บทที่3 พันธะเคมี

บทที่ 3

พันธะเคมี

        พันธะเคมี (Chemical Bond)   หมายถึง แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม 2 อะตอม หรือไอออนเข้าไว้ด้วยกันเป็นโมเลกุลหรือเป็นกลุ่มของอะตอม  ทั้งนี้ แรงยึดเหนี่ยวจะขึ้นอยู่กับอิเล็กตรอนวงนอกของอะตอม (Valence Electron) เท่านั้น  มีการถ่ายโอนหรือการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันทำให้เกิดพันธะเคมีที่มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนให้เกิดอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะขึ้นมา ทำให้โมเลกุลที่เกิดขึ้นมีความเสถียรขึ้น

        โดยทั่วไปอะตอมของธาตุเมื่ออยู่ลำพังจะพยายามจัดตัวเอง อาจมีการรวมกับอะตอมของ ธาตุชนิดเดียวกัน หรือรวมกับอะตอมของธาตุต่างชนิดกัน เพื่อให้มีอิเล็กตรอนวงนอกสุดให้เหมือน กับแก๊สเฉื่อย  ซึ่งมีการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนในลักษณะที่มีความเสถียร กล่าวคือ  จำนวนวาเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมเท่ากับ 8 (ยกเว้น He ที่มีจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ2ที่มีความเสถียรแล้ว) ซึ่งอะตอมอาจทำได้ ดังนี้
1.  ให้อิเล็กตรอนแก่อะตอมอื่น
2.  รับอิเล็กตรอนจากอะตอมอื่น
3.  ใช้อิเล็กตรอนร่วมกับอะตอมอื่น

พันธะไอออนิก (ionic bonds)

        พันธะไอออนิก คือ พันธะที่เกิดขึ้นอันเนื่องมาจากแรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิตระหว่างไอออนบวก(cation) และไอออนลบ(anion) อันเนื่องมาจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอน จากโลหะให้แก่อโลหะ  โดยทั่วไปแล้วพันธะไอออนิกเป็นพันธะที่เกิดขึ้นระหว่างโลหะและอโลหะ ทั้งนี้เนื่องจากว่าโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชัน(ionization energy)ต่ำ แต่อโลหะมีค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน(electron affinity)สูง ดังนั้นโลหะจึงมีแนวโน้มที่จะให้อิเล็กตรอน และอโลหะมีแนวโน้มที่จะรับอิเล็กตรอน

-โลหะเสียอิเล็กตรอนก็จะกลายเป็นไอออนบวก
-อโลหะเมื่อรับอิเล็กตรอนก็จะกลายเป็นไอออนลบ

        ประจุบวกและลบที่เกิดขึ้นก่อให้เกิดแรงดึงดูดทางไฟฟ้าซึ่งกันและกันเกิดเป็นพันธะไอออนิก
ตัวอย่างของสารประกอบไอออนิก     เช่น  LiF              AICI 3            CaF 2              NaI            MgO

สมบัติของสารประกอบไอออนิก 

-ส่วนใหญ่มักเป็นสารประกอบระหว่างโลหะกับอโลหะ
-มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง
-ในสภาวะปกติจะไม่สามารถนำไฟฟ้าได้เพราะเป็นของแข็ง
-เมื่อนำไปละลายน้ำจะแตกตัวเป็นไอออน และสามารถนำไฟฟ้าได้

พันธะโคเวเลนต์ 

                 พันธะโคเวเลนต์ (Covalent Bond) เป็นพันธะที่พบมากที่สุดในโมเลกุลของสารประกอบทั่วไป เกิดจากการสร้างแรงยึดเหนี่ยวกันระหว่างอะตอม 2 อะตอม  โดยอะตอมทั้งสองมีความต้องการที่จะดึงอิเล็กตรอนไว้กับตัวเพื่อให้มีจำนวนอิเกตรอนวงนอกสุดครบ 8 ตัว เหมือนแก๊สเฉื่อย หรืออาจกล่าวได้ว่าเป็นการใช้อิเล็กตรอนวงนอกสุดร่วมกันของแต่ละอะตอมในโมเลกุล ซึ่งพันธะโคเวเลนต์นี้มักเกิดระหว่างอโลหะด้วยกันเอง ซึ่ง

