พันธะเคม ี - Kasetsart Universitypirun.ku.ac.th/~faasptt/Files/GChem/GC-02Bonding_59.pdfพ นธะระหว างไอออนบวก (EN ต า) และ

1

www.pirun.ku.ac.th/~faasptt

พนธะเคม

ป

1

ปต ตรสกลโครงการจดตงสายวชาเคม

คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttหวขอหวขอ

พนธะเคมชนดตาง ๆ 15

•การเกดพนธะเคมประเภทตาง ๆ

•พลงงานพนธะและความรอนของการเกดปฏกรยา 8

•ความยาวและมมพนธะ สภาพขวของพนธะ 7

แบบจาลองของลวอส (Lewis Structure) 10

•ทฤษฎ VSEPR และรปรางโมเลกล 15

ทฤษฎออรบทลเชงโมเลกล (Molecular Orbital Theory) 5

•แผนผงระดบพลงงานของออรบทลเชงโมเลกล 10

คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 3

•แผนผงระดบพลงงานของออรบทลเชงโมเลกล 10

ทฤษฎพนธะวาเลนซ (Valence Bond Theory) 5

•ไฮบรดออรบทลกบการเกดพนธะ 10

แรงระหวางโมเลกล 10

2

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttอะตอมอะตอม--โมเลกลโมเลกล

อะตอม: อนภาคพนฐานประกอบดวยนวเคลยสและอเลกตรอนโมเลกล: อะตอมหรอกลมอะตอมซงยดเหนยวกนดวยพนธะเคมเสถยรและเปนอนภาคทเลกทสดทยงคงลกษณะทางกายภาพและเคมเสถยรและเปนอนภาคทเลกทสดทยงคงลกษณะทางกายภาพและเคมของสสาร

สสาร

H2O CH3OH

O2Ar


H2O(l)

นาครงแกว 180 ml (10 โมล) เทากบ H2O ≈6 ลานลานลานลาน โมเลกล

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttพนธะเคมพนธะเคม

พนธะเคม คอแรงดงดดทยดอะตอมเขาดวยกนในโมเลกล

ไฟฟ ใ• พนธะเคมเกดจากแรงดงดดทางไฟฟาระหวางอะตอมในโมเลกลเกดเนองจากประจในอะตอมหรอไอออน


อะตอม อะตอมมขว ไอออนบวก ไอออนลบ

3

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttชนดของพนธะเคมชนดของพนธะเคม

พนธะไอออนกพนธะระหวางไอออนบวก (EN ตา) และไ ( )

-1+1

ไอออนลบ (EN สง)

พนธะโควาเลนตพนธะระหวางอะตอมทม EN สงมการใชอเลกตรอนรวมกน

IE ตา EA สง


พนธะโลหะพนธะระหวางอะตอมโลหะ( EN ตา)อเลกตรอนเคลอนทไดอยางอสระ



4

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttพนธะไอออนก พนธะไอออนก ((Ionic BondIonic Bond))

พนธะไอออนก เปนพนธะทเกดขนระหวางธาตทมคา EN ตางกนมาก ทาใหเกดแรงดงดดทางไฟฟาระหวางไอออนบวกและไอออนลบบวกและไอออนลบ• อะตอม EN ตา: ใหอเลกตรอน → ไอออนบวก (โลหะ)• อะตอม EN สง: รบอเลกตรอน → ไอออนลบ (อโลหะ)M+ (g) + X- (g) → MX(s) + lattice energy


www.pirun.ku.ac.th/~faaspttพนธะโควาเลนต พนธะโควาเลนต ((Covalent BondCovalent Bond))

พนธะโควาเลนต คอแรงยดเหนยวระหวางธาตทมคา EN มาก อะตอมคทเกดพนธะจะใชวาเลนซอเลกตรอนรวมกนเพอใหมจานวนวาเลนซอเลกตรอนครบ 8รวมกนเพอใหมจานวนวาเลนซอเลกตรอนครบ 8• อะตอม EN สง: ไมมอะตอมใดยอมเสยอเลกตรอน

+ +

--

---


+ +-

-

--

-

การใชอเลกตรอนรวมกนจะทาใหเปนไปตามกฏออกเตท

5

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttพนธะโลหะ พนธะโลหะ ((Metallic BondMetallic Bond))

พนธะโลหะ คอแรงทยดอะตอมโลหะไวดวยกนในผลก (ระหวางอะตอมทมคา EN ตา)

โ ไ • วาเลนซอเลกตรอนของโลหะเคลอนทไดอยางอสระ และจะดงดดนวเคลยสของอะตอมตาง ๆ เขาดวยกน

- -

+- -+- -

-

+-

-+-

-+ --

+- -- -

--

--

--

--

--

-

-- Sea of

Electronsอเลกตรอนอสระ


+- -

+- -

+ -+- -

+- -+-

-

+ -+- -

+ -+--

+- -+--

--

--

- -

-

-

-

--

-

-

-- -

-

เวเลนซอเลกตรอนมาก พนธะแขงแรงมาก

อเลกตรอนอสระ (วาเลนซอเลกตรอน)

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttพนธะในโมเลกลพนธะในโมเลกล

แบบจาลองโมเลกล (ลกบอลแทนอะตอม ทอแทนพนธะ)

ส ( ป )

การเกดปฏกรยาเคม คอการทาลายพนธะเดมและสรางพนธะใหม เพอใหเกดสารชนดใหม


• สรางพนธะ คายพลงงาน (พลงงานมคาเปนลบ)• ทาลายพนธะ ดดพลงงาน (พลงงานมคาเปนบวก)

6

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttพลงงานพนธะพลงงานพนธะ

พลงงานพนธะ (Dissociation Energy; D) คอ พลงงานทใชในการสลายพนธะเคมแตละพนธะในโมเลกล (มคาบวก) • พนธะแขงแรงมาก พลงงานพนธะมคาสง• พนธะแขงแรงมาก พลงงานพนธะมคาสง• พนธะชนดเดยวกนในโมเลกลตางชนดกน มคาไมเทากน

