6.2 พนธะโคเวเลนต พนธะโคเวเลนต (Covalent bond) มาจากคำาวา co + valence
electron ซงหมายถง พนธะทเกดจากการใชเวเลนซอเลกตรอนรวมกน ดงเชน ในกรณของไฮโดรเจน ดงนน ลกษณะทสำาคญของพนธะโคเวเลนตกคอการทอะตอมใชเวเลนตอเลกตรอนรวมกนเปนค ๆ
สารประกอบทอะตอมแตละคยดเหนยวกนดวยพนธะโคเวเลนต เรยกวา สารโคเวเลนต โมเลกลของสารทอะตอมแตละคยดเหนยวกนดวยพนธะโคเวเลนต เรยกวา โมเลกลโคเวเลนต
การเกดพนธะโคเวเลนต
ดงทไดกลาวไวแลววาพนธะโคเวเลนต เกดจากการใชเวเลนตอเลกตรอนรวมกน ซงอาจจะใชรวมกนเพยง 1 ค หรอมากกวา 1 คกได
“อเลกตรอนคทอะตอมทงสองใชรวมกนเรยกวา ”อเลกตรอนครวมพนธะ อะตอมทใชอเลกตรอนรวมกนเรยกวา อะตอมครวมพนธะ
ถาอะตอมครวมพนธะใชอเลกตรอนรวมกน 1 คจะเกดเปนพนธะโคเวเลนตทเรยกวา พนธะเดยว เชน ในโมเลกลของไฮโดรเจน
ถาอะตอมครวมพนธะใชอเลกตรอนรวมกน 2 คจะเกดเปนพนธะโคเวเลนตทเรยกวา พนธะค เชน ในโมเลกลของออกซเจน
ถาอะตอมครวมพนธะใชอเลกตรอนรวมกน 3 คจะเกดเปนพนธะโคเวเลนตทเรยกวา พนธะสาม เชน ในโมเลกลของไฮโดรเจน
จากการศกษาสารโคเวเลนตจะพบวา ธาตทจะสรางพนธะโคเวเลนตสวนมากเปนธาตอโลหะกบอโลหะ ทงน เนองจากโลหะมพลงงานไอออไนเซชนคอนขางสง จงเสยอเลกตรอนไดยาก เมออโลหะรวมกนเปนโมเลกลจงไมม
อะตอมใดเสยอเลกตรอน มแตใชอเลกตรอนรวมกนเกดเปนพนธะโคเวเลนต อยางไรกตามโลหะบางชนดกสามารถเกด
พนธะโคเวเลนตกบอโลหะได เชน Be เกดเปนสารโคเวเลนตคอ BeCl2 เปนตน
การเขยนสตรและการเรยกชอสารโคเวเลนต สตรเคม หมายถง สญลกษณทใชเพอแสดงวาสารประกอบนนมธาตอะไรบางเปนองคประกอบอยางละก
อะตอม สตรเคมแบงออกเปน 3 ประเภทคอ1. สตรโมเลกล เปนสตรเคมทแสดงใหทราบวาสารนนประกอบดวยธาตอะไรบางอยางละกอะตอม เชน
สตรโมเลกลของนำาตาลกลโคส คอ C6H12O6 แสดงวากลโคสประกอบดวยธาต C , H และ O จำานวน 6 , 12 และ 6 อะตอมตามลำาดบ
สำาหรบสตรโมเลกล ของสารโคเวเลนตโดยทวไป จะเขยนสญลกษณของธาตในโมเลกล เรยงลำาดบคอ B , Si, C , P , H , S , I , Sr , Cl , O และ F เชน ClF OF2 , CO2 เปนตน
2. สตรอยางงาย เปนสตรเคมทแสดงใหทราบวาสารนนประกอบดวยธาตอะไรบาง มอตราสวนของ
จำานวนอะตอมเปนเทาใด เชน สตรอยางงายของกลโคสคอ CH2O ซงแสดงวากลโคสประกอบดวยธาต C, H และ O โดยมอตราสวนอะตอมของ C : H : O = 1: 2 : 1
3. สตรโครงสราง เปนสตรเคมทแสดงใหทราบวาสารนนประกอบดวยธาตอะไรบาง อยางละกอะตอมและ แตละอะตอมยดเหนยวกนดวยพนธะเคมอยางไร จะเหนไดวาสตรโครงสรางของสารใหราบละเอยดเกยวกบองคประกอบ
ของธาตตาง ๆ ในโมเลกลมากกวาสตรอยางงายและสตรโมเลกล
สตรโครงสรางสามารถเขยนได 2 แบบคอ สตรโครงสรางแบบจด (electron dot formula) หรอสตรโครงสรางแบบลวอส (Lwwis formula) และสตรโครงสรางแบบเสน (graphic formula) สตรโครงสรางทง 2 แบบจะแสดงเฉพาะเวเลนตอเลกตรอนของอะตอมครวมพนธะ
ก. สตรโครงสราง ใชสญลกษณเปนจด ( . ) แทนเวเลนตอเลกตรอนโดยเขยนไวรอบ ๆ สญลกษณของธาต หรออาจจะ
ใชสญลกษณเปน x แทนเวเลนตอเลกตรอนกไดเพอใหเหนความแตกตางระหวางอเลกตรอนของธาตครวมพนธะตางชนดกน
โดยทว ๆ ไปการเขยนสตรแบบจดจะมขอกำาหนดดงน
1. อะตอมของธาตกอนเขยน ใหเขยนแยกกน และเขยนจด ( . ) แสดงเวเลนตอเลกตรอนลอมรอบ สญลกษณของธาต โดยมจำานวนจดเทากบจำานวนเวเลนตอเลกตรอน เชน
1H ม 1 เวเลนตอเลกตรอน เขยนสตรแบบจดเปนH
8O ม 6 เวเลนตอเลกตรอน เขยนสตรแบบจดเปนO
15P ม 5 เวเลนตอเลกตรอน เขยนสตรแบบจดเปนP
2. เมออะตอม 2 อะตอมสรางพนธะโคเวเลนต ใหเขยนสตรแบบจดของอะตอมทงสองไวดวยกน สำาหรบอเลกตรอนทใชรวมกน ใหเขยนจด ( . ) ไวในระหวางสญลกษณของอะตอมครวมพนธะ สวนอเลกตรอนทไม
ไดรวมกน หรออเลกตรอนทไมไดใชในการสรางพนธะ ใหเขยนดวยจดไวบนอะตอมเดมจะเหนไดวาการเขยนสตรแบบจดจำาเปนทจะตองทราบจำานวนเวเลนตอเลกตรอนของธาตครวมพนธะกอนซง
อาจจะทราบจากเลขอะตอมของธาต หลงจากนนจงจะนำามาเขยนเปนสตรแบบจดตวอยางเชน
1. สตรแบบจดของไฮโดรเจน (H2)1H ม 1 เวเลนตอเลกตรอน เขยนสตรแบบจดไดเปน เมอ 2 อะตอมรวมกนเปน
โมเลกล จะมการใชเวเลนตอเลกตรอนรวมกน 1 ค จงเขยนสตรแบบจดไดดงน
H + H H Hกอนเกดปฏกรยา หลงเกดปฏกรยา
อเลกตรอนทใชรวมกน
2. สตรแบบจดของกาซไฮโดรเจนฟลออไรด (HF)
9F มการจดเรยงอเลกตรอนเปน 2 , 7 ดงนนม 7 เวเลนตอเลกตรอน สตรแบบจดคอ
F เมอ H รวมกบ F เปน HF เขยนเปนสตรแบบจดไดดงน
FH + H Fอเลกตรอนทใชรวมกน
H และ F ใชอเลกตรอนรวมกนเพยง 1 คในโมเลกลของ HF จงมพนธะโคเวเลนตเพยง 1 พนธะ โดยเขยนอเลกตรอนทใชรวมกนไวระหวางธาต H กบ F สำาหรบอเลกตรอนทเหลอของ F 6
อเลกตรอนกเขยนไวบนอะตอมของ F
3. สตรแบบจดของกาซไฮโดรเจนซลไฟด (H2S) กำามะถนมเลขอะตอมเทากบ 16
เพราะฉะนนมการจดเรยงอเลกตรอนเปน 2 , 8 , 616S จงม 6 เวเลนตอเลกตรอน สตรแบบจดคอ
S เมอ H รวมกบ S เปน H2S เขยนสตรแบบจดไดเปนดงน
2(H ) +S H S H
ในโมเลกลของ H2S มการใชอเลกตรอนรวมกนระหวาง H กบ S 2 ค ดงนนในโมเลกลของ H2S จงมพนธะโคเวเลนต 2 พนธะ ซงอเลกตรอนทใชรวมกนทง 2 คไดเขยนไวระหวางอะตอมของ H กบ S สวนอเลกตรอนทเหลอของ S 4 อเลกตรอนใหเขยนไวบนอะตอมของ S
4. สตรแบบจดของกาซแอมโมเนย (NH3) ไนโตรเจนเปนธาตหมท 5 มเลขอะตอมเทากบ 7
เพราะฉะนนมการจดเรยงอเลกตรอนเปน 2 , 57N จงม 5 เวเลนตอเลกตรอน เขยนสตรแบบจดไดดงน
N เมอ N รวมกบ H เปน NH3 เขยนสตรแบบจดไดดงน
H N H3(H ) +NH
จะเหนไดวาในโมเลกลของ NH3 มการใชอเลกตรอนรวมกนระหวาง H กบ N 3 คจงพนธะโคเว เลนต 3 พนธะ
5. สตรแบบจดของฟอสฟอรสไตรคลอไรด (PCl3)
P มเลขอะตอมเทากบ 15 เพราะฉะนน P มการจดเรยงอเลกตรอนเปน 2 , 8 , 5
15P จงม 5 เวเลนตอเลกตรอน เขยนสตรแบบจดไดเปนP
Cl มเลขอะตอมเทากบ 17 เพราะฉะนน Cl มการจดเรยงอเลกตรอนเปน 2 , 8 , 7
17Cl จงม 7 เวเลนตอเลกตรอน เขยนสตรแบบจดไดเปน Cl
เมอ Cl 3 อะตอม รวมตวกบ P 1 อะตอม เกดเปนสารประกอบโคเวเลนต PCl3 จะเขยนสตรแบบจดไดดงน
ClP3( Cl ) + Cl P Cl
ในโมเลกลของ PCl3 มการใชอเลกตรอนรวมกนระหวางธาต P กบ Cl รวม 3 คเกดเปน พนธะโคเวเลนต 3 พนธะ
ข. สตรโครงสรางแบบเสน เปนการเขยนสตรโครงสรางของโมเลกลโคเวเลนตอกแบบหนงซงแตกตางจากสตรแบบจดเลกนอย โดย
กำาหนดใหใชเสนตรง ( - ) แทนอเลกตรอนครวมพนธะ 1 ค หรอแทนพนธะโคเวเลนต 1 พนธะ ทงนให เขยนไวในระหวางสญลกษณของธาตครวมพนธะ สำาหรบอเลกตรอนทไมใชอเลกตรอนครวมพนธะจะเขยนไวหรอไม
เขยนกได (ปกตจะไมเขยน) สตรแบบเสนจงเปนการกำาหนดขนมาเพอใหเขยนสตรโครงสรางไดสะดวก และงายขน ทงนเพราะไมจำาเปนตองแสดงเวเลนตอเลกตรอนทงหมดของธาตครวมพนะะ
ใหใชเสนตรง 1 เสน ( - ) แทนอเลกตรอนทใชรวมกน 1 ค ใหใชเสนตรง 2 เสน ( = ) แทนอเลกตรอนทใชรวมกน 2 ค ใหใชเสนตรง 3 เสน ( ) แทนอเลกตรอนทใชรวมกน 3 ค
ตวอยางสตรแบบเสน
1. สตรแบบเสนของกาซไฮโดรเจน (H2) สตรแบบจดของ H2 คอ H : H
จะเหนไดวา H ทงสองอะตอมใชอเลกตรอนรวมกน 1 คจงใชเสนตรง 1 เสนเขยนแทนอเลกตรอนค รวมพนธะ โดยเขยนไวระหวาง H ทงสองอะตอม
เพราะฉะนนสตรโครงสรางแบบเสนของ H2 จงเปน H - H
2. สตรโครงสรางแบบเสนของกาซไฮโดรเจนฟลออไรด (HF)
สตรแบบจดของ HF คอFH
จะเหนไดวาอะตอม H กบ F มการใชอเลกตรอนรวมกนเพยง 1 ค จงใชเสนตรง 1 เสนแทนอเลกตรอนครวมพนธะ
เพราะฉะนนสตรแบบเสนของ HF จงเปน H - F
3. สตรแบบเสนของกาซไฮโดรเจนซลไฟด (H2S)
สตรแบบจดของ H2S คอH S H
จะเหนไดวา H และ S ใชอเลกตรอนรวมกน 1 คจงใชเสนตรง 1 เสนแทนอเลกตรอนครวม พนธะ 1 ค
ในโมเลกลของ H2S จงม 2 พนธะโคเวเลนต เพราะฉะนน สตรแบบเสนของ H2S คอ H - S - H
4. สตรแบบเสนของกาซแอมโมเนย (NH3)
สตรแบบจดของ NH3 คอH
H N H
เพราะฉะนนสตรแบบเสน ของ NH3 จงเปนH
H N H
5. สตรแบบเสนของฟอสฟอรสไตรคลอไรด (PCl3)
สตรแบบจดคอ
Cl P ClCl
เพราะฉะนนเขยนสตรแบบเสนไดเปน
Cl P ClCl
หมายเหต
ก. การเขยนสตรโครงสรางแสดงพนธะโคเวเลนตทง 2 แบบนเปนเพยงสตรทเขยนขนเพอความ สะดวกเทานนไมไดแสดงตำาแหนงทแนนอนของอเลกตรอน อเลกตรอนทใชรวมกนซงเขยนไวระหวางอะตอมครวมพนธะ
กไมไดหมายความวาอเลกตรอนทงคจะตองอยระหวางนวเคลยสทงสองตลอดเวลา อเลกตรอนทงคอาจจะไปอยสวนอน ๆ ของอะตอมได แตอยางไรกตามโอกาสทจะพบอเลกตรอนทงคอย ระหวางนวเคลยสทงสองมมากกวาบรเวณอน ๆ
ข. การเขยนสตรโครงสรางทงสองแบบน จดหรอเสนเพยงแตแสดงจำานวนพนธะทแตละอะตอมสรางขน ไมไดแสดงตำาแหนงของพนธะหรอตำาแหนงทแนนอนของอเลกตรอน รวมทงไมไดแสดงโครงสรางของโมเลกล
ตารางท6.1 ตวอยางสตรแบบจดและสตรแบบเสนของโมเลกลโคเวเลนตบางชนด
ชอสาร สตรโมเลกล อะตอมองคประกอบ สตรแบบจด สตรแบบเสนคลอรน Cl2 Cl Cl Cl Cl Cl - Clออกซเจน O2 O O OO O = Oไนโตรเจน N2 N N N N N Nคารบอนไดออกไซด CO2 C 2( O )O C OO = C =Oนำา H2O 2(H ) O H O HH - O - Hไฮโดรเจนไซยาไนด HCN H C NH C NH - C Nเอธานอล C2H5O
H6(H )2( C )O
H C C O HH HH H HH
HHH C C O H
มเธน CH4 C 4(H )HH
H C H H C HH
Hกรดคารบอนก H2CO3 O C 2(H ) 3( )
OH O C O HH - O - C - O - H
Oกรดอะซตก CH3CO
OH2( )4(H )2( C )O
HH
H C C O HO
H C C O HH
H
O
โบรอนไตรคลอไรด BCl3 B 3( Cl ) Cl B ClCl
Cl - B - ClCl
ฟอสฟน PH3 P 3(H ) H P HH H
H P H
เอธลน C2H4 2( C )4(H ) H C C HH H HH
H C C H
กฎออกเตต (Octet rule) จากการศกษาเกยวกบธาตเฉอย เชน He , Ne , Ar , Kr พบวาเปนธาตทจดอยใน
ประเภทโมเลกลอะตอมเดยวทกสถานะ คอใน 1 โมเลกลของธาตเฉอยจะมเพยง 1 อะตอมทงสถานะของแขง
