พันธะเคมี - PCCPL-KMkm.pccpl.ac.th/files/1205091111045234_12071812122404.pdfพันธะเคมี จัดท าโดย ดร. จุฑาทิพย์

พนธะเคม

จดท าโดย ดร. จฑาทพย นมะหตEmail: [email protected]

Department of Chemistry, Faculty of Science, Naresuan University

อะตอมของธาตสวนใหญในตารางธาตไมสามารถอยอยางอสระอะตอมเดยวได มเพยงไมกธาตทอะตอมสามารถอย

ไดอยางอสระโดยไมตองรวมตวกน

คณรไมวาธาตเหลานนมอะไรบาง ? และเพราะอะไร


กาซเฉอยม e- วงนอกเทากบ 8

= โครงสรางทเสถยร octet rule


อะตอมของธาตสวนใหญจะอยรวมตวกน ซงอาจจะรวมตวกบอะตอมของธาตชนดเดยวกน หรอกบธาตตางชนด เกด

เปนโมเลกล เชน O2, CH4, C6H12O6 (glucose) เปนตน

แรงดงดดระหวางอะตอมทท าใหอะตอมอยดวยกนในรปของโมเลกล เรยกวา พนธะเคม (Chemical bond)


ท าไมอะตอมตองม

การฟอรมพนธะ

กบอะตอมตวอน?

อะตอมมแนวโนมทจะจด

ตวหรอรวมตวกนเพอท า

ใหม e- วงนอกเทากบ 8


ประเภทของพนธะเคม

(พนธะภายในโมเลกล)

พนธะไอออนก (Ionic bond)

พนธะโคเวเลนต (Covalent bond)

พนธะโลหะ (Metal bond)




พนธะไอออนก คอ พนธะทเกดขนระหวางโลหะและอโลหะ โดยโลหะจะเกดไอออนบวก (Cation) โดยการเสย e- และอโลหะจะเกดไอออนลบ (Anion) โดยการรบ e-

พนธะนมกเกดระหวางธาตทมคา IE, EN, EA ต า กบธาตทมคา IE, EN, EA สง



NaCl


เชน NaCl

11Na1s 2s 2p 3s 3p 3d

อาจกลาวไดวา กลไกการเกดพนธะไอออนกเกดผานปฏกรยา 2 ขนตอนดงน1. ขนการแตกไอออนของ Na และการรบอเลกตรอนของ Cl

Na . Na+ + e-

Cl ..... .. + e- Cl ..... .. .-

2. ไอออนทเกดขนมารวมกน

Na+ Cl ..... .. .-+ Na+ Cl ..... .. .-

17Cl1s 2s 2p 3s 3p 3d

MgO


แสดงแบบอเลกตรอนของธาตทเกดปฏกรยา ดงน

ธาตแมกนเซยมและธาตออกซเจน

12 Mg [Ne] __ Mg2+ [Ne] __ เสย 2e-

4s 4s

8O [He] __ __ __ __ O2 – [He] __ __ __ __ รบ 2e-

2s 2p 2s 2p

กรณอนทสามารถเกดพนธะไอออนกได

เชน การเผาแคลเซยมในบรรยากาศออกซเจน

2Ca(s) + O2(g) 2CaO

การเผาลเทยมในอากาศ4Li(s) + O2(g) 2Li2O


โลหะ อโลหะ สตรทวไป ไอออนทม ตวอยาง จดหลอมเหลว

IA + VIIA MX ( M+ , X - ) LiBr 547C

IIA + VIIA MX2 (M2+ , 2X - ) MgCl2 700C

IIIA + VIIA MX3 (M3+ , 3X - ) GaF3 800 C(ระเหด)

ตารางสารประกอบไอออนกทวภาคบางชนด


IA + VIA M2X ( 2M+ , X 2- ) Li2O > 1700C

IIA + VIA MX (M2+ , X 2- ) CaO 2580C

IIIA + VIA M2X3 (2M3+ , 3X 2- ) Al2O3 2045C



IA + VA M3X ( 3M+ , X 3- ) Li3 N 840C

IIA + VA M3X2 (3M2+ , 2X 3- ) Ca3P2 1600C

IIIA + VA MX (M3+ , X 3- ) AlP


จงเขยนสตรอยางงายของสารประกอบไอออนกตอไปน

1. Na กบ Cl 2. Mg กบ P

3. Mg กบ O 4. Mg กบ N

5. Na+ กบ CO32- 6. Ca2+ กบ PO4

3-

7. Na กบ S 8. Mg กบ Cl

9. Al กบ O 10. Na+ กบ PO43-


การเรยกชอสารประกอบไอออนก

1. อาน cation (ประจบวก) กอน และตามดวย anion (ประจลบ)

2. การอานชอ cation ใหอานชอคงเดม

3. การอานชอ anion ใหเปลยนค าลงทายเปน –ide เชน oxide, choloride, bromide


ตวอยาง เชน

Na2O อานวา Sodiumoxide

KCl อานวา Potassiumchloride

CaF2 อานวา Calciumfluoride

MgS อานวา Magnesiumsulfide


การทดสอบการน าไฟฟาของสารประกอบไอออนกทสถานะตาง ๆ

พนธะโคเวเลนต (Covalent bond) : พนธะทเกดขนอนเนองมาจากอะตอม 2 อะตอมน า e- มาใชรวมกน (โดยทวไปแลวหมายถงอะตอมของอโลหะ เชน ธาตหม IVA, VA, VIA และ VII )

- ถามการใช e- รวมกน 1 คเรยกพนธะทเกดวา พนธะเดยว - ถามการใช e- รวมกน 2 คเรยกพนธะทเกดวา พนธะค - ถามการใช e- รวมกน 3 คเรยกพนธะทเกดวา พนธะสาม

พนธะโคเวเลนต (Covalent bond) :

กระบวนการเกดพนธะโคเวเลนต

กฎออกเตต (Octet) และกฎขอยกเวนถกน ามาใชในการพจารณาจ านวนพนธะโคเวเลนต

กฎออกเตต : อะตอมใดๆ มแนวโนมทจะสรางพนธะจ านวนหนง (1 พนธะ หรอมากกวา) เพอท าใหอะตอมนนๆ ม e- วงนอก ครบ 8 เชน F2 โมเลกล

.... .. + e- วงนอกทไมใชในการเกดพนธะรวมกน

F .

e- วงนอกทใชในการเกดพนธะรวมกน

F ..... .. F ..... .. F. .. ....

