเล็กตรอนอีก 1 ตัว เพื่อให้เวเลนต์อิเล็กตรอนครบ 8 อะตอมจึงจะเสถียร

อิเล็กตรอนที่อะตอมใช้ร่วมกัน เรียกว่า อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ

อิเล็กตรอนตัวอื่นๆที่ไม่ได้ใช้ร่วมในพันธะ เรียกว่า อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว หรืออิเล็กตรอนคู่อิสระ

ชนิดของพันธะโคเวเลนต์ มี 3 ชนิด

1.พันธะเดี่ยว เกิดจากอะตอมใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่ เช่น

( H มีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 1 ต้องการอิเล็กตรอนอีก 1 ตัว ให้มีเวเลนต์อิเล็กตรอน=2 เหมือน He )

2. พันธะคู่ เกิดจากอะตอมใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกัน 2 คู่ เช่น

3. พันธะสาม เกิดจากอะตอมใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกัน 3 คู่ เช่น

การเขียนสูตรและการเรียกชื่อสารโคเวเลนต์

1. สูตรโมเลกุล โดยทั่วไปเขียนสัญลักษณ์ของธาตุที่เป็นองค์ประกอบเรียงตามลำดับของธาตุ และค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี ( เรียงลำดับก่อนหลังดังนี้ B , Si , C , P , H , S , I , Br , Cl , O และ F ) แล้วระบุจำนวนอะตอมของธาตุที่เป็นองค์ประกอบของโมเลกุล เช่น CO2 , HCl . NH3 , PCl3 , NO3 ฯลฯ
2. สูตรโครงสร้าง คือสูตรที่แสดงให้ทราบว่า 1 โมเลกุลของสารประกอบด้วยธาตุใดบ้าง อย่างละกี่อะตอม และอะตอมของธาตุเหล่านั้นมีการจัดเรียงตัวหรือเกาะเกี่ยวกันด้วยพันธะอย่างไร ซึ่งแบบเป็น 2 แบบคือ

• สูตรโครงสร้างแบบจุด คือสูตรโครงสร้างที่แสดงถึงการจัดอิเล็กตรอนวงนอกสุดให้ครบออกเตต ในสารประกอบนั้น โดยใช้จุด ( . ) แทนอิเล็กตรอน 1 ตัว
• สูตรโครงสร้างแบบเส้น คือสูตรโครงสร้างที่แสดงถึงพันธะเคมีในสารประกอบนั้นว่าพันธะใดบ้าง โดยใช้เส้น ( - ) แทนพันธะเคมี เส้น 1 เส้น แทนอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน 1 คู่

การอ่านชื่อสารโคเวเลนต์ มีวิธีการอ่านดังนี้

1. อ่านจำนวนอะตอมพร้อมชื่อธาตุแรก (ในกรณีธาตุแรกมีอะตอมเดียวไม่ต้องอ่านจำนวน )
2. อ่านจำนวนอะตอม และชื่อธาตุที่สอง ลงท้ายเป็น ไ-ด์ (ide )

เลขจำนวนอะตอมอ่านเป็นภาษากรีก คือ

1 = mono 2 = di 3 = tri 4 = tetra

5 = penta 6 = hexa 7 = hepta 8 = octa

9 = nona 10 = deca 11 = undec 12 = dodec

ตัวอย่าง

NO2 อ่านว่า ไนโตรเจนไดออกไซด์ Cl2O อ่านว่า ไดคลอรีนโมโนออกไซด์

P4O10 อ่านว่า เตตระฟอสฟอรัสเดคะออกไซด์ CCl4 อ่านว่า คาร์บอนเตตระคลอไรด์

พลังงานพันธะและความยาวพันธะ

พลังงานพันธะ หมายถึง พลังงานที่ใช้เพื่อสลายพันธะที่ยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมคู่หนึ่งๆในโมเลกุลในสถานะก๊าซ

พลังงานพันธะเฉลี่ย หมายถึง ค่าพลังงานเฉลี่ยของพลังงานสลายพันธะ ของอะตอมคู่หนึ่งๆซึ่งเฉลี่ยจากสารหลายชนิด

ความยาวพันธะ หมายถึง ระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอมคู่หนึ่งๆที่สร้างพันธะกันในโมเลกุล ความยาวพันธะระหว่างคู่เดียวกันมีค่าต่างกันได้ เมื่ออยู่ในสารประกอบต่างชนิดกัน และความยาวพันธะเป็นคิดเป็นค่าเฉลี่ย เรียกว่า ความยาวพันธะเฉลี่ย

ความสัมพันธ์ระหว่างชนิดของพันธะกับพลังงานพันธะและความยาวพันธะ

พลังงานพันธะ กับ ชนิดของพันธะ

พลังงานพันธะ = พันธะสาม > พันธะคู่ > พันธะเดี่ยว

ความยาวพันธะ กับ ชนิดของพันธะ

ความยาวพันธะ =พันธะเดี่ยว>พันธะคู่>พันธะสาม

รูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์

รูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์ขึ้นอยู่กับ ทิศทางของพันธะโคเวเลนต์ , ความยาวพันธะ , และมุมระหว่างพันธะโคเวเลนต์รอบอะตอมกลาง