ของเหลว และกาซในธรรมชาตเกอบจะไมพบสารประกอบของธาตเฉอยเลย แสดงวาธาตเฉอยเปนธาตทเสถยรมาก เกดปฏกรยาเคมกบธาตอน ๆ ไดยาก การทกาซเฉอยมความเสถยรมาก ทำาใหนกวทยาศาสตรสนใจทจะคนควาถง
เหตผลททำาใหธาตเฉอยมความเสถยร และจากการศกษาโครงสรางอะตอมของธาตเฉอยพบวาธาตเฉอยมการจดเรยง
อเลกตรอนวงนอกสดเหมอนกน คอ ม 8 เวเลนตอเลกตรอน ( ยกเวนธาต He ม 2 เวเลนตอเลกตรอน) เชน
2He = 210Ne = 2 , 818Ar = 2 , 8 , 836Kr = 2 , 8 , 18 , 8
เมอเปรยบเทยบกบโครงสรางอะตอมของธาตอน ๆ เชน H , O , N1H = 18O = 2 , 67N = 2 , 5
ธาตเหลานมเวเลนตอเลกตรอนนอยกวา 8 ในธรรมชาตจะไมสามารถอยเปนอะตอมเดยว ๆ ได ซงแสดงวา
ไมเสถยร ตองรวมกนเปนโมเลกลซงอาจจะม 2 อะตอมหรอมากกวา การทธาตเฉอยม 8 เวเลนตอเลกตรอน แลวทำาใหเสถยรกวาธาตอน ๆ ซงมเวเลนตอเลกตรอนไมเทากบ 8 ทำาใหนกวทยาศาสตรเชอวาโครงสรางของอะตอม
ทม 8 เวเลนตอเลกตรอนเปนสภาพทอะตอมเสถยรทสด ดงนนธาตตาง ๆ ทมเวเลนตอเลกตรอนนอยกวา 8 จงพยายามปรบตวใหมโครงสรางแบบธาตเฉอย เชน
โดยการรวมตวกนเปนโมเลกลหรอใชอเลกตรอนรวมกนเพอทำาใหเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 8 สวนไฮโดรเจนจะ พยายามปรบตวใหมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 2 เหมอนธาต He
การทอะตอมของธาตตาง ๆ รวมตวกนดวยสดสวนททำาใหมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 8 น นกวทยาศาสตร ไดตงเปนกฎเรยกวา กฎออกเตต
ดงนนธาตตาง ๆ จงพยายามรวมตวกน เพอใหเปนไปตามกฎออกเตต ซงจะทำาใหไดสารประกอบหรอโมเลกลท อยในสภาพทเสถยร สำาหรบการรวมตวกนดวยพนธะโคเวเลนตจะมการใชเวเลนตอเลกตรอนรวมกนระหวางอะตอมค
รวมพนธะ อเลกตรอนทใชรวมกนถอวาเปนอเลกตรอนของอะตอมครวมพนธะทงสอง
เชน F2 มสตรแบบจดเปนF F
อะตอมของ F มเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 7
เมอเกดพนธะโคเวเลนตมการใชอเลกตรอนรวมกน 1 ค ซงอเลกตรอนทใชรวมกน 1 คนถอวาเปนของ ฟลออรนทง 2 อะตอม ทำาใหฟลออรนแตละอะตอมใน F2 มเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 8
จำานวนเวเลนตอเลกตรอนของธาตแตละชนดอาจจะแสดงใหเหนไดชดเจนขนโดยการเขยนวงกลมลอมรอบแต ละลอะตอม จำานวนอเลกตรอนทอยในวงกลมของธาตใดกจดวาเปนของธาตนน
เชน
F F
ตารางท6.2 ตวอยางโครงสรางอะตอมของธาตในสารประกอบชนดซงเปนไปตามกฎออกเตตHe Ne Ar
H O HH2O
O C OCO2
H C NHCN
Cl P ClCl
PCl3
O H C H
CH2O NH3
H N HH
H H C H
CH4
H H O C O HO
H2CO3
H C C HH HC2H4
ขอยกเวนสำาหรบกฎออกเตต ดงทไดกลาวมาแลววาอะตอมของธาตตาง ๆ มกจะรวมตวกนเปนสารประกอบเพอใหเปนไปตามกฎออกเตต ซง
จะทำาใหสารประกอบนนอยในสภาพทเสถยร เชน H2O , PCl3 , NH3 , CO2 แตอยางไรกตามเมอมการศกษาใหกวางขวางออกไปกพบวาสารประกอบบางชนดมการจดเรยงอเลกตรอนไมเปนไปตามกฎออก
เตต บางชนดมเวเลนตอเลกตรอนนอยกวา 8 และบางชนดมเวเลนตอเลกตรอนมากกวา 8 ซงสารตาง ๆ เหลาน แมวาจะไมเปนไปตามกฎออกเตต แตกอยในภาวะทไมเสถยร จดวาเปนขอยกเวนสำาหรบกฎออกเตต ซงสรปไดดงน
ก. พวกทไมครบออกเตต ไดแกสารประกอบของธาตในคาบท 2 ของตารางธาต ทมเวเลนตอเลกตรอนนอยกวา 4 เชน 4Be
และ 5B 4Be = 2 , 2 เวเลนตอเลกตรอนเทากบ 25B = 2 , 3 เวเลนตอเลกตรอนเทากบ 3
ธาต Be และ B เมอเกดเปนสารประกอบโคเวเลนตทว ๆ ไปจะไมครบออกเตต
ตวอยางเชน BF3 , BCl3 , BeCl2 และ BeF2 เปนตน ใน BF3 ธาต B จะมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 6 ซงไมครบออกเตต ในขณะทธาต
F ครบออกเตตF B F
F
ใน BeCl2 ธาต Be จะมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 4 ซงไมครบออกเตต ในขณะท
ธาต Cl ครบออกเตตCl Be Cl
แตถาธาตเหลานเกดเปนสารประกอบเชงซอน บางชนดจะเปนไปตามกฎออกเตต เชน BF4-,
BCl3.NH3 ใน BF4
- ทง B และ F ตางกมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 8 เปนไปตามกฎออกเตต
F B FF
F -
ใน BCl3.NH3 ทง B , Cl , N และ F ตางกเปนไปตามกฎออกเตต
Cl BCl
ClN HH
H
ข. พวกทเกนกฎออกเตต ตามทฤษฎสารประกอบของธาตทอยในคาบท 3 ของตารางธาตเปนตนไป สารมารถสรางพนธะแลวทำาให
อเลกตรอนเกน 8 ได ( ตามกฎการจดอเลกตรอน 2n2 ในคาบท3 สามารถมอเลกตรอนไดเตมทถง 18 อเลกตรอน) แตอยางไรกตามพวกทเกนออกเตตมกจะพบในสารประกอบบางตวของ P , S และโลหะทรานซชน
เชนใน PCl5 , SF6 , Fe(CN)63- , Co(NH3)6
2+ , SiF62- และ Icl3
เปนตน
ใน PCl5 ธาต P เกดพนธะกบ Cl รวม 5 พนธะจงมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 10 ซงเกนออกเตต ( 1 พนธะหรอ 1 เสนประกอบดวย 2 อเลกตรอน) สำาหรบ PCl3 หรอ สารประกอบอน ๆ ของธาต P สวนมากเปนไปตามกฎออกเตต
PCl
ClClCl
Cl ใน SF6 ธาต S เกดพนธะกบ F รวม 6 พนธะจงมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 12 ซง
เกนออกเตต แตใน SF2 หรอสารประกอบอน ๆ ของธาต S สวนมากเปนไปตามกฎออกเตต
SF
FF
FFF
ใน ICl3 ธาต I เกดพนธะกบ Cl รวม 3 พนธะและมอเลกตรอนคโดดเดยว 2 ค จง
รวมเปน 10 อเลกตรอน ซงเกนออกเตต แต ICl หรอสารประกอบอน ๆ ของ I สวนใหญเปนไปตามกฎออกเตต
I ClClCl
ใน Co(NH3)62+ ธาต Co เกดพนธะกบ N ใน NH3 รวม 6 พนธะจงมเว
เลนตอเลกตรอนเทากบ 12 ซงเกนออกเตต
CoNH3
NH3 NH3NH3
NH3 NH3 นอกจากสารประกอบทไมเปนไปตามกฎออกเตตดงทไดกลาวมาแลว ยงมสารประกอบอน ๆ อกบาง
ชนดซงไมเปนไปตามกฎออกเตต เชน ออกไซดบางตวของธาตไนโตรเจน ( NO และ NO2 )และออกไซดของ คลอรน (ClO2) เปนตน ธาตเหลาน (N และ Cl) สามารถมอเลกตรอนทไมไดจบค หรออเลกตรอนเดยว
(Unpaired electron) ซงทำาใหแสดงสมบตเปน paramagnetic ได
ใน NO ธาต N มเพยง 7 อเลกตรอนซงไมเปนไปตามกฎออกเตตN O
ในNO2 ธาต N เกดพนธะกบธาต O แตมอเลกตรอนเพยง 7 ซงไมครบออกเตตN OO
ในClO2 ธาต Cl เกดพนธะกบธาต O แตมอเลกตรอนเพยง 7 ซงไมครบออกเตตO Cl O
ประโยชนของกฎออกเตต กฎออกเตต นอกจากจะใชสำาหรบเขยนสตรโครงสรางสารแลว ยงสามารถใชชวยทำานายสดสวนจำานวนอะตอม
ของธาตททำาปฏกรยากน และทำานายสตรของสารประกอบตาง ๆ ได ตวอยางเชน
1. ทำานายวาสารประกอบระหวางธาตคลอรนกบธาตฟลออรน ควรจะมสตรเปน ClF เนองจากธาต Cl และ F ตางกเปนธาตหมท 7 จงมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 7 ทง Cl และ
F ตางกตองการอก 1 อเลกตรอนจงจะครบออกเตต ดงนนจงสรางพนธะ 1 พนธะ แสดงวา Cl กบ F ควรจะรวมกนเปนสารประกอบโดยใชอยางละ 1 อะตอม
Cl + F Cl F Cl - Fหรอ
2. กรณสารประกอบฟอสฟอรสกบคลอรน
โดยอาศยกฎออกเตตจะทำานายไดวาสตรของสารประกอบควรจะเปน PCl3 เพราะ ธาต P เปนธาต หมท 5 ม 5 เวเลนตอเลกตรอน ตองการอก 3 อเลกตรอน หรอตองเกด 3 พนธะ จงจะครบออกเตต
ในขณะท Cl เปนธาตหมท 7 ม 7 เวเลนตอเลกตรอน ตองการอกเพยง 1 อเลกตรอนหรอตองการเกด เพยง 1 พนธะกจะครบออกเตต
เพอใหทง P และ Cl ครบออกเตต จงตองใช Cl 3 อะตอมตอ P 1 อะตอม สตรของ
สารประกอบจงเปน PCl3
ClCl P ClCl P Cl3( Cl ) +P
Clหรอ
3. กรณของสารประกอบระหวางไนโตรเจนกบไฮโดรเจน
โดยใชกฎออกเตต จะทำานายไดวาสารประกอบควรจะเปน NH3 ธาต N ม 5 เวเลนตอเลกตรอน ตองการอก 3 อเลกตรอนจงจะครบออกเตตซงกทำาไดโดยการเกด
3 พนธะ สวนธาต H ม 1 เวเลนตอเลกตรอนตองการอก 1 อเลกตรอนจงจะครบ 2 อเลกตรอน เหมอนธาต He ซงกทำาไดโดยการเกด 1 พนธะ
ดงนน N 1 อะตอมตองการ 3 พนธะ จงตองรวมกบ H 3 อะตอม ซงแตละอะตอมตองการ 1 พนธะ เพอใหทง N และ H ครบออกเตต สตรของสารประกอบจงเปน NH3
H N HHH
N3(H ) + H N Hหรอ
4. กรณสารประกอบระหวางคารบอนกบคลอรน
โดยใชกฎออกเตต จะทำานายไดวาสตรของสารประกอบควรจะเปน CCl4 ธาต C ม 4 เวเลนตอเลกตรอน ตองการอก 4 อเลกตรอนจงจะครบออกเตต ดงนนจงตองเกด
4 พนธะ สวน ธาต Cl ม 7 เวเลนตอเลกตรอน ตองการอก 1 อเลกตรอนจงจะครบออกเตต ดงนนจง
ตองเกด 1 พนธะ เพราะฉะนน C 1 อะตอม ตองการ 4 พนธะ จงตองรวมกบ Cl 4 อะตอม ซงแตละอะตอม
ตองการ 1 พนธะ จงจะทำาให C และ Cl ครบออกเตต สตรของสารประกอบจงเปน CCl4
หรอCl
C4( Cl ) + Cl C Cl Cl C ClCl
ClCl
5. กรณสารประกอบระหวางคารบอนกบกำามะถน
โดยใชกฎออกเตต จะทำานายไดวาสตรของสารประกอบควรจะเปน CS2
ธาต C ม 4 เวเลนตอเลกตรอน ตองการอก 4 อเลกตรอนจงจะครบออกเตต ดงนนจงเกด 4 พนธะ สวนธาต S ม 6 มเวเลนตอเลกตรอนตองการอก 2 อเลกตรอนจงจะครบออกเตต ดงนนจงเกด 2
พนธะ
เพราะฉะนน C 1 อะตอมตองการ 4 พนธะ จงตองรวมกบ S 2 อะตอม ซงแตละอะตอม
ตองการ 2 พนธะ เพอใหทง C และ S ครบออกเตต สตรของสารประกอบจงเปน CS2
C + 2( S ) S C S S = C = Sหรอ แบบทดสอบท6.1
1. ขอใดทมอเลกตรอนครวมพนธะและอเลกตรอนคโดดเดยวรอบอะตอม A เปนไปตามกฎออกเตต
A A A A
A A A A
.ก .ข .ค .ง
.จ .ฉ .ช .ซ
2. จงเขยนสตรแบบจด และสตรแบบเสนของสารตอไปน
PCl3 SF2 BeF2 H2Se SnCl4
เฉลยแบบทดสอบท 6.1 1. ขอ ก. ง. จ. และ ช.2. แนวคด
ClCl P ClCl P Cl
ClF Be F F - Be - F
F S F F - S - FH Se H H - Se - H
ClCl Sn ClCl Sn Cl
Cl
Cl Cl
ชนดของพนธะโคเวเลนต ชนดของพนธะโคเวเลนต พจารณาจากจำานวนอเลกตรอนทใชรวมกนของอะตอมครวมพนธะ ดงน
ก. พนธะเดยว เปนพนธะโคเวเลนตทเกดจากอะตอมคสรางพนธะทงสองใชอเลกตรอนรวมกน 1 ค ใช
เสน ( - ) แทนพนธะเดยว เชน
Cl Cl Cl - Cl H P H
H HH P H
ข. พนธะค เปนพนธะโคเวเลนตทเกดจากอะตอมคสรางพนธะทงสองใชอเลกตรอนรวมกน 2 ค ใชเสน 2 เสน ( = ) แทน 1 พนธะค เชนพนธะระหวาง O ใน O2 , O กบ C ใน CO2 , C กบ H ใน C2H4