หมายเหต

สารประกอบทไมเปนไปตามกฎออกเตต1. มวาเลนซ e- < 8 สารประกอบทเกดจากธาตในหม 2 และ 3

เชน Be และ B ไดแก BeCI2, BeF2, BF3, BCI32. มวาเลนซ e- > 8 สารประกอบทเกดจาก ธาตท valence e-

มชน d-orbital เชน ธาต P, S, Si, I, As Xe ไดแก PCI5, SF6, SiF6, ICI3, IBr5, AsF5, SF4, XeF2, XeF4 เปนตน

3. ออกไซดของ N และ CI ไดแก NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5, CI2O

เชน 1. 4Be : H-Be-H2. 16S : Cl-S-Cl, ,

3. NO :

S..ClCl

ClCl

..

.. S

Cl

ClClCl

Cl.. ..N=O...

พนธะโคออรดเนตโคเวเลนต (Coordinate covalent bond) : พนธะโคเวเลนตทเกดขนโดยอะตอมหนงเปนตวใหค e- เพอเกดพนธะ ซงมกเกดกบโมเลกลทม e- คโดดเดยวเหลอ และเมอใชไปแลวกมจ านวน e- วงนอกไมเกน 8 เชน NH3 กบ H+

..NH + H+

H

H[ ]..NH

H

HH + [ ]NH

H

HH + , NH4

+

จงแสดงการฟอรมพนธะโคออรดเนตโคเวเลนต ระหวาง NH3 กบ BCl3?

การเขยนสตรแสดงพนธะโควาเลนต1. สตรแบบจด ใชจด (.) แทนวาเลนซ e- ในการเกดพนธะ2. สตรแบบเสน ใชเสนหรอขดเสนตรง () แทน e- 1 คทใช

รวมกนหรอสรางพนธะ สวน e- ทไมเกดพนธะไมตองเขยน เชน

โครงสรางแบบจด(electron-dot structure)

หรอเรยกวาโครงสรางลวอส (Lewis structure) เปนการสรางพนธะโดยการน าเอา Valence e- มาใชรวมกน หรอการใหหรอ/และรบ e- ของอะตอมทงสองอะตอมใหเปนไปตามกฎออกเตต (octet rule)

หลกการเขยนสตรแบบจด1. ใหเขยนอะตอมทงหมดและใหอะตอมทเกดพนธะกนอยใกลกน2. ใสจดแทน Valence e- รอบอะตอมเปนคๆ โดยจดใหแตละ

อะตอม มจ านวนe- ลอมรอบครบ 8 ตว (ยกเวน H = 2 Be = 4 B = 6)

3. ในกรณทใช Valence e- จนหมดแลว แตอะตอมยงไมครบ 8 ตว จะหมายถงไดวา อาจตองมพนธะค หรอพนธะสามเกดขน

4. กรณทมอะตอม 3 ตว อะตอมทจะตองอยต าแหนงกลาง คอ อะตอมทมคา EN ต า

พนธะทเกดขนหนงพนธะแทนดวยจด 2 จด หรอหนงเสน ( )

e- ทเกยวกบการสรางพนธะ เรยกวา bonding electrone- ทไมเกยวกบการสรางพนธะ เรยกวา non-bonding electron

ไมตรงตามกฎออกเตต

Multiple bond (พนธะคและพนธะสาม)

เกดจากการทอะตอม 2 อะตอม ทมาใช e- รวมกน > 1 ค เชน O2

O...... O.. .... O...... O

.. ....

O...... O.. .... O.... O

.. ..

ออกซเจนทง 2 อะตอมมe-

วงนอก = 7

ออกซเจนทง 2 อะตอมมe-

วงนอก = 8

จงเขยนสตรโครงสรางแบบจดของ 1. แกสไนโตรเจน 2. อเทน (C2H6)3. เอทลน (C2H4) 4. อะเซทลน (C2H2)

พนธะโคเวเลนตแบงเปน 2 ประเภท คอ

1. พนธะโคเวเลนตแบบไมมขว คอ พนธะทเกดจากอะตอมทง 2 มการใช e- เทาๆกน (ม EN หรอความสามารถในการดงดด e-

เทากน) และเมออะตอมทงสองสรางพนธะตอกนแลว e- จะเคลอนทรอบๆ และใชเวลากบอะตอมทงสองเทาๆ กน

ตวอยางเชน พนธะโคเวเลนต ทเกดจากอะตอมชนดเดยวกน เชน H-H, Cl-Cl

อะตอมเหมอนกนมคา EN เทากน

ดงนน นวเคลยสของอะตอมทงสอง จะดง e- คทเกดพนธะดวยความแรงเทากน ท าใหกลมหมอกของ e- คน จะกระจายเทาๆ กน ระหวางอะตอมทงสอง