CH4 → CH3 + H D(C-H)CH4= 436 kJ/mol

CH3 → CH2 + H D(C-H)CH3= 368 kJ/mol

พลงงานพนธะเฉลย เปนคาเฉลย


ของพลงงานพนธะแบบเดยวกนในโมเลกลตาง ๆ (เปนคาโดยประมาณ)

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttความรอนของปฏกรยา ความรอนของปฏกรยา ((Heat of Reaction)Heat of Reaction)ความรอนของปฏกรยา (ΔHrxn) คอพลงงานทเกยวของกบการสรางและ

ทาลายพนธะเพอใหเกดการเปลยนแปลงในปฏกรยาเคม

+

• ทาลายพนธะ ดดความรอน (เปนบวก) +ΣDreactant

• สรางพนธะ คายความรอน (เปนลบ) –ΣDproduct

ΔHrxn เทากบผลรวมของพลงงานทาลายและสรางพนธะในปฏกรยาหาไดจากคาพลงงานพนธะเฉลย

+


∑∑ −=Δproductsreactants

DDHrxn

หาไดจากคาพลงงานพนธะเฉลย

บวก: ดดความรอน ลบ: คายความรอน

7


CH4(g) + Cl2 (g) → CH3Cl (g) + HCl(g) ΔHrxn= ?

ตวอยาง ตวอยาง ความรอนของปฏกรยาความรอนของปฏกรยา

พลงงานพนธะเฉลย

สลาย สราง


ΔHrxn = 4D(C-H) + D(Cl-Cl)─[D(C-Cl) + 3D(C-H) + D(Cl-H)]

= [(4×414 + 243) ─ (339 + 3×414 + 431)] kJ/mol

= –104 kJ (คายความรอน)

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttความยาวพนธะ ความยาวพนธะ (Bond Length) (Bond Length)

ความยาวพนธะ คอระยะหางระหวางอะตอมคทสรางพนธะ โดยเปนตาแหนงทอะตอมทงสองดงดดกนไดดทสดและเสถยรทสดความยาวของพนธะโควาเลนตสมพนธกบพลงงานพนธะ ความยาวของพนธะโควาเลนตสมพนธกบพลงงานพนธะ

•ความยาวพนธะ เดยว > พนธะค > พนธะสาม•พลงงานพนธะ เดยว < พนธะค < พนธะสาม(เมอเปรยบเทยบระหวางอะตอมคเดยวกน)

Type Bond Bond

15

Type Bond Length

Bond Energy

C–C 154 347C=C 134 611C ≡C 120 837O=O 121 498

8

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttมมพนธะ มมพนธะ ((Bond AngleBond Angle))

มมพนธะ คอมมทเกดขน เมอลากเสนผานพนธะ 2 พนธะมาตดทนวเคลยสของอะตอมกลาง• สามารถใชมมพนธะอธบายสมบตอเลกทรอนกสของโมเลกลได• สามารถใชมมพนธะอธบายสมบตอเลกทรอนกสของโมเลกลได• โมเลกลทมสตรเคมคลายกน มมพนธะอาจไมเทากน


120°

106°90°

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttสภาพขวของพนธะ สภาพขวของพนธะ (Bond Polarity)(Bond Polarity)

สภาพขวของพนธะ คอการอธบายทศทางการกระจายตวของอเลกตรอนทใชในการสรางพนธะระหวางอะตอมในแนวพนธะ

• ถาอะตอมทสรางพนธะมคา EN ตางกน การกระจายตวของ• ถาอะตอมทสรางพนธะมคา EN ตางกน การกระจายตวของอเลกตรอนในบรเวณระหวางอะตอมทงสองจะไมสมาเสมอ

ขวบวก (δ+) มความหนาแนนอเลกตรอนนอยกวาปกตขวลบ (δ–) มความหนาแนนอเลกตรอนมากกวาปกต

พนธะโควาเลนตแบบมขวและไมมขว


พนธะโควาเลนตแบบมขว พนธะโควาเลนตแบบไมมขว

δ+ δ–

EN(H) < EN(Br)

9

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttสภาพขวของโมเลกลสภาพขวของโมเลกล

สภาพขวของโมเลกล เกดจากการกระจายอเลกตรอนในโมเลกลแบบไมสมมาตร เนองจาก• ความแตกตางของ EN ของอะตอม

δ +δ -δ -

• ความไมสมมาตรของโมเลกลสภาพขวของโมเลกลหาไดโดยการรวมสภาพขวของพนธะทกพนธะแบบเวคเตอร


δ -

δ +

δ +

δ + δ +

δ +δ -

δ +

δ +

δ +

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttตวอยางสภาพขวของโมเลกลตวอยางสภาพขวของโมเลกล

BCl3

NHNH3

CHCl3


SF5

HCN

10

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttทฤษฎทอธบายพนธะโควาเลนตทฤษฎทอธบายพนธะโควาเลนต

1. แบบจาลองของลวอส (Lewis Structure)อะตอมจะเสถยรขนถามอเลกตรอนวงนอกครบแปด (octet rule)

2 ทฤษฎออรบทลเชงโมเลกล (Molecular Orbital MO)2. ทฤษฎออรบทลเชงโมเลกล (Molecular Orbital, MO)สมบตของโมเลกลกาหนดโดยการกระจายของอเลกตรอนในออรบทลของโมเลกล

3. ทฤษฎพนธะวาเลนซ (Valence Bond, VB)พนธะโควาเลนตเกดจากการใชอเลกตรอนรวมกนของออรบทลทม


อเลกตรอนเดยว

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttกฎออกเตท กฎออกเตท ((Octet RuleOctet Rule))