OO O = OO C OO = C = O
H C C HH H HH
H C C H
ค. พนธะสาม เปนพนธะโคเวเลนตทเกดจากอะตอมคสรางพนธะทงสองใชอเลกตรอนรวมกน 3 ค ใช
เสน 3 เสน ( ) แทน 1 พนธะสาม เชน พนธะระหวาง N กบ N ใน N2 , N กบ C ใน HCN
N N N NH C N H - C N
พนธะโคออรดเนตโคเวเลนต (Co-ordinate covalent bond) เปนพนธะโคเวเลนตอกประเภทหนงซงแตกตางไปจากพนธะโคเวเลนตทกลาวมาแลว จากสตรโครงสรางของ
พนธะโคเวเลนตจะเหนไดวา เปนพนธะทเกดจากการใชอเลกตรอนรวมกนระหวางอะตอมคสรางพนธะ โดยทอเลกตรอนท
ใชรวมกนนจะไดจากอะตอมคสรางพนธะ อยางละเทา ๆกน เชนในโมเลกลของ O2 แตละอะตอมของ O จะให อเลกตรอน 2 ตว มาใชรวมกนเกดเปนพนธะค
O O กรณ HCN อะตอมของ H และ C จะใหอเลกตรอน 1 ตว มาใชรวมกนเกดเปนพนธะเดยวใน
ขณะทอะตอมของ C และ N ตางกให 3 อเลกตรอนมาใชรวมกนเกดเปนพนธะสาม H C N H - C N
แตในกรณทเปนพนธะโคออรดเนตโคเวเลนตจะเปนการใชอเลกตรอนรวมกนอกแบบหนง โดยทอเลกตรอนค
รวมพนธะทง 2 ตว จะไดมาจากอะตอมคสรางพนธะเพยงอะตอมเดยว อกอะตอมหนงเพยงแตเขามาใชอเลกตรอนดวยเพอใหครบออกเตตเทานน
พจารณาสตรโครงสรางของโมเลกล SO2 เพอใหเหนลกษณะของการจดอเลกตรอนอยางชดเจน
กำาหนดให แทนอเลกตรอนของ S และ x แทนอเลกตรอนของ O
S ม 6 เวเลนตอเลกตรอน สตรแบบจดคอS
O ม 6 เวเลนตอเลกตรอน สตรแบบจดคอO
เพอใหเหนการรวมตวกนของ S และ O ใน SO2 เปนไปตามกฎออกเตต จะตองมการใชอเลกตรอนรวมกนซงเขยนเปนสตรแบบจดไดดงน
S + 2( )O O S O
พจารณาพนธะทเกดขนระหวางอะตอมของ O ทางซายกบ S ซงมการใชอเลกตรอนรวมกน 2 ค โดยทอะตอมทงสองตางกให 2 อเลกตรอนมาใชรวมกนเปนพนธะค
SO
หลงจากทเกดพนธะค จะพบวาทง O และ S ตางกครบออกเตตแลว ซงถา S ยงคงเกดพนธะโคเว เลนตธรรมดากบอะตอมของ O ทางขวา ไมวาจะเปนพนธะเดยวหรอคกจะทำาใหอเลกตรอนของ S เกนออกเตต
ทนท เชนถาเกดพนธะคจะทำาให S มอเลกตรอนถง 10 ตว ซงไมเปนไปตามกฎออกเตต
OSO
เพอใหสตรโครงสรางเปนไปตามกฎออกเตตทงอะตอมของ S และอะตอมของ O ทเหลอทางขวาจงไดม การใชอเลกตรอนรวมกน 1 คแบบใหม โดยทอเลกตรอนครวมพนธะ 1 คนไดจากอะตอมของ S เพยงอะตอม
เดยว ไมใชไดจากอะตอมของ S และ O รวมกนเหมอนพนธะโคเวเลนต โดยทวไปการท S ใหอเลกตรอน 1 คใชรวมกบ O ทางขวาทำาให O ทางขวาครบออกเตตในขณะท S กยงคงครบออกเตต เนองจากเปนการใช
อเลกตรอนรวมกน 1 ค พนธะดงกลาวนจงเปนพนธะโคเวเลนตชนดพนธะเดยว แตเพราะลกษณะของการเกดพนธะ “แตกตางจากพนธะโคเวเลนตทว ๆ ไป จงเรยกพนธะทเกดจากการใชอเลกตรอนรวมกนแบบนวา พนธะโคออรดเนตโค
”เวเลนต
การเขยนสตรแบบเสนเพอแสดงพนธะโคออรดเนตโคเวเลนตอาจจะใชเสนตรง 1 เสน ( - ) แทน 1 พนธะโคออรดเนตโคเวเลนตเหมอนกบพนธะโคเวเลนตทว ๆ ไป กได หรออาจจะใชลกศร ( ) แทนกได โดยทหว
ของลกศรจะชไปยงทศทางของอะตอมคสรางพนธะทเขามาใชอเลกตรอนรวมดวย การทใชลกศรแทนพนธะโคออรดเนต โคเวเลนตกเพอใหแตกตางจากพนธะโตเวเลนตธรรมดา เปนการชเฉพาะใหเหนถงการใชอเลกตรอนรวมกนอกแบบหนง
กรณของกาซ SO2 เมอเขยนสตรแบบเสนแสดงโครงสรางของโมเลกลจะไดดงน
OSOสตรแบบจด
O = S - O หรอ O = S Oสตรแบบเสน
SO แสดงวาเปนพนธะโคออรดเนตโคเวเลนต ซงเกดจากการใชอเลกตรอนรวมกน 1 ค โดย
อเลกตรอนทงคนนไดมาจากอะตอมของ S
ตวอยางสารประกอบอน ๆ ทเกดพนธะโคออรดเนตโคเวเลนต
1. กาซโอโซน (O3) O O Oสตรแบบจด O O = O O - O = Oสตรแบบเสน หรอ
2. กรดคลอรส (HClO2)H O Cl O
สตรแบบจด
H - O - Cl O หรอ H - O - Cl - O
สตรแบบเสน
เรโซแนนซ
เรโซแนนซ (Resonance) คอ ปรากฏการณอยางหนงทเกดกบสารบางชนดทไมสามารถจะเขยน สตรโครงสรางแทนไดเพยงสตรเดยวตามสมบตทเปนจรง จงเขยนอยในรปทเรยกวา เรโซแนนซ หรอ เรโซแนนซไฮบร
จด (Resonance hybrid) สตรโครงสรางของ SO2 เขยนสตรโครงสรางใหเปนตามกฎออกเตตจะพบวา SO2 มพนธะ S
กบ O เปนพนธะค 1 พนธะ และพนธะเดยว 1 พนธะ ดงน
O S O SO O O O
S 1 2แบบ แบบ
เขยนแทนดวยO OS
แรโซแนนซไฮบรดจ
SO2 มสตรโครงสราง 2 แบบ ซงแตละแบบเหนไดวานวเคลยสของอะตอมอยในตำาแหนงเหมอนกน
ตางกนทการจดเวเลนตอเลกตรอนรอบนวเคลยส และจากผลการทดลองพบวาความยาวพนธะระหวาง S กบ O เทากบ 143 pm เทากนทงสองพนธะ ซงเปนพนธะมลกษณะเหมอนกนคอเปนพนธะชนดเดยวกน แสดงวา
สตรโครงสรางของ SO2 ทงสองแบบ ไมถกตอง แตเขยนเชนนนกเพอเขยนใหเปนไปตามกฎออกเตตเทานน สวนมากนยมเขยนสตรแบบเรโซแนนซ
จากการศกษาความยาวพนธะระหวาง S กบ O ใน SO2 พบวามคาอยระหวางพนธะคและพนธะ เดยวของ S กบ O อาศยขอมลขางตนอธบายไดวา S 1 อะตอมกบ O 2 อะตอมใชอเลกตรอนรวม
กน 3 คดเสมอนวา S กบ O แตละอะตอมใชอเลกตรอนเฉลยรวมกน 1 1/2 ค คอจำานวน
อเลกตรอนทรวมพนธะทง 3 คมอย 2 คทอยระหวางอะตอมของ S กบอะตอมของ O ทงสอง สวนท
เหลออกคหนงจะเคลอนทไปมาระหวางอะตอมของ S กบอะตอมของ O ทงสองเปนผลใหความยาวพนธะทงสองเทากน
ตวอยางสารบางชนดทมโครงสรางเปนแบบเรโซแนนซ
โอโซน (O3)O
O Oสตรตามกฎออกเตต
O OO128 pm128 pm116.5 0
O - O ความยาวพนธะ เทากนทงสองขาง
O OO
1 2แบบ แบบ
OO OเขยนแทนดวยO O
O
ไนโตรเจนไดออกไซด (NO2)N
O OO - N = O O = N - O O N Oเขยนแทนดวย 1 2แบบ แบบ
ไนเตรตไอออน (NO3- )
NO
O O OO
ON N
O
O ONO
O O
- - - -
สตรแบบออกเตต 1 2 3แบบ แบบ แบบ
เขยนแทนดวยNO
O O
ไซยาเนตไอออน (OCN- )[ N - C O ]- [ N = C = O ]- [ N C - O ]- N C Oเขยนแทนดวย
1 2 3แบบ แบบ แบบ
คารบอเนตไอออน (CO32- )
OO
OCเขยนแทนดวย
1 2 3แบบ แบบ แบบสตรแบบออกเตต
2-2-2-2-
OO
OC
OO
OCC
O
O OOOOC
เบนซน (C6H6)
CC C C
CC CC C C
CCHH
H
HH
H HH
H
HH
H CC C C
CCเขยนแทนดวย
HH
HH
H
H
1 2แบบ แบบโครงสรางแรโซแนนซ
แบบทดสอบท6.2 1. เขยนสตรโครงสรางแบบเสนและเปรยบเทยบความยาวพนธะ C กบ O ในโมเลกล CO2 ,
CH2O , และ CH3OH2. เขยนโครงสรางแบบเรโซแนนซของ NO2
- , NO3- และเปรยบเทยบความยาวพนธะ N
กบ O ในสารทงสอง
เฉลยแบบทดสอบท 6.21.เฉลย
สตรแบบเสนตรง CO2 คอ O = C = O
CH2O คอH - C - H
O
CH3OH คอ
H - C - O - HH
H เมอเปรยบเทยบความยาวพนธะ C กบ O ใน CO2 = CH2O < CH3OH
2.เฉลย
โครงสรางเรโซแนนซของ NO2- คอ O - N = O O = N - O
พนธะ N - O ใชอเลกตรอนเฉลยขางละ 1 21 ค
โครงสรางเรโซแนนซของ NO3- คอ
OO
ON N
O
O ONO
O O
- - -
1 2 3แบบ แบบ แบบ
พนธะ N - O ใชอเลกตรอนเฉลยขางละ 1 31 ค
ดงนนความยาวพนธะใน NO2- < NO3
-
การเขยนสตรโมเลกล และการเรยกชอสารประกอบโคเวเลนต
ก. การเขยนสตรสารประกอบโคเวเลนต1. ใหเรยงลำาดบธาตใหถกตองตามหลกสากล ดงนคอ Si , C , Sb , As , P , N
, H , Te , Se , S , At , I , Br , Cl , O , F ตามลำาดบ2. ในสารประกอบโคเวเลนต ถาอะตอมของธาตมจำานวนอะตอมมากกวาหนงใหเขยนจำานวนอะตอมดวย
ตวเลขแสดงไวมมลางทางขวา ในกรณทธาตในสารประกอบนนมเพยงอะตอมเดยวไมตองเขยนตวเลขแสดงจำานวนอะตอม
3. หลกการเขยนสตรสารประกอบโคเวเลนตทมอะตอมของธาตจดเวเลนตอเลกตรอน เปนไปตามกฎออก เตต ใชจำานวนอเลกตรอนครวมพนธะของแตละอะตอมของธาตคณไขว เชน
สตรของสารประกอบของธาต H กบ S ; H และ S มเวเลนตอเลกตรอน 1 และ 6 ตามลำาดบ ดงนน H และ S ตองการอเลกตรอนครวมพนธะจำานวน 1 และ 2 ตามลำาดบ
เพอใหแตละอะตอมของธาตมการจดอเลกตรอนแบบกาซเฉอย
21 H S = Hสตรของสารนเปน 2S1 Hหรอ 2S
สตรของสารประกอบของธาต S กบ C ; S และ C มเวเลนตอเลกตรอน 6 และ 4 ตามลำาดบ ดงนน S และ C ตองการอเลกตรอนครวมพนธะจำานวน 2 และ 4 ตามลำาดบ
เพอใหแตละอะตอมของธาตมการจดอเลกตรอนแบบกาซเฉอย
C S = Cสตรของสารนเปน 1S2 CSหรอ 24 22 1
สตรของสารประกอบของธาต N กบ Cl ; N และ Cl มเวเลนตอเลกตรอน 5 และ 7 ตามลำาดบ ดงนน N และ Cl ตองการอเลกตรอนครวมพนธะจำานวน 3 และ 1 ตามลำาดบ
เพอใหแตละอะตอมของธาตมการจดอเลกตรอนแบบกาซเฉอย
N Cl = Nสตรของสารนเปน 1Cl3 NClหรอ 33 1
ข. การเรยกชอสารประกอบโคเวเลนต
1. สารประกอบของธาตค ใหอานชอธาตทอยขางหนากอนแลว ตามดวยชอธาตทอยหลงโดยเปลยนเสยง
พยางคทายเปน ไอด ( ide)2. ใหระบจำานวนอะตอมของแตละธาตดวยเลขจำานวนในภาษากรกดงน
1 = mono- (มอนอ) 2 = di- (ได)3 = tri- (ไตร) 4 = tetra- (เตตระ)5 = penta- (เพนตะ) 6 = hexa- (เฮกซะ)7 = hepta- (เฮปตะ) 8 = octa- (ออกตะ)9 = mona- (โมนะ) 10 = deca- (เดคะ)
3. ถาสารประกอบนน อะตอมของธาตแรกมเพยงอะตอมเดยวไมตองระบจำานวนอะตอมของธาตนน แตถา “ ” ธาตขางหลงในสารประกอบใด ถงแมมเพยงหนงอะตอมกตองระบจำานวนอะตอมดวยคำาวา มอนอ เสมอ เชน
N2O3 อานวา ไดไนโตรเจนไตรออกไซด
PCl5 อานวา ฟอสฟอรสเพนตะคลอไรด
CO อานวา คารบอนมอนอกไซด
P2O5 อานวา ไดฟอสฟอรสเพนตะออกไซด
SiH4 อานวา ซลกอนเตตระไฮไดรด
H2O อานวา ไดไฮโดรเจนมอนอกไซด
แบบทดสอบท 6.31. จงอานชอสารประกอบโคเวเลนตตอไปน N2O4 , N2O5 , PCl3 , BCl3 , SO3 , P4O102.จงเขยนสตรสารประกอบโคเวเลนตตอไปน
ก. P กบ Clข. O กบ Cl
3.จงเขยนสตรจากชอสารประกอบตอไปน
ก. คารบอนเตตระคลอไรดข. ฟอสฟอรสเพนตระฟลออไรดค. ซลคอนไดซลไฟดง. เตตระฟอสฟอรสไตรซลไฟด
เฉลยแบบทดสอบท6.31. ไดไนโตรเจนเตตระออกไซด , ไดไนโตรเจนเพนตะออกไซด , ฟอสฟอรสไตรคลอไรด , โบรอนไตรคลอ
ไรด , ซลเฟอรไตรออกไซด , เตตระฟอสฟอรสเดคะออกไซด2. ก. PCl3 ข. OCl23. ก. CCl4
ข. PF5ค. SiS2ง. P4S3
พลงงานพนธะและความยาวพนธะพลงงานพนธะ
พลงงานพนธะ (Bond energy) คอ พลงงานทใชในการสลายพนธะระหวางอะตอมของธาต ภายในโมเลกลทอยในสถานะกาซออกเปนอะตอมเดยว เชน
