หัวขห้ัอ้อ - chem...

1

1

หวขอหวขอพนธะเคมชนดตาง ๆ 15

พลงงานพนธะและความรอนของการเกดปฏกรยา 8

ความยาวและมมพนธะ สภาพขวของพนธะ 7

แบบจาลองของลวอส (Lewis Structure) 10

เรโซแนนซและประจตามสตร 5

2

เรโซแนนซและประจตามสตร 5

ทฤษฎ VSEPR และรปรางโมเลกล 15

ทฤษฎออรบทลเชงโมเลกล (Molecular Orbital Theory) 5

แผนผงระดบพลงงานของออรบทลเชงโมเลกล 10

ทฤษฎพนธะวาเลนซ (Valence Bond Theory) 5

ไฮบรดออรบทลกบการเกดพนธะ 10

แรงระหวางโมเลกล 10

อะตอมอะตอม--โมเลกลโมเลกล อะตอม: อนภาคพนฐานประกอบดวยนวเคลยสและอเลกตรอน โมเลกล: อะตอมหรอกลมอะตอมซงยดเหนยวกนดวยพนธะเคมเสถยรและเปนอนภาคทเลกทสดทยงคงลกษณะทางกายภาพและเคมของสสาร

H2O CH3OH

3

สสาร

H2O(l)นาครงแกว 180 ml (10 โมล)

เทากบ H2O 6 ลานลานลานลาน โมเลกล

O2Ar

พนธะเคมพนธะเคม พนธะเคม คอแรงดงดดทยดอะตอมเขาดวยกนในโมเลกล พนธะเคมเกดจากแรงดงดดทางไฟฟาระหวางอะตอมในโมเลกลเกดเนองจากประจในอะตอมหรอไอออน

4

อะตอม อะตอมมขว ไอออนบวก ไอออนลบ

ชนดของพนธะเคมชนดของพนธะเคม

พนธะไอออนกพนธะระหวางไอออนบวก (EN ตา) และไอออนลบ (EN สง)

พนธะโควาเลนต

IE ตา EA สง

-1+1

5

พนธะระหวางอะตอมทม EN สงมการใชอเลกตรอนรวมกน

พนธะโลหะพนธะระหวางอะตอมโลหะ( EN ตา)อเลกตรอนเคลอนทไดอยางอสระ

พนธะไอออนก พนธะไอออนก ((Ionic BondIonic Bond)) พนธะไอออนก เปนพนธะทเกดขนระหวางธาตทมคา

EN ตางกนมาก ทาใหเกดแรงดงดดทางไฟฟาระหวางไอออนบวกและไอออนลบ อะตอม EN ตา: ใหอเลกตรอน ไอออนบวก (โลหะ)

ไ โ

6

อะตอม EN สง: รบอเลกตรอน ไอออนลบ (อโลหะ) M+ (g) + X- (g) MX(s) + lattice energy

2

พนธะโควาเลนต พนธะโควาเลนต ((Covalent BondCovalent Bond)) พนธะโควาเลนต คอแรงยดเหนยวระหวางธาตทมคา

EN มาก อะตอมคทเกดพนธะจะใชวาเลนซอเลกตรอนรวมกนเพอใหมจานวนวาเลนซอเลกตรอนครบ 8 อะตอม EN สง: ไมมอะตอมใดยอมเสยอเลกตรอน

7

+ +-

--

-

--

-

-

-

การใชอเลกตรอนรวมกนจะทาใหเปนไปตามกฏออกเตท

-

พนธะโลหะ พนธะโลหะ ((Metallic BondMetallic Bond)) พนธะโลหะ คอแรงทยดอะตอมโลหะไวดวยกนในผลก

(ระหวางอะตอมทมคา EN ตา) วาเลนซอเลกตรอนของโลหะเคลอนทไดอยางอสระ และจะดงดดนวเคลยสของอะตอมตาง ๆ เขาดวยกน