พนธะประเภทน จงเปนพนธะโคเวเลนตแบบไมมขว

H HEN 2.1 2.1

EN = 0

พนธะไมมขว

2. พนธะโคเวเลนตแบบมขว อะตอมทงสองมการใช e- รวมกนแตไมเทากน นนคออะตอมทมคา EN สงจะดง e- เขาหาตวเองไดมากกวา

เมออะตอมทงสองสรางพนธะตอกนแลว e- จะเคลอนทรอบๆอะตอมทงสองแตวาจะใชเวลาส าหรบอะตอมทงสองไมเทากน

คอ จะเกดประจลบขนเลกนอย (partial negative charge, -) กบอะตอมทมคา EN สง

และประจบวกขนเลกนอย (partial positive charge. +) กบอะตอมทมคา EN ต ากวา

H-Cl

EN ของ Cl (3) > EN ของ H (2.1)

Cl มสภาพขวเปนลบ

H+Cl- พนธะมขว

สภาพขวของโมเลกลโคเวเลนต โมเลกลโคเวเลนตทมพนธะโคเวเลนตแบบมขว อาจเปน

โมเลกลมขวหรอไมมขวกได

โมเลกลโคเวเลนตมพนธะโคเวเลนตแบบไมมขว โมเลกลจะไมมขว

สภาพขวของของโมเลกลขนอยกบผลรวมเวกเตอรของไดโพลโมเมนตของทกพนธะในโมเลกล ถาผลรวมของไดโพลโมเมนต = 0 โมเลกลไมมสภาพขว

ถาผลรวมของไดโพลโมเมนต 0 โมเลกลมสภาพขว

แทนไดโพลโมเมนต

โดยหวลกศรชไปยงอะตอมทม EN สงกวา

หางลกศร หวลกศรEN ต า EN สง

+ -

H+Cl-

EN 2.1 3

พจารณา CO2

ผลรวมของไดโพลโมเมนต = 0 ดงนน CO2 เปนโมเลกลไมมสภาพขว

O C O

- 2+ -

EN 3.5 2.5 3.5

ตวอยางโมเลกลโคเวเลนตอนๆ ทไมมขว

EN 4 2 4

ตวอยางโมเลกลโคเวเลนตอนๆทมขว

พจารณา H2O

ผลรวมของไดโพลโมเมนต 0 ดงนน H2O เปนโมเลกลมสภาพขว

O

H H

2-

++ O

H H

2-

+

+

EN 2.1 3.5 2.1

ความแรงของสภาพขว ระหวางโมเลกลทมสตรโครงสรางเหมอนกนเชน HCl & HF , H2O & H2S

• วธงายๆ ดจากผลตางของคา EN ของอะตอมทเกดพนธะ• ถาผลตางของคา EN สง สภาพขวมาก

เชน HCl และ HF โมเลกลใดมสภาพขวแรงกวา

ก าหนดให EN ของ H = 2.1 และ ของ Cl = 3 และ ของ F = 4

ตอบ HF

จงตอบวาโมเลกลตอไปนยดกนดวยพนธะอะไร (ionic bond,covalent bond หรอ polar covalent bond)

1. Br22. PCl53. LiCl

4. ClF

5. MgCl2

ขอแตกตางของพนธะโคเวเลนต กบพนธะไอออนก

พนธะโคเวเลนต พนธะไอออนก

1. ใช e- รวมกน 1. เกดการแลกเปลยน e-

(Elcetrons equally shared) (Electron transferred)

2. อะตอมทงสองมคา ENใกลเคยงกน

2. อะตอมทงสองมคา EN แตกตางกนมาก

เชน H2, Cl2, CH4 เชน LiF, MgO

เรโซแนนซ (Resonance) : หมายถง การใชโครงสรางลวอสตงแต 2 โครงสรางขนไปแทนโมเลกลใดโมเลกลหนง

ขอควรระวง คอ การจะเปนโครงสรางเรโซแนนซไดสารตองมการจดเรยงตวของอะตอมเหมอนกน ตางเพยงการกระจาย e- ในพนธะเทานน เชน SO2

SO

O.. ..

..SO

O.. ..

..

หลกในการตดสนวาโครงสรางเรโซแนนซ แบบใด ควรเปนไปไดมากทสดมหลกในการตดสนดงนคอ

1. มประจฟอรมอลต าสด2. อะตอมทม EN สงกวามกมประจฟอรมอลเปนลบ เนองจาก

มความสามารถดงดด e- มากกวา (แตไมเสมอไป)3. อะตอมชนดเดยวกนจะไมมประจฟอรมอลทมเครองหมาย

ตรงขาม ( มเครองหมายตรงขามได แตความนาจะเปนส าหรบโครงสรางนนๆ จะลดลง )

4. เปนไปตามกฎออกเตตมากทสด

ประจฟอรมอล :มกใชกบการพจารณาสารโคเวเลนตซงถอวา พนธะทยด

อะตอมเขาดวยกนเปนผลจากการใชเวเลนซ e- รวมกน แมวาบางกรณสารโคเวเลนตนนจะมประจรวมเปนศนย

แตเมอพจารณาเปนอะตอม อะตอมแตละตวอาจมประจเปนศนย ในขณะทบางอะตอมเสมอนวาม e- เกนมา กจะมประจเปนลบ และขณะทบางอะตอมอาจเสมอนวาเสย e- ไป กจะมประจเปนบวก ซงเรยกประจเหลานวา ประจฟอรมอล (formal charge)

การค านวณประจฟอรมอลบนอะตอมหนงๆ ท าไดดงน

เมอ V = จ านวนเวเลนซ e- ของอะตอมทสนใจN = จ านวนเวเลนซ e- ทไมสรางพนธะ (non-bonding

electron)B = จ านวน e- ทงหมดในพนธะรอบอะตอมนน

B2

1NVCharge Formal --

จงเขยนโครงสรางแบบลวอส และหาประจฟอรมอลของ S และ O จาก SO3 และ SO3

2- ?