H2 (g) + 436 kJ 2H (g) จากสมการกาซ H2 1 โมลตองการจะสลายเปน H อะตอม 2 โมล ตองใชพลงงาน 436
kJ HI (g) + 298 kJ H (g) + I (g)
จากสมการกาซ HI 1 โมลตองการสลายเปน H และ I อะตอมอยางละ 1 โมลตองใชพลงงาน 298 กโลจล
จากตวอยางขางตนนแสดงวาสารตางชนดกน จำานวนโมลเทากน พลงงานทใชสลายพนธะกตางกน
การสลายพนธะชนดเดยวกนในสารตางชนดกนจะใชพลงงานสลายไมเทากน เชน การสลายพนธะ C - H ใน CH4 และ C2H6 มคาไมเทากน
CH4 (g) + 435 kJ CH3 (g) + H (g)C2H6 (g) + 400 kJ C2H5 (g) + H (g)
แลการสลายพนธะชนดเดยวกนในสารเดยวกน (ทมพนธะชนดเดยวกน) กใชพลงงานสลายไมเทากน เชน การสลายพนธะ C - H ใน CH4
CH4 (g) + 435 kJ CH3 (g) + H (g)CH3 (g) + 464 kJ CH2 (g) + H (g)CH2 (g) + 422 kJ CH (g) + H (g)CH (g) + 339 kJ C (g) + H (g)
เมอรวมขนทง 4 เขาดวยกนจะไดวาCH4 (g) + 1660 kJ C (g) + 4H (g)
พลงงานททำาใหโมเลกล CH4 แตกออกเปนอะตอมในสภาวะกาซ เรยกวา Atomization energy และพลงงานเฉลยของพนธะ C - H ใน CH4 = 1660/4 = 415 kJ เรยกพลงงานคานวา พลงงานพนธะเฉลย ( Average bond energy ) อนง
จากตารางท 6.1 คาพลงงานเฉลยของพนธะ C - H ของสารทว ๆ ไป มคา 413 kJ ซงมคาตาง จากคาพลงงานเฉลยของพนธะ C - H ซงหาไดจาก CH4 เทานน
เนองจากพลงงานทใชสลายพนธะแตละพนธะในคอะตอมเดยวกนไมเทากน จงเปนการยากทจะจดจำาและไม
สะดวกตอการใช ดงนนเพอความสะดวกจงนยมใชพลงงานพนธะเฉลยแทน ดงในตารางท 6.1
ตารางท 6.3 พลงงานพนธะเฉลยระหวางอะตอมคตาง ๆ
พลงงานพนธะ (kJ/mol) หม 4 A หม 5 A หม 6 A หม 7 A
C - H 413C - C 348C - N 305C - F 485C - Cl 339C - Br 285C - I 240C - S 272
Si - H 323Si - Si 226Si - C 301Si - O 368
N - H 391N - N 163N - O 201N - F 272N - Cl 200N - Br 243
O - H 463O - O 146O - F 190O - Cl 203O - I 234
S - H 367
H - H 436H - F 567H - Cl 431H - Br 366H - I 298
F - F 159
C = C 614C C 839C = N 615C N 891C = O 745C O 1075
N = N 418N N 945
S - F 327S - Cl 253S - S 255
O = O 498
S = O 523S = S 418
Cl - F 253Cl - Cl 242
Br - F 237Br - Cl 218Br - Br 193
I - Cl 208I - Br 175I - I 151
ลกษณะสำาคญของพนธะเคม
1. พลงงานพนธะมหนวยเปน กโลจล/ โมล (kJ/mol) หรอกโลแคลอร/ โมล (kcal/mol) 2. พลงงานทใชในการสลายพนธะจำานวน 1 โมล หรอพลงงานทไดจากการเกดพนธะจำานวน 1 โมล
เรยกวา พลงงานพนธะ
3. พนธะชนดเดยวกน พลงงานทใชสลายพนธะและพลงงานทไดจากการเกดพนธะจำานวนเทากน มคาเทากน เสมอ แตถาสลายพนธะตางชนดกนจะใชพลงงานตางกน
4. พลงงานพนธะบอกใหทราบถงความแขงแรงของพนธะ คอ พนธะเคมทตองใชพลงงานสลายสงกวา จะม ความแขงแรงของพนธะมากกวาพนธะเคมทตองใชพลงงานสลายตำากวา นนคอ พนธะระหวางอะตอมคเดยวกน ความ
แขงแรงของพนธะเดยว < พนธะค < พนธะสาม5. ปฏกรยาเคมใด ๆ ทเกดขน โดยทวไปจะมการสลายพนธะเดม และการเกดพนธะใหม พลงงานท
เปลยนแปลงไปในปฏกรยา จะเทากบผลตางระหวางพลงงานทระบบดดเขาไปสลายพนธะเดมทงหมดกบพลงงานทระบบคายออกมาเมอเกดพนธะใหมทงหมด
H = (พลงงานทระบบดด) - (พลงงานทระบบคาย)
ถาระบบดดพลงงาน > คายพลงงาน พลงงานทเปลยนแปลง (H ) = ( ดด - คาย )
จะไดคา H มเครองหมายเปนบวก แสดงวาระบบมการเปลยนแปลงเปนแบบดดพลงงาน
ถาระบบดดพลงงาน < คายพลงงาน พลงงานทเปลยนแปลง (H ) = ( ดด - คาย )
จะไดคา H มเครองหมายเปน ลบ แสดงวาระบบมการเปลยนแปลงเปนแบบคายพลงงาน
6. ในปฏกรยาเคมใด ๆ ทมแตการสลายพนธะ ไมมการเกดพนธะใหม เปนปฏกรยาดดพลงงาน (Endothermic Reaction) เชน
O2 (g) + 498 kJ 2O (g)หรอ O2 (g) 2O (g) ; H = +498 kJ
CH4 (g) + 1660 kJ C (g) + 4 H (g) หรอ CH4 (g) C (g) + 4 H (g) ; H = +1660
kJ
7. ในปฏกรยาเคมใด ๆ ทมแตการเกดพนธะใหม ไมมการสลายพนธะ จะเปนปฏกรยาคายพลงงาน (Exothermic Reaction) เชน
O (g) + 2H (g) H2O (g) + 926 kJ หรอ O (g) + 2H (g) H2O (g) ; H = - 926 kJ
Cl (g) + Cl (g) Cl2 (g) + 242 kJหรอ Cl (g) + Cl (g) Cl2 (g) ; H = - 242 kJ
8. ในปฏกรยาเคมใด ๆ ทมทงการสลายพนธะและการเกดพนธะใหม ปฏกรยานนอาจจะเปนการเปลยนแปลง ประเภทดดหรอคายพลงงานกได ทงนขนอยกบพลงงานทใชในการสลายพนธะ กบพลงงานทเกดจากการสรางพนธะใหม
เปนเกณฑ ปฏกรยาทมพลงงานทใชสลายพนธะทงหมด มากกวาพลงงานทไดจากการเกดพนธะใหมทงหมด เรยก
ปฏกรยานนวา ปฏกรยาดดพลงงาน เชน
2NH3 (g) + 92 kJ N2 (g) + 3H2 (g) หรอ 2NH3 (g) N2 (g) + 3H2 (g) - 92 kJ หรอ 2NH3 (g) N2 (g) + 3H2 (g) ; H = + 92 kJ ปฏกรยาทมพลงงานทใชสลายพนธะทงหมด นอยกวาพลงงานทไดจากการเกดพนธะใหมทงหมดเรยก
ปฏกรยานนวา ปฏกรยาคายพลงงาน เชน
H2 (g) + F2(g) 2HF (g) + 539 kJ หรอ H2 (g) + F2(g) -539 kJ 2HF (g) หรอ H2 (g) + F2(g) 2HF (g) ; H = -539
kJ
9. สำาหรบปฏกรยาเคมทมทงการสลายพนธะและการเกดพนธะใหม แตไมทราบพลงงานพนธะกอาจจะคาด คะเนไดวาเปนปฏกรยาประเภทดดหรอคายพลงงานได โดยใชจำานวนพนธะทสลายและจำานวนพนธะทเกดขนใหมเปน
เกณฑ คอ ถาจำานวนพนธะทสลายทงหมดของสารตงตน มากกวาจำานวนพนธะทเกดใหมของสารผลตภณฑทงหมดก
เปนประเภทดดความรอน ถานอยกวา กเปนประเภทคายพลงงาน หรอพจารณาไดจากลกษณะของปฏกรยา คอ ถา เปนการสลายโมเลกลใหญออกเปนโมเลกลเลก ๆ สวนมากเปนปฏกรยาดดพลงงาน แตถาเปนการรวมโมเลกลเลก ๆ
เกดเปนโมเลกลใหญ หรอเปนปฏกรยาการเผาไหม สวนมากเปนปฏกรยาคายความรอน เชน
2NH3 (g) + 92 kJ N2 (g) + 3H2 (g) ดดพลงงาน
C2H4 (g) C2H2 (g) + H2( g) ดดพลงงาน
H2 (g) + I2 (g) 2HI (g) คายพลงงาน
2C2H2 (g) + 5O2 (g) 4CO2(g) + 2H2O (g) คายพลงงาน
แบบทดสอบท 6.41. H2S (g) + 734 kJ 2H (g) + S (g)
พลงงานพนธะ (H - S) ………………เทากบ ..2. XY3 (g) + 648 kJ X (g) + 3Y (g)
พลงงานพนธะ (X - Y) ………………เทากบ ..3. การเปลยนแปลงตอไปนเปนประเภทดดพลงงานหรอคายพลงงาน
ก. P (g) + 3H (g) PH3 (g)ข. CI4 (g) C (g) + 4I (g)ค. Cl (g) + e- Cl- (g)ง. Na (g) Na+ (g) + e-
จ. 2ClF (g) Cl2 (g) + F2(g)
เฉลยแบบทดสอบท6.41. พลงงานพนธะ (H - S) เทากบ 367 kJ2. พลงงานพนธะ (X - Y) เทากบ 228 kJ3. ก. คายพลงงาน ข. ดดพลงงาน ค. คายพลงงาน ง. ดดพลงงาน จ. บอกไมไดวาเปนดดหรอคายพลงงาน เพราะไมทราบพลงงานพนธะ
การคำานวณพลงงานกบปฏกรยาเคม
ตวอยางท 1 จงคำานวณพลงงานความรอนในการเกด HCl จากปฏกรยาH - H (g) + Cl - Cl (g) 2 H - Cl (g)
กำาหนดพลงงานพนธะ *D(H - H) = 436 kJ/mol D(Cl - Cl) = 242 kJ/mol D(H - Cl) = 431 kJ/mol
วธทำา
พนธะทสลาย ม (H - H) 1 โมล(Cl - Cl) 1 โมล
พลงงานทใชสลายพนธะทงหมด = D(H - H) + D(Cl - Cl)= 436 + 242 kJ= 678 kJ
พนธะทเกดม ( H - Cl ) 2 โมล พลงงานทเกดจากการสรางพนธะทงหมด = 2 D(H - Cl)
= 2 (431) kJ= 862 kJ
พลงงานความรอนของปฏกรยา = (678) - (862) = -184 kJพลงงานในการเกดสารใหมคดเปนคาพลงงานตอโมลของสารใหมทเกด
HCl 2 โมล พลงงานความรอน = -184 kJHCl 1 โมล พลงงานความรอน = -184 x 2
1 kJ พลงงานในการเกด HCl = -92 kJ
ซงเปนปฏกรยาคายความรอน
(* D = Dissociation energy หรอ Bond energy คอ พลงงานพนธะ)
ในการคำานวณพลงงานของปฏกรยาอาจใชสตรดงน
)ณฑ(สารผลตภ - )น(สารตงต
= พลงงานของปฏกรยา ( Heat of reaction) (สารผลตภณฑ) = พลงงานทงหมดทคายออกมาจากการสรางพนธะของสารผลตภณฑ
(สารตงตน) = พลงงานทงหมดทสลายพนธะของสารตงตน ตวอยางท 2 จงประมาณคาพลงงานความรอนทเปลยนแปลงในการเกดไฮดราซน (N2H4)
กำาหนดพลงงานพนธะ D(NN) = 945 kJ/molD(H - H) = 436 kJ/molD(N - N) = 163 kJ/molD(N - H) = 391 kJ/mol
สมการของปฏกรยาคอ
N N (g) + 2(H - H) (g)N - N (g)HH
HH
วธทำา
พนธะทสลายม (NN) 1 โมล , (H - H) 2 โมล พนธะทสรางม (N - N) 1 โมล , (N - H) 4 โมล
= [D(NN) + 2 D(H - H)] - [D(N - N) + 4 D(N - H)]
= [ 945 + 2(436) ] - [ 163 + 4(391)] = +90 kJ
ตวอยางท 3 จงคำานวณหาพลงงานในการเกดอะเซตลน H - CC - Hสมการในการเกดอะเซตลนจากธาตคอ
2 C (แกรไฟต) + H - H (g) H - CC - H (g)กำาหนดพลงงานพนธะเปนดงน
D(H -H) = 436 kJ/mol D(C - H) = 413 kJ/mol
D(CC ) = 839 kJ/mol และพลงงานการระเหดของแกรไฟตคอC (แกรไฟต) C (g) ; การระเหด = +717 kJ/mol
วธทำา
พนธะทสลายม C (แกรไฟต) จากของแขงเปลยนเปนกาซ 2 โมล , (H -H) 1 โมล พนธะทสรางม (C -H) 2 โมล , (CC) 1 โมล
= [2 C (แกรไฟต) + D(H - H)] - [2D(C -H) + D(CC)]
= [ 2(717) + 436] - [2(413) +839]= +205 kJ
ตวอยางท 4 กำาหนดสมการของปฏกรยาตอไปน1) 2
1 N2 (g) + 21 O2 (g) NO (g) ; H = +90
kJ
2) NO (g) + 21 O2 (g) NO2 (g) ; H = -56
kJ3) 2NO2 (g) N2O4 (g) ; H = -58 kJ
จงหาพลงงานของปฏกรยา
N2 (g) + 2 O2 (g) N2O4 (g)วธทำา
2 คณสมการ (1) N2 (g) + O2 (g) NO (g) ; H = +180 kJ
2 คณสมการ (2) 2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g) ; H = -112 kJ
สมการ (3) 2NO2 (g) N2O4 (g) ; H = -58 kJ รวมสมการทงหมด N2 (g) + 2 O2 (g) N2O4 (g) ; H = +10 kJ พลงงานของปฏกรยาคอ 10 kJ เปนปฏกรยาประเภทดดพลงงาน
แบบทดสอบท 6.5
ใหใชพลงงานพนธะจากขอมลในตาราง 6.31. จงหาคาพลงงานในการเกดเตตระฟลออโรไฮดราซน N2F4
FF
FF N - N (g)N N (g) + 2(F - F) (g)
; H = ?
