พันธะเคมี (โคเวเลนต์)

พันธะโควาเลนต์

พันธะโควาเลนต์ (Covalent bond) หมายถึง พันธะในสารประกอบที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอม 2 อะตอมที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีใกล้เคียงกันหรือเท่ากัน แต่ละอะตอมต่างมีความสามารถที่จะดึงอิเล็กตรอนไว้กับตัว อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะจึงไม่ได้อยู่ ณ อะตอมใดอะตอมหนึ่งแล้วเกิดเป็นประจุเหมือนพันธะไอออนิก หากแต่เหมือนการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันระหว่างอะตอมคู่ร่วมพันธะนั้นๆและมีจำนวนอิเล็กตรอนอยู่รอบๆ แต่ละอะตอมเป็นไปตามกฎออกเตต ดังภาพ

เป็นพันธะที่เกิดจากการใช้อิเล็กตรอนข้างนอกร่วมกันระหว่างอะตอมของธาตุหนึ่งกับอีกธาตุหนึ่งแบ่งเป็น 3 ชนิดด้วยกัน

1. พันธะเดี่ยว (Single covalent bond )เกิดจากการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 อิเล็กตรอน เช่น F2 Cl2 CH4 เป็นต้น

2. พันธะคู่ ( Doublecovalent bond ) เกิดจากการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันของธาตุทั้งสองเป็นคู่ หรือ 2 อิเล็กตรอน เช่น O2 CO2 C2H4 เป็นต้น

3. พันธะสาม ( Triple covalent bond ) เกิดจากการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 3 อิเล็กตรอน ของธาตุทั้งสอง เช่น N2 C2H2 เป็นต้น

การอ่านชื่อสารประกอบโควาเลนซ์

์

• สารประกอบของธาตุคู่ ให้อ่านชื่อธาตุที่อยู่ข้างหน้าก่อน แล้วตามด้วยชื่อธาตุที่อยู่หลัง โดยเปลี่ยนเสียงพยางค์ท้ายเป็น “ ไอด์” (ide)
• ให้ระบุจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุด้วยเลขจำนวนในภาษากรีก ดังตาราง
• ถ้าสารประกอบนั้นอะตอมของธาตุแรกมีเพียงอะตอมเดียว ไม่ต้องระบุจำนวนอะตอมของธาตุนั้น แต่ถ้าเป็นอะตอมของธาตุหลังให้อ่าน “ มอนอ” เสมอ

  

พันธะเคมี (พันธะไอออนิก)

ชนิดของพันธะเคมี

พันธะภายในโมเลกุล (intramolecular bond)	พันธะระหว่างโมเลกุล (intermolecular bond)
พันธะโคเวเลนต์ (covalent bonds)	พันธะไฮโดรเจน (hydrogen bonds)
พันธะไอออนิก (ionic bonds)	แรงแวนเดอร์วาลส์ (Van der Waals forces)
พันธะโลหะ ( metallic bonds)	แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล - ไอออน (molecule-ion attractions)

พันธะไอออนิก

พันธะไอออนิก ( Ionic bond ) หมายถึงแรงยึดเหนี่ยวที่เกิดในสารประกอบที่เกิดขึ้นระหว่าง 2 อะตอมอะตอมที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีต่างกันมาก อะตอมที่มีค่าอิเลคโตรเนกาติวิตีน้อยจะให้อิเลคตรอนแก่อะตอมที่มีค่าอิเลคโตรเนกาติวิตีมาก และทำให้อิเล็กตรอนที่อยู่รอบๆ อะตอมครบ 8 (octat rule ) กลายเป็นไอออนบวก และไอออนลบตามลำดับ เกิดแรงดึงดูดทางไฟฟ้าระหว่างไอออนบวกและไอออนลบ และเกิดเป็นโมเลกุลขึ้น เช่น การเกิดสารประกอบ NaCl ดังภาพ

สมบัติของสารประกอบไอออนิก

1. มีขั้ว เพราะสารประกอบไอออนิกไม่ได้เกิดขึ้นเป็นโมเลกุลเดี่ยว แต่จะเป็นของแข็งซึ่งประกอบด้วยไอออนจำนวนมาก ซึ่งยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงยึดเหนี่ยวทางไฟฟ้า
2. ไม่นำไฟฟ้าเมื่ออยู่ในสภาพของแข็ง แต่จะนำไฟฟ้าได้เมื่อใส่สารประกอบไอออนิกลงในน้ำ ไอออนจะแยกออกจากกัน ทำให้สารละลายนำไฟฟ้าในทำนองเดียวกันสารประกอบที่หลอมเหลวจะนำไฟฟ้าได้ด้วยเนื่องจากเมื่อหลอมเหลวไอออนจะเป็นอิสระจากกัน เกิดการไหลเวียนอิเลคตรอนทำให้อิเลคตรอนเคลื่อนที่จึงเกิดการนำไฟฟ้า
3 . มีจุหลอมเหลวและจุดเดือดสูง      ความร้อนในการทำลายแรงดึงดูดระหว่างไอออนให้กลายเป็นของเหลวต้องใช้พลังงานสูง
4 . สารประกอบไอออนิกทำให้เกิดปฏิกิริยาไอออนิก คือ ปฏิกิริยาระหว่างไอออนกับไอออน ทั้งนี้เพราะสารไอออนิกจะเป็นไอออนอิสระในสารละลาย ปฏิกิริยาจึงเกิดทันที
5 . สมบัติไม่แสดงทิศทางของพันธะไอออนิก สารประกอบไอออนิกเกิดจากไอออนที่มีประจุตรงกันข้ามรอบ ๆ ไอออนแต่ละไอออนจะมีสนามไฟฟ้าซึ่งไม่มีทิศทาง จึงทำให้เกิดสมบัติไม่แสดงทิศทางของพันธะไอออนิก
6. เป็นผลึกแข็ง แต่เปราะและแตกง่าย

• กรณีเป็นสารประกอบธาตุคู่ ให้อ่านชื่อธาตุที่เป็นประจุบวก แล้วตามด้วยธาตุประจุลบ โดยลงท้ายเสียงพยางค์ท้ายเป็น “ ไอด์” (ide) เช่น

  

• กรณีเป็นสารประกอบธาตุมากกว่าสองชนิด ให้อ่านชื่อธาตุที่เป็นประจุบวก แล้วตามด้วยกลุ่มธาตุที่เป็นประจุลบได้เลย เช่น

  

• กรณีเป็นสารประกอบธาตุโลหะทรานซิชัน ให้อ่านชื่อธาตุที่เป็นประจุบวกและจำนวนเลขออกซิเดชันหรือค่าประจุของธาตุเสียก่อน โดยวงเล็บเป็นเลขโรมัน แล้วจึงตามด้วยธาตุประจุลบ เช่น

  

ธาตุกัมมันตรังสี

การเกิดกัมมันตภาพรังสี

1. เกิดจากนิวเคลียสในสภาวะพื้นฐานได้รับพลังงาน ทำให้นิวเคลียสกระโดดไปสู่ระดับพลังงานสูงขึ้น ก่อนกลับสู่สภาวะพื้นฐาน นิวเคลียสจะคายพลังงานออกมาในรูปรังสีแกมมา

2. เกิดจากนิวเคลียสที่อยู่ในสภาพเสถียร แต่มีอนุภาคไม่สมดุล นิวเคลียสจะปรับตัวแล้วคายอนุภาคที่ไม่สมดุลออกมาเป็นอนุภาคแอลฟาหรือเบตา

ส่วนรังสีที่แผ่ออกมาจากธาตุนั้น แบ่งเป็น 3 ชนิดคือ

1. รังสีแอลฟา (สัญลักษณ์: α) คุณสมบัติ เป็นนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม (4 2He) มี p+ และ n อย่างละ 2 อนุภาค ประจุ +2 เลขมวล 4 อำนาจทะลุทะลวงต่ำ เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าเข้าหาขั้วลบ
2. รังสีบีตา  (สัญลักษณ์: β) คุณสมบัติ เหมือน e- อำนาจทะลุทะลวงสูงกว่า α 100 เท่า ความเร็วใกล้เสียง เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าเข้าหาขั้วบวก
3. รังสีแกมมา (สัญลักษณ์: γ) คุณสมบัติเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave) ที่มีความยาวคลื่นสั้นมากไม่มีประจุและไม่มีมวล อำนาจทะลุทะลวงสูงมาก ไม่เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้า เกิดจากการที่ธาตุแผ่รังสีแอลฟาและแกมมาแล้วยังไม่เสถียร มีพลังงานสูง จึงแผ่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อลดระดับพลังงาน  จะเห็นได้ว่า การแผ่รังสีจะทำให้เกิดธาตุใหม่ได้  หรืออาจเป็นธาตุเดิมแต่จำนวนโปรตอนหรือนิวตรอนอาจไม่เท่ากับธาตุเดิมและธาตุกัมมันตรังสีแต่ละธาตุ  มีระยะเวลาในการสลายตัวแตกต่างกันและแผ่รังสีได้แตกต่างกันเรียกว่า ครึ่งชีวิตของธาตุ

ธาตุกึ่งโลหะ

      

ธาตุกึ่งโลหะ (อังกฤษ: metalloids) เป็นธาตุที่มีองค์ประกอบทางเคมีซึ่งมีคุณสมบัติก้ำกึ่งระหว่างสมบัติของโลหะกับอโลหะ โดยไม่มีการกำหนดมาตรฐานหรือข้อตกลงที่แน่นอนของการเป็นธาตุกึ่งโลหะ ส่วนใหญ่เป็นสารกึ่งตัวนำ (semiconductors)

โดยปกติทั่วไปแล้วธาตุกึ่งโลหะ ประกอบด้วย 6 ธาตุ คือ โบรอน, ซิลิคอน, เจอร์เมเนียม, สารหนู, พลวงและเทลลูเรียม แต่บางครั้งการจำแนกธาตุกึ่งโลหะได้รวม คาร์บอน, อะลูมิเนียม, ซีลีเนียม, พอโลเนียมและแอสทาทีนไว้ด้วย ในตารางธาตุทั่วไปนั้นสามารถพบธาตุกึ่งโลหะได้ที่บริเวณเส้นทแยงมุมของ บล็อก-p โดยเริ่มจากโบรอนไปจนถึงแอสทาทีน ในบางตารางธาตุที่ประกอบด้วยเส้นแบ่งระหว่างโลหะกับอโลหะและธาตุกึ่งโลหะนั้นจะอยู่ติดกับเส้นแบ่งนี้

ธาตุกึ่งโลหะมีลักษณะเหมือนโลหะ แต่เปราะและนำไฟฟ้าได้ไม่ดี ในทางเคมีนั้นธาตุกึ่งโลหะมีสมบัติคล้ายกับธาตุอโลหะ และยังสามารถผสมกับโลหะได้เป็นอัลลอยหรือโลหะผสม คุณสมบัติทางฟิสิกส์และทางเคมีส่วนใหญ่เป็นกลางในธรรมชาติ สารประกอบและธาตุกึ่งโลหะใช้ในการผลิตโลหะผสม, สารชีวภาพ, ตัวเร่งปฏิกิริยา, สารทนไฟ, แก้วและใยแก้วนำแสง

มีคุณสมบัติดังนี้

               1.มีค่า IE และ EN  ค่อนข้างสูง

               2.จุดเดือด จุดหลอมเหลว สูง

               3.มีความหนาแน่นสูง

               4.สามารถนำไฟฟ้าได้

               5.สามารถเกิดสารประกอบได้ ทั้งสารประกอบไอออนนิกและสารประกอบโคเวเลนต์

ปฏิกิริยาของธาตุและสารประกอบของธาตุตามหมู่

ปฏิกิริยาของธาตุหมู่ VIIA

 ธาตุหมู่ VIIA หรือที่เรียกว่า ธาตุแฮโลเจน (Halogen) มีทั้งหมด 5ธาตุ เรียงลำดับจากบนลงล่าง ดังนี้ F, Cl, Br, I, At มีสมบัติของธาตุที่ควรทราบ คือ

            1. มีทั้ง 3 สถานะ คือ F เป็นก๊าซสีเหลือง Cl เป็นก๊าซสีเหลืองแกมเขียว Br เป็นของเหลวสีน้ำตาลแดง I เป็นของแข็งสีม่วงดำ เมื่อเป็นไอมีสีม่วง และ At เป็นของแข็ง แต่ไม่มีในธรรมชาติ เป็นกัมมันตรังสีที่สังเคราะห์ขึ้น สีของแฮโลเจนจะเข้มขึ้นจากบนลงล่าง

             2. ธาตุแฮโลเจนเป็นพิษทุกชนิด F มีพิษมากที่สุด

             3. โมเลกุลประกอบด้วย 2 อะตอม คือ F2 Cl2 Br2 I2

 4. เป็นอโลหะ ไม่นำไฟฟ้า

             5. มีจุดหลอมเหลว จุดเดือดต่ำ (ทำลายแรงลอนดอนประเภทแรงแวนเดอร์วาลส์)

             6. มีค่าพลังงานไอออไนเซชันค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตี ( EN ) และสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนสูง และเมื่อเปรียบเทียบกับธาตุอื่นในคาบเดียวกันจะมีค่าสูงที่สุด

             7. ละลายน้ำได้น้อย ( At ไม่ละลายน้ำ ) F เมื่อละลายน้ำจะทำปฏิกิริยากับน้ำ ได้ O2

             8. ละลายได้ดีในตัวทำละลายอินทรีย์ที่ไม่มีขั้ว เช่น CS2 CCl4 ในตัวทำละลายเหล่านี้ I จะมีสีม่วง สารละลายของ Br มีสีส้ม และสารละลายของ Cl ไม่มีสี แต่ถ้าละลายในเอทานอล จะได้สารละลายสีน้ำตาล (โดยเฉพาะ I )

9. มีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า เพราะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนมาก จึงรวมตัวกับธาตุอื่นได้หลายอัตราส่วน

            10. ความว่องไวในการทำปฏิกิริยาลดลงจากบนลงล่างในหมู่เดียวกัน F มีความว่องไวมากที่สุด

            11. I ทำปฏิกิริยากับน้ำแป้งได้สารละลายสีน้ำเงินเข้ม เกิดจากโมเลกุลของ I ถูกดูดซับเข้าไปในโครงสร้างของแป้ง ( ในห่วงโซ่ของกลูโคส )

            12. ธาตุแฮโลเจนตัวบนสามารถทำปฏิกิริยากับไอออนของแฮโลเจนตัวล่างในสารประกอบแฮไลด์ได้ โดย F2 สามารถทำปฏิกิริยากับ Cl- Br- I- ได้ ส่วน Cl2 สามรถทำปฏิกิริยากับ Br-  I- ได้ และ Br2 สามารถทำปฏิกิริยากับ I- ได้

            13. F สามารถทำปฏิกิริยากับ H แล้วเกิดระเบิดได้ในที่มืด Cl สามารถเกิดปฏิกิริยาได้ในที่มีแสงสว่าง Br ทำปฏิกิริยากับ H ได้เมื่อมี Pt ช่วยเร่งปฏิกิริยาที่ 200°C และปฏิกิริยาระหว่าง I กับ H เป็นปฏิกิริยาที่ผันกลับได้

                สารประกอบของธาตุหมู่ VIIA  เนื่องจากธาตุหมู่ VIIA เป็นธาตุที่รับอิเล็กตรอนได้ง่าย จึงสามรถรวมตัวกับโลหะหรืออโลหะเกิดเป็นสารประกอบมากมายหลายชนิด

            สมบัติบางประการของสารประกอบของธาตุหมู่ VIIA

                1. สามารถเกิดได้ทั้งสารประกอบไอออนิกและสารประกอบโคเวเลนต์ คือ ถ้ารวมตัวกับโลหะจะเกิดเป็นสารประกอบไอออนิก แต่ถ้ารวมตัวกับอโลหะก็จะเกิดเป็นสารประกอบโคเวเลนต์

                2. เกิดเป็นสารประกอบที่มีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า เช่น ในสารประกอบ KClO , KClO2 , KClO3 , KClO4 นั้น Cl มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +1 ,+3 ,+5 ,+7 ตามลำดับ

                 3. สารประกอบออกไซด์และซัลไฟต์ เมื่อละลายจะมีสมบัติเป็นกรด

                ประโยชน์ของธาตุหมู่ VIIA

      1. F2 ใช้เตรียมสารประกอบฟลูออโรคาร์บอน เช่น ฟรีออน ได้แก่ ฟรีออน-12 ( CCl2F )  ฟรีออน-21 ( CHCl2F ) ฟรีออน-142 ( CH3CClF2 )  ซึ่งมีความสำคัญและใช้มากในเครื่องทำความเย็น   F2CCF2 ( เทฟลอน ) เป็นพลาสติกที่มีความเสถียร ทนความร้อน ผิวลื่น นิยมใช้เคลือบภาชนะต่าง ๆ นอกจากนั้นสารประกอบของฟลูออรีนในรูปของฟลูออไรด์ ใช้ผสมในน้ำดื่มและยาสีฟัน เพื่อป้องกันฟันผุ

       2. Cl2 ใช้ประโยชน์ในการเตรียมสารประกอบต่าง ๆ เช่น น้ำยาซักแห้ง พลาสติกพีวีซี ( โพลีไวนิลคลอไรด์, (-H2CCHCl-)n ผงฟอกขาว DDT ผงชูรส เป็นต้น ใช้ฆ่าเชื้อโรคในน้ำประปา และสารประกอบของคลอรีน เช่น CCl4 ใช้เป็นตัวทำละลาย

       3. Br2 ใช้เตรียมสารประกอบเอทิลีนไดโบรไมด์ หรือไดโบรมีนอีเทน ( C2H4Br2 ) ใช้สำหรับเติมในน้ำมันเพื่อปรับปรุงคุณภาพของน้ำมันให้ดีขึ้น ( เป็นสารป้องกันการน็อคของเครื่องยนต์ ) นอกจากนั้น ยังใช้ทำสีย้อมผ้า ฟิล์มถ่ายรูป กระดาษพิมพ์ เป็นต้น

        4. I2 ใช้ป้องกันโรคคอพอก