เชน ค านวณประจฟอรมอลของ O3

O OO ........ .. ..

O = 6 – 4 – ½(4) = 0O = 6 – 2 – ½(6) = +1O = 6 – 6 – ½(2) = -1

O OO ........ .. ..

0 +1 -1

ทฤษฎการผลกคอเลกตรอนในวงเวเลนซ (valence shell electron pair repulsion theory ; VSEPR)

VSEPR เปนทฤษฎทใชท านายรปรางโมเลกลโคเวเลนตทบ. VSEPR เสนอวา“อะตอมหรอกลมอะตอมตาง ๆ ในโมเลกล จะจดเรยงตวกนอยางไร ขนกบ แรงผลกระหวางค e- ในวงเวเลนซของอะตอมกลางเทานน”

โดยค e- แตละคจะพยายามจดตวใหอยหางกนมากทสด เพอใหมแรงผลกนอยทสด

และพบวา แรงผลกระหวาง

e- คโดดเดยว- e- คโดดเดยว >

e- คโดดเดยว - e- คสรางพนธะ >

e- คสรางพนธะ - e- คสรางพนธะ

และ แรงผลกระหวางพนธะ - พนธะ พนธะค > พนธะเดยว

สามารถเขยนสตรไดเปน AXmEn

A = อะตอมกลางX = อะตอมหรอหมอะตอมทยดอยกบ A โดยใช

พนธะโคเวเลนตE = สญลกษณแทนค e- ทไมใชสรางพนธะm = จ านวนค e- ทใชสรางพนธะn = จ านวนค e- ทไมใชสรางพนธะ

รปรางของโมเลกลหรอไอออนทยดกนดวยพนธะโคเวเลนตขนกบคา m และ n ทงหมดทมอยในวงเวเลนซ ค e- เหลานจะมการจดเรยงตวใหอยหางกนมากทสด เพอใหเกดแรงผลกกนนอยทสด

การใชทบ. VSEPR ท านายรปรางโมเลกลหรอไอออน อาศยหลกการดงตอไปน

1. เขยนสตรแบบจดของโมเลกลหรอไอออน

2. หาจ านวนค e- ทอะตอมกลางมพนธะกบอะตอมอน (พนธะค พนธะสาม ใหคด = e- 1 ค เหมอนพนธะเดยว)

3. อาศยตาราง ท านายรปราง

หมายเหต สแดง = อะตอมกลาง สน าเงน = อะตอมกลาง สเขยว = e- คโดดเดยว

รปรางโมเลกลหรอไอออนทไมม และม e- คอสระ

เชน จงเขยนสตรโมเลกลแบบ AXmEn ของ SF4 และ ICl4-

SF4 ICl4-

คอเลกตรอนทใชสรางพนธะ 4 4คอเลกตรอนทไมใชสรางพนธะ 1 2สตรโมเลกลแบบ AXmEn AX4E1 AX4E2

รปรางโมเลกล กระดานหก จตรสระนาบ(Seesaw) (Square planar)

FSF4 S..

FFF

ICl4- ICl Cl

ClCl....

รปรางโมเลกลและไอออนทไมมและม e- คโดดเดยว

1. AX2: BeCl2

โมเลกลทอะตอมกลางไมมe-คโดดเดยว

Cl Be Cl

e- ครวมพนธะทง 2 คอยทปลายดานตรงขามของแนวเสนตรงเดยวกน เพอจะไดอยหางกนมากทสด

180o

3. AX4: CH4

มโครงสรางเปนหนารปทรงเหลยม 4 หนา

C

H

HH

H

109.5o

2. AX3: BF3

B

F

FF

120o

มโครงสรางเปนรปสามเหลยมแบนราบ อะตอมทง 3 อยบนระนาบเดยวกน

5. AX6: SF6

มมพนธะมคาเทากบ 90o ทกพนธะบนทรงแปดหนาถอวาเหมอนกน เราจงไมสามารถใชค าวา แนวแกน และแนวระนาบส าหรบโครงสรางนได

S

F

F

FF

F

F

4. AX5: PCl5

อะตอมทอยดานบนดานบนและดานลางระนาบ 3 เหลยมเรยกวาอยในแนวแกน (axial) สวนอก 3 อะตอมทอยในระนาบ 3 เหลยมเรยกวาอยในแนวระนาบ (equatorial)

P

Cl

Cl

ClCl

Cl

90o

120o

โมเลกลทอะตอมกลาง e- คโดดเดยว

แรงผลกระหวาง : คโดดเดยว-คโดดเดยว > คโดดเดยว-คสรางพนธะ > คสรางพนธะ-คสรางพนธะ

1. AX2E: SO2

แรงผลกกนระหวาง e- คโดดเดยวกบ e- ครวมพนธะมมากกวาแรงผลกระหวาง e- ครวมพนธะดวยกน จากการทดลองพบวามมระหวางพนธะ OSO มคานอยกวา 120o คอ 119.5o

O S O.. ....

.. ..

..

....

....

S

O O

2. AX3E: NH3

e- คโดดเดยวผลกครวมพนธะไดแรงกวาแรงผลกระหวาง e- ครวมพนธะดวยกน ท าให N-H ทง 3 ถกดนใหเขาใกลกนมากขน

3. AX2E2: H2O

N HH

H

..

H O H....

..

O

H H

..

NHH

H..