2. จงหาคาพลงงานในการเกดคารบอนเตตระคลอไรด CCl4 จากปฏกรยาC (แกรไฟต) + 2Cl2 (g) CCl4 (g)
กำาหนดพลงงานการระเหดแกรไฟตเปนไอ = 717 kJ/mol
3. ถาพลงงานทไดจากการเกดโมเลกลกรดฟอรมก , HCO2H เทากบ -378.6 kJ/mol ดงสมการ
C( ) + O = O(g) + H - H (g)แกรไฟต H - C - O - H (g)O
จงหาคาพลงงานพนธะ C = O ในโมเลกลกรดฟอรมก กำาหนด พลงงานการระเหดแกรไฟตเปนไอ = 717 kJ/mol
4. CCl4 เปนตวทำาละลายทสำาคญในทางพาณชย ถกเตรยมขนจากปฏกรยาของ Cl2 (g) กบ สารประกอบของคารบอน จงหา H จากปฏกรยา
CS2 (l) + 3Cl2 (g) CCl4 (l) + S2Cl2 (l)กำาหนดขอมลตอไปน
1. CS2 (l) + 3O2 (g) CO2 (g) + SO2 (g) ; H1 = -1077 kJ
2. 2S (s) + Cl2 (g) S2Cl2 (l) ; H2 = -60.2 kJ
3. C (s) + 2Cl2 (g) CCl4 (l) ; H3 = -135.4 kJ
4. S (s) + O2 (g) SO2 (g) ; H4 = -296.9 kJ
5. C (s) + O2 (g) CO2 (g) ; H5 = -393.5 kJ
5. กำาหนด C (แกรไฟต) + 2H2 (g) CH4 (g) ; H = -78.4 kJ พลงงานในการระเหดของแกรไฟตเปนไอ = 717 kJ/mol และพลงงานพนธะของ H - H = 436 kJ/mol จงคำานวณหาพลงงานพนธะของ C - H ในรป CH4 น
เฉลยแบบทดสอบท6.51.แนวคด
สตร )ณฑ(สารผลตภ - )น(สารตงต แทนคา H = [ D(NN) + 2D(F - F) ] - [4D(N - F) +
D(N - N) ]H = [ 945 + 2(159) ] - [ 4 (272) +
163 ]H = +12 kJ
2.แนวคด สตร )ณฑ(สารผลตภ - )น(สารตงต
= [H(แกรไฟต) + 2D (Cl -Cl) ] - [4D(C - C)]
แทนคา H = [ 717 + 2(242)] - [ 4 (339)] = 1201 - 1356 = -155 kJ/mol
3.แนวคด สตร )ณฑ(สารผลตภ - )น(สารตงต
= [H(แกรไฟต) + D(O =O) + D(H - H) ] - [ D(C - H) + D (C = O) + D(C - O) + D (O - H)]
แทนคา -378.6 = [717 + 498 + 436 ] - [413 + D (C = O) + 358 + 463] D (C = O) = 795.6 kJ
4.แนวคด สมการคอ CS2 (l) + 3Cl2 (g) CCl4 (l) + S2Cl2 (l)
ไดจากปฏกรยา (1) + (2) + (3) - 2(4) - (5)H รวม = (H1) + (H2) + (H3) - (2H4) - (H5)
= (-1.77) + (-60.2) + (-135.4) - 2(296.9) - (393.5)
= -285.3 kJ5.แนวคด
C (แกรไฟต) + 2H2 (g) CH4 (g) ; H = -78.4 kJ สตร )ณฑ(สารผลตภ - )น(สารตงต
H = [H(แกรไฟต) + 2D(H - H) ] - [ 4D(C - H)]-74.8 = [ 717 + 2(436) ] - [4D(C - H)]
4D(C - H) = 415.95 kJ/mol
ความยาวพนธะ
ความยาวพนธะ (Bond lengths) คอ ระยะทางระหวางนวเคลยสของอะตอมคหนงทม พนธะตอกนเนองจากพลงงานทใชในการสลายพนธะชนดเดยวกนในสารตาง ๆ ใชไมเทากน ดงนน ความยาวพนธะก
ยาวตางกนดวย แตอยางไรกตามความยาวพนธะของคอะตอมทสรางพนธะชนดเดยวกนในสารประกอบตางชนดกนจะม คาใกลเคยงกน เพอความสะดวกและงายตอการจดจำาจงใชเปนคาเฉลย เรยกวา ความยาวพนธะเฉลย
(Average bond lengths) เชน ความยาวพนธะของ H - H 74 pm ความยาวพนธะของ C - O 143 pm ความยาวพนธะของ C = O 122 pm
ตารางท 6.4 ความยาวพนธะเฉลยระหวางอะตอมคตาง ๆ ความยาวพนธะ (pm*)
หม 4 A หม 5 A หม 6 A หม 7 AC - H 108C - C 154C - N 147C - O 143C - F 141C - Cl 177C - Br 194C - I 210C - S 182
Si - H 145Si - Si 234Si - C 194Si - O 183C = C 134C C 120C = N 130C N 116C = O 122C O 113
N - H 101N - N 146N - O 136N - F 134N - Cl 169N - Br 184
N = N 125N N 110
O - H 97O - O 148O - F 130O - Cl 165O - I 199
S - H 134S - F 158S - Cl 203S - Br 218S - S 143
O = O 121
H - H 74H - F 92H - Cl 128H - Br 141H - I 160
F - F 142
Cl - F 163Cl - Cl 199
Br - F 178Br - Cl 213Br - Br 228I - Cl 232
S = O 144S = S 189
I - Br 247I - I 267
* 1 pm = 10-12 mลกษณะสำาคญของความยาวพนธะ
1. ความยาวพนธะใชหนวยวดเปน pm หรอ 0A1 0A = 10-10 m , 1 pm = 10-12 m
2. ความยาวพนธะของอะตอมคหนงๆ จะมากหรอนอยขนอยกบชนดของพนธะและพลงงานพนธะ
3. ในคอะตอมของธาตทเหมอนกน สามารถเกดพนธะไดมากกวาหนงชนด พนธะแตละชนดจะมความยาว
พนธะไมเทากน กลาวคอ ความยาวพนธะพนธะเดยว > พนธะค > พนธะสาม เชน
C - C > C = C > C C N - O > N = O > N O 154 pm > 134 pm > 120 pm 136 pm > 115 pm > 108 pm
4. ในคอะตอมชนดเดยวกน ความยาวพนธะมความสมพนธกบพลงงานพนธะ คอ
ความยาวพนธะ พนธะเดยว > พนธะค > พนธะสาม พลงงานพนธะ พนธะเดยว < พนธะค < พนธะสาม
เชน ชนดของพนธะ C - C C = C C C ความยาวพนธะ 154 pm 134 pm
120 pm พลงงานพนธะ 348 kJ/mol 614 kJ/mol 839
kJ/mol
5. ในอะตอมคทเกดจากธาตหนง สรางพนธะกบอกธาตอน ๆ ทมขนาดอะตอมตางกน ความยาวพนธะม ความสมพนธกบขนาดของอะตอม คอ ความยาวพนธะเพมขนตามขนาดอะตอมทใหญขน เชน ขนาดอะตอมของธาตใน
หม 4A , 5A และ 6A ดงภาพ
หม4A หม 5A หม6A
C N O
Si P S
ดงนนการเปรยบเทยบความยาวพนธะระหวาง C กบธาตอน ๆ เปนดงน
ความยาวพนธะใน C - N < C - C < C - P 147 pm 154 pm 184
pm( ความยาวพนธะเพมขนจากซายไปขวา)
ความยาวพนธะใน N = O < C = O 115 pm 122 pm
ความยาวพนธะใน C N < C C 116 pm 120 pm
6. ประโยชนของการศกษาความยาวพนธะ ทำาใหทราบขอมลเกยวกบการรวมตวของอะตอมดวยพนธะโค ออรดเนตโคเวเลนต ซงเปนพนธะโคเวเลนตชนดหนง และทราบขอมลเกยวกบปรากฏการณเรโซแนนซ
6.3 โครงสรางของโมเลกลโคเวเลนต
จากการศกษาสมบตและโครงสรางของสารตาง ๆ จะพบวาสารทมโครงสรางตางกนจะมสมบตตางกน ถง แมวาจะมสตรโมเลกลเหมอนกนหรอไมกตาม เชน เอทานอล และเมทานอล และเมทอกซมเทน ซงมสตรโมเลกลเปน
C2H6 เหมอนกน แตมสตรโครงสรางตางกนจงทำาใหสารทงสองมสมบตตางกนดวย
เอทานอล เมทอกซมเทน
สมบต
- เปนของเหลว ไมมส
- ละลายนำาได - จดหลอมเหลว -117 0C - จดเดอด 78.5 0C
สมบต
- เปนกาซ ไมมส
- ไมละลายนำา - จดหลอมเหลว -138.5 0C - จดเดอด -23 0C
จากตวอยางทงสองนแสดงใหเหนวา โครงสรางโมเลกล (รปรางโมเลกล) มความสมพนธกบสมบตของ สาร ดงนนในการศกษาสมบตของสารจงจำาเปนตองทราบโครงสรางโมเลกลหรอรปรางโมเลกลของสารนนดวย
รปรางโมเลกลโคเวลนต การจดเรยงอะตอมตาง ๆ ในโมเลกลโคเวเลนตมตำาแหนงและทศทางทแนนอนจงทำาใหโมเลกลโคเวเลนตของ
สารตาง ๆ มรปรางแตกตางกน สงทใชบอกรปรางโมเลกลโคเวเลนตจะเปนอยางไรนน คอ การจดเวเลนตอเลกตรอน รอบอะตอมกลางของธาตในโมเลกลโคเวเลนต นอกจากนนความยาวพนธะและมมระหวางพนธะยงสามารถใชบอกรป
รางโมเลกลไดดวย
ความยาวพนธะ (Bond length) คอ ระยะทางระหวางนวเคลยสของอะตอมคหนงทมพนธะตอกน
มมระหวางพนธะ (Bond angle) คอ มมทเกดจากอะตอมสองอะตอมทำากบอะตอมกลาง หรอมมทเกดระหวางพนธะสองพนธะ เชน
y
x x
มม เปนมมระหวางพนธะในโมเลกล yx2 และมมระหวางพนธะจะกวางหรอแคบขนอยกบแรงผลก ระหวางอเลกตรอนคโดดเดยวและอเลกตรอนครวมพนธะรอบ ๆ อะตอมกลาง โดยถอหลกวาโมเลกลทเสถยรจะตองม
พลงงานตำา นนคอ อะตอมในโมเลกลตองจดเรยงตวกนเพอใหมแรงผลกของคอเลกตรอนใหนอยทสด
การทำานายรปรางโมเลกลโคเวเลนต โมเลกลโคเวเลนตจะมรปรางเปนอยางไร พจารณาจาก
1. จำานวนอเลกตรอนครวมพนธะรอบอะตอมกลาง (bonding electron)2. จำานวนอเลกตรอนคโดดเดยวรอบอะตอมกลาง (non bonding electron)
ดงนนการทำานายรปรางโมเลกลใหเลอกอะตอมกลาง ซงเปนอะตอมทสรางพนธะไดมากทสดกอน และนบ จำานวนพนธะทอะตอมกลางสรางได และจำานวนอเลกตรอนคโดดเดยวรอบอะตอมกลางนน แรงผลกทงหมดของค อเลกตรอนทเกดจากการสรางพนธะ และไมไดสรางพนธะจะทำาใหเกดรปรางโมเลกลทแตกตางกนดงน
1. รปรางเสนตรง ( Linear) โมเลกล BeCl2 มสตรโครงสรางแบบจดและแบบเสนดงน
Cl Be Cl Cl - Be - Clและ อะตอมกลาง Be ในโมเลกล BeCl2 มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 2 ค และทงสองคเปน
อเลกตรอนครวมพนธะ ซงจะเกดการผลกกนใหหางกนมากทสด ทำาใหโมเลกลเปนรปรางเสนตรง มมมระหวางพนธะ
เปน 180 0 ดงรป
ในโมเลกล CO2 มสตรแบบจดและแบบเสนดงนO C O O = C = Oและ
อะตอมกลาง C ในโมเลกล CO2 มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 4 ค และทง 4 ค เป
อเลกตรอนครวมพนธะค 2 พนธะ ซงจะเกดแรงผลกกนใหมากทสด ทำาใหโมเลกลเปนรปเสนตรง มมมระหวาง
พนธะเปน 180 0 ดงรป
สรป โมเลกลหรอไอออนโคเวเลนตใด ๆ ถาอะตอมกลางม 2 พนธะ จะเปนพนธะชนดใดกได และไมม
อเลกตรอนคโดดเดยว โมเลกลหรอไอออนนนจะมรปรางเปน เสนตรง
2. รปรางสามเหลยมแบนราบ (Trigonal planar) ในโมเลกล BCl3 มสตรแบบจดและแบบเสนดงนCl B Cl Cl - B - Clและ
Cl Cl
อะตอมกลาง B ในโมเลกล BCl3 มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 3 ค และทง 3 คเปน อเลกตรอนครวมพนธะเดยว 3 พนธะ ซงเกดการผลกกนใหหางกนมากทสด ทำาใหโมเลกลเปนรปสามเหลยมแบน
ราบ มมมระหวางพนธะเปน 120 0 ดงรป
คารบอนเนตไอออน ( CO3)2- มสตรโครงสรางแบบจดและแบบเสนดงน
O C OO 2-
CO
O O
2-และ
อะตอมกลาง C ใน CO32- มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 4 ค และทง 4 ค เปน
อเลกตรอนครวมพนธะเดยว 2 พนธะ พนธะค 1 พนธะ ซงจะเกดการผลกดนใหหางกนมากทสด ทำาใหโมเลกล
เปนรปสามเหลยมแบบราบเหมอน BCl3สรป
โมเลกลหรอไอออนโคเวเลนตใด ๆ ถาอะตอมกลางม 3 พนธะ (ไมคำานงถงชนดของพนธะ) และไมม อเลกตรอนคโดดเดยว โมเลกลหรอไอออนนนจะมรปรางเปน สามเหลยมแบนราบ
3. รปรางทรงสหนา (Tetarhedral) โมเลกลมเธน (CH4) มโครงสรางแบบจดและแบบเสนดงน
H C HH
H H
HH C H
อะตอมกลาง C ในโมเลกล CH4 มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 4 ค และทง 4 คเปน อเลกตรอนครวมพนธะเดยว 4 พนธะ ซงเกดการผลกกนใหหางกนมากทสดทำาใหโมเลกลเปนรปทรงสหนา มมม
ระหวางพนธะเปน 109.5 0 ดงรป
CH4 ซลเฟตไอออน (SO4
2- ) มสตรแบบจด และแบบเสนดงน
2-OO S O
O OO S O
O 2-และ
อะตอมกลาง S ใน SO42- ไอออน มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 4 ค และทง 4 คเปน
อเลกตรอนครวมพนธะเดยว 4 พนธะ ซงจะเกดการผลกกนมากทสด ทำาใหไอออนมรปรางเปน ทรงสหนา มมม
ระหวางพนธะเปน 109.5 0
สรป โมเลกล หรอไอออนโคเวเลนตใด ๆ ถาอะตอมกลางม 4 พนธะ (ไมคำานงถงชนดของพนธะ) และไมม
อเลกตรอนคโดดเดยวโมเลกลหรอไอออนนนจะมรปรางเปน ทรงสหนา
ขอสงเกต โมเลกลฟอสฟอรส (P4) อะตอม P มเวเลนตอเลกตรอน 5 สรางพนธะเดยวกบ P อะตอมอนอก 3 อะตอมเหลอ
อเลกตรอนคโดดเดยว 1 ค ผลกใหทกพนธะงอลง เกดรปรางเปนทรงสหนา ชนดทไมมอะตอมกลาง และมมม
ระหวางพนธะ P - P - P เทากบ 600 ทกมม ดงรป
4. รปรางพระมดคฐานสามเหลยม (Trigonal bipyramiddal) โมเลกล PCl5 มโครงสรางแบบจดและแบบเสนดงน
PCl Cl
Cl ClCl P
ClCl ClCl Cl
อะตอมกลาง P ในโมเลกล PCl5 มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 5 ค และทง 5 ค เปน อเลกตรอนครวมพนธะเดยว 5 พนธะ ซงเกดการผลกกนใหหางกนมากทสด ทำาใหโมเลกลเปนรปพระมดคฐาน
สามเหลยม มมมระหวางพนธะเปน 1200 และ 90 0 ดงรป
PCl5สรป
โมเลกลหรอไอออนโคเวเลนตใด ถาอะตอมกลางม 5 พนธะ (ไมคำานงถงชนดของพนธะ) และไมม อเลกตรอนคโดดเดยวรปรางโมเลกลหรอไอออนจะเปนแบบ พระมดคฐานสามเหลยม
5. รปรางทรงแปดหนา (Octahedral) ในโมเลกล SF6 มโครงสรางแบบจดและแบบเสนดงน
F F F F
S F F F F F
S F
F Fและ
อะตอมกลาง S ในโมเลกล SF6 มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 6 ค และทง 6 ค เปน อเลกตรอนครวมพนธะเดยว 6 พนธะ ซงเกดจากการผลกกนใหหางกนมากทสด ทำาใหโมเลกลเปนรปทรงแปดหนา
มมมระหวางพนธะเปน 900 ดงรป
SF6สรป
โมเลกลหรอไอออนโคเวเลนตใด ๆ ถาอะตอมกลางม 6 พนธะ (ไมคำานงถงชนดของพนธะ) และไมม อเลกตรอนคโดดเดยว รปรางโมเลกลหรอไอออนเปนแบบ ทรงแปดหนา
อเลกตรอนคโดดเดยวกบรปรางโมเลกล
โมเลกลโคเวเลนตทมสตรคลายกน ( คอ มจำานวนอะตอมเปนอตราสวนเทากน) บางสารกมรปรางแตกตาง กน เชน BeF2 และ BeCl2 มรปรางโมเลกลแตกตางกบ H2O และ H2S จากการพจารณา
พบวาสงททำาใหรปรางโมเลกลของสารเหลานตางกนกคอ จำานวนเวเลนตอเลกตรอนรอบอะตอมกลางในโมเลกลวาม จำานวนอเลกตรอน ครวมพนธะ และจำานวนอเลกตรอนคโดดเดยว แตกตางกนอยางไร
อเลกตรอนครวมพนธะ (Bond pair electrons) คอ อเลกตรอนคทใชรวมกนเพอเกดพนธะขน
อเลกตรอนคโดดเดยว ( Lone pair electrons) คอ อเลกตรอนทไมไดใชเกดพนธะ
ตามปกตอเลกตรอนแตละคจะออกแรงผลกกน แรงผลกระหวางอเลกตรอนแตละคมากนอยไมเทากน ซง สามารถเขยนแรงผลกระหวางอเลกตรอนคตาง ๆ จากมากไปหานอยไดดงน
e คโดดเดยว กบ e คโดดเดยว > e คโดดเดยว กบ e ครวมพนธะ > e ครวมพนธะ กบ e ครวมพนธะ
การพจารณารปรางโมเลกลทอะตอมกลางมจำานวนอเลกตรอนครวมพนธะและอเลกตรอนคโดดเดยวแตกตางกนดงน
1. รปรางพระมดฐานสามเหลยม (Trigonal pyramidal) โมเลกล NH3 มสตรโครงสรางดงน
H N HH H
H - N - Hหรอ
อะตอมกลาง N ในโมเลกล NH3 มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 4 ค มอเลกตรอนครวม
พนธะ 3 ค และอเลกตรอนคโดดเดยว 1 ค อเลกตรอนทง 4 ค รอบอะตอมกลางทกลาวนจะผลกกนใหหาง
มากทสด โดยพยายามปรบตวใหอยในแนวเสนตรงทชออกจากอะตอมกลางไปยงมมทง 4 ของรปทรงสหนาคลาย กบมเทน (CH4) และเนองจากแรงผลกระหวางอเลกตรอนคโดดเดยวกบอเลกตรอนครวมพนธะของอะตอม N
ใน NH3 มคามากวาแรงผลกระหวางอเลกตรอนครวมพนธะกบอเลกตรอนครวมพนธะ จงทำาใหมมระหวางพนธะ H - N - H ลดลงเหลอ 107 0 และมรปรางโมเลกลเปน รปพระมดฐานสามเหลยม ดงรป
สรป โมเลกลหรอไอออนโคเวเลนตใด ๆ ถาอะตอมกลางม 3 พนธะ (ไมคำานงถงชนดพนธะ) และมอเลกตรอน
คโดดเดยวเหลอ 1 ค รปรางโมเลกลหรอไอออนเปนพระมดฐานสามเหลยม (pyramidal)
2. รปรางโมเลกลแบบมมงอหรอตวว โมเลกลของ H2O มสตรโครงสรางดงน
H O H H O H
อะตอมกลาง O ในโมเลกล H2O มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 4 ค มอเลกตรอนครวม
พนธะ 2 ค และอเลกตรอนคโดดเดยว 2 ค อเลกตรอนทง 4 ครอบอะตอมกลางนจะผลกกนใหหางกนมาก
ทสดโดยพยายามปรบตวใหอยในแนวเสนตรงทชออกจากอะตอมกลางไปยงมมทง 4 ของรปทรงสหนาคลายกบ มเทน (CH4) และเนองจากอเลกตรอนคโดดเดยวของ O ทง 2 คเกดแรงผลกมากกวาอเลกตรอนครวม
พนธะจงทำาใหมมระหวางพนธะ H - O - H มมมลดลงเหลอ 105 0 รปรางโมเลกล จงไมเปนเสนตรงแต เปนรปมมงอหรอ รปตวว ดงรป
สรป
โมเลกลหรอไอออนโคเวเลนตใด ๆ ถาอะตอมกลางม 2 พนธะ (ไมคำานงถงชนดของพนธะ) และม อเลกตรอนคโดดเดยวเหลอ 2 ค รปรางโมเลกลหรอไอออนเปนมมงอหรอตวว ( Bent or V -
shaped)
ตารางท6.5 สรปรปรางโมเลกลของสารโคเวเลนตโครงสรางทางเรขาคณต คพนธะ คโดดเดยว รปราง ตวอยาง
2 0
BeCl2 , HgCl2 , HCN ,
C2H2 , OH-
3 0
BF3 , SO3 , CH2O , NO3
- , InBr3
2 1
SO2 , NOBr , O3 , SnCl3 ,
SnF2
4 0
SiCl4 , CCl4 , CH2Br2 ,
NH4+ , SO4
2- , PO4
3- , BF4- ,
SnCl4 , PH4+
3 1
AsI3 , PCl3 , H3O+ ,
ClO3- , SO3
2-
2 2
Cl2O , H2S , SO2
2- , NO2- ,
ClO2- ,
SeH2 , SnCl2 , SeCl2
5 0
PCl5 , AsF5 , BiCl5
4 1
SeF4 , SF4 , TeCl4
3 2
ICl3
2 3
KrF2 , ICl2-
6 0
SeF6 , TeF6 , PCl6- , SiF6
2-
5 1
IF5 , AlF5
4 2
KrF4 , BrF4
(* M คอ ธาตทเปนอะตอมกลาง X คอ ธาตทลอมรอบอะตอมกลาง E คอ อเลกตรอนคโดดเดยว) อนงโมเลกลของสารโคเวเลนตบางชนดสามารถมอะตอมกลางตาง ๆ กนไดมากกวาหนงแหง ดงนนจง
สามารถมรปรางไดตางกน ทงนขนอยกบเกณฑในการยดอะตอมของธาตใดในโมเลกลเปนอะตอมกลาง เชน
กรดอะซตก (CH3COOH) มสตรโครงสรางดงน
H C C O HH OH H
OHH C C O H1
23
ถาใช C (1) เปนอะตอมกลาง โมเลกลของ CH3COOH มรปรางเปน ทรงเหลยมสหนา
ถาใช C (2) เปนอะตอมกลาง โมเลกลของ CH3COOH มรปรางเปน สามเหลยมแบนราบ
ถาใช C (3) เปนอะตอมกลาง โมเลกลของ CH3COOH มรปรางเปน มมงอหรอตวว
หลกการทำานายรปรางโมเลกลและไอออนโคเวเลนต
1. ตองทราบเวเลนตอเลกตรอนแตละอะตอม หรอทราบเลขอะตอมของธาต แลวจดเรยงอเลกตรอนใน ระดบพลงงานตาง ๆ ทำาใหทราบเวเลนตอเลกตรอน
2. ตองทราบสตรเคม ของสารทจะทำานายรปรางโมเลกล
3. นำาขอมลขอ 1. และขอ 2. มาเขยนสตรโครงสรางแบบจด หรอสตรโครงสรางแบบลวอส ตามโมเลกลหรอไอออนของสารนน
4. พจารณาดทอะตอมกลางของธาตของสตรโครงสรางทเขยนขน วามการจดเรยงอเลกตรอนครวม พนธะและอเลกตรอนคโดดเดยว ตลอดจนจำานวนพนธะวาเปนอยางไร เขาขายลกษณะรปรางแบบไหนกทำานายเปนรป
รางโมเลกลหรอไอออนแบบนนขอสงเกต การทำานายรปรางของสารโคเวเลนตไมควร เขยนสตรโครงสรางแบบเสน เพราะอเลกตรอนคโดดเดยวจะไม
ปรากฏ ซงจะทำาใหทำานายรปรางของสารโคเวเลนตผดไดตวอยาง จงทำานายรปรางของสารโคเวเลนตของสารตอไปน
ก. Cl2O ข. COCl2ค. ClO3
- ง. PO4
3-
วธทำา ในแตละขอ ทราบสตรเคม นอกจากนนยงตองทราบเวเลนตอเลกตรอนของแตละธาต คอ C , P , O และ Cl มเวเลนตอเลกตรอนเปน 4 , 5 , 6 และ 7 ตามลำาดบ
สารประกอบหรอไอออน
สตรโครงสรางแบบจด รปรางของสารประกอบหรอไอออน
อธบาย
ก. Cl2O Cl O Cl OCl Clมมงอ
O อะตอมกลางม 2 พนธะ ( อเลกตรอนครวมพนธะ 2 ค)และอเลกตรอนคโดดเดยว 2 ค มลกษณะเชนเดยวกนกบโมเลกลทมรปรางเปนแบบมมงอ
ข. COCl2 Cl C Cl
O
OC
Cl Clสามเหลยมแบนราบ
C อะตอมกลางม 3 พนธะ เปนพนธะค 1 พนธะและ พนธะเดยว 2 พนธะและไมม
อเลกตรอนคโดดเดยวเหลอ ซงทำาใหมรปรางเชนเดยวกบโมเลกลทมรปรางเปนสามเหลยมแบนราบ
ค. ClO3
- O Cl OO
ClO O
Oพระมดฐานสามเหลยม
Cl อะตอมกลางม 3 พนธะเดยว (อเลกตรอนครวม
พนธะ 3 ค ) และม อเลกตรอนคโดดเดยวเหลอ 1
ค ทำาใหมรปรางเชนเดยวกบสารทมรปรางเปนพระมดฐานสามเหลยม
ง. PO4
3-
OO P O
O 3-
OOOPO 3- P เปนอะตอมกลางม 4
พนธะเดยว (อเลกตรอนครวม พนธะ 4 ค) และไมม
อเลกตรอนคโดดเดยว จงมรปรางเปนแบบทรงสหนา
แบบทดสอบท 6.61.จงบอกรปรางโมเลกลของสารตอไปน
ก. ฟอสฟน (PH3)ข. เมทลคลอไรด (CH3Cl)ค. ไนโตรซลโบรไมด (NOBr)ง. คารบอนไดซลไฟด (CS2)จ. ไฮโดรเจนฟอสเฟตไอออน (HPO4
2-)ฉ. ซลไฟตไอออน (SO3
2-)2.จงเตมตารางใหสมบรณ
สารประกอบหรอไอออน อเลกตรอนค รปรางโมเลกลหรอไอออนรวมพนธะ โดดเดยว รวม
1. SeH2 2 2 4 มมงอ
2. GeCl43. HgBr24. AsF35. TeF66. KrF27. AlBr38. SeF49. POCl310. SOCl211. PH4
+
12. NH2-
13. PCl6-
14. AlCl4-
15. BrF4-
16. H3O+
เฉลยแบบทดสอบท 6.61. เฉลย
PH
HH
.ก
พระมดฐานสามเหลยม
.ขCCl
HH H ทรงสหนา
.ค NO Br มมงอ.ง