8

+- -

+--

+-

-+-

-

+--

+-

-

+--

+- -

+--

+--

+-

-+--

+--

+-

-

+-

-+-

-+

--

+- -

-

--

-

-

--

--

-

-

--

--

--

-

-

-

-

-

--

-

-

-

-- -

-

-

Sea of Electrons

เวเลนซอเลกตรอนมาก พนธะแขงแรงมาก

อเลกตรอนอสระ (วาเลนซอเลกตรอน)

พนธะในโมเลกลพนธะในโมเลกล แบบจาลองโมเลกล (ลกบอลแทนอะตอม ทอแทนพนธะ)

9

สรางพนธะ คายพลงงาน (พลงงานมคาเปนลบ) ทาลายพนธะ ดดพลงงาน (พลงงานมคาเปนบวก)

การเกดปฏกรยาเคม คอการทาลายพนธะเดมและสรางพนธะใหม เพอใหเกดสารชนดใหม

พลงงานพนธะพลงงานพนธะ พลงงานพนธะ (Dissociation Energy; D) คอ พลงงานทใชในการสลายพนธะเคมแตละพนธะในโมเลกล (มคาบวก) พนธะแขงแรงมาก พลงงานพนธะมคาสง พนธะชนดเดยวกนในโมเลกลตางชนดกน มคาไมเทากน

CH4 CH3 + H D(C-H)CH4= 436 kJ/mol

10

CH3 CH2 + H D(C-H)CH3= 368 kJ/mol

พลงงานพนธะเฉลย เปนคาเฉลยของพลงงานพนธะแบบเดยวกนในโมเลกลตาง ๆ (เปนคาโดยประมาณ)

ความรอนของปฏกรยา ความรอนของปฏกรยา ((Heat of Reaction)Heat of Reaction)ความรอนของปฏกรยา (Hrxn) คอพลงงานทเกยวของกบการสรางและทาลายพนธะเพอใหเกดการเปลยนแปลงในปฏกรยาเคม

ทาลายพนธะ ดดความรอน (เปนบวก) +Dreactant

+

11

สรางพนธะ คายความรอน (เปนลบ) –Dproduct

Hrxn เทากบผลรวมของพลงงานทาลายและสรางพนธะในปฏกรยา

productsreactants

DDHrxn

หาไดจากคาพลงงานพนธะเฉลย

บวก: ดดความรอน ลบ: คายความรอน

CH4(g) + Cl2 (g) CH3Cl (g) + HCl(g) Hrxn= ?

พลงงานพนธะเฉลย

ตวอยาง ตวอยาง ความรอนของปฏกรยาความรอนของปฏกรยา

12

Hrxn = 4D(C-H) + D(Cl-Cl)─[D(C-Cl) + 3D(C-H) + D(Cl-H)]

= [(4414 + 243) ─ (339 + 3414 + 431)] kJ/mol

= –104 kJ (คายความรอน)

สลาย สราง

3

ความยาวพนธะ ความยาวพนธะ (Bond Length) (Bond Length) ความยาวพนธะ คอระยะหางระหวางอะตอมคทสรางพนธะ โดยเปนตาแหนงทอะตอมทงสองดงดดกนไดดทสดและเสถยรทสด ความยาวของพนธะโควาเลนตสมพนธกบพลงงานพนธะ

ความยาวพนธะ เดยว พนธะค พนธะสามพลงงานพนธะ เดยว พนธะค พนธะสาม

13

พลงงานพนธะ เดยว พนธะค พนธะสาม(เมอเปรยบเทยบระหวางอะตอมคเดยวกน)

Type Bond Length

Bond Energy

C–C 154 347

C=C 134 611

CC 120 837

O=O 121 498

มมพนธะ มมพนธะ ((Bond AngleBond Angle)) มมพนธะ คอมมทเกดขน เมอลากเสนผานพนธะ 2 พนธะมาตดทนวเคลยสของอะตอมกลาง สามารถใชมมพนธะอธบายสมบตอเลกทรอนกสของโมเลกลได โมเลกลทมสตรเคมคลายกน มมพนธะอาจไมเทากน

