พันธะเคมี (Chemical Bonding)
พันธะเคมี คือ แรงยึดเหนี่ยวที่เกิดขึ้นจากการดึงดูดเข้าหากันระหว่างอนุภาคมูลฐานหรืออะตอม (Atom) ทั้งนี้ ก็เพื่อสร้างเสถียรภาพในระดับโมเลกุล จนเกิดเป็นสสารหรือสารประกอบที่มีโครงสร้างขนาดใหญ่และมีความซับซ้อนมากขึ้นในธรรมชาติ
. พันธะไอออนิก (Ionic Bond)
พันธะไอออนิก (ionic bonds)
พันธะไอออนิก คือ พันธะที่เกิดขึ้นอันเนื่องมาจากแรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิตระหว่างไอออนบวก(cation) และไอออนลบ(anion) อันเนื่องมาจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอน จากโลหะให้แก่อโลหะ โดยทั่วไปแล้วพันธะไอออนิกเป็นพันธะที่เกิดขึ้นระหว่างโลหะและอโลหะ ทั้งนี้เนื่องจากว่าโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชัน(ionization energy)ต่ำ แต่อโลหะมีค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน(electron affinity)สูง ดังนั้นโลหะจึงมีแนวโน้มที่จะให้อิเล็กตรอน และอโลหะมีแนวโน้มที่จะรับอิเล็กตรอน
เมื่อโลหะเสียอิเล็กตรอนก็จะกลายเป็นไอออนบวก
อโลหะเมื่อรับอิเล็กตรอนก็จะกลายเป็นไอออนลบ
ประจุบวกและลบที่เกิดขึ้นก่อให้เกิดแรงดึงดูดทางไฟฟ้าซึ่งกันและกันเกิดเป็นพันธะไอออนิก และเพื่อความเข้าใจมากขึ้นขออธิบายการเกิดพันธะไอออนิกระหว่าง อะตอมของโซเดียม และ คลอไรด์
จะเห็นว่าอิเล็กตรอนวงนอกสุดของทั้ง Na+ (n=2)และ Cl– (n=3) มีอิเล็กตรอนเท่ากับแปด ดังรูป
พันธะโคเวเลนต์ (Covalent Bond)
พันธะโคเวเลนต์(Covalent bond) มาจากคำว่า co + valence electron ซึ่งหมายถึง พันธะที่เกิดจากการใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน ดังเช่น ในกรณีของไฮโดรเจน ดังนั้นลักษณะที่สำคัญของ พันธะโคเวเลนต์ก็คือการที่อะตอมใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกันเป็นคู่ ๆ
-สารประกอบที่อะตอมแต่ละคู่ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ เรียกว่าสารโคเวเลนต์
-โมเลกุลของสารที่อะตอมแต่ละคู่ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์เรียกว่าโมเลกุลโคเวเลนต์
1. การเกิดพันธะโคเวเลนต์
เนื่องจาก พันธะโคเวเลนต์ เกิดจากการใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกัน ซึ่งอาจจะใช้ร่วมกันเพียง 1 คู่ หรือมากกว่า 1 คู่ก็ได้
– อิเล็กตรอนคู่ที่อะตอมทั้งสองใช้ร่วมกันเรียกว่า “อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ”
– อะตอมที่ใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเรียกว่าอะตอมคู่ร่วมพันธะ
* ถ้าอะตอมคู่ร่วมพันธะใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่จะเกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ที่เรียกว่าพันธะเดี่ยวเช่น ในโมเลกุลของไฮโดรเจน
* ถ้าอะตอมคู่ร่วมพันธะใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 2 คู่จะเกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ที่เรียกว่าพันธะคู่เช่น ในโมเลกุลของออกซิเจน
* ถ้าอะตอมคู่ร่วมพันธะใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 3 คู่จะเกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ที่เรียกว่าพันธะสามเช่น ในโมเลกุลของไฮโดรเจน
จากการศึกษาสารโคเวเลนต์จะพบว่า ธาตุที่จะสร้างพันธะโคเวเลนต์ส่วนมากเป็นธาตุอโลหะกับอโลหะ ทั้งนี้เนื่องจากโลหะมีพลังงานไอออไนเซชันค่อนข้างสูง จึงเสียอิเล็กตรอนได้ยาก เมื่ออโลหะรวมกันเป็นโมเลกุลจึงไม่มีอะตอมใดเสียอิเล็กตรอน มีแต่ใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ อย่างไรก็ตามโลหะบางชนิดก็สามารถเกิดพันธะโคเวเลนต์กับอโลหะได้ เช่น Be เกิดเป็นสารโคเวเลนต์คือ BeCl2เป็นต้น
คุณสมบัติทางกายภาพของสารประกอบโคเวเลนต์
| สมบัติทางกายภาพ | สารประกอบโคเวเลนต์ |
|---|---|
| สถานะ (ที่อุณหภูมิห้อง) | ของแข็ง, ของเหลว, แก๊ส |
| การนำไฟฟ้า | โดยปกติไม่มี |
| จุดเดือดและจุดหลอมเหลว | มีหลายค่า โดยทั่วไปจะต่ำกว่าสารประกอบไอออนิก |
| การละลายในน้ำ | มีหลายค่า โดยทั่วไปจะต่ำกว่าสารประกอบไอออนิก |
| การนำความร้อน | โดยทั่วไปต่ำ |
พันธะโคเวเลนต์ คือพันธะที่เกิดขึ้นอันเนื่องมาจากอะตอม 2 อะตอมนำอิเล็กตรอนมาใช้ร่วมกัน (โดยทั่วไปแล้วหมายถึงอะตอมของธาตุหมู่ IVA, VA, VIA และ VII )
– ถ้ามีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่เรียกพันธะที่เกิดว่า พันธะเดี่ยว
– ถ้ามีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 2 คู่เรียกพันธะที่เกิดว่า พันธะคู่
– ถ้ามีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 3 คู่เรียกพันธะที่เกิดว่า พันธะสาม
พันธะโลหะ (Metallic Bond)
พันธะโลหะสมบัติ
พันธะโลหะ (Metallic bonding) เป็นพันธะภายในโลหะซึ่งเกี่ยวข้องกับ การเคลื่อนย้าย อิเล็กตรอน อิสระระหว่าง
แลตทิซของอะตอมโลหะดังนั้นพันธะโลหะจึงอาจเปรียบได้กับเกลือที่หลอมเหลวอะตอมของโลหะมีอิเล็กตรอนพิเศษ
เฉพาะในวงโคจรชั้นนอกของมันเทียบกับคาบ(period)หรือระดับพลังงานของพวกมัน อิเล็กตรอนที่เคลื่อนย้ายเหล่านี้
เปรียบได้กับทะเลอิเล็กตรอน(Sea of Electrons) ล้อมรอบแลตทิชขนาดใหญ่ของไอออนบวกพันธะโลหะเทียบได้
กับพันธะโควาเลนต์ที่เป็น นอน-โพลาร์ ที่จะไม่มีในธาตุโลหะบริสุทธ์ หรือมีน้อยมากในโลหะผสม ความแตกต่าง อิเล็ก
โตรเนกาทิวิตีระหว่างอะตอม ซึ่งมีส่วนในปฏิกิริยาพันธะ และอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาจะเคลื่อนย้ายข้าม
ระหว่างโครงสร้างผลึกของโลหะ พันธะโลหะเขียนสูตรทางเคมีไม่ได้ เพราะไม่ทราบจำนวนอะตอมที่แท้จริง อาจจะมีเป็น
ล้านๆ อะตอมก็ได้ พันธะโลหะจะมีความสำคัญต่อคุณสมบัติทางฟิสิกส์หลายอย่างของโลหะเช่น
– ความแข็งแรง
– ตีแผ่เป็นแผ่นได้(malleability)
– ดึงเป็นเส้นได้ (ductility)
– นำความร้อนไดดี
– นำไฟฟ้าได้ดีและนำได้ทุกทิศทาง
– เนื้อเป็นเงา (luster)
การเกิดพันธะเคมี
1. โลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชั่นต่ำมาก แสดงว่าอิเล็กตรอนของโลหะจะหลุดออกไปได้ง่าย เมื่อวาเลนซ์
อิเล็กตรอนหลุดออกไป ก็จะเหลืออนุภาคบวกดังนี้
โลหะทุกอะตอมเป็นตัวให้อิเล็กตรอนทั้งสิ้นดังนั้นจะไม่มีอะตอมใดเลยที่ได้รับอิเล็กตรอน
2. โลหะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนน้อย ดังนั้นอิเล็กตรอนที่หลุดออกไป จะมีเพียง 1,2,3 ตัวเท่านั้น
3. โลหะมีค่าโคออร์ดิเนชั่นนัมเบอร์สูง ซึ่งเท่ากับ 8 หรือ12 หมายความว่า อะตอมหนึ่งจะมีอะตอมอื่นรอบล้อม 8 ถึง
12 อะตอมดังนั้นการนำอิเล็กตรอนมาใช้ร่วมกันเป็นอิเล็กตรอนคู่ในลักษณะของพันธะโคเวเลนต์จึงเป็นไปไม่ได้
ดังนั้นการเกิดพันธะโลหะควรเป็นไปในลักษณะที่ว่าเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมโลหะ ที่หลุดออกไปจะไม่เป็น
ของอะตอมใดอะตอมหนึ่งโดยเฉพาะแต่จะเป็นของอะตอมทั้ง หมด โดยที่อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปยังอะตอมนี้บ้าง
อะตอมโน้นบ้าง ในผลึกของโลหะจึงเป็นการเอาอนุภาคบวกมาเรียงกัน ไว้อย่างมีระเบียบ และมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน
เคลื่อนที่ไปมาได้ทั่วอนุภาคบวกทั้งหมด หรืออาจกล่าวได้ว่า อนุภาคบวกเหล่านั้นจมอยู่ในทะเลอิเล็กตรอน แรงดึงดูด
ระหว่างอนุภาคบวกกับอิเล็กตรอนเรียกว่า “พันธะโลหะ” ซึ่งมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างพันธะแข็งแรงมาก