แต่ละอะตอมก็ต้องการรับอิเล็กตรอนด้วยกันทั้งคู่  งเช่น  พันธะโคเวเลนต์ของคลอรีน (CI₂)

         จากรูปด้านบนเราจะเห็นว่าคลอรีนตัวแรกมีการใช้อิเล็กตรอนกันกับคลอรีนตัวที่สองอยู่ เพียง 1 คู่ เท่านั้นโดยที่แต่ละอิเล็กตรอนจะมาจากคลอรีนแต่ละตัวจึงทำให้เกิดพันธะโคเวเลนต์เพียงหนึ่งพันธะขึ้นมาอิเล็กตรอนคู่ที่อะตอมทั้งสองใช้ร่วมกันเรียกว่าอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ

ชนิดของพันธะโคเวเลนต์ที่เกิดขึ้น พบได้ 3 รูปแบบดังนี้

• การเกิดพันธะระหว่างอะตอม 2 อะตอม ทำให้มีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่เรียกพันธะที่เกิดขึ้นว่า พันธะเดียว (Single Bond) เช่น พันธะในไฮโดรเจน H – H และพันธะในไฮโดรเจนคลอไรด์ H – CI

• การเกิดพันธะระหว่างอะตอม 2 อะตอม ทำให้มีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 2 คู่  เรียกพันธะที่เกิดขึ้นว่าพันธะคู่ (Double Bond) เช่น พันธะในออกซิเจน O = O

• การเกิดพันธะระหว่างอะตอม 2 อะตอม ทำให้มีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 3 คู่  เรียกพันธะที่เกิดขึ้นว่า พันธะสาม (Triple Bond) เช่น พันธะในไนโตรเจน N  N 

สมบัติของสารประกอบโคเวเลนต์

•  ส่วนใหญ่มักเป็นสารประกอบระหว่างอโลหะกับอโลหะ

•  มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำ

•  ส่วนใหญ่ไม่ละลายในน้ำ แต่ถ้าละลายได้ก็จะไม่นำไฟฟ้า

พันธะโลหะ

 พันธะโลหะ 

หมายถึง แรงยึดเหนี่ยวที่ทำให้อะตอมของโลหะ อยู่ด้วยกันในก้อนของโลหะ โดยมีการใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกันของอะตอมของโลหะ โดยที่เวเลนต์อิเล็กตรอนนี้ไม่ได้เป็นของอะตอมหนึ่งอะตอมใดโดยเฉพาะ เนื่องจากมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลา ทุกๆอะตอมของโลหะจะอยู่ติดกันกับอะตอมอื่นๆ ต่อเนื่องกันไม่มีที่สิ้นสุด จึงทำให้โลหะไม่มีสูตรโมเลกุล ที่เขียนกันเป็นสูตรอย่างง่าย หรือสัญลักษณ์ของธาตุนั้นเอง

 

แสดงการเกิดพันธะโลหะ

สมบัติของพันธะโลหะ

•  นำความร้อนได้ดี

•  นำไฟฟ้าได้

•  รีดเป็นแผ่นได้ง่าย

•  ดึงเป็นเส้นยาว ๆ ได้โดยไม่ขาดง่าย

•  จุดหลอมเหลวสูง

•  มีความเป็นมันวาว

•  เชื่อมต่อกันได้

การที่โลหะมีพันธะโลหะจึงทำให้โลหะมีสมบัติทั่วไป ดังนี้

1. โลหะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี เพราะอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ได้ง่าย

2. โลหะมีจุดหลอมเหลวสูง เพราะเวเลนต์อิเล็กตรอนของอะตอมทั้งหมดในก้อนโลหะยึดอะตอมไว้อย่างเหนียวแน่น