14

120

10690

สภาพขวของพนธะ สภาพขวของพนธะ (Bond Polarity)(Bond Polarity)สภาพขวของพนธะ คอการอธบายทศทางการกระจายตวของอเลกตรอนทใชในการสรางพนธะระหวางอะตอมในแนวพนธะ ถาอะตอมทสรางพนธะมคา EN ตางกน การกระจายตวของอเลกตรอนในบรเวณระหวางอะตอมทงสองจะไมสมาเสมอ ขวบวก (+) มความหนาแนนอเลกตรอนนอยกวาปกต

15

ขวลบ (–) มความหนาแนนอเลกตรอนมากกวาปกต

พนธะโควาเลนตแบบมขวและไมมขว

พนธะโควาเลนตแบบมขว พนธะโควาเลนตแบบไมมขว

+ –

EN(H) < EN(Br)

สภาพขวของโมเลกลสภาพขวของโมเลกลสภาพขวของโมเลกล เกดจากการกระจายอเลกตรอนในโมเลกลแบบไมสมมาตร เนองจาก ความแตกตางของ EN ของอะตอม ความไมสมมาตรของโมเลกล

สภาพขวของโมเลกลหาไดโดยการรวมสภาพขวของพนธะทกพนธะ

16

+

-

+

+

+

-

+

+-

-

+

+

+

แบบเวคเตอร

ตวอยางสภาพขวของโมเลกลตวอยางสภาพขวของโมเลกล BCl3

NH3

CHCl

17

CHCl3

SF5

HCN

ทฤษฎทอธบายพนธะโควาเลนตทฤษฎทอธบายพนธะโควาเลนต1. แบบจาลองของลวอส (Lewis Structure)

อะตอมจะเสถยรขนถามอเลกตรอนวงนอกครบแปด (octet rule)2. ทฤษฎออรบทลเชงโมเลกล (Molecular Orbital, MO)

สมบตของโมเลกลกาหนดโดยการกระจายของอเลกตรอนในออรบทลของโมเลกล

18

3. ทฤษฎพนธะวาเลนซ (Valence Bond, VB)

พนธะโควาเลนตเกดจากการใชอเลกตรอนรวมกนของออรบทลทมอเลกตรอนเดยว

Lewis Structure Molecular Orbital Valence Bond

4

กฎออกเตท กฎออกเตท ((Octet RuleOctet Rule)) กฎออกเตท อะตอมทมครบแปดวาเลนซอเลกตรอน จะมความเสถยรมาก (คลายแกสเฉอย) อเลกตรอนอาจเปนของอะตอมเองหรอมาจากการใชอเลกตรอนรวมกบอะตอมอน(พนธะโควาเลนต)H และ H จะเสถยรเมอมวาเลนซอเลกตรอนครบสอง

19

H และ He จะเสถยรเมอมวาเลนซอเลกตรอนครบสอง ใชไดดกบธาตใน s และ p block

Noble Gas (8A) valence e 8 valence e = 8


แบบจาลองของลวอสแบบจาลองของลวอส (Lewis Structure)(Lewis Structure) G.N. Lewis เสนอวา อะตอมมแนวโนมทจะสรางพนธะเพอใหตวมนมวาเลนซอเลกตรอนครบแปด เพอทจะมการจดเรยงอเลกตรอนเหมอนแกสเฉอยในหม (8A) ซงทาใหทงโมเลกลมความเสถยรมากทสด ตามกฎออกเตท สนใจเฉพาะวาเลนซอเลกตรอน

20

สนใจเฉพาะวาเลนซอเลกตรอน ใชไดดกบธาตใน s และ p block

Carbon Hydrogen CH4


โครงสรางลวอสหรอโครงสรางแบบจดอเลกตรอน(Lewis’s dot structure) ใชจดแทนวาเลนซอเลกตรอนเพอแสดงการสรางพนธะโควาเลนตระหวางอะตอมในโมเลกลโ ส ส ( ไ ส )

โครงสรางแบบจดอเลกตรอนโครงสรางแบบจดอเลกตรอน

21

โครงสรางลวอสของอะตอม (ยงไมมการสรางพนธะ)


โครงสรางลวอสของโมเลกลโครงสรางลวอสของโมเลกลอธบายการกระจายของวาเลนซอเลกตรอนในโมเลกล พนธะโควาเลนตเกดจากการใชอเลกตรอนรวมกน (electron

sharing) ระหวางสองอะตอม การใชอเลกตรอนรวมกน 1 ค แทนดวยสองจด : หรอ หนงเสน

22

e- ทใชสรางพนธะ เรยกวา bonding electron e- ทไมสรางพนธะเรยกวา non-bonding electron

HH C H

H

H

HCH

H

N N

NN

Bonding electrons

Non-bonding electrons


การเขยนโครงสรางลวอสการเขยนโครงสรางลวอส1. กาหนด อะตอมกลาง (ตองการ Ve- มาก/EN ตา) และอะตอมปลาย2. นบจานวนเวเลนซอเลกตรอนของทกอะตอม

• ไอออนลบ เพมจานวน e- เทากบจานวนประจลบของไอออน• ไอออนบวก ลดจานวน e- เทากบจานวนประจบวกของไอออน

3. เชอมอะตอมกลางกบอะตอมปลายดวยพนธะเดยว (2 e- /พนธะ)

23

4. เตมวาเลนซอเลกตรอนใหกบอะตอมปลายใหครบ 8 (ยกเวน H เทากบ 2)

5. เตมอเลกตรอนทเหลอทงหมดใหกบอะตอมกลาง (อาจมากกวา 8)6. ถาจานวน valence e- ทอะตอมกลางไมครบ 8 ใหนาอเลกตรอนทไมรวมพนธะของอะตอมปลายมาใชสรางพนธะคหรอพนธะสาม

7. จานวนวาเลนซอเลกตรอนรวมตองเทากบทไดจากขอ 2Lewis Structure Molecular Orbital Valence Bond

1. อะตอมกลางคอ N2. จานวนเวเลนซอเลกตรอน = 5 + (7x3) = 26 อเลกตรอน

(จานวนเวเลนซอเลกตรอนของ N = 5 F = 7) 3. เขยนพนธะเดยวระหวางอะตอมกลางกบอะตอมปลาย

ตวอยางตวอยาง NFNF33

F N F

F

F N F

F

24

4. เขยนอเลกตรอนของอะตอมปลายใหครบ 8

5. เตมอเลกตรอนทเหลอใหกบอะตอมกลาง (26-24 = 2 e-)

F N F

F

F N F

F

F N F

F

ทกอะตอมม Ve- ครบ 8


5

1. อะตอมกลางคอ C2. จานวนเวเลนซอเลกตรอนของ HCN 1 + 4 + 5 =10 อเลกตรอน3. เขยนพนธะเดยวระหวางอะตอมกลางกบอะตอมทมพนธะ

4. เขยนอเลกตรอนของอะตอมปลายใหครบ 8 (กรณ H ใหครบ 2 )

ตวอยางตวอยาง HCNHCN

H C N

H C N

25

5. เตมอเลกตรอนทเหลอใหกบอะตอมกลาง (10-10 = 0)ยงไมเปนไปตามกฎออกเตท

6. นาอเลกตรอนทไมรวมพนธะของอะตอมรอบๆ (N) มาสรางพนธะคหรอพนธะสาม จนอะตอมกลางมอเลกตรอนครบแปด

H C N

H C NH C N HCN


1.โมเลกลทมอเลกตรอนเปนเลขค เชน ClO2 มเวเลนซอเลกตรอนรวม เทากบ 19 NO มเวเลนซอเลกตรอนรวม เทากบ 11 NO2 มเวเลนซอเลกตรอนรวม เทากบ 17

2.โมเลกลทอะตอมกลางมเวเลนซอเลกตรอนนอยกวา 8 BF3 B มวาเลนซอเลกตรอน เทากบ 6

ขอยกเวนของกฎออกเตตขอยกเวนของกฎออกเตต

26

BeH2 Be มวาเลนซอเลกตรอน เทากบ 6

3.โมเลกลทอะตอมกลางมเวเลนซอเลกตรอนมากกวา 8 PCl5 มวาเลนซอเลกตรอน เทากบ 10 XeF4 มวาเลนซอเลกตรอน เทากบ 12 SF4 มวาเลนซอเลกตรอน เทากบ 10

F

F S F

F


แบบฝกหด แบบฝกหด เขยนโครงสรางลวอสของโมเลกลและไอออนตอไปน

PH3

H2S

CH Cl

27

CH2Cl2 PO4

3-

BrO3-

NO+


ประจฟอรมาล เปนความแตกตางระหวางจานวนเวเลนซอเลกตรอนของอะตอมเดยวกบของอะตอมในโครงสรางลวอสเปนการทานายการสภาพขวของโมเลกลอยางคราว ๆ

การคานวณประจฟอรมาลของอะตอม

BNV 1hf l

ประจฟอรมาลประจฟอรมาล (Formal charge)(Formal charge)

28

Ve เวเลนซอเลกตรอนของอะตอมเดยว Ne เวเลนซอเลกตรอนทไมไดสรางพนธะ Be เวเลนซอเลกตรอนทงหมดทสรางพนธะรอบอะตอมนน

eee BNV 21chargeformal

ผลรวมของประจฟอรมาลของทงโมเลกลตองเทากบประจของโมเลกลนน


[ClO3]–

Cl = 7 – 2 – ½ (6) = +2 O = 6 – 6 – ½ (2) = -1

ตวอยางตวอยาง การหาประจฟอรมาลการหาประจฟอรมาล

O–Cl–OlO

+21 1

1

O–Cl–OlO

29

H H O

HNCC

H H O

O 6 6 ½ (2) 1ประจรวม = +2 – 1 – 1 – 1 = -1

[NH3CH2COO]–

+

–

จานวนพนธะ # Valence e– ทตองการ +จานวนพนธะ # Valence e– ทตองการ –Lewis Structure Molecular Orbital Valence Bond

เรโซแนนซ เรโซแนนซ (Resonance)(Resonance) บางโมเลกลหรอไอออน สามารถเขยนแบบจาลองของลวอสไดหลายแบบ

OCO O = C = O O C O

S

O O

S S

O O

Resonance

=คลายกน

ตางกน

30

แบบจาลองลวอสทมการจดเรยงลาดบของอะตอมเหมอนกนแต ตางกนแตทการกระจายอเลกตรอนในพนธะเรยกวา ปรากฏการณเรโซแนนซ

NNO N = O = N N O N

O O O O O O


6

โครงสรางทเปนไปไดมากทสด มหลกการพจารณาดงน 1. เปนไปตามกฎออกเตตมากทสด2. โครงสรางทมประจฟอรมาลตาทสด (ใกลศนย)3. อะตอมชนดเดยวกนและมสภาพแวดลอมคลายกนไมควรมประจฟอรมาลตรงขามกน

โครงสรางโครงสราง Lewis Lewis ทเปนไปไดทเปนไปได

31

4. ประจฟอรมาลของอะตอมทมคา EN สงเปนลบ

N3 NNN N = N = N N N N

-2 +1 0-1 +1 -1 0 +1 -2

N2O 0 +1 -1 -1 +2 -1 -2 +2 0

NNO N = O = N N O N


Valence Shell Electron Pair Repulsion (VSEPR) คอทฤษฎทใชทานายรปรางโมเลกลหรอไอออนทยดกนดวยพนธะโควาเลนซ: รปรางของโมเลกลขนกบจานวนกลมอเลกตรอนสรางพนธะและอเลกตรอนโดดเดยวรอบอะตอมกลาง พจารณาเฉพาะวาเลนซอเลกตรอนเทานน

ทฤษฎการผลกคอเลกตรอนในวงวาเลนซทฤษฎการผลกคอเลกตรอนในวงวาเลนซ

32

อเลกตรอนแบงออกเปนกลมตาง ๆ e– สรางพนธะ (พนธะเดยว 2 e–, พนธะค 4 e–, พนธะสาม 6 e– ) e– คโดดเดยว (2 e–) e– โดดเดยว (1 e–)

อเลกตรอนแตละกลมจะจดตวรอบอะตอมกลางใหหางกนทสด


การผลกกนของคอเลกตรอนการผลกกนของคอเลกตรอนการผลกกนของกลมอเลกตรอนรอบอะตอมกลางเปนตวกาหนดทศทางของพนธะ ขนาดของกลมอเลกตรอน (ขนาดใหญจะผลกกลมอนไดด)รปรางของโมเลกลคอการแสดงทศทางของพนธะรอบอะตอมกลางe– คโดดเดยว พนธะสาม พนธะค พนธะเดยว e– เดยว

33

รปรางของโมเลกลจะดจากการวางตวของพนธะเทานน ขนาดของอเลกตรอนสรางพนธะจะลดลงเมอ EN ของอะตอมปลายเพมขน

AX Y?

AX YA

X Y<120º

A

X Y

มมงอ


การจดตาแหนงของคอเลกตรอนการจดตาแหนงของคอเลกตรอนทศทางการจดเรยงตาแหนงของคอเลกตรอน (พจารณาทกกลม) รปรางของโมเลกลดจากตาแหนงอเลกตรอนทสรางพนธะเทานน

180°

120°

34

90,120°

90°


การทานายรปรางของโมเลกลการทานายรปรางของโมเลกล เขยนสตรลวอสและพจารณา

จานวนพนธะ (n) ไดแก พนธะเดยว พนธะค หรอ พนธะสาม จานวนกลมอเลกตรอนทไมไดสรางพนธะ (m) ไดแก อเลกตรอนคโดดเดยว และ อเลกตรอนโดยเดยว

เขยนเปนสตร คอ

35

AXnEm

A คออะตอมกลาง X คอพนธะE คอกลมอเลกตรอนทไมไดสรางพนธะ

พจารณาตาแหนงกลมอเลกตรอน (สรางและไมสรางพนธะ) รปรางของโมเลกลดจากตาแหนงของอเลกตรอนสรางพนธะ


รปรางของโมเลกลรปรางของโมเลกล

n+m AXnEm รปราง ตวอยาง

2 AX2เสนตรง

36

3AX3

AX2E

เสนตรง

สามเหลยมแบนราบ

มมงอ (<120°)


7


AX4


ทรงสหนา

37

4 AX3E

AX2E2

ทรงสหนา

มมงอ (<109.5°)

พระมดฐานสามเหลยม



AX5

AX E


พระมดคฐานสามเหลยม

38

5 AX4E

AX3E2

AX2E3เสนตรง

ตวท

กระดานหก



AX6

AX E


ทรงแปดหนา

39

6 AX5E

AX4E2

AX3E3 ? ?

สเหลยมแบนราบ

พระมดฐานสเหลยม


ตวอยางตวอยาง ClF3

Cl = 7 Fx3 = 7 x 3

FClF|F

AX3E2

รปตวท

40

CH2O C = 4 Hx2 = 1 x 2 O = 6

HCH||O

AX3


สามเหลยมแบนราบ

>120

มมพนธะทเปลยนไปมมพนธะทเปลยนไป

120 >120

<120

>120

<120

>109.5

Cl

H >>109.5

H

H

41

>109.5

<109.5H

H

<109.5

>109.5

>>109.5

<<109.5

90

120

>90

>120

<90

H

H

109.5

อะตอมปลายทม EN สงจะดงอเลกตรอนเขาหาตวเองไดด พนธะจะตองการทนอยลง


ผลของคา ผลของคา EN EN ตอมมพนธะตอมมพนธะ** คา EN ของอะตอมปลาย (EN มาก มมแคบ)

PI3 PBr3 PCl3 PF3

EN(X) 2.66 2.96 3.16 3.98angle 102.0 101.5 100.3 97.8

42

คา EN ของอะตอมกลาง (EN มาก มมกวาง)AsH3 PH3 NH3

EN(A) 2.17 2.19 3.04angle 91.6 93.8 107.0

AX

X

X


8

การทานายการทานายรปรางโมเลกลรปรางโมเลกล โมเลกลทมอะตอมกลางมากกวา 1 อะตอม ใหพจารณาอะตอมกลางทละอะตอม

H

43

H C O H

H

AX4 AX2E2ทรงสหนา มมงอ

109.5

104.5


การทานายสตรลวอสจากโครงสรางการทานายสตรลวอสจากโครงสราง เราสามารถทานายสตรลวอสไดจากมมพนธะของโมเลกล

104.5107

90

AX2E? AX3E? AX4E?

44

H O| ||

H–C–C–O–H|

H

110118

104AX4

AX3

AX2E2


แบบฝกหดแบบฝกหด H2S PO4

3-

NH3

PCl5

N2O NO2

BrF3

PF5

45

CH2O CH3OH BeCl2 SO3

SF6

XeF4

BrO2

CH3CH2OH


ทฤษฎออรบทลเชงโมเลกล (Molecular Orbital Theory,MO) อธบายการเกดพนธะโควาเลนตโดยใชออรบทลเชงโมเลกล

อะตอมAO

อะตอมAO

โมเลกลMO+

ทฤษฎออรบททฤษฎออรบทลเชงโมเลกลลเชงโมเลกล (MO Theory)(MO Theory)

46

Atomic Orbital (AO) บรเวณทจะพบอเลกตรอนในอะตอม Molecular Orbital (MO) บรเวณทจะพบอเลกตรอนในโมเลกล

MO เกดจากผลรวมของ AO จานวน MO ทเกดขนเทากบจานวน AO ทงหมดทรวมกน


Atomic Orbitals (AOs)Atomic Orbitals (AOs) ชนดของออรบทลในอะตอม

47Lewis Structure Molecular Orbital Valence Bond

การรวมกนของ AO ของสองอะตอมจะเกดขนไดเมอ AO มพลงงานใกลเคยงกน มรปรางและทศทางทเหมาสม

ประเภทของการรวม AO เพอสราง MO รวมแบบ Bonding : รวม AO ดานทมสเหมอนกนออรบทลจะมขนาดใหญขนในแนวเชอมระหวางอะตอม เสถยรเพมขน

การสรางออรบทลเชงโมเลกลการสรางออรบทลเชงโมเลกล

48

รวมแบบ Antibonding : รวม AO ดานทมสตางกน ออรบทลจะมขนาดเลกลงในแนวเชอมระหวางอะตอม เสถยรลดลง

1sA 1sB Antibonding

1sA + 1sB Bonding


9

ชนดของออรบทลเชงโมเลกลชนดของออรบทลเชงโมเลกลชนดของ MO ขนกบรปแบบการซอนเหลอม (รวมตว) ของ AO Sigma bond (,*): ซอนเหลอมกนแบบ 1-lobe ของ Aos (head-

on overlap)

Pi-bond (,*): ซอนเหลอมกนแบบ 2-lobe ของ AOs (side-on l )

antibonding bonding

49

overlap)

Delta-bond (,*): ซอนเหลอมกนแบบ 4-lobe ของ AOs bonding antibonding bonding

bonding


แผนผงระดบพลงงานออรบทลเชงโมเลกลแผนผงระดบพลงงานออรบทลเชงโมเลกล Molecular Orbital Diagram คอแผนผงแสดงระดบพลงงานของ MO เทยบกบระดบพลงงานของ AO

•พลงงาน: EAMO EAO EBMO•ความสามารถในการซอนเหลอม

50

Molecular orbital ของโมเลกล AB

Atomic orbital ของอะตอม A

Atomic orbital ของอะตอม B


•ความสามารถในการซอนเหลอม

แผนผงระดบพลงงานออรบทลเชงโมเลกลแผนผงระดบพลงงานออรบทลเชงโมเลกล AOs ระดบพลงงานเทากน

EAMO EAO EBMO Ed: destabilization energy Es: stabilization energy

AOs ระดบพลงงานตางกนEAMO EAO-H EAO-L EBMO AMO จะมสมบตคลาย AO-H BMO จะมสมบตคลาย AO-L


แผนผงระดบพลงงานออรบทลเชงโมเลกลแผนผงระดบพลงงานออรบทลเชงโมเลกลE

n e

r g

yMolecular Orbital

52

E-configuration: (2s)2(2s*)2 (2px)2 (2p)4( 2p*)4(2px*)2


การบรรจอเลกตรอนใน การบรรจอเลกตรอนใน MOsMOs1. สนใจเฉพาะเวเลนซอเลกตรอน (รวม)2. จดอเลกตรอนใสใน MO ทมพลงงานตาทสดกอน3. แตละ MO มอเลกตรอนไดไมเกน 2 ตวและมสปนตางกน4. ถา MO มพลงงานเทากนใหจดตามกฎของฮนด

53

5. จานวนอเลกตรอนใน MO เทากบผลรวมจานวนอเลกตรอนทมาจากอะตอมทสรางพนธะ

6. การเขยนโครงแบบอเลกตรอนทาเชนเดยวกบของอะตอมแตเปลยนชนดของออรบทลเปนแบบ , , , *, *, *


การบรรจอเลกตรอนใน การบรรจอเลกตรอนใน MOsMOs H2 molecule He2 molecule

Antibonding Antibonding

54

Bonding

H1s H1s

Bonding

He1s He1s

H2 = (1s)2 He2 = (1s)2(1s*)2


10

อนดบพนธะอนดบพนธะ((Bond orderBond order)) อนดบพนธะคอการทานายความแขงแรงของพนธะโควาเลนต หรอความเสถยรของโมเลกลโดยดจากจานวนอเลกตรอนใน BMO และ AMO อนดบพนธะ = ½(อเลกตรอนใน BMO – อเลกตรอนใน AMO) โมเลกลทมอนดบพนธะสงจะมความเสถยรมาก

55

ตวอยางH2 H2

+ H2–

อนดบพนธะ : 1 0.5 0.5


MO Diagram of LiMO Diagram of Li22 & Be& Be22 Li2 (2 x 3 electrons)

Li = 1s2 2s1

Bond order = 1

Be2 (2 x 4 electrons) Be = 1s2 2s2

Bond order = 0 (no bond)

e r

g y

56

MO of Li2 MO of Be2

E n

e

(1s)2(1s*)2 (2s)2 (1s)2(1s*)2 (2s)2 (2s*)2


MO Diagram of NMO Diagram of N22 & O& O22 O2 (2 x 6 valence electrons)

O = 1s2 2s2 2p4

มลาดบของ MO แบบปกต

y

N2 (2 x 5 valence electrons)N = 1s2 2s2 2p3

มการสลบทของออรบทล (p, p) เปนขอยกเวน คลาย B2 และ C2

57

E n

e r

g

MO of O2 (2s)2(2s*)2(2px)2(2p)4(2p*)2


MO of N2 (2s)2(2s*)2 (2p)4(2px)2

สมบตทางแมเหลกของโมเลกลสมบตทางแมเหลกของโมเลกล สารไดอะแมกเนตก(Diamagnetic)สารทมจานวนอเลกตรอนสปนขนและสปนลงเทากนสนามแมเหลก ทกระทาตอโมเลกลเปนศนย

สารพาราแมกเนตก(Paramagnetic) สารทมอเลกตรอนเดยว ทาใหมแรงดงดดกบสนามแมเหลกทกระทา

ออกซเจนเหลวผานขวแมเหลก


ทฤษฎพนธะวาเลนซ (Valence Bond Theory) ใชในการอธบายการเกดพนธะโควาเลนตในอะตอมโดยพจารณาวาการซอนเหลอมระหวาง AO ทมอเลกตรอนเดยวของอะตอมแตละคกอใหเกดพนธะโควาเลนต และบรเวณทมพนธะเคมคอบรเวณทมอเลกตรอนหนาแนน

ทฤษฎพนธะวาเลนซทฤษฎพนธะวาเลนซ

59

การรวม AO เปนแบบสรางพนธะ (Bonding) ชนดของ MO ทเกดขนคอ ไมใชออรบทลทมอเลกตรอนเตมแลว (มครบ 2 อเลกตรอน)ในการสรางพนธะ


พจารณาการจดเรยงอเลกตรอนในอะตอม

H = มอเลกตรอนเดยว 1 AO จะเกด 1 พนธะ N = มอเลกตรอนเดยว 3 AO จะเกด 3 พนธะ F = มอเลกตรอนเดยว 1 AO จะเกด 1 พนