พันธะเคมี part ionic bonds

พันธะเคมี Chemistry Bond

By Natthaporn Kawirads Program CHEMISTRY

O

H H

พันธะไอออนิก

การเกิดพันธะไอออนิก

พันธะไอออนิก คือ พันธะเคมีที่ เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของโลหะกับอโลหะ โดยโลหะจะเป็นตัวให้อิเล็กตรอน ส่วนอโลหะจะรับอิเล็กตรอน ยกเว้น Be และ B จะเป็นพันธะโลหะท่ีเกิดโคเวเลนต์ เช่น


การเกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) จากอะตอมโซเดียม (Na) และอะตอมคลอรีน (Cl)


Na = 2 8 1 Cl = 2 8 7 Cl = 2 8 8 Na = 2 8

การเกิดสารประกอบแคลเซียมคลอไรด์ () จากอะตอมแคลเซียม (Ca) และอะตอมคลอรีน (Cl)


การเกิดสารประกอบแมกนีเซียมคลอไรด์ (MgCl2) จากอะตอมแมกนีเซียม (Mg) และอะตอมคลอรีน (Cl)


โครงสรา้งของสารประกอบไอออนิก

1. ผลึกโซเดียมคลอไรด์


ลักษณะคล้ายตาข่าย อัตราส่วนระหว่างไอออนบวก : ไอออนลบ เท่ากับ 6 : 6 หรือ 1: 1 สูตรอย่างง่ายจึงเป็น NaCl

2. ผลึกซีเซียมคลอไรด์


โครงสร้างของสารประกอบไอออนกิ (ตอ่)

แต่ละไอออนจะมีไอออนต่างชนิดล้อมรอบอยู่ 8 ไอออน อัตราส่วนระหว่างไอออนบวก : ไอออนลบ เท่ากับ 8 : 8 หรือ 1: 1 สูตรอย่างง่ายจึงเป็น CsCl

การเขียนสูตรและเรียกชื่อสารประกอบไอออนิก

1. เมื่อโลหะท าปฏิกิริยากับอโลหะ ธาตุทั้งสองจะรวมกันด้วยพันธะไอออนิกเกิดเป็นสารประกอบไอออนิก ก่อนอื่นต้องทราบว่าธาตุที่ท าปฏิกิริยากันเกิดเป็นไอออนชนิดใด และมีประจุเท่าใด ดังนี้


2. ชื่อไอออนบวกและไอออนลบที่เป็นกลุ่มอะตอม


การเขียนสูตรและเรียกชื่อสารประกอบไอออนิก (ต่อ)

1. เขียนไอออนบวกของโลหะหรือกลุ่มไอออนบวกไว้ข้างหน้า ตามด้วยไอออนลบของอโลหะหรือกลุ่มไอออนลบ ยกเว้น สารประกอบไอออนิกที่เป็น เกลืออะซิเตต (CH3COO-)


การเขียนสูตรสารประกอบไอออนิก

เช่น CH3COONa (CH3COO)2Ca


2. ไอออนบวกและไอออนลบ จะรวมกันในอัตราส่วนที่ท าให้ผลรวมของประจุเป็นศูนย์ ดังนั้นจึงต้องหาตัวเลขมาคูณกับจ านวนประจุบนไอออนบวกและไอออนลบให้มีจ านวนเท่ากัน แล้วใส่ตัวเลขเหล่านั้นไว้ที่มุมขวาล่างของแต่ละไอออน ซึ่งท าได้โดยใช้จ านวนประจุบนไอออนบวกและไอออนลบคูณไขว้กัน

การเขียนสูตรสารประกอบไอออนิก (ต่อ)

3. ถ้ากลุ่มไอออนบวกหรือไอออนลบมีมากกว่า 1 กลุ่ม ให้ใส่วงเล็บ ( ) และใส่จ านวนกลุ่มไว้ที่มุมล่างขวาล่าง


การเขียนสูตรสารประกอบไอออนิก (ต่อ)


เช่น จงเขียนสูตรของสารประกอบไอออนิกต่อไปนี้ ก. Na+ กับ O2- ข. Ca2+ กับ Cl- ค. NH4

+ กับ SO42-

1. สารประกอบธาตุคู่ ถ้าสารประกอบเกิดจาก ธาตุโลหะที่มีไอออนได้ชนิดเดียวรวมกับอโลหะ ให้อ่านชื่อโลหะที่เป็นไอออนบวก แล้วตามด้วยชื่อธาตุอโลหะที่เป็นไอออนลบ โดยเปลี่ยนเสียงพยางค์ท้ายเป็น ไอด์ (ide) เช่น


