อินโฟกราฟิก เรื่อง พันธะเคมี

 

พันธะเคมี

 พันธะเคมี

คือ แรงยึดเหนี่ยวที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมหรือกลุ่มของอะตอมเพื่อเกิดเป็นกลุ่มที่เสถียรและเป็นอิสระในระดับโมเลกุล ลักษณะเฉพาะที่สำคัญของพันธะเคมีในโมเลกุลคือจะปรากฏในบริเวณระหว่างนิวเคลียสของอะตอม ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงพลังงานจนอยู่ในช่วงที่เหมาะสม ซึ่งอาจจะเกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ พันธะไอออนิก หรือพันธะโลหะ ได้ อนึ่ง การศึกษาเรื่องพันธะเคมีทำให้สามารถเข้าใจและทำนายสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของสารได้

    พันธะโลหะ

เป็นพันธะภายในโลหะซึ่งเกี่ยวข้องกับ การเคลื่อนย้าย อิเล็กตรอน อิสระระหว่างแลตทิซของอะตอมโลหะ ดังนั้นพันธะโลหะจึงอาจเปรียบได้กับเกลือที่หลอมเหลวอะตอมของโลหะมีอิเล็กตรอนพิเศษเฉพาะในวงโคจรชั้นนอกของมันเทียบกับคาบ (period) หรือระดับพลังงานของพวกมัน อิเล็กตรอนที่เคลื่อนย้ายเหล่านี้เปรียบได้กับทะเลอิเล็กตรอน(Sea of Electrons) ล้อมรอบแลตทิชขนาดใหญ่ของไอออนบวก ยังไม่สามารถเขียนเป็นสูตรทางเคมีได้ เพราะไม่ทราบจำนวนอะตอมที่แท้จริง พันธะโลหะอาจจะมีเป็นล้าน ๆ อะตอมก็ได้

ตัวอย่างสารประกอบ

Na , Fe , Cu ,Au

สมบัติของพันธะโลหะ

•  นำความร้อนได้ดี             •  นำไฟฟ้าได้

•  รีดเป็นแผ่นได้ง่าย            •  ดึงเป็นเส้นยาว ๆ ได้โดยไม่ขาดง่าย

•  จุดหลอมเหลวสูง             •  มีความเป็นมันวาว

•  เชื่อมต่อกันได้

การนำไปใช้ประโยชน์

- ทองแดงและอะลูมิเนียม เป็นโลหะที่นําไฟฟ้าได้ดีจึงนำไปใช้เป็นตัวนำไฟฟ้าอลูมิเนียมและเหล็กเป็นโลหะที่นําความร้อนได้ดีจึงนำไปทำภาชนะสำหรับประกอบอาหาร เช่น หม้อ กระทะ

    พันธะไอออนิก

เป็นพันธะเคมีชนิดหนึ่ง เกิดจากที่อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมสร้างพันธะกันโดยที่อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมให้อิเล็กตรอนกับอะตอมหรือกลุ่มของอะตอม ทำให้กลายเป็นประจุบวก ในขณะที่อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่ได้รับอิเล็กตรอนนั้นกลายเป็นประจุลบ เนื่องจากทั้งสองกลุ่มมีประจุตรงกันข้ามกันจะดึงดูดกัน ทำให้เกิดพันธะไอออน โดยทั่วไปพันธะชนิดนี้มักเกิดขึ้นระหว่างโลหะกับอโลหะ โดยอะตอมที่ให้อิเล็กตรอนมักเป็นโลหะ ทำให้โลหะนั้นมีประจุบวก และอะตอมที่รับอิเล็กตรอนมักเป็นอโลหะ จึงมีประจุลบ ไอออนที่มีพันธะไอออนิกจะมีความแข็งแรงมากกว่าพันธะไฮโดรเจน แต่แข็งแรงพอ ๆ กับพันธะโคเวเลนต์

ตัวอย่างสารประกอบ

ตัวอย่างเช่นโครงสร้างของผลึกโซเดียมคลอไรด์เป็นของแข็ง รูปลูกบาศก์ ใสไม่มีสีในผลึก มีโซเดียมไอออนสลับกับคลอไรด์ไอออน เป็นแถว ๆ ทั้งสามมิติ มีลักษณะคล้ายตาข่าย โดยที่แตละไอออนจะมีไอออนต่างชนิดล้อมรอบอยู่ 6 ไอออน ดังรูป 2 รูป ข้างล่างดังนี้

                   

               

เนื่องจากโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำ และอโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูง ดังนั้นพันธะไอออนิกจึงเกิดระหว่างธาตุโลหะ และอโลหะได้ดี กล่าวคือ อะตอมของโลหะให้เวเลนต์อิเล็กตรอนกับอะตอมของอโลหะ แล้วเกิดไอออนบวกของโลหะ และไอออนลบของอโลหะ ไอออนทั้งสองจะส่งแรงดึงดูดระหว่างประจุบวกและลบ เกิดเป็นพันธะไอออนิกและการที่โลหะให้เวเลนต์อิเล็กตรอนแก่อโลหะ เพื่อปรับให้มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเป็นแปด แบบก๊าซเฉื่อย ส่วนอโลหะรับเวเลนต์อิเล็กตรอนมานั้นก็เพื่อปรับตัวเองให้เสถียรแบบก๊าซเฉื่อยเช่นกัน ไอออนบวกกับไอออนลบจึงดึงดูดกันด้วยแรงดึงดูดระหว่างประจุไฟฟ้าเกิดเป็นสารประกอบไอออนิก (Ionic compound)ดังนี้

การเกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) จากโซเดียม (Na) และ คลอรีน (Cl)

คุณสมบัติ

1. มีขั้ว เพราะสารประกอบไอออนิกไม่ได้เกิดขึ้นเป็นโมเลกุลเดี่ยว แต่จะเป็นของแข็งซึ่งประกอบด้วยไอออนจำนวนมาก ซึ่งยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงยึดเหนี่ยวทางไฟฟ้า

2. ไม่นำไฟฟ้าเมื่ออยู่ในสภาพของแข็ง แต่จะนำไฟฟ้าได้เมื่อใส่สารประกอบไอออนิกลงในน้ำ ไอออนจะแยกออกจากกัน ทำให้สารละลายนำไฟฟ้าในทำนองเดียวกันสารประกอบที่หลอมเหลวจะนำไฟฟ้าได้ด้วยเนื่องจากเมื่อหลอมเหลวไอออนจะเป็นอิสระจากกัน เกิดการไหลเวียนอิเล็กตรอนทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จึงเกิดการนำไฟฟ้า

3. มีจุหลอมเหลวและจุดเดือดสูง      ความร้อนในการทำลายแรงดึงดูดระหว่างไอออนให้กลายเป็นของเหลวต้องใช้พลังงานสูง

4. สารประกอบไอออนิกทำให้เกิดปฏิกิริยาไอออนิก คือ ปฏิกิริยาระหว่างไอออนกับไอออน ทั้งนี้เพราะสารไอออนิกจะเป็นไอออนอิสระในสารละลาย ปฏิกิริยาจึงเกิดทันที

5. สมบัติไม่แสดงทิศทางของพันธะไอออนิก สารประกอบไอออนิกเกิดจากไอออนที่มีประจุตรงกันข้ามรอบ ๆ ไอออนแต่ละไอออนจะมีสนามไฟฟ้าซึ่งไม่มีทิศทาง จึงทำให้เกิดสมบัติไม่แสดงทิศทางของพันธะไอออนิก

6. เป็นผลึกแข็ง แต่เปราะและแตกง่าย

ประโยชน์

- แอมโมเนียมคลอไรด์และซิงค์คลอไรด์ เป็นสารประกอบไอออนิกที่สามารถนำไฟฟ้าได้จากการแตกตัวเป็นไอออนเมื่อละลายน้ำจึงนำไปใช้เป็นสารอิเล็กโทรไลต์ในถ่านไฟฉาย

    พันธะโคเวเลนต์

คือ  พันธะเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของธาตุอโลหะกับธาตุโลหะที่เข้ามาสร้างแรงยึดเหนี่ยวต่อกัน  เนื่องจากธาตุอโลหะจะมีสมบัติเป็นตัวรับอิเล็กตรอนที่ดีและยากต่อการสูญเสียอิเล็กตรอน  ดังนั้นอิเล็กตรอนของธาตุทั้งสองจึงต่างส่งแรงดึงดูดเพื่อที่จะดึงดูดอิเล็กตรอนของอีกฝ่ายให้เข้าหาตนเอง  ทำให้แรงดึงดูดจากนิวเคลียสของอะตอมทั้งสองหักล้างกัน  ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงไม่มีการหลุดไปอยู่ในอะตอมใดอะตอมหนึ่งโดยเฉพาะ  แต่จะมีลักษณะเหมือนเป็นอิเล็กตรอนที่อยู่กึ่งกลางระหว่างอะตอมทั้งสอง  เรียกอิเล็กตรอนที่อยู่กึ่งกลางอะตอมทั้งสอง  เรียกอิเล็กตรอนที่ถูกอะตอมใช้ร่วมกันในการสร้างพันธะเคมีว่า  อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ(Bonding pair electron)

ตัวอย่างสารประกอบ

ตัวอย่างที่1อะตอมของธาตุไฮโดรเจน 2 อะตอม รวมกับอะตอมของธาตุออกซิเจน1อะตอมได้น้ำ1โมเลกุล

        

ตัวอย่างที่2อะตอมของธาตุคาร์บอน 1 อะตอม รวมกับอะตอมของธาตุไฮโดรเจน4อะตอมได้แก๊สมีเทน (CH4)1โมเลกุล

          

คุณสมบัติ

สถานะ (ที่อุณหภูมิห้อง)

การนำไฟฟ้า

จุดเดือดและจุดหลอมเหลว

การละลายในน้ำ

การนำความร้อน

ประโยชน์

- พอลิไวนิลคลอไรด์หรือ PVC เป็นสารโคเวเลนต์ที่ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้จึงเป็นฉนวนไฟฟ้าที่หุ้มสายไฟฟ้า

- ซิลิกอนคาร์ไบด์ เป็นสารโคเวเลนต์โครงร่างตาข่ายที่มีจุดหลอมเหลวสูงและมีความแข็งแรงมากจึงนำไปใช้ทำเครื่องบด