ทิศทางของพันธะขึ้นอยู่กับ

- แรงผลักระหว่างพันธะรอบอะตอมกลาง เพื่อให้ห่างกันมากที่สุด

-แรงผลักของอิเล็กตรอนคู่อิสระของอะตอมกลางที่มีต่อพันธะรอบอะตอมกลางแรงนี้มีค่ามากกว่าแรงที่พันธะผลักกันเอง

รูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์ที่ควรรู้จัก

1.รูปร่างเส้นตรง(Limear) โมเลกุล BeCl2 และสูตรโครงสร้างดังนี้

อะตอมกลาง Be ในโมเลกุล BeCl2 มีอิเล็กตรอนทั้งหมด 2 ตัว และทั้ง 2 ตัวเป็นอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ ซึ่งจะผลักกันให้ห่างกันให้มากที่สุด ทำให้โมเลกุลเป็นรูปเส้นตรง มีมุมระหว่างพันธะ 180๐ ดังรูป

โมเลกุล CO2 มีสูตรโครงสร้างดังนี้

อะตอมกลาง C ในโมเลกุล CO2 มีเวเลนต์อิเล็กตรอน 4 ตัว และทั้ง 4 ตัวเป็นอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ(เกิดพันธะคู่กับอะตอม O 2 พันธะ) ทำให้เกิดแรงผลักกันระหว่างพันธะให้ห่างกันมากที่สุด ทำให้โมเลกุลเป็นรูปเส้นตรง มีมุมระหว่างพันธะ 180๐ ดังรูป

สรุป โมเลกุลของสารโคเวเลนต์ใดๆ ถ้าอะตอมกลางมี 2 พันธะ จะเป็นพันธะชนิดใดก็ได้ และอะตอมกลางไม่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว โมเลกุลจะมีรูปร่างเป็นเส้นตรง

2. รูปร่างสามเหลี่ยมแบนราบ (Trigonal planar)

โมเลกุล BCl3 มีสูตรโครงสร้าง ดังนี้

อะตอมกลาง B ในโมเลกุล BCl3 มีเวเลนต์อิเล็กตรอน 3 ตัว และเป็นอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะทั้งหมด (สร้างพันธะเดี่ยวกับอะตอม Cl 3 พันธะ) พันธะผลักกันให้ห่างกันมากที่สุด ทำให้โมเลกุลเป็นรูปสามเหลี่ยมแบนราบ มีมุมระหว่างพันธะเป็น 120๐ ดังรูป

สรุป โมเลกุลโคเวเลนต์ใดๆ ถ้าอะตอมกลางมี 3 พันธะ (ไม่คำนึงถึงชนิดของพันธะ) และอะตอมกลางไม่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว โมเลกุลจะมีรูปร่างเป็น สามเหลี่ยมแบนราบ

3. รูปร่างทรงสี่หน้า

โมเลกุลมีเธน CH4 มีสูตรโครงสร้างดังนี้

อะตอม C ในโมเลกุล CH4 มีเวเลนต์อิเล็กตรอน 4 ตัว และเป็นอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะทั้งหมด (สร้างพันธะเดี่ยวกับอะตอม H 4 พันธะ) เกิดการผลักกันระหว่างพันธะเพื่อให้ห่างกันมากที่สุด ทำให้โมเลกุลมีรูปร่างเป็นรูปทรงสี่หน้า มีมุมระหว่างพันธะเป็น 109.5๐ ดังรูป

สรุป โมเลกุลโคเวเลนต์ใดๆ ถ้าอะตอมกลางมี 4 พันธะ (โดยไม่คำนึงถึงชนิดของพันธะ) และอะตอมกลางไม่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว โมเลกุลจะมีรูปร่างเป็น ทรงสี่หน้า

4. รูปร่างพีระมิดฐานสามเหลี่ยม (Trigonal bipyramkial)

โมเลกุล PCl5 มีสูตรโครงสร้างดังนี้

อะตอมของ P ในโมเลกุล PCl5 มีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 5 สร้างพันธะเดี่ยวกับอะตอมของ Cl ทั้ง 5 ต้ว ไม่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว พันธะผลักกันให้ห่างกันมากที่สุด ทำให้โมเลกุลมีรูปร่างพีระมิดคู่ฐานสามเหลี่ยม มีมุมระหว่างพันธะเป็น 120๐ และ 90๐ ดังรูป

5. ทรงแปดหน้า (Octahedral)

โมเลกุล SF6 มีสูตรโครงสร้างดังนี้

อะตอมของ S มีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 6 อิเล็กตรอนทั้ง 6 ตัวสร้างพันธะเดี่ยวกับอะตอมของ F ทั้ง 6 ตัว (ไม่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว) อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ(พันธะ) เกิดการผลักกันให้ห่างกันมากที่สุด จึงทำให้มีรูปร่างโมเลกุลเป็นรูปทรงแปดหน้า มีมุมระหว่างพันธะ 90๐ ดังรูป

สรุป โมเลกุลโคเวเลนต์ใดๆ ถ้าอะตอมกลางมี 6 พันธะ (ไม่คำนึงถึงชนิดของพันธะ) และอะตอมกลางไม่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว รูปร่างโมเลกุลเป็น ทรงแปดหน้า