การอ่านชื่อสารประกอบไอออนิก

อออซิเจน เปลี่ยนเป็น ออกไซด์ (oxide)

คลอรีน เปลี่ยนเป็น คลอไรด์ (chloride)

ไฮโดรเจน เปลี่ยนเป็น ไฮไดรด์ (hydride)

ไอโอดีน เปลี่ยนเป็น ไอโอไดด์ (iodide)

ตัวอย่าง


การอ่านชื่อสารประกอบไอออนิก (ต่อ)

NaCl อ่านว่า โซเดียมคลอไรด์ (Sodium chloridr)

KBr อ่านว่า โพแทสเซียมโบรไมด์ (Potascium bromide)

CaI2 อ่านว่า แคลเซียมไอโอไดด์ (Calcium iodide)

CaCl2 อ่านว่า แคลเซียมคลอไรด์ (Calcium chloride)

ถ้าสารประกอบที่เกิดจากธาตุโลหะเดียวกันที่มีไอออนได้หลายชนิด รวมตัวกับอโลหะ ให้อ่านชื่อโลหะที่เป็นไอออนบวกแล้วตามด้วยค่าประจุของไอออนของโลหะโดยวงเล็บเป็นเลขโรมัน แล้วตามด้วยอโลหะที่เป็นไอออนลบ โดยเปลี่ยนเสียงพยางค์ท้ายเป็น ไอด์ (ide)




เช่น Fe เกิดไอออนได้ 2 ชนิดคือ Fe2+ และ Fe3+ และ Cu เกิดไอออนได้ 2 ชนิดคือ Cu+ และ Cu2+ สารประกอบที่เกิดขึ้นและการอ่านชื่อ ดังนี้


FeCl2 อ่านว่า ไอร์ออน (II) คลอไรด์ ( Iron (II) chloride )

FeCl3 อ่านว่า ไอร์ออน (III) คลอไรด์ ( Iron (III) chloride )



CuS อ่านว่า คอปเปอร์ (I) ซัลไฟด์ ( Cupper (I) sunfide )

Cu2S อ่านว่า คอปเปอร์ (II) ซัลไฟด์ ( Copper (II) sunfide )

2. สารประกอบธาตุสามหรือมากกว่า ถ้าสารประกอบเกิดจากไอออนบวกของโลหะ หรือกลุ่มไอออนบวกรวมตัวกับกลุ่มไอออนลบ ให้อ่านชื่อไอออนบวกของโลหะหรือชื่อกลุ่มไอออนบวก แล้วตามด้วยกลุ่มไอออนลบ เช่น




CaCO3 อ่านว่า แคลเซียมคาร์บอนเนต (Calcium carbonat)

Ba(OH)2 อ่านว่า แบเรียมไฮดรอกไซด์ (Barium hydroxide)


KNO3 อ่านว่า โพแทสเซียมไนเตรต (Potascium nitrae)

(NH4)3PO4 อ่านว่า แอมโมเนียมฟอสเฟต (Ammomium pospate)

พลังงานกับการเกิดพันธะไอออนิก

ในการเกิดพันธะไอออนิกหรือสารประกอบไปออนิก จะมีการเปลี่ยนแปลงหลายขั้นตอนด้วยกัน แต่จะมีกี่ขั้นขึ้นอยู่กับสมบัติของสารตั้งต้นและแต่ละขั้นตอนย่อยๆจะมีพลังงานเกี่ยวข้องอยู่ด้วย ดังตัวอย่าง


การเกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) มีขั้นตอนดังนี ้

1.โลหะโซเดียมที่อยู่ ในสถานะของแข็งระเหิดกลายเป็นไอ (กลายเป็นอะตอมในสถานะก๊าซ) ขั้นนี้ต้องดูดพลังงานเท่ากับ 109 kJ/mol เรียกพลังงานที่ใช้ในขั้นนี้ว่า พลังงานการระเหิด (Heat of siblimation) สัญลักษณ์ “ Hs" หรือ "S"

Na(s)+ 109 kJ---------------->Na(g).........(1)