แมวาการจดเรยง e- ทง 4 คของ H2O จะมรปทรง 4 หนาเชนเดยวกบ NH3 แตน าม e- คโดดเดยว 2 คบนอะตอมออกซเจน ซงพยายามจดตวใหอยหางกนมากทสดกบ e- ครวมพนธะ ท าใหพนธะ O-H ถกดนใหเขาหากน > พนธะ N-H ของ NH3

4. AX4E : SF4

S..

F

FF

F

รปคลายไมกระดานหก โดย e- คอสระเลอกทจะอยในแนวระนาบ เนองจากมมในแนวระนาบ มคา 120o ซงเมอจดเรยงตวแลวเกดแรงผลกกนนอยทสด

สตรจ านวนพนธะ

รปรางของโมเลกล ตวอยาง

AX2 2 เสนตรง (linear) HgCl2, BeCl2

AX3 3สามเหลยมแบนราบ (trigonal

planar)BCl3, BF3, GaI3

AX4 4 ทรงสหนา (tetrahedral) CH4, CHCl3, SnCl4

AX5 5คพระมดรวมฐาน

สามเหลยม (trigonal bipyramidal)

PCl5, PF5, PF3Cl2

AX6 6 ทรงแปดหนา (octahedral) SF6

สรปรปรางโมเลกลและไอออนท ไมม e- คโดดเด ยว

สตรจ านวนค

e- โดดเดยว

รปทรงทไดจากไฮบรดออรบทล


AX2E 1 สามเหลยม รป V (V-Shaped) SnCl2, SO2

AX3E 1 ทรงสหนาพระมดฐานสามเหลยม

(Trigonal pyramid)NH3, PCl3

AX4E 1คพระมดรวมฐาน

สามเหลยมกระดานหก (Seesaw) SF4, TeCl4

AX5E 1 ทรงแปดหนาพระมดฐานจตรส(Square pyramid)

BrF3, IF5

สรปรปรางโมเลกลและไอออนทม e- คโดดเดยว

สตรจ านวนค

e- โดดเดยว

รปทรงทไดจากไฮบรดออรบทล


AX2E2 2 ทรงสหนา รป V (V-Shaped) H2O, SCl2

AX3E2 2คพระมดรวมฐาน

สามเหลยมรป T (T-Shaped) BrF3, ClF3

AX4E2 2 ทรงแปดหนาจตรสระนาบ

(Square planar)XeF4, ICl4

-

AX2E3 3คพระมดรวมฐาน

สามเหลยมเสนตรง (linear) I3

-, XeF2

สรปรปรางโมเลกลและไอออนทม e- คโดดเดยว

โครงสรางของโมเลกลทมอะตอมกลางมากกวาหนงอะตอมโดยทวไปแลวเปนการยากทจะระบโครงสรางทแนนอนของ

โมเลกลทมอะตอมกลางมากกวา 1 อะตอม เรามกจะบอกไดแตเพยงรปรางรอบๆ แตละอะตอมกลาง เชน เมทานอล (CH3OH)

CO H

H

HHTetrahedralBent

จงใชแบบจ าลอง VSEPR ท านายรปรางของโมเลกลหรอไอออนตอไปน1. AsH3

2. OF2

3. AlCl4-

4. I3-

5. C2H4

6. SiBr47. CS2

คาตางๆทเกยวของกบพนธะ และโครงสรางของโมเลกล1. มมพนธะ

ขนอยกบ - จ านวน e- ครวมพนธะ- จ านวน e- คโดดเดยวรอบอะตอมกลาง- คา EN

Cl

Sn

Cl

1040

การทมมระหวาง Cl-Sn-Cl < 120 เพราะการผลกกนระหวาง คโดดเดยว-คสรางพนธะ > คสรางพนธะ-คสรางพนธะ

ตวอยาง SnCl2

การทมมระหวาง H-O-H < 109.5 เพราะการผลกกนระหวาง คโดดเดยว- คโดดเดยว> คโดดเดยว-คสรางพนธะ > คสรางพนธะ-คสรางพนธะ

ตวอยาง H2O

H

O

H

104.50

H

O

H

104.50

103.20

F

O

F

มมพนธะ O-H-O > F-O-F เนองมาจากวาF ม EN = 4 > EN ของ H = 2.1ดงนน F จะดง e- คสรางพนธะเขาหาตวเองมาก ท าใหความหนาแนนของกลมหมอก e- รอบ O ทพนธะ F-O นอยลง ท าใหแรงผลก e- คทสรางพนธะ- e- คทสรางพนธะ นอยลง ท าใหมมแคบลง

N

H

H

H

1070

H

O

H

104.50

การทมมระหวาง H-N-H < 109.5 เหตผลคลายกบโมเลกล H2Oและพบวา มมพนธะ H-N-H ใน NH3 > มมพนธะ H-O-H ใน H2O เนองมาจากวาNH3 ม e- คโดดเดยวเพยง 1 คเทานน ดงนน ท าใหการผลกกนของค e- จงมนอยกวา กรณของ H2O

2. พลงงานของปฏกรยา (E)- พลงงานสลายพนธะ (+)- พลงงานสรางพนธะ (-)

* ขอก าหนดคอ สารทเอามาใชค านวณในสวนนตองอยในสภาวะกาซเทานน

A2 (g) + B2 (g) 2AB (g)

E = จ านวนพลงงานพนธะทงหมดของสารตงตน – จ านวนพลงงานพนธะทงหมดของสารผลตภณฑ

= [ (A-A) + (B-B) ] - [ 2(A-B) ]

จงค านวนวาปฏกรยาตอไปนดดหรอคายพลงงานเทาใด

ก าหนดใหH-H = 436.4 kJ mol-1

I-I = 151 kJ mol-1

H-I = 298 kJ mol-1

1. H2(g) + I2(g) 2 HI (g)

3. ความยาวพนธะ

ระยะหางระหวางนวเคลยสของอะตอม 2 อะตอมทอยตดกนภายในโมเลกล

ความยาวพนธะของพนธะเดยว พนธะค พนธะสาม ของกลมอะตอมทคลายกน เชน ความยาวพนธะของ C-C แบบตางๆ

โมเลกล ชนดของพนธะ ความยาวพนธะ พลงงานพนธะ (pm) (kJ mol-1)

H3C-CH3 C-C 154 348 H2C=CH2 C=C 134 614 HCCH CC 120 839

ความยาวพนธะของพนธะเด ยว > พนธะค > พนธะสาม

• ทฤษฎพนธะเวเลนซ (valence bond theory)

ทฤษฎทใชอธบายพนธะโควาเลนต

ทฤษฎพนธะเวเลนซเปนทฤษฎทใชอธบายการเกดพนธะดวยการซอนเกยกน (overlap) ของออรบทลอะตอม

การซอนเกยกนระหวาง ออรบทลอะตอม ม 2 แบบ

1 แบบ head to head ท าใหเกดพนธะซกมา ()

ทฤษฎทใชอธบายพนธะโควาเลนต:ทฤษฎพนธะเวเลนซ (valence bond theory)

+

+

+

2 แบบ side to side ท าใหเกดพนธะไพ ()

+ +

ขอดของทฤษฎพนธะเวเลนซ คอ ใชอธบายการเกดพนธะเมอทราบรปรางโมเลกล และสามารถอธบายเกยวกบความยาวพนธะ รวมถงอธบายล าดบความแขงแรงของพนธะ

ล าดบความแขงแรงของพนธะ พนธะสาม > พนธะค > พนธะเดยวความยาวพนธะ พนธะสาม < พนธะค < พนธะเดยว

พนธะเดยว เกดจาก พนธะซกมา 1 พนธะ

พนธะค เกดจาก พนธะซกมา 1 พนธะ และ พนธะไพ 1 พนธะ

พนธะสาม เกดจาก พนธะซกมา 1 พนธะ และ พนธะไพ 2 พนธะ

F2 (F: 1s22s22p5)

แผนผงแสดง e- ทเกยวของในการสรางพนธะเปนดงน

รปการซอนเกยกนของ 2pz ออรบทลแสดงไดดงน

รปการซอนเหลอมของ 2py และ 2pz ออรบทลแสดงไดดงน

O2 (O: 1s22s22p4) :

N2 (N: 1s22s22p3)

แผนผงแสดง e- ทเกยวของในการสรางพนธะเปนดงน

รปการซอนเหลอมของ 2px 2py และ 2pzออรบทลแสดงไดดงน

ไฮบรดออรบตอล (Hybrid orbital)

การใชหลกการซอนทบกนของออรบตอลทม e- เดยวอย พบวาไมสามารถใชไดกบโมเลกลทซบซอนขน เชน

C62p

2s พบวา อะตอมคารบอนม e- เดยวใน 2p ออรบตอล 2 ตว ดงนนควรเกดพนธะโคเวเลนตกบอะตอมอนไดเพยง 2 พนธะเทานน แตความจรงแลวคารบอนสามารถเกดได 4 พนธะ โดยพจารณาจากการผสมกนของ s และ p ออรบตอลเขาดวยกน เรยก ไฮบรดออรบตอล ไฮบรดออรบตอล จะมลกษณะ สมบต และระดบพลงงานเทากนทกประการ

C62p

2s

sp3 ไฮบรไดเซชน

ระดบพลงงานของออรบตอลในสภาวะพน (s2p2)ระดบพลงงานของ sp3 ไฮบรดออรบตอล

เชน คารบอน เกดการรวมกนของ s ออรบตอล 1 ออรบตอล และ p ออรบตอล3 ออรบตอล เกดเปน sp3 ไฮบรไดเซชน

เมอน าคารบอนไปฟอรมพนธะกบไฮโดรเจน จงไดเปน CH4 ทมโครงสรางเปนรปสามเหลยมดานเทา 4 หนา

H 4 อะตอม

ไฮบรไดเซซน (hybridization)ไฮบรไดเซซน คอ ปรากฎการณทออรบทลในอะตอมเดยวกน ทมระดบพลงงานใกลเคยงกนเกดการรวมกนเกดเปนไฮบรดออรบทล (hybrid orbital) ซงแตละไฮบรดออรบทลจะครอบครองพนทเทากน และอยหางกนมากทสด เพอท าใหพลงงานรวมของออรบทลมพลงงานนอยทสด ผลทเกดขนกคอ เกดไฮบรดออรบทลมรปรางตางๆกนไป และพลงงานรวมของไฮบรดออรบทลนอยกวาผลรวมพลงงานทงหมด ของออรบทลอะตอมกอนการเกดไฮบรไดเซซน

ประเภทของไฮบรดออรบทล

1. sp-ไฮบรดออรบทล

เกดจากการรวมกนระหวาง s และ p ออรบทลอยางละหนงออรบทลไดไฮบรดออรบทลปนเสนตรง ดงรป

sp-ไฮบรดออรบทล

sp-ไฮบรดออรบทล

ตวอยางของ sp-ไฮบรดออรบทล เชน BeCl2, C2H2

BeCl2

C2H2 : จะเหนวาเกดไฮบรไดเซซนระหวาง 2s หนงออรบทลกบ 2p หนงออรบทลไดเปน sp- ไฮบรดออรบทลม e- เดยวสองตว ตวหนงเกด พนธะซกมากบ H และอกตวเกด พนธะซกมากบ คารบอนอกตว สวน p-ออรบทลเกดพนธะไพกบคารบอนอะตอมอกตวไดเปนโมเลกลเสนตรง ดงรป

2. sp 2-ไฮบรดออรบทล เกดจากการรวมกนระหวาง s 1 ออรบทลและ p 2 ออรบทลไดไฮบรดออรบทลปนสามเหลยมแบนราบ ดงรป

B

F3

ตวอยางของ sp2-ไฮบรดออรบทล เชน C2H4, BF3

BF3

อะตอมของ B เกดการไฮบรไดเซซนระหวาง s 1ออรบทลและ p 2 ออรบทล ได sp2-ไฮบรดออรบทล ทม e- เดยว 3 ตว ดงนนจงสามารถสรางพนธะกบ F ทง 3 อะตอมได ดงรป

C2H4

3.sp3-ไฮบรดออรบทล เกดจากการรวมกนระหวาง s 1ออรบทลและ p 3 ออรบทลไดไฮบรดออรบทลปนรปทรงสหนาดงรป

ตวอยางของ sp3-ไฮบรดออรบทล เชน CH4

2s กบ 2p ในอะตอมของ C เกด การไฮบรไดเซซนได sp3-ไฮบรดออรบทล ทม e- เดยว 4 ตว ดงนนจงสามารถสรางพนธะกบ H ทง 4 อะตอมไดเปนโมเลกล ดงรป

4. sp3d-ไฮบรดออรบทล เกดจากการรวมกนระหวาง s ออรบทล1 ออรบทล, d ออรบทล1ออรบทลและ p ออรบทล 3 ออรบทลไดไฮบรดออรบทลปนรปคพระมดรวมฐานสามเหลยม (trigonal bipyramid) ดงรป

ตวอยางของ sp3d- ไฮบรดออรบทล เชน PCl5

3s, 3p และ 3d ในอะตอมของ pเกด การไฮบรไดเซซนได sp3d-ไฮบรดออรบทลม e- เดยว 5 ตว ดงนน จงสามารถสรางพนธะกบ Cl ทง 5 อะตอมไดเปนโมเลกล ดงรป

5. sp3d2-ไฮบรดออรบทล เกดจากการรวมกนระหวาง s ออรบทล 1 ออรบทล, d ออรบทล 2 ออรบทลและ p ออรบทล 3 ออรบทลไดไฮบรดออรบทลเปนรปทรงแปดหนา (octahedron) ดงรป

ตวอยางของ sp3d2- ไฮบรดออรบทล เชน SF6

3s, 3p และ 3d ในอะตอมของ S เกด การไฮบรไดเซซนได sp3d2- ไฮบรดออรบทล ทม e- เดยว 6 ตว ดงนน จงสามารถสรางพนธะกบ F ทง 6 อะตอมไดเปนโมเลกล ดงรป

หมายเหต สแดง = อะตอมกลาง สน าเงน = อะตอมกลาง สเขยว = e- คโดดเดยว

รปรางโมเลกลหรอไอออนทไมม และม e- คอสระsp

sp2

sp3

sp3d

sp3d2

พนธะโลหะ

โลหะโดยทวไปจะมจ านวนเวเลนซ e- นอย โดยทวไปมเพยง 1, 2 หรอ 3 e- แตจะมจ านวนอะตอมขางเคยงเปนจ านวนมาก ท าใหจ านวนเวเลนซ e- โดยรวมมจ านวนมากดวย และดวยเหตทอะตอมมขนาดเลกอยตดกนเปนจ านวนมาก พนธะโคเวเลนตประจ าท (localized covalent bond) ไมนาจะเกดในโลหะ แตนาจะเปนพนธะท e- เคลอนทไปยงอะตอมตางๆ ได

ทฤษฎทใชอธบายการเกดพนธะโลหะ คอ ทฤษฎแบบจ าลองทะเลอเลกตรอน (electron sea model)

ทฤษฎแบบจ าลองทะเลอเลกตรอน

ทฤษฎนอาศยพนฐานทวา e- วงนอกของโลหะไมอยคงทเฉพาะกบอะตอมใดอะตอมหนง แตจะสามารถเคลอนทไปยงอะตอมอนๆ ได โดยอาจจนตนาการไดวาโลหะเปนกลมของไอออนบวกจมอยในทะเลของ e- วงนอกทเคลอนทได

ทฤษฎนสามารถอธบายการเปนตวน าไฟฟาไดด เพราะอะไร ?

แบบจ าลองทะเลอเลกตรอน

นอกจากนนเนองจาก e- สามารถเคลอนทไดอยางอสระ ท าให e-

ไมเปนสมบตของอะตอมใดอะตอมหนง พนธะทเกดขนจงเปนแบบทe-ไมอยกบท เพราะฉะนนระนาบของอะตอมอาจเคลอนทบนระนาบอนไดงาย ท าใหโลหะสามารถหกงอไดโดยไมแตกออกจากกน

การเคลอนทของระนาบในผลกโลหะ

ในขณะทถาผลกไอออนกมการเคลอนท จะเหนวาประจเดยวกนอยตรงกนซงแรงผลกระหวางประจทเหมอนกนจะแรงมากจนผลกไมสามารถเสถยรอยได การแตกหกจงเกดขน

การเคลอนทของระนาบในผลกไอออนก

สารประกอบไอออนกแขงแตเปราะ

ทฤษฎแถบพลงงาน (Band theory) : ทฤษฎนอาศยพนฐานของทฤษฎโมเลกลารออรบตอล คอ ถาม 2 อะตอมมกออรบตอลรวมกนกจะไดสองโมเลกลารออรบตอล โดยออรบตอลหนงมพลงงานสงเปนแบบตานพนธะ (AMO) อกอนหนงมพลงงานต าเปนแบบมพนธะ (BMO) แตละโมเลกลารออรบตอลสามารถบรรจ e- ไดไมเกน 2 e- โดยมสปนตรงขามกน

ทฤษฎทใชอธบายการเกดพนธะโลหะ

เมอมอะตอมมากขนและจ านวน MO มากขน ระดบพลงงานของ MO จะตางกนนอยลง ระดบพลงงานทใกลชดกนมากนจะดเสมอนเปนแถบตอเนองกน จงเรยกวาแถบพลงงาน (energy band) กรณของ Li แถบ พลงงานไดมาจาก 2s orbital จะเรยกวาแถบ 2s

ตวอยาง การบรรจ e- ของโลหะลเทยม

แถบอนญาต (allowed band) และชองตองหาม (forbidden gap)

แรงยดเหนยว- แรงยดเหนยวภายในโมเลกล- แรงยดเหนยวระหวางโมเลกล

แรงยดเหนยวภายในโมเลกล

พนธะโคเวเลนต พนธะโลหะ พนธะไอออนก

แรงยดเหนยวระหวางโมเลกล

แรงลอนดอน พนธะไฮโดรเจน แรงดงดดระหวางขว

1. แรงดงดดระหวางโมเลกลทไมมขว เรยกวาแรงลอนดอน หรอแรงแผกระจาย- แรงแผกระจายจะเพมขนตามขนาดของโมเลกล (น าหนกโมเลกล)- แรงแผกระจายจะขนอยกบการจดเรยงตวของโมเลกล

2. แรงดงดดระหวางโมเลกลทมขว- เกดจากโมเลกลทมสภาพขว เชน CO, SO2

เปรยบเทยบแรงดงดดระหวาง NO และ N2 พรอมทงคาดเดาวาโมเลกลตวไหนม bp. สงกวากน ยกเหตผล และวาดสตรโครงสรางแบบลวอสประกอบ ?

* อะตอมหรอโมเลกลทมขนาดใหญจะมความสามารถในการเกดเปนโมเลกลมขวสงกวาโมเลกลขนาดเลก

3. พนธะไฮโดรเจนมกเกดกบโมเลกลทม H atom เกาะกบ atom ทมคา EN

สงๆ และ atom นนม e- คโดดเดยวเหลออย เชน

EN 2.1(H) 4.0(F)HF ม bp = 19.4 oC

H O.. ..

HH O

.. ..

H.. ..H OH

..

H O..H

H F.... ..H F

..

.. ..

..

HF.. ..

EN 2.1(H) 3.5(O)H2O ม bp = 100oC

H2O มคา EN ต ากวา HF แตท าไมคา bp. ของ H2O จงสงกวา ?

+

Na Cl2 NaCl

ค าถามทายบท

1. ขอความใดตอไปนถกตองA พนธะโคเวเลนตเปนพนธะทเกดจากการใชe-รวมกนระหวางธาตทมอเลกโทรเนกาตวตใกลเคยงกนหรอ เทากนB พนธะโคเวเลนตเปนพนธะทมทศทางไมแนนอนC พนธะไอออนกเปนพนธะทเกดจากธาตทมอเลกโทรเนกาตวตสงกบธาตทมเลขอะตอมต าเทานนD พนธะโลหะเปนพนธะทแขงแรง เพราะe-ทงหมดในอะตอมของโลหะสรางแรงยดเหนยวกบอะตอมใกล เคยง

(ก) A ถกเพยงขอเดยว (ข) A, C และ D ถก(ค) A, B และ C ถก (ง) ถกทกขอ

2. โมเลกลใดเปนโมเลกลมขว(ก) CO2 (ข) NH3

(ค) SiCl4 (ง) PF5

3. โมเลกลใดมแรงยดเหนยวระหวางพนธะมากทสด(ก) NO (ข) O2

(ค) CO (ง) F2

4. สารประกอบไอออนกมสตรเปน X2Y ถา X เปนธาตทมเลขอะตอมเทากบ 19 Y ควรมเลขอะตอมเทากบเทาไร

(ก) 14 (ข) 16(ค) 17 (ง) 18

5. ธาตสมมต X, Y, Z มเลขอะตอม 12, 13 และ 16 ตามล าดบ สารประกอบคลอไรดของธาตเหลานควรมสตรอยางไร

(ก) XCl2, YCl3, ZCl6 (ข) XCl3, YCl4, ZCl2(ค) XCl, YCl4, ZCl3 (ง) XCl, YCl4, ZCl2

6. สารประกอบขอใดทเปนไปตามกฏออกเตต(ก) BCl3 (ข) SF6

(ค) PCl5 (ง) CO2

7. ธาต A และ B มเลขอะตอม 15 และ 35 คลอไรดของ A และ B ควรมรปรางอยางไร ตามล าดบ

(ก) ทรงเหลยมสหนา, สามเหลยมแบนราบ(ข) สามเหลยมแบนราบ, พรามดฐานสามเหลยม(ค) สามเหลยมแบนราบ, เสนตรง(ง) พรามดฐานสามเหลยม, เสนตรง

8. รปรางของ phosphite ion, (PO33-) ควรมลกษณะดงขอใด

(ก) ทรงเหลยมสหนา (tetrahedral)(ข) มมงอ (bent)(ค) สามเหลยมแบนราบ (trigonal planar)(ง) พรามดฐานสามเหลยม (trigonal pyramidal)

เฉลย1. ก 2. ข 3. ค 4. ข 5. ก 6. ง 7. ง 8. ง

Documents

พันธะเคมี - PCCPL-KMkm.pccpl.ac.th/files/1205091111045234_12071812122404.pdfพันธะเคมี จัดท าโดย ดร. จุฑาทิพย์