S = C = Sเสนตรง
.จPO
OOO
H 2-ทรงสหนาP เปนอะตอมกลาง
.ฉOO
OS 3-
พระมดฐานสามเหลยม2.เฉลย
สารประกอบหรอไอออน อเลกตรอนค รปรางโมเลกลหรอไอออนรวมพนธะ โดดเดยว รวม
1. SeH2 2 2 4 มมงอ
2. GeCl4 4 0 4 ทรงสหนา
3. HgBr2 2 0 2 เสนตรง
4. AsF3 3 1 4 พระมดฐานสามเหลยม
5. TeF6 6 0 6 ทรงแปดหนา
6. KrF2 2 3 5 เสนตรง
7. AlBr3 3 0 3 สามเหลยมแบนราบ
8. SeF4 4 1 5 ทรงสหนาทบดไป (Distorted)
9. POCl3 4 0 4 ทรงสหนา
10. SOCl2 3 1 4 พระมดฐานสามเหลยม
11. PH4+ 4 0 4 ทรงสหนา
12. NH2- 2 2 4 มมงอ
13. PCl6- 6 0 6 ทรงแปดหนา
14. AlCl4- 4 0 4 ทรงสหนา
15. BrF4- 4 2 6 สเหลยมแบนราบ
16. H3O+ 3 1 4 พระมดฐานสามเหลยม
มมระหวางพนธะของโมเลกลโคเวเลนต มมระหวางพนธะของโมเลกลโคเวเลนต โดยทวไปขนอยกบจำานวนอเลกตรอนคโดดเดยวรออบอะตอมกลาง
เปนเกณฑ นอกจากนนยงขนอยกบรปรางโมเลกล จำานวนพนธะรอบอะตอมกลางในโมเลกล จำานวนอเลกตรอนครวม พนธะ และคาอเลกโตรเนกาตวตของธาต
หลกการพจารณามมระหวางพนธะของโมเลกลโคเวเลนต
1. โมเลกลโคเวเลนตใด ๆ ถาอะตอมกลางมอเลกตรอนคโดดเดยวไมเทากน โมเลกลใดอะตอมกลางม อเลกตรอนคโดดเดยวมาก จะผลกกนมากทำาใหมมระหวางพนธะแคบ เชน
H2O OH H104.5
NH3 N HH H
107
O อะตอมกลางในนำา (H2O) มอเลกตรอนคโดดเดยวมากกวา นำาจงมมมระหวางพนธะแคบกวา NH3 ซง N อะตอมกลาง ใน NH3 มอเลกตรอนคโดดเดยวนอยกวา
104.5HHOH2O SO2 SO O119.5
O อะตอมกลางในนำา (H2O) มอเลกตรอนคโดดเดยวมากกวา S อะตอมกลางใน SO2 ดงนน มมระหวางพนธะใน H2O แคบกวา มมระหวางพนธะใน SO2
2. โมเลกลโคเวเลนตใด ๆ ถาอะตอมกลางไมมอเลกตรอน มแตอเลกตรอนครวมพนธะรอบอะตอมกลาง มมระหวางพนธะขนกบจำานวนพนธะรอบอะตอมกลาง กลาวคอ โมเลกลใดมจำานวนพนธะมากมมจะแคบกวาโมเลกลทม
จำานวนพนธะนอย เชน
BeCl2 Cl Be Cl180 BCl3 BCl
Cl Cl120
CCl4 CCl
ClClCl
109.5 SF6SF
FF
FF
F
90
โมเลกลของสารทมอเลกตรอนคโดดเดยวรอบอะตอมกลาง เรยงลำาดบจำานวนพนธะรอบอะตอมกลางจากมาก ไปนอย คอ
SF6 > CCl4 > BCl3 > BeCl2เรยงลำาดบมมระหวางพนธะจากนอยไปมากคอ
SF6 < CCl4 < BCl3 < BeCl2
อนงโมเลกลทมรปรางเปนพระมดคฐานสามเหลยม เชน PCl5
เนองจากโมเลกลทมรปราง พระมดคฐานสามเหลยมมคามมหลายคา คอ มมระหวางพนธะทฐานเปน 120 0 และทแกนตงฉากกบฐานเปน 900 ดงนนจงไมควรมาเปรยบเทยบ มมระหวางพนธะ กบโมเลกลโคเวเลนตอน
3. โมเลกลโคเวเลนตใด ๆ ทมรปรางเหมอนกน แตเปนสารตางชนดกน และอะตอมกลางไมมอเลกตรอนค โดดเดยวเหลอ มพนธะรอบอะตอมกลางในโมเลกลเดยวกนเหมอนกนหมด โมเลกลของสารเหลานนจะมมมระหวาง
พนธะเทากนเสมอ เชน โมเลกล CH4 , CCl4 , และ SiCl4
HHH
HC C
ClCl
Cl ClSiCl
ClCl Cl
ทกโมเลกลตางมรปรางเปนทรงสหนาเหมอนกน และอะตอมไมมอเลกตรอนคโดดเดยวเหลอ
ดงนนมมระหวางพนธะในทกโมเลกลจงกางเทากนคอ 109.5 0 โมเลกลของสารบางชนด รปรางเหมอนกนหมด และอะตอมกลางตางไมมอเลกตรอนคโดดเดยว แตพนธะ
รอบอะตอมกลางในโมเลกลเดยวกนจะเหมอนกนหรอตางกนกได มมระหวางพนธะของสารเหลานนเทากนเสมอ เชน โมเลกลของสารทมรปรางเปน เสนตรง ไดแก โมเลกลของ BeCl2 , HCN , CO2 , Cl -
Be - Cl , H - C N , O = C = O
4. โมเลกลโคเวเลนตทมรปรางเหมอนกน แตสารตางชนดกน และอะตอมกลางตางเหลออเลกตรอนคโดด เดยวเทากน โมเลกลของสารเหลานนจะมมมระหวางพนธะตางกนเสมอ แตมมระหวางพนธะในแตละโมเลกลจะกางเทาไร
นนขนอยกบอเลกตรอนครวมพนธะวาอยหางจากอะตอมกลางแคไหน ถาใกลอะตอมกลางจะผลกกนมากตานไมให อเลกตรอนคโดดเดยวผลกลงไดมาก ทำาใหมมกวางกวา แตถาไกลอะตอมกลางมากจะผลกกนนอย จงตานแรงผลกลง
ของอเลกตรอนคโดดเดยวไดนอย ทำาใหมมแคบลง อยางไรกตามการพจารณาวาอเลกตรอนครวมพนธะอยใกลไกล อะตอมกลางแคไหนนนจำาเปนตองใชคาอเลกโตรเนกาตวตของธาตเปนเกณฑ เชน
พจารณาโมเลกล H2S และ H2O ซงตางกมรปรางเหมอนกน คอเปนมมงอ แตเนองจากอะตอม กลางมอเลกตรอนคโดดเดยวเหลอ มมระหวางพนธะของโมเลกลของสารทงสองเปนดงน
OH H HH
S
มม H - O - H กาง 105 0 มม H - S -H กาง 93.3 0
จะเหนไดวามม H - O - H ของ H2O กางกวางกวามม H - S -H ของ H2S เพราะขนาดอะตอม S และ O ตางกน และความแตกตางระหวางคาอเลกโตรเนกาตวตของ O กบ H
มากกวา S กบ H ทำาใหกลมหมอกอเลกตรอนครวมพนธะในโมเลกลของ H2O อยใกล O ซงเปน อะตอมกลาง จงออกแรงผลกกนมากกวาอเลกตรอนครวมพนธะในโมเลกลของ H2S ดงนนมมระหวางพนธะใน
H2O จงมขนาดใหญกวามมใน H2S พจารณาโมเลกล NH3 และ NF3 ซงตางกมรปรางเหมอนกน คอเปน พระมดฐานสามเหลยมแต
เนองจากอะตอมกลางมอเลกตรอนคโดดเดยวเหลอ มมระหวางพนธะของโมเลกลของสารทงสองเปนดงน
NH H
H FFFN
มม H - N - H กาง 107 0 มม F - N - F กาง 102 0
จะเหนไดวามม H - N - H ของ NH3 กางกวางกวามม F - N - F ของ NF3 เพราะ F ในโมเลกล NF3 ซงมคาอเลกโตรเนกาตวตสงทสด ซงจะดงดดอเลกตรอนครวมพนธะไดมาก ทำาให
กลมหมอกอเลกตรอนครวมพนธะในโมเลกลของ NF3 อยใกล F จงเกดแรงผลกนอย สวน NH3 ม N
เปนอะตอมกลางมคาอเลกโตรเนกาตวตสงกวา H จงดงดดกลมหมอกอเลกตรอนครวมพนธะในโมเลกล NH3 เขามาใกล N ทำาใหเกดแรงผลกมาก ดงนนมมระหวางพนธะใน NH3 จงมขนาดใหญกวามมใน NF3สรป
โมเลกลโคเวเลนตทมรปรางเหมอนกน และอะตอมกลางมอเลกตรอนคโดดเดยวเทากน จะมมมระหวางพนธะ ตางกน พจารณาไดดงน
มมระหวางพนธะพจารณาทระยะหางของอเลกตรอนครวมพนธะเปนเกณฑ กลาวคอ ถาอเลกตรอนครวม พนธะอยหางอะตอมมากมมแคบ และอเลกตรอนครวมพนธะอยใกลอะตอมกลางมมกวาง
มมระหวางพนธะเปลยนแปลงตามคา EN ของอะตอมกลางของธาตทตางกน แตละอะตอมทลอมรอบอะตอมกลางเหมอนกน
มมระหวางพนธะเปลยนกลบกบคา EN ของอะตอมทลอมรอบอะตอมกลางทตางกน แตอะตอมกลางเหมอนกน
ตารางท6.6 มมระหวางพนธะของโมเลกลของสารบางชนดโมเลกล สตรแบบจด รปรางโมเลกล มมระหวางพนธะ
นำา
ฟลออรนออกไซด
ไฮโดรเจนซลไฟด
ไฮโดรเจนซลไนด
ไฮโดรเจนเทลลไรด
H O H
FF O
H S H
HH Se
H Te H
OH H
FFO
HHS
HHSe
TeH H
104.5
101.5
93.3
91
89.5
แอมโมเนย H N HH HHH N 106.75
ฟอสฟน
HH P H HHH P 91.6
สทบน H Sb HH HHH
Sb 91.5
ไนโตรเจนฟลออไรด
FF N F FFF N 102.2
มเทน
H C HH
H HHH CH 109.5
สภาพขวของโมเลกล ในพนธะโคเวเลนต อเลกตรอนครวมพนธะ จะเคลอนทอยระหวาง อะตอมทงสอง ถาพบวาอเลกตรอนครวม
พนธะระหวางอะตอมคใด เคลอนทอยตรงกลางระหวางอะตอมพอด แสดงวาอะตอมคนนมความสามารถในการดงดด อเลกตรอนครวมพนธะเทากน แตถาพบวา อเลกตรอนครวมพนธะ เคลอนทอยใกลอะตอมใดอะตอมหนง มากกวาอก
อะตอมหนง แสดงวาอะตอมคนน มความสามารถในการดงดดอเลกตรอนครวมพนธะไมเทากน ดงภาพ
(ก) อเลกตรอนถกดงดดเทา ๆ กน
(ข) อเลกตรอนถกดงดดไมเทากน
(ค) อเลกตรอนถกดงดดคอนไปทางดานหนงมากกวาอกดานหนง
ไอออนบวก ไอออนลบ
(ง) อเลกตรอนถายเทจากอะตอมหนงไปสอกอะตอมหนง รปท6.4 แสดงการดงดดอเลกตรอนระหวางอะตอมคตาง ๆ
คาทบอกใหทราบถงความสามารถในการดงดดอเลกตรอนของธาตทสรางพนธะกนเปนสารประกอบ เรยกวา อ
เลกโทรเนกาตวต (Electronegativity) คาอเลกโทรเนกาตวต ขนอยกบจำานวนประจในนวเคลยส และระยะระหวางเวเลนตอเลกตรอนกบนวเคลยส ธาตทมจำานวนประจในนวเคลยสมาก แตมระยะระหวางเวเลนตอเลกตรอนกบนวเคลยสหางกนนอยจะมคาอ
เลกโทรเนกาตวตสงกวาธาตทมระยะระหวางเวเลนตอเลกตรอนกบนวเคลยสหางกนมาก อะตอมทมคาอเลกโทรเนกาตวตสง มแนวโนมทจะแสดงอำานาจไฟฟาลบ อะตอมทมคาอเลกโทรเนกาตวตตำา มแนวโนมทจะแสดงอำานาจไฟฟาบวก
ตารางท 6.7 คาอเลกโทรเนกาตวตของธาตในหมตาง ๆ ในตารางธาต
พนธะโคเวเลนตระหวางอะตอมทมคาอเลกโทรเนกาตวตเทากน
พนธะในโมเลกลกาซไฮโดรเจน (H2)
กลมหมอกอเลกตรอนของ H2 แสดงอะตอมของไฮโดรเจน ใชอเลกตรอนรวมกน
อะตอมทงสองในโมเลกล H2 มการกระจายอเลกตรอนเทากน อเลกตรอนครวมพนธะจะถกดงดดดวย นวเคลยสของอะตอมทงสองดวยแรงเทา ๆ กน เพราะอะตอมทงสองมคาอเลกโทรเนกาตวตเทากน ดงนนพนธะโคเว
เลนตของโมเลกล H2 จงไมแสดงอำานาจขวไฟฟาบนพนธะดานใดดานหนง เรยกพนธะโคเวเลนตทเกดขนนวา พนธะ
โคเวเลนตไมมขว ( Non - polar covalent bond)ลกษณะสำาคญของพนธะโคเวเลนตไมมขว
1. เปนพนธะโคเวเลนตทเกดกบคอะตอมของธาตชนดเดยวกน2. เปนพนธะโคเวเลนตทมการกระจายอเลกตรอนใหแตละอะตอมเทากน3. พนธะโคเวเลนตไมมขวอาจจะเกดกบพนธะโคเวเลนตชนดพนธะเดยว เชน Cl - Cl พนธะโคเว
เลนตชนดพนธะค เชน O = O และพนธะโคเวเลนตชนดพนธะสาม เชน N N4. พนธะโคเวเลนตทไมมขวเกดในโมเลกลใดเรยกวา โมเลกลไมมขว (non- polar
molecule)พนธะโคเวเลนตระหวางอะตอมทมคาอเลกโทรเนกาตวตตางกน
พนธะในโมเลกลของไฮโดรเจนคลอไรด (HCl)
อะตอมทงสอง มการกระจายอเลกตรอนไมเทากน อเลกตรอนครวมพนธะจะถกดงดดโดยนวเคลยสของ อะตอมของธาตตางชนดทงสองดวยแรงทไมเทากน เพราะอะตอมทงสองมคาอเลกโทรเนกาตวตตางกน อะตอมของ
ธาตทมคาอเลกโทรเนกาตวตสงกวาจะดงดดอเลกตรอนไดดกวา ทำาใหอะตอมของธาตนนมความหนาแนนของ อเลกตรอนมากกวา จะแสดงอำานาจขวไฟฟาลบ สวนอะตอมของธาตทมคาอเลกโทรเนกาตวตตำากวาจะแสดงอำานาจขว
ไฟฟาบวก เรยกพนธะโคเวเลนตทเกดขนนวา พนธะโคเวเลนตมขว (polar covalent bond)
ลกษณะสำาคญของพนธะโคเวเลนตมขว
1. พนธะโคเวเลนตมขวเกดกบคอะตอมของธาตตางชนดกนทมคาอเลกโทรเนกาตวตตางกน2. เปนพนธะโคเวเลนตทมการกระจายอเลกตรอนในแตละอะตอมไมเทากน3. พนธะโคเวเลนตมขวเกดในโมเลกลใด โมเลกลนนจะมขวหรออาจจะไมมขวกได แตถาพนธะโคเวเลนตมขว
เกดในโมเลกลทมเพยง 2 อะตอม โมเลกลนนตองเปนโมเลกลมขวเสมอ
การเขยนสญลกษณแสดงขวของพนธะ
ใชเครองหมาย อานวา เดลตา โดยกำาหนดใหวา พนธะมขวใดทอะตอมแสดงอำานาจไฟฟาลบ (เปนอะตอมทมคาอเลกโทรเนกาตวตสง) ใชเครองหมายแทนดวย และพนธะโคเวเลนตมขวใดทอะตอมแสดงอำานาจไฟฟา
บวก ( เปนอะตอมทมคาอเลกโทรเนกาตวตตำา ) ใชเครองหมายแทนดวย เชน HF และ ClF
H F Cl F
ถาอะตอมกลางในโมเลกลโคเวเลนตเกดหลายพนธะ ใหพจารณาขวพนธะแตละพนธะ เชน H2O , NH3 และ CH3Cl
สภาพขวของพนธะโคเวเลนต (Polarity of covalent bond) คอ ความแรง ของขวของพนธะโคเวเลนต กลาวคอ พนธะโคเวเลนตใดทมอะตอมของธาตทงสองมผลตางของคาอเลกโตรเนกาตวต
มาก ขวของพนธะโคเวเลนตมขวนนจะมอำานาจขวไฟฟามาก คอ มสภาพขวแรง สวนพนธะโคเวเลนตใดทมอะตอมของ ธาตทงสองมผลตางของคาอเลกโตรเนกาตวตนอย ขวของพนธะโคเวเลนตมขวนนจะมอำานาจไฟฟานอย คอ มสภาพขว
ตำา เชน
HCl H ม EN = 2.20 Cl ม EN = 3.16
ผลตางของคา EN ของอะตอม H กบ Cl = 3.16 - 2.20 = 0.96
FCl F ม EN = 3.98 Cl ม EN = 3.16
ผลตางของคา EN ของอะตอม F กบ Cl = 3.98 - 3.16 = 0.82
จะเหนไดวาผลตางของคา EN ทเกดจากธาตของพนธะ H - Cl มากกวาของพนธะ F - Cl ดงนนขวของพนธะ H - Cl มสภาพขวแรงกวา ขวขอพนธะ F - Cl
การเปรยบเทยบสภาพขวของพนธะระหวางอะตอม พจารณาไดจากผลตางของคาอเลกโตรเนกาตวตดงน
รปท 6.5 พจารณาสมบตความเปนไอออนกกบคาอเลกโตรเนกาตวต
สรป การพจารณาชนดของพนธะจากผลตางของคาอเลกโตรเนกาตวต ดงน
พนธะโคเวเลนต EN < 1.2 พนธะโคเวเลนตมขว 1.2 < EN < 1.8
พนธะไอออนก EN > 1.8ขวของโมเลกล
จากความรเรองพนธะโเวเลนตมขว และพนธะโคเวเลนตไมมขวสามารถนำามาแบงประเภทของโมเลกลโคเวเลน ตไดเปนโมเลกลมขว และโมเลกลไมมขว แตโมเลกลโคเวเลนตใดจะเปนโมเลกลมขว หรอ ไมมขวนนสามารถพจารณาได
ดงน
ก. โมเลกลทมเพยง 2 อะตอม ถาโมเลกลโคเวเลนตใดมเพยง 2 อะตอม และเปนอะตอมของธาตชนดเดยวกน พนธะทเกดขนในโมเลกล
เปนพนธะโคเวเลนตไมมขว ดงนน โมเลกลกจะเปนโมเลกลไมมขวดวย เชน H2 , O2 , N2 ถาโมเลกลโคเวเลนตใดมเพยง 2 อะตอม และเปนอะตอมของธาตตางชนดกน พนธะทเกดขนในโมเลกล
เปนพนธะโคเวเลนตมขว ดงนนโมเลกลกจะเปนโมเลกลมขวดวย เชน HCl , ClF , HIH Clเขยนทศทางของแรงลพธเปนดงน
หมายเหต เครองหมาย เขยนแทนทศทางของแรงดงดดอเลกตรอน เรยกวา dipole moment
ข. โมเลกลทม 3 อะตอมหรอมากกวา ถาโมเลกลทเกดจากพนธะมขว และมรปรางของโมเลกลสมมาตร โมเลกลนนจะเปนโมเลกลไมมขว เพราะมผล
รวมของทศทางของแรงดงดดอเลกตรอนทงหมดในโมเลกลเปนศนย เชน
BeCl2 Cl Be Cl เขยนทศทางของแรงเปนดงนBe
Cเขยนทศทางของแรงเปนดงน O C OCO2
BF3B
F
F F
เขยนทศทางของแรงเปนดงนโมเลกลมรปรางสมมาตรแรงทงสามจงหกลางกนหมดดงนนโมเลกลจงเปนโมเลกลไมมขว
B
CH4H
C
HH
H
เขยนทศทางของแรงเปนดงนโมเลกลมรปรางสมมาตรแรงทงสจงหกลางกนหมดดงนนโมเลกลจงเปนโมเลกลไมมขว
C
โมเลกลทมรปรางสมมาตร จะตองเปนโมเลกลทอะตอมกลางไมมเวเลนตอเลกตรอนคโดดเดยว และอะตอมกลางในโมเลกลตองสราง
พนธะชนดเดยวกนหมด นอกจากนโมเลกลทมพนธะชนดเดยวกน 4 พนธะแตอะตอมกลางมอเลกตรอนคโดดเดยว เหลอ 2 ค กจดเปนโมเลกลทมรปรางสมมาตรชนดหนง เชน มเทน (CH4) อะตอมกลางคอ C ไมมเวเลน
ตอเลกตรอนคโดดเดยว และอะตอม C สรางพนธะกบอะตอม H ชนดเดยวกนทง 4 พนธะ คอ C - H ดงนน โมเลกล CH4 จงเปนโมเลกลทมรปรางสมมาตร
CH4 โมเลกลไมมขวหมายเหต สำาหรบโมเลกลทมพนธะโคเวเลนตไมมขว และมพนธะรอบอะตอมตงแต 2 พนธะขนไป และอะตอมกลาง
มอเลกตรอนคโดดเดยวเหลอยอยางนอย 1 ค โมเลกลเหลาน จดเปนโมเลกลมขวเลกนอย และสงทแสดงขวของ
โมเลกลกคอ อเลกตรอนคโดดเดยวทอะตอมกลาง เชน O3O
O O
T C TCT
TT (linear)เสนตรง (Trigonal planar)สามเหลยมแบนราบ
TT
TC
T
Tพระมดคฐานสามเหลยม(Trigonal bipyramidal)
TTC
T
T (Tetrahrdal)ทรงสหนา
T
TCT
T
T
T
(Octahedral)ทรงแปดหนาC = อะตอมกลางT = อะตอมทลอมรอบเหมอนกนทกอะตอม
รปท 6.6 โมเลกลทมรปรางสมมาตรและเปนโมเลกลไมมขวC = อะตอมกลาง T = อะตอมทลอมรอบเหมอนกนทกอะตอม
ถาโมเลกลทเกดจากพนธะมขว และมรปรางของโมเลกลไมสมมาตร โมเลกลนนจะเปนโมเลกลมขว เพราะมผล รวมของทศทางของแรงดงดดอเลกตรอนทงหมดในโมเลกลไมเทากบศนยหรอมแรงลพธเกดขน เชน
H HO
H HH
N
H2OเขยนทศทางของแรงและแรงลพธเปนดงนO
H HH
C
Cl
NH3 เขยนทศทางของแรงและแรงลพธเปนดงนO
CH3Cl เขยนทศทางของแรงและแรงลพธเปนดงน
O
แทนทศทางของแรงดงดดอเลกตรอนเปนแรงยอยแทนทศทางของแรงลพธของแรงดงดดอเลกตรอนทงหมดในโมเลกล
โมเลกลทมรปรางไมสมมาตร จะตองเปนโมเลกลทอะตอมกลางมเวเลนตอเลกตรอนคโดดเดยว เชน โมเลกลแอมโมเนย
(NH3) มอะตอม N เปนอะตอมกลางใชอเลกตรอนสรางพนธะกบอะตอม H 3 พนธะ แลวยงเหลอเว
เลนตอเลกตรอนคโดดเดยว 1 ค ดงนนโมเลกลของแอมโมเนยเปนโมเลกลทมรปรางไมสมมาตร นอกจากนโมเลกลทมรปรางไมสมมาตรอาจจะหมายถง โมเลกลทอะตอมกลางใชเวเลนตอเลกตรอนสรางพนธะ
ทงหมด แตพนธะรอบอะตอมกลางเปนพนธะตางชนดกน เชน โมเลกลคลอโรมเทน (CH3Cl) มอะตอมกลางใช เวเลนตอเลกตรอนสรางพนธะกบอะตอม H 3 พนธะ และกบอะตอมของ Cl 1 พนธะ อะตอม C ม
พนธะทงหมด 4 พนธะเปนพนธะตางชนดกน ดงนนโมเลกลของคลอโรมเทนเปนโมเลกลมรปรางไมสมมาตร
CH3Cl โมเลกลมขวการพจารณาขวของโมเลกลโดยใชหลกผลบวกทางเรขาคณตของขวของพนธะ
นยมใชสญลกษณแสดงขวของพนธะดงน
Li+ - F- เขยนแทนดวย + - หรอ + - ผลบวกทางเรขาคณตของขวของพนธะ ซงคำานงถงความยาวและทศทางสำาคญ
A + ผลรวมเปน หรอ
B + ผลรวมเปน หรอ
C + ผลรวมเปน หรอ
รปท 6.7 ผลบวกทางเรขาคณตของขวของพนธะในทศทางตาง ๆ
จากหลกการขางตนสามารถนำามาใชพจารณาหาวาโมเลกลใดมขวหรอไมมขว ดงน
ก. โมเลกลของ BeF2 มรปรางเปนเสนตรง ดงนนขวของพนธะชไปในทศทางตรงกน ขาม ดงน
ข. โมเลกลของ BF3 มรปรางเปนสามเหลยมแบนราบ ทศทางของขวของพนธะทง 3 พนธะดงน
เมอนำาผลรวมของขวของพนธะมารวมกน จะเทากบศนยดงรป
ค. โมเลกลของ OF2 มรปรางเปน มมงอ ทศทางของขวของพนธะทง 2 พนธะดงน
เมอนำาผลรวมของขวของพนธะมารวมกน ดงรป
ง. โมเลกลของ NF3 มรปรางเปน พระมดฐานสามเหลยม ทศทางของขวของพนธะทง 3 พนธะดงน
เมอนำาผลรวมของขวของพนธะมารวมกน ดงรป
แบบทดสอบท6.71.จงเปรยบเทยบสภาพขวระหวางคอะตอมตอไปน
1.1 Li - F และ Li - I1.2 C - S และ P - P1.3 C - O และ C - S1.4 H - F และ H - I1.5 B - C และ B - F1.6 C - Si และ C - S
2. สารตอไปน สารใดเปนโมเลกลมขว และเขยนภาพแสดงทศทางของขวในโมเลกล
ก. BFCl2 ข. NH2Cl ค. SCl2
3. จงทำานายมมระหวางพนธะ S - C - S และ H - S - H ใน CS2 และ H2S4.จงยกตวอยาง
4.1 โมเลกลไมมขว และมพนธะไมมขว
4.2 โมเลกลไมมขว แตมพนธะมขว
4.3 โมเลกลมขว และมพนธะมขว
4.4 โมเลกลมขว แตมพนธะไมมขว
5.จงบอกวาสารใดเปนโมเลกลโคเวเลนตมขวและไมมขว
PH3 H2Se PBr5 BF3 SO3 SiCl4 SnCl2 C2H2
6. ถาแทน H ดวย Cl ใน CH4 ไดสารประกอบตาง ๆ เปนอนกรมคอ CH4 , CH3Cl , CH2Cl2 , CHCl3 และ CCl4 สารใดเปนโมเลกลมขว และสารใดเปนโมเลกลไมมขว
7. เอธลน C2H4 เปนโมเลกลรปรางแบนราบ มโครงสรางคอ
C = CHH
HH
ถาอะตอม H ถกแทนดวยอะตอม Cl เกดสารประกอบเปนอนกรม C2H4 , C2H3Cl , C2H2Cl2 , C2HCl3 , และ C2Cl4 โมเลกลใดมขว และโมเลกลใดไมมขว
เฉลยแบบทดสอบท6.71.แนวคด
1.1 Li - F > Li - I1.2 C - S > P - P1.3 C - O > C - S1.4 H - F > H - I1.5 B - C < B - F1.6 C - Si > C - S
2.แนวคด
. BFClก 2
B
F
Cl Cl
แสดงทศทางขวในโมเลกลเปน
. NHข 2ClN
HH Cl แสดงทศทางขวในโมเลกลเปน
. SClค 2ClCl
S แสดงทศทางขวในโมเลกลเปน
3.แนวคดS = C = S1 S
H H2
อะตอมกลาง S ใน H2S มอเลกตรอนคโดดเดยวมากกวาอะตอม C ใน CS2 ดงนน มม
ระหวางพนธะ S - C - S (1) กางมากกวามมระหวางพนธะ H - S - H (2) ใน H2S
4.แนวคด4.1 N2 , O2 , Cl24.2 CH4 , BF3 , SF64.3 SO2 , NH3 , OF24.4 O3 อะตอมกลางมอเลกตรอนคโดดเดยวเหลอ 1 คแสดงขวเลกนอย
5.แนวคดPH3 , H2Se , SnCl2 เปนโมเลกลโคเวเลนตมขวPBr5 , BF3 , SO3 , SiCl4 , C2H2 เปนโมเลกลโคเวเลนตไมมขว
6.แนวคด
CH
HHH H H
HClC
H HCl
ClC C
ClCl
ClH Cl ClCl
ClC
CH4 , CCl4 เปนโมเลกลไมมขว CH3Cl , CH2Cl2 , CHCl3 เปนโมเลกลมขว
7.แนวคด
H
C2H4C = C
H H
H
C2H3Cl
H
HClC = C
H = 0ผลรวมของขวของพนธะ
เปนโมเลกลไมมขว 0ผลรวมของขวของพนธะ
เปนโมเลกลมขว
0ผลรวมของขวของพนธะเปนโมเลกลมขว
ClC = C
Cl H
H
C2H2Cl2
HHCl
C = CCl
0ผลรวมของขวของพนธะเปนโมเลกลมขว
= 0ผลรวมของขวของพนธะเปนโมเลกลไมมขว
ClC = C
ClH
H
C2HCl3
H
ClC = C
Cl 0ผลรวมของขวของพนธะ
เปนโมเลกลมขว
Cl Cl
= 0ผลรวมของขวของพนธะเปนโมเลกลไมมขว
ClC = C
Cl
Cl
C2Cl4