2. การสลายโมเลกุลของคลอรีน (Cl2(g)) ซึ่งอยู่ในสถานะก๊าซแตกตัวออกเป็นอะตอมในสถานะก๊าซ (Cl(g)) ขั้นนี้ต้องใช้พลังงานหรือดูดพลังงานเท่ากับ 122 kJ/mol เรียกพลังงานที่ใช้ในขั้นนี้ว่า พลังงานสลายพันธะ หรือ พลังงานการแตกตัว (Bond Dissociation energy) สัญลักษณ์ “ Hdis" หรือ "d”


การเกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) มีขั้นตอนดังนี้ (ต่อ)

Cl2 (g) + 122kJ -------------------> Cl(g)…..(2)


3. การแตกตัวเป็นไอออนของโซเดียม อะตอมของโซเดียมในสถานะก๊าซ เสีย 1 เวเลนซ์อิเล็กตรอน กลายเป็นโซเดียมไอออนในสถานะก๊าซ ขั้นนี้ต้องใช้พลังงานหรือดูดพลังงาน 496 kJ/mol เรียกพลังงานที่ใช้ในขั้นนี้ว่า พลังงานไอออไนเซชั่น (Ionization Energy) สัญลักษณ์ "IE" หรือ "I”


Na(g)+496 kJ----------------->Na+ (g) + e .........(3)

4. การเกิดคลอไรด์ไอออน คลอรีนอะตอมในสถานะก๊าซรับอิเล็กตรอนกลายเป็นคลอไรด์ไอออนในสถานะก๊าซ(Cl-(g)) ขั้นนี้คายพลังงานออกมา 349 kJ/mol พลังงานที่คายออกมาในขั้นนี้เรียกว่า อิเลคตรอนอัฟฟินิตีหรือสัมพรรคภาพอิเลคตรอน (Electron Affinity) สัญลักษณ์ E หรือ EA



Cl(g)+e- -----------------> Cl-(g)+349 kJ...........(4)

5. การเกิดโซเดียมคลอไรด์ โซเดียมไอออนในสถานะก๊าซ และคลอไรด์ไอออนในสถานะก๊าซรวมตัวกันด้วยพนัธะไอออนิกได้ผลึกโซเดียมครอไรด์ (NaCl(s)) ขั้นนีค้ายพลังงานออกมา 787 kJ/mol พลังงานที่คายออกมาในขั้นนี้เรียกวา่ พลังงานแลคทิซ หรือพลังงานโครงร่างผลึก (Lattic Energy) สัญลักษณ์ U หรือ Ec



Na+(g) + Cl-(g) ---------------------->NaCl(s)+787 kJ.........(5)

การเปลี่ยนพลังงานในแต่ละขั้นตอน เขียนแทนด้วย H ล าดับต่างๆ พลังงานรวมของปฏิกิริยาเขียนแทนด้วย Hf

เครื่องหมาย + แทนการดูดพลังงาน และ

เครื่องหมาย – แทนการคายพลังงาน By Natthaporn Kawirads Program CHEMISTRY


เมื่อเอาสมการ (1)+(2)+(3)+(4)+(5) จะได้สมการรวมหรือปฏิกิริยารวมดังนี้

Cl

107 + 122 + 496 – 349 – 787 = -411 ดูด ดูด ดูด คาย คาย

ได้สมการรวมหรือปฏิกิริยารวมเป็น

การละลายของสารประกอบไอออนิก


สารประกอบไอออนิกบางชนิดจะละลายน้ าและไม่ละลายน้ า การที่สารประกอบไอออนิกละลายน้ าได้นั้น เนื่องจาก แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน ้ากับไอออนมีค่ามากกว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวกกับไอออนลบ เช่น การละลายน้ าของโซเดียมคลอไรด์ (NaCl)

ในการละลายน้ าของสารประกอบไอออนิก จะมีขั้นย่อยๆของการเปลี่ยนแปลง 2 ขั้นตอน ดังนี ้


ขั นที่ 1 ผลึกของสารประกอบไอออนิกสลายตัวออกเป็นไอออนบวกและลบในภาวะก๊าซ ขั้นนี้ต้องใช้พลังงานเพื่อสลายผลึก พลังงานนี้เรียกว่า พลังงานโครงร่างผลึก ( latece energy ) , E1

ขั นที่ 2 ไอออนบวกและไอออนลบในภาวะก๊าซรวมตัวกับน้ า ขั้นนี้มีการคายพลังงาน พลังงานที่คายออกมาเรียกว่า พลังงานไฮเดรชัน (Hydration energy ) , E2

พลังงานของการละลาย ( E) มีค่า = E1 + E2 พลังงานของการละลายพิจารณาจากพลังงานโครงร่างผลึก ( E1) และพลังงานไฮเดรชัน ( E2 ) ดังนี้


1. ถ้าค่า E< 0 ( E1 < E2 ) การละลายจะเป็นแบบ คายพลังงาน

2. ถ้าค่า E > 0 ( E1 > E2 ) การละลายจะเป็นแบบ ดูดพลังงาน

3. ถ้า E = 0 ( E1 = E2 ) การละลายจะไม่คายพลังงาน

4. ถ้า พลังงานโครงร่างผลึกมีค่ามากกว่าพลังงานไฮเดรชันมากๆ

( E1 >>>> E2 ) จะไม่ละลายน้ า

สภาพการละลายได้ของสาร (solubility)


เป็นความสามารถของสารที่จะละลายในสารอื่นจนเป็นสารละลายอิ่มตัว สภาพการละลายได้ส่วนใหญ่ หมายถึง การละลายของสารในน้ า สามารถบอกได้ 3 ระดับ ดังนี้


1. ละลายได้ดี หมายถึง ละลายได้มากกว่า 10 กรัมต่อน้ า 1,000 cm3 ที่ 25oC

2. ละลายได้เล็กน้อย หมายถึง ละลายได้ 1 - 10 กรัมต่อน้ า 1,000 cm3 ที่ 25oC

3. ไม่ละลายน ้า หมายถึง ละลายไดน้้อยกว่า 10 กรัมต่อน้ า 1,000 cm3 ที่ 25oC

สภาพการละลายได้ของสาร (solubility)(ต่อ)

การค้านวณการละลายของสาร


สูตรที่ใช ้ Q = mcΔt

ก้าหนดให ้ Q = ปริมาณความร้อน (จลู) m = น้ าหนักของน้ า (กรัม) c = ความจุความร้อนของน้ า = 1 แคลอรี/กรัม หรือ 4.2 จูล/ กรมั องศาเซลเซียส) Δt = อุณหภูมทิี่เปลี่ยนแปลง (องศาเซลเซียส)


ตัวอย่างที ่1 การค้านวณการละลายของสาร

ตัวอย่างที ่2 การค้านวณการละลายของสาร


ถ้าท าให้โซเดียมคลอไรด์จ านวน 1 โมล ละลายในน้ า 1 ลิตร

( 1,000 กรัม) อุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงอย่างไร ถ้าความร้อนจ าเพาะของ

น้ าคือ 1 cal/g หรือ 4.2 J/g และพลังงานของการละลายเป็นดัง

สมการ

NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq) ; ΔHsol = +18 kJ/mol

วิธีท้า


Q (ปริมาณความร้อน) = 18 kJ

= 18 x 1,000 J

= 18,000 J

m (น้ าหนักของน้ า) = 1,000 กรัม

c (ความจุความร้อนของน้ า) = 4.2 จูล/กรัม

สารประกอบไอออนิกที่ละลายน้ า และไม่ละลายน้ า


สมบัติความเป็นไอออนิก (ความแรง) พิจารณาจากค่า EN ในโมเลกุล ดังนี


1. ถ้า EN ต่างกันมาก จะเป็นไอออนิกมาก

2. ถ้า EN ต่างกันน้อย จะเป็นโคเวเลนต์

3. ถ้า EN เท่ากัน จะเป็นโคเวเลนต์ 100%

เรียงล าดับความเป็นไอออนิกของสารประกอบ ได้ดังนี้

พันธะโลหะ (Metallic Bond)


พันธะโลหะ คือ แรงดึงดูดระหว่างไอออนบวกที่เรียงชิดกันกับอิเล็กตรอนที่ล้อมรอบ หรือ แรงยึดเหนี่ยวที่เกิดจากอะตอมในก้อนโลหะใช้ VE. ทั้งก้อนร่วมกัน

ทะเลอิเล็กตรอน

***สมบัติของโลหะ


1. เป็นตัวน าไฟฟ้าได้ดี

2. น าความร้อนได้ด ี

3. ตีเป็นแผ่นหรือดึงออกเป็นเส้นได ้

4. ผิวมันวาว

5. จุดเดือด จุดหลอมเหลวสงู

สิ นสุดการน้าเสนอ


พันธะเคมี part ionic bonds

Education