กฎออกเตท อะตอมมแนวโนมทจะใหหรอรบอเลกตรอนเพอใหมอเลกตรอนวงนอกครบแปดคลายของธาตเฉอยซงมความเสถยรมากเปนพเศษความเสถยรมากเปนพเศษ• อเลกตรอนอาจเปนของอะตอมเองหรอมาจากการใชอเลกตรอน

รวมกบอะตอมอน(พนธะโควาเลนต)• H และ He จะเสถยรเมอมวาเลนซอเลกตรอนครบสอง• ใชไดดกบธาตใน s และ p block


Noble Gas (8A) valence e− < 8 valence e− = 8

11

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttแบบจาลองของลวอสแบบจาลองของลวอส (Lewis Structure)(Lewis Structure)G.N. Lewis เสนอวา อะตอมมแนวโนมทจะสรางพนธะเพอใหตวมนมวาเลนซอเลกตรอนครบแปด เพอทจะมการจดเรยงอเลกตรอนเหมอนแกสเฉอยในหม (8A) ซงทาใหทงจดเรยงอเลกตรอนเหมอนแกสเฉอยในหม (8A) ซงทาใหทงโมเลกลมความเสถยรมากทสด ตามกฎออกเตท• สนใจเฉพาะวาเลนซอเลกตรอน• ใชไดดกบธาตใน s และ p block


Carbon Hydrogen CH4


โครงสรางลวอสหรอโครงสรางแบบจดอเลกตรอน(Lewis’s dot structure) ใชจดแทนวาเลนซอเลกตรอนเพอแสดงการสรางพนธะโควาเลนตระหวางอะตอมใน

โครงสรางแบบจดอเลกตรอนโครงสรางแบบจดอเลกตรอน

เพอแสดงการสรางพนธะโควาเลนตระหวางอะตอมในโมเลกล• โครงสรางลวอสของอะตอม (ยงไมมการสรางพนธะ)


12


ValenceElectrons

11 22 33 44 55 66 77 88Electrons


www.pirun.ku.ac.th/~faaspttโครงสรางลวอสของโมเลกลโครงสรางลวอสของโมเลกล

อธบายการกระจายของวาเลนซอเลกตรอนในโมเลกลพนธะโควาเลนตเกดจากการใชอเลกตรอนรวมกน (electron sharing) ระหวางสองอะตอมsharing) ระหวางสองอะตอม• การใชอเลกตรอนรวมกน 1 ค แทนดวยสองจด : หรอ หนงเสน −• e- ทใชสรางพนธะ เรยกวา bonding electron• e- ทไมสรางพนธะเรยกวา non-bonding electron

Bonding electrons

Core electronsBonding electrons


HH C H

H

HH−C−H

H

N N

N≡N

Non-bonding electrons

Core electrons

13

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttการเขยนโครงสรางลวอสการเขยนโครงสรางลวอส

1. กาหนด อะตอมกลาง (ตองการ Ve- มาก/EN ตา) และอะตอมปลาย2. นบจานวนเวเลนซอเลกตรอนของทกอะตอม

• ไอออนลบ เพมจานวน e- เทากบจานวนประจลบ• ไอออนบวก ลดจานวน e- เทากบจานวนประจบวก

3. เชอมอะตอมกลางกบอะตอมปลายดวยพนธะเดยว (ใช 2 e-/พนธะ)4. เตมวาเลนซอเลกตรอนใหกบอะตอมปลายใหครบ 8 (ยกเวน H = 2)5. เตมอเลกตรอนทเหลอทงหมดใหกบอะตอมกลาง (อาจมากกวา 8)6 l - ไ 8 ใ ไ


6. ถาจานวน valence e- ทอะตอมกลางไมครบ 8 ใหนาอเลกตรอนทไมสรางพนธะของอะตอมปลายมาใชสรางพนธะคหรอพนธะสาม

7. จานวนวาเลนซอเลกตรอนรวมตองเทากบทไดจากขอ 2


1. อะตอมกลางคอ N2. จานวนเวเลนซอเลกตรอน = 5 + (7x3) = 26 อเลกตรอน

(จานวนเวเลนซอเลกตรอนของ N = 5 F = 7) ป

ตวอยางตวอยาง NFNF33

3. เขยนพนธะเดยวระหวางอะตอมกลางกบอะตอมปลาย

4. เขยนอเลกตรอนของอะตอมปลายใหครบ 8

F N F

F

F N F

F


5. เตมอเลกตรอนทเหลอใหกบอะตอมกลาง (26-24 = 2 e-)

F N F

F

ทกอะตอมม Ve- ครบ 8

14


1. อะตอมกลางคอ C2. จานวนเวเลนซอเลกตรอนของ HCN 1 + 4 + 5 =10 อเลกตรอน3. เขยนพนธะเดยวระหวางอะตอมกลางกบอะตอมทมพนธะ

ตวอยางตวอยาง HCNHCN

4. เขยนอเลกตรอนของอะตอมปลายใหครบ 8 (กรณ H ใหครบ 2 )

5. เตมอเลกตรอนทเหลอใหกบอะตอมกลาง (10-10 = 0)ยงไมเปนไปตามกฎออกเตท

ไ

H C N

H C N


6. นาอเลกตรอนทไมรวมพนธะของอะตอมรอบๆ (N) มาสรางพนธะคหรอพนธะสาม จนอะตอมกลางมอเลกตรอนครบแปด

H−C≡N:H C N


1.โมเลกลทมวาเลนซอเลกตรอนเปนเลขค เชน • ClO2 มเวเลนซอเลกตรอนรวม เทากบ 19• NO มเวเลนซอเลกตรอนรวม เทากบ 11• NO มเวเลนซอเลกตรอนรวม เทากบ 17

ขอยกเวนของกฎออกเตตขอยกเวนของกฎออกเตต

• NO2 มเวเลนซอเลกตรอนรวม เทากบ 172.โมเลกลทอะตอมกลางมเวเลนซอเลกตรอนนอยกวา 8

• BF3 B มวาเลนซอเลกตรอน เทากบ 6• BeH2 Be มวาเลนซอเลกตรอน เทากบ 6

3.โมเลกลทอะตอมกลางมเวเลนซอเลกตรอนมากกวา 8


• PCl5 มวาเลนซอเลกตรอน เทากบ 10• XeF4 มวาเลนซอเลกตรอน เทากบ 12• SF4 มวาเลนซอเลกตรอน เทากบ 10

FF S F

F

15

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttแบบฝกหด แบบฝกหด

เขยนโครงสรางลวอสของโมเลกลและไอออนตอไปน• PH3

• H2S

• CH2Cl2• PO4

3-


• BrO3-

• NO+


ประจฟอรมาล เปนความแตกตางระหวางจานวนเวเลนซอเลกตรอนของอะตอมเดยวกบของอะตอมในโครงสรางลวอสเปนการทานายการสภาพขวของโมเลกลอยางคราว ๆ

ประจฟอรมาลประจฟอรมาล (Formal charge)(Formal charge)

ๆการคานวณประจฟอรมาลของอะตอม

• Ve เวเลนซอเลกตรอนของอะตอมเดยว

eee BNV 21charge formal −−=


e• Ne เวเลนซอเลกตรอนทไมไดสรางพนธะ• Be เวเลนซอเลกตรอนทงหมดทสรางพนธะรอบอะตอมนน

ผลรวมของประจฟอรมาลของทงโมเลกลตองเทากบประจของโมเลกลนน

16


[ClO3]–

ตวอยางตวอยาง การหาประจฟอรมาลการหาประจฟอรมาล

O–Cl–OlO

+2−1 −1

−1

O–Cl–OlO

• Cl = 7 – 2 – ½ (6) = +2• O = 6 – 6 – ½ (2) = -1

ประจรวม = +2 – 1 – 1 – 1 = -1[NH3CH2COO]–


H H O

H−N−C−CH H O

[NH3CH2COO]

+–

จานวนพนธะ > # Valence e– ทตองการ +จานวนพนธะ < # Valence e– ทตองการ –ใชไดกรณทสตรลวอสเปนไปตามกฏออกเตท

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttเรโซแนนซ เรโซแนนซ (Resonance)(Resonance)

บางโมเลกลหรอไอออน สามารถเขยนแบบจาลองของลวอสไดหลายแบบ

O≡C−O O = C = O O − C ≡ Oตางกน O≡C−O O = C = O O − C ≡ O

N≡N−O N = O = N N − O ≡ N

SO O

SO O

SO O

Resonance

=คลายกน

ตางกน


แบบจาลองลวอสทมการจดเรยงลาดบของอะตอมเหมอนกนแต ตางกนแตทการกระจายอเลกตรอนในพนธะเรยกวา ปรากฏการณเรโซแนนซ

17


โครงสรางทเปนไปไดมากทสด มหลกการพจารณาดงน1. เปนไปตามกฎออกเตตมากทสด2 โครงสรางทมประจฟอรมาลตาทสด (ใกลศนย)

โครงสรางโครงสราง Lewis Lewis ทเปนไปไดทเปนไปได

2. โครงสรางทมประจฟอรมาลตาทสด (ใกลศนย)3. อะตอมชนดเดยวกนและมสภาพแวดลอมคลายกนไมควรม

ประจฟอรมาลตรงขามกน4. ประจฟอรมาลของอะตอมทมคา EN สงเปนลบ

N3− N≡N−N N = N = N N − N ≡ N


N3 N N N N N N N N N-2 +1 0-1 +1 -1 0 +1 -2

N2O 0 +1 -1 -1 +2 -1 -2 +2 0N≡N−O N = O = N N − O ≡ N



18


Valence Shell Electron Pair Repulsion (VSEPR) คอทฤษฎทใชทานายรปรางโมเลกลหรอไอออนทยดกนดวยพนธะโควาเลนซ: รปรางของโมเลกลขนกบจานวนกลมอเลกตรอน

ทฤษฎการผลกคอเลกตรอนในวงวาเลนซทฤษฎการผลกคอเลกตรอนในวงวาเลนซ

สรางพนธะและอเลกตรอนโดดเดยวรอบอะตอมกลาง

• พจารณาเฉพาะวาเลนซอเลกตรอนเทานน• วาเลนซอเลกตรอน รอบอะตอมกลาง แบงออกเปนกลมตาง ๆ

e– สรางพนธะ (พนธะเดยว 2 e–, พนธะค 4 e–, พนธะสาม 6 e– )ไ


e– ทไมสรางพนธะ (อเลกตรอนคโดดเดยว/อเลกตรอนโดดเดยว)• อเลกตรอนแตละกลมจะจดตวรอบอะตอมกลางใหหางกนทสด

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttการผลกกนของคอเลกตรอนการผลกกนของคอเลกตรอน

การผลกกนของกลมอเลกตรอนรอบอะตอมกลางเปนตวกาหนดทศทางของพนธะ

•รปรางของโมเลกลคอการแสดงทศทางของพนธะรอบอะตอมกลาง •ขนาดของกลมอเลกตรอน (ขนาดใหญจะผลกกลมอนไดด)

AX Y

e– คโดดเดยว > พนธะสาม> พนธะค > พนธะเดยว > e– เดยว

AX YA A มมงอ


• อเลกตรอนคโดดเดยว และ อเลกตรอนโดดเดยวมองไมเหน•ขนาดของพนธะจะลดลงเมอ EN ของอะตอมปลายเพมขน

AX Y?

AX YX Y<120º X Y

19

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttการจดตาแหนงของคอเลกตรอนการจดตาแหนงของคอเลกตรอน

ทศทางการจดเรยงตาแหนงของคอเลกตรอน (พจารณาทกกลม)รปรางของโมเลกลดจากตาแหนงอเลกตรอนทสรางพนธะเทานน

180°

120°


90,120°

90°

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttการทานายรปรางของโมเลกลการทานายรปรางของโมเลกล

เขยนสตรลวอสและพจารณา• จานวนพนธะ (n) ไดแก พนธะเดยว พนธะค หรอ พนธะสาม• จานวนกลมอเลกตรอนทไมไดสรางพนธะ (m) ไดแก อเลกตรอน• จานวนกลมอเลกตรอนทไมไดสรางพนธะ (m) ไดแก อเลกตรอน

คโดดเดยว และ อเลกตรอนโดยเดยว• เขยนเปนสตร คอ

AXnEmA คออะตอมกลาง X คอพนธะ


E คอกลมอเลกตรอนทไมไดสรางพนธะ• พจารณาการจดตาแหนงของกลมอเลกตรอนทงหมด• รปรางของโมเลกลดจากตาแหนงของอเลกตรอนสรางพนธะ

20

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttรปรางของโมเลกลรปรางของโมเลกล

n+m AXnEm รปราง ตวอยาง

2 AX2

3AX3

เสนตรง


3

AX2E

สามเหลยมแบนราบ

มมงอ (<120°)



รปรางของโมเลกลรปรางของโมเลกล

4

AX4

AX3E

ทรงสหนา

พระมดฐาน


AX2E2 มมงอ (<109.5°)

ฐสามเหลยม

21



AX


5

AX5

AX4E

AX E

กระดานหก

พระมดคฐานสามเหลยม


AX3E2

AX2E3เสนตรง

ตวท



AX


6

AX6

AX5E

AX E

พระมดฐานสเหลยม

ทรงแปดหนา


AX4E2

AX3E3 ? ?

สเหลยมแบนราบ

22

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttตวอยางตวอยาง

ClF3• Cl = 7 F−Cl−F

|F

AX3E2• Fx3 = 7 x 3

CH2O• C = 4

F 3 2

H−C−H

รปตวท


• C = 4• Hx2 = 1 x 2• O = 6

H C H||O

AX3

สามเหลยมแบนราบ

>120°

<120°

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttมมพนธะทเปลยนไปมมพนธะทเปลยนไป

120° >120° >120°

<120° <120°

>109.5°

<109.5°

Cl

H

H

H

<109.5°

>109.5°

>>109.5°

<<109.5°

H

H

H

H

109.5°

ป EN


90°

120°

>90°

>120°

<90°

อะตอมปลายทม EN สงจะดงอเลกตรอนเขาหาตวเองไดด พนธะจะตองการทนอยลง

23

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttผลของคา ผลของคา EN EN ตอมมพนธะตอมมพนธะ**

คา EN ของอะตอมปลาย (EN มาก มมแคบ)PI3 PBr3 PCl3 PF3

คา EN ของอะตอมกลาง (EN มาก มมกวาง)

EN(X) 2.66 2.96 3.16 3.98angle 102.0 101.5 100.3 97.8

AsH PH NH


AsH3 PH3 NH3

EN(A) 2.17 2.19 3.04angle 91.6 93.8 107.0

AX

X

X


H

H

F


F

24

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttการทานายการทานายรปรางโมเลกลรปรางโมเลกล

โมเลกลทมอะตอมกลางมากกวา 1 อะตอม ใหพจารณาอะตอมกลางทละอะตอม

H

H C O H

H ∼109.5°


AX4 AX2E2ทรงสหนา มมงอ

∼104.5°

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttการทานายสตรลวอสจากโครงสรางการทานายสตรลวอสจากโครงสราง

เราสามารถทานายสตรลวอสไดจากมมพนธะของโมเลกล

104 5 90°104.5°107°

90

AX2E? AX3E? AX4E?

H OAX4 AX E


| ||H–C–C–O–H

|H

110°118°

104°AX4

AX3

AX2E2

25

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttแบบฝกหดแบบฝกหด

H2SPO4

3-

N2ONO2

NH3

PCl5CH2OCH3OH

BrF3

PF5

SF6

XeF4

53

BeCl2SO3

BrO2

CH3CH2OH


ทฤษฎออรบทลเชงโมเลกล (Molecular Orbital Theory,MO) อธบายการเกดพนธะโควาเลนตโดยใชออรบทลเชงโมเลกล

ทฤษฎออรบททฤษฎออรบทลเชงโมเลกลลเชงโมเลกล (MO Theory)(MO Theory)

เชงโมเลกล

• Atomic Orbital (AO) บรเวณทจะพบอเลกตรอนในอะตอม

อะตอมAO

อะตอมAO

โมเลกลMO+


• Atomic Orbital (AO) บรเวณทจะพบอเลกตรอนในอะตอม• Molecular Orbital (MO) บรเวณทจะพบอเลกตรอนในโมเลกล

MO เกดจากผลรวมของ AOจานวน MO ทเกดขนเทากบจานวน AO ทงหมดทรวมกน

26

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttAtomic Orbitals (AOs)Atomic Orbitals (AOs)

ชนดของออรบทลในอะตอม



การรวมกนของ AO ของสองอะตอมจะเกดขนไดเมอ• AO มพลงงานใกลเคยงกน มรปรางและทศทางทเหมาสม

ประเภทของการรวม AO เพอสราง MO

การสรางออรบทลเชงโมเลกลการสรางออรบทลเชงโมเลกล

• รวมแบบ Bonding : รวม AO ดานทมสเหมอนกนออรบทลจะมขนาดใหญขนในแนวเชอมระหวางอะตอม เสถยรเพมขน

• รวมแบบ Antibonding : รวม AO ดานทมสตางกน ออรบทลจะม1sA + 1sB Bonding


รวมแบบ Antibonding : รวม AO ดานทมสตางกน ออรบทลจะมขนาดเลกลงในแนวเชอมระหวางอะตอม เสถยรลดลง

1sA − 1sB Antibonding

27

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttชนดของออรบทลเชงโมเลกลชนดของออรบทลเชงโมเลกล

ชนดของ MO ขนกบรปแบบการซอนเหลอม (รวมตว) ของ AOSigma bond (σ,σ*): ซอนเหลอมกนแบบ 1-lobe ของ Aos (head-on overlap)p

Pi-bond (π,π*): ซอนเหลอมกนแบบ 2-lobe ของ AOs (side-on overlap)

(δ δ*) 4 l b AO

σ antibonding

π bonding π antibonding π bonding

σ bonding


Delta-bond (δ,δ*): ซอนเหลอมกนแบบ 4-lobe ของ AOs

δ bonding

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttแผนผงระดบพลงงานออรบทลเชงโมเลกลแผนผงระดบพลงงานออรบทลเชงโมเลกลMolecular Orbital Diagram คอแผนผงแสดงระดบพลงงานของ MO เทยบกบระดบพลงงานของ AO

•พลงงาน: EAMO > EAO > EBMO

•ความสามารถในการซอนเหลอม σ > π > δ


Molecular orbital ของโมเลกล AB

Atomic orbital ของอะตอม A

Atomic orbital ของอะตอม B

28

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttแผนผงระดบพลงงานออรบทลเชงโมเลกลแผนผงระดบพลงงานออรบทลเชงโมเลกล

g y

Molecular OrbitalE

n e

r g


E-configuration: (σ2s)2(σ2s*)2 (σ2px)2 (π2p)4(π 2p*)4(σ2px*)2

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttการบรรจอเลกตรอนใน การบรรจอเลกตรอนใน MOsMOs

1. สนใจเฉพาะเวเลนซอเลกตรอน (รวม)2. จดอเลกตรอนใสใน MO ทมพลงงานตาทสดกอน

ไ ไ 3. แตละ MO มอเลกตรอนไดไมเกน 2 ตวและมสปนตางกน4. ถา MO มพลงงานเทากนใหจดตามกฎของฮนด5. จานวนอเลกตรอนใน MO เทากบผลรวมจานวนอเลกตรอน

ทมาจากอะตอมทสรางพนธะ


6. การเขยนโครงแบบอเลกตรอนทาเชนเดยวกบของอะตอมแตเปลยนชนดของออรบทลเปนแบบ σ, π, δ, σ*, π*, δ*

29

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttการบรรจอเลกตรอนใน การบรรจอเลกตรอนใน MOsMOs

H2 molecule He2 molecule

Antibonding Antibonding

H1s H1s

Antibonding

He1s He1s

64

Bonding Bonding

H2 = (σ1s)2 He2 = (σ1s)

2(σ1s*)2

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttอนดบพนธะอนดบพนธะ((Bond orderBond order))

อนดบพนธะคอการทานายความแขงแรงของพนธะโควาเลนต หรอความเสถยรของโมเลกลโดยดจากจานวนอเลกตรอนใน BMO และ AMO• อนดบพนธะ = ½(อเลกตรอนใน BMO – อเลกตรอนใน AMO)• โมเลกลทมอนดบพนธะสงจะมความเสถยรมากตวอยาง

H2 H2+ H2

–


อนดบพนธะ : 1 0.5 0.5

30

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttMO Diagram of LiMO Diagram of Li22 & Be& Be22

Li2 (2 x 3 electrons)• Li = 1s2 2s1

• Bond order = 1

Be2 (2 x 4 electrons)• Be = 1s2 2s2

• Bond order = 0 (no bond)• Bond order = 1

E n

e r

g y

66

MO of Li2 MO of Be2(σ1s)2(σ1s*)

2 (σ2s)2 (σ1s)

2(σ1s*)2 (σ2s)

2 (σ2s*)2

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttMO Diagram of NMO Diagram of N22 & O& O22

O2 (2 x 6 valence electrons)• O = 1s2 2s2 2p4

• มลาดบของ MO แบบปกต

N2 (2 x 5 valence electrons)• N = 1s2 2s2 2p3

• มการสลบทของออรบทล (σp, πp) • เปนขอยกเวน คลาย B และ C

E n

e r

g y

• เปนขอยกเวน คลาย B2 และ C2

67

MO of O2 (σ2s)2(σ2s*)

2(σ2px)2(π2p)

4(π2p*)2 MO of N2 (σ2s)

2(σ2s*)2 (π2p)

4(σ2px)2

31

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttสมบตทางแมเหลกของโมเลกลสมบตทางแมเหลกของโมเลกล

สารไดอะแมกเนตก(Diamagnetic)สารทมจานวนอเลกตรอนสปนขนและสปนลงเทากนสนามแมเหลก ทกระทาตอโมเลกลเปนศนยสารพาราแมกเนตก(Paramagnetic) สารทมอเลกตรอนเดยว ทาใหมแรงดงดดกบสนามแมเหลกทกระทา

ออกซเจนเหลวผานขวแมเหลก



ทฤษฎพนธะวาเลนซ (Valence Bond Theory) ใชในการอธบายการเกดพนธะโควาเลนตในอะตอมโดยพจารณาวาการซอนเหลอมระหวาง AO ทมอเลกตรอนเดยวของอะตอมแตละคกอใหเกด

ทฤษฎพนธะวาเลนซ ทฤษฎพนธะวาเลนซ ((VB)VB)

พนธะโควาเลนต และบรเวณทมพนธะเคมคอบรเวณทมอเลกตรอนหนาแนน• การรวม AO เปนแบบสรางพนธะ (Bonding) • ชนดของ MO ทเกดขนคอ σ, π, δ

ใช ใ ส


• ใชเฉพาะออรบทลทมอเลกตรอนเดยวในการสรางพนธะ

32


พจารณาการจดเรยงอเลกตรอนในอะตอม

• H = − − − − − มอเลกตรอนเดยว 1 AO จะเกด 1 พนธะ

1s 2s 2px 2py 2pz

การเกดพนธะเนองจากอเลกตรอนเดยวการเกดพนธะเนองจากอเลกตรอนเดยว

• N = − − − − − มอเลกตรอนเดยว 3 AO จะเกด 3 พนธะ

• F = − − − − − มอเลกตรอนเดยว 1 AO จะเกด 1 พนธะ

การเกดพนธะโควาเลนตโดยการซอนเหลอมของ AO• H2 • N2 H− H N≡ N


• HF

• F2

H− F

F− F


อะตอมคารบอนสามารถเกดพนธะไดเพยง 2 พนธะแตถาอเลกตรอนถกกระตนขนไปท 2p ทาใหมจานวน AO เดยวมากขน

• C = − − − − − มอเลกตรอนเดยว 2 AO จะเกด 2 พนธะ1s 2s 2px 2py 2pz

การผสมออรบทลในอะตอมการผสมออรบทลในอะตอม

• C มอเลกตรอนเดยว 2 AO จะเกด 2 พนธะ

• C = − − − − − มอเลกตรอนเดยว 4 AO จะเกด 4 พนธะไฮบรดไดเซชน

ออรบทลทงส (s px py pz) จะผสมรวมกนเกดเปนออรบทลใหมทเรยกวา sp3ไฮบรดออรบทล จานวน 4 ออรบทลทมพลงงานเทากนซงชไปในทศทางตางกน


ตางกน

• C = − − − − −1s sp3

CH4

33

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttไฮบรไดเซชนไฮบรไดเซชน (Hybridization)(Hybridization)

กระบวนการสรางไฮบรดออรบทล คอ การผสมอะตอมกออรบทลในอะตอมเพอสรางออรบทลชดใหมทมรปรางและระดบพลงงานเทากน เพอใหสามารถอธบายการสรางพนธะไดดขน

ไ ไ ไ ใ • ไฮบรไดเซชนจะเกดไดกตอเมอระดบ พลงงานของ AO มคาใกลเคยงกน

• ออรบทลใหม เรยกวา ไฮบรดออรบทล (Hybrid orbital) มรปรางและระดบพลงงานเทากนแตมทศทางแตกตางกน

• จานวนไฮบรดออรบทล= อะตอมกออรบทลเดม


s

psp3

Hybridization

ออรบทลของอะตอม ไฮบรดออรบทลของอะตอม

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttชนดของไฮบรดออรบทลชนดของไฮบรดออรบทล

ชนดไฮบรดออรบทลขนกบชนดและจานวนของ AO ทมาผสมกน• sp ม 2 ออรบทล (Linear)

• sp2 ม 3 ออรบทล (Trigonal planar)รปรางของไฮบรดออรบทลจะตางจาก

• sp3 ม 4 ออรบทล (Tetrahedral)

• sp3d ม 5 ออรบทล (Trigonal bipyramidal)

• sp3d2 ม 6 ออรบทล (Octahedral)

จานวนพนธะทอะตอมมไดเทากบจานวน AO ทงหมดทมอเลกตรอนเดยว

p ออรบทล


(ทงออรบทลปกตและไฮบรดออรบทล)ไฮบรดออรบทล (sp, sp2, …) สามารถเกดพนธะซกมาเทานนในขณะทออรบทลปกต (s,p,d …) สามารถเกดพนธะซกมา ไพ เดลตา ...

34

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttspsp ไฮบรดออรบทลไฮบรดออรบทล

sp-Hybridization คอการผสมระหวางs-orbital และ p-orbitalไ h b id bit l 2 ได sp-hybrid orbital 2 ออรบทลจดเรยงกนเปนเสนตรงp-orbital ทเหลออาจเกดพนธะ π 1 หรอ 2 พนธะ

เตมอเลกตรอนกระจาย


s

px py pz

spHybridization

py pz

เกด 2 σ-bond เกด 2 π-bond

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttspsp22 ไฮบรดออรบทลไฮบรดออรบทล

sp2-Hybridization คอการผสมระหวาง s-orbital และ 2 p-orbitalsไ ได sp2-hybrid orbital รวม 3 ออรบทลจดเรยงกนเปนแบบสามเหลยมระนาบp-orbital ทเหลออาจเกดพนธะ π

p


s

px py pz

sp2Hybridization

pz

เกด 3 σ-bond เกด 1 π-bond p-orbital

35

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttspsp33 ไฮบรดออรบทลไฮบรดออรบทล

sp3-Hybridization เกดจาก s-orbital และ 3 p-orbitalsไ ได sp3-hybrid orbital รวม 4 ออร-บทลจดเรยงกนเปนแบบทรงสหนาไมม p orbital เหลอใหสรางพนธะ π

p p p


s

px py pz

sp3Hybridization

เกด 4 σ-bond (หรอตามจานวนออรบทลทมอเลกตรอนเดยว)

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttspsp33dd และและ spsp33dd22 ไฮบรดออรบทลไฮบรดออรบทล

ธาตในคาบท 3 ขนไป อาจใช d ออรบทลในการไฮบรดเพราะระดบพลงงานไมแตกตางจาก p มากนกsp3d Hybridizationsp d Hybridization• 5 sp3d hybrid orbitals• จดเรยงเปนพระมดคฐานสามเหลยม

sp3d2 Hybridization


• 6 sp3d2 hybrid orbitals• จดเรยงเปนทรงแปดหนา

36


Be (1s22s2)

2p 2p 2pLinear

ตวอยางการสรางพนธะโดยไฮบรดออรบทลตวอยางการสรางพนธะโดยไฮบรดออรบทล

HH

C (1s22s22p2)

2s

2px 2py 2pz

spHybridization 2py 2pz Be

BeH2

H

Tetrahedral


H

CH3Cl

C

H2s

2px 2py 2pz

sp3Hybridization

Cl


N (1s22s22p3)

N

Trigonal Pyramidal

ตวอยางการสรางพนธะโดยไฮบรดออรบทลตวอยางการสรางพนธะโดยไฮบรดออรบทล

H

O (1s22s22p2)NH3

H2s

2px 2py 2pz

sp3Hybridization

N

H

H

Bent


H2O

2s

2px 2py 2pz

sp3Hybridization O

H

37

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttพนธะค พนธะค (Double Bond)(Double Bond)

พนธะค ประกอบดวย• พนธะ sigma (σ) จาก hybrid orbital

( ) b l• พนธะ pi (π) จาก p-orbital


www.pirun.ku.ac.th/~faaspttพนธะคใน พนธะคใน HH22C=CHC=CH22

พนธะคใน H2C=CH2 ประกอบดวย• พนธะ sigma จาก sp-orbital ของคารบอน

i bit l • พนธะ pi จาก p-orbital ของคารบอน

+

-

+

-

+

-


+

-

+

-

+-

38

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttพนธะสามพนธะสาม (Triple Bond)(Triple Bond)

พนธะสาม ประกอบดวย• พนธะ sigma (σ) จาก hybrid orbital หรอ p-orbital

( ) b l• พนธะ pi (π) 2 พนธะ จาก 2 p-orbitalN≡N (3 พนธะเกดจาก px py pz)HC≡CH (3 พนธะเกดจาก sp px py)

+ + +


+ +

- -

- - -+

-


โลหะมจดหลอมเหลวสง นาไฟฟาและความรอนไดด รดใหเปนแผนบางได มความมนวาวเมอขดถและสะทอนแสงไดด

•สมบตเหลานเปนผลจากพนธะโลหะ

พนธะโลหะและแบบจาลองทะเลอเลกตรอนพนธะโลหะและแบบจาลองทะเลอเลกตรอน

•แบบจาลองทะเลอเลกตรอน และ ทฤษฎแถบพลงงานแบบจาลองทะเลอเลกตรอน (Electron sea model)

นวเคลยสซงมประจบวกอยทจดแลททซ สวนวาเลนซอเลกตรอนเคลอนทไดอยาง

+ + + +

ทะเลของวาเลนซอเลกตรอนทเคลอนทอยางอสระ


อสระ•พนธะโลหะเกดจากแรงดงดดระหวางอเลกตรอนอสระและประจบวกทนวเคลยส

+ + + ++ + + +ไอออนบวกในผลกโลหะ

(นวเคลยส+อเลกตรอนวงใน)

39

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttทฤษฎแถบพลงงาน (Energy band theory) การรวม AO จะได MO แบบมพนธะ (bonding) และแบบตาน

พนธะ (anti-bonding) AO AOAMO

BMO

• เมอมอะตอมมากขน ระดบพลงงานจะใกลชดกนมากจนเหมอนเปนแถบตอเนองเรยกวาแถบพลงงาน (energy band)

• โลหะนาไฟฟาไดเนองจากอเลกตรอนสามารถเคลอนทไดอยางอสระในโลหะเมอถกกระตนไปยงแถบนาไฟฟา(แถบวาเลนซ)ทวางอย

ออรบทลทวาง


ออรบทลบรรจเตม

x


แรงระหวางโมเลกล คอ แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลหรอสารประกอบในสสารเนองจากแรงทางไฟฟา

Type of Intermolecular Forces Relative strength

Ionic bonds Ions 1000

แรงระหวางโมเลกล แรงระหวางโมเลกล ((Intermolecular ForceIntermolecular Force))

แรงแวนเดอรวาลสคอแรงยดเหนยวแบบออน ระหวางโมเลกล• Dipole-dipole interaction ระหวางโมเลกลม

Ionic bonds Ions 1000Hydrogen bonds Strong dipoles 100

Dipole-Dipole Permanent dipoles

10

London Induced dipoles 1


Dipole dipole interaction ร หวางโมเลกลมขวแบบถาวร

• Dipole-induced dipole interaction ระหวางโมเลกลทมขวและโมเลกลอนทไมมขว

• London Force ระหวางโมเลกลทไมมขว

40


เปนแรงระหวางโมเลกลแบบมขวซงเกดระหวางโมเลกลซงประกอบดวย H และ อะตอมอนทมคา EN สงมาก ๆ และมขนาดเลก เชน F O หรอ N ทาใหโมเลกลมสภาพขวสงกวาโมเลกลปกต

พนธะไฮโดรเจน พนธะไฮโดรเจน (Hydrogen bond)(Hydrogen bond)

• พนธะไฮโดรเจนนมคามากกวาแรงทเกดจาก dipole-dipole ปกต• สารทมพนธะไฮโดรเจนมจดเดอดและจดหลอมเหลวสงกวาปกตเนองจาก

แรงดงดดระหวางโมเลกลสงเปนพเศษBoiling Point (°C) • H2O 100.0 • HF 19.5 δ+

δ+δ –

δ –


2

• NH3 -33.3 • H2S -60.7 • HCl -85.1 • CH4 -161.6 δ+ δ+

δ+δ –

δ –

δ –δ –

www.pirun.ku.ac.th/~faaspttแบบฝกหด แบบฝกหด

เขยนโครงสรางลวอสของโมเลกลและไอออนตอไปน• PH3

• H2S

• CH2Cl2

• PO43-


• BrO3-

• NO+

Documents

พันธะเคม ี - Kasetsart Universitypirun.ku.ac.th/~faasptt/Files/GChem/GC-02Bonding_59.pdfพ นธะระหว างไอออนบวก (EN ต า) และ