3. โลหะสามารถตีแผ่เป็นแผ่นบางๆได้ เพราะมีกลุ่มเวเลนต์อิเล็กตรอนทำหน้าที่ยึดอนุภาคให้เรียงกันไม่ขาดออกจากกัน

4. โลหะมีผิวเป็นมันวาว เพราะกลุ่มอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่โดยอิสระมีปฏิกิริยาต่อแสง จึงสะท้อนแสงทำให้มองเห็นเป็นมันวาว

5. สถานะปกติเป็นของแข็ง ยกเว้น Hg เป็นของเหลว

6. โลหะนำความร้อนได้ดี เพราะอิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ได้ทุกทิศทาง

พันธะโลหะ (Metallic bonding) เป็นพันธะภายในโลหะซึ่งเกี่ยวข้องกับ การเคลื่อนย้าย อิเล็กตรอน อิสระระหว่างแลตทิซของอะตอมโลหะ ดังนั้นพันธะโลหะจึงอาจเปรียบได้กับเกลือที่หลอมเหลว อะตอมของโลหะมีอิเล็กตรอนพิเศษเฉพาะในวงโคจรชั้นนอกของมันเทียบกับคาบ (period) หรือระดับพลังงานของพวกมัน อิเล็กตรอนที่เคลื่อนย้ายเหล่านี้เปรียบได้กับทะเลอิเล็กตรอน(Sea of Electrons) ล้อมรอบแลตทิชขนาดใหญ่ของไอออนบวก

พันธะโลหะเทียบได้กับพันธะโควาเลนต์ที่เป็น นอน-โพลาร์ ที่จะไม่มีในธาตุโลหะบริสุทธ์ หรือมีน้อยมากในโลหะผสม ความแตกต่าง อิเล็กโตรเนกาทิวิตีระหว่างอะตอม ซึ่งมีส่วนในปฏิกิริยาพันธะ และอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาจะเคลื่อนย้ายข้ามระหว่างโครงสร้างผลึกของโลหะ พันธะโลหะเขียนสูตรทางเคมีไม่ได้ เพราะไม่ทราบจำนวนอะตอมที่แท้จริง อาจจะมีเป็นล้านๆ อะตอมก็ได้

พันธะโลหะเป็นแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิต (electrostatic attraction) ระหว่างอะตอม หรือ ไออนของโลหะ และ อิเล็กตรอนอิสระ(delocalised electrons) นี่คือเหตุว่าทำไมอะตอมหรือชั้นของมันยอมให้มีการเลื่อนไถลไปมาระหว่างกันและกันได้ เป็นผลให้โลหะมีคุณสมบัติที่สามารถตีเป็นแผ่นหรือดึงเป็นเส้นได้

สรุป
        พันธะเคมี หมายถึง แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม 2 อะตอม หรือไอออนเข้าไว้ด้วยกัน เป็นโมเลกุลหรือเป็นกลุ่มของอะตอม

        พันธะไอออนิกเป็นพันธะเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอม มีการให้และรับอิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอม เกิดเป็นสารประกอบไอออนิก

        พันธะโคเวเลนต์ เป็นพันธะเคมีที่มีการใช้อิเล็กตรอนวงนอกสุดร่วมกันของแต่ละอะตอมในโมเลกุล เป็นพันธะที่พบมากที่สุดในโมเลกุลของสารประกอบทั่วไป

        พันธะโลหะเป็นพันธะเคมีที่เกิดขึ้นกับโลหะที่มีสถานะเป็นของแข็งโดยอิเล็กตรอนวงนอกสุดของโลหะจะหลุดออกจากอะตอมหนึ่งๆ และเป็นอิสระได้ง่าย มีการเคลื่อนที่ไปทุกๆอะตอมของโลหะนั้น จึงทำให้โลหะนำความร้อนได้ดี นำไฟฟ้าได้ รีดเป็นแผ่นได้ง่าย และดึงเป็นเส้นยาว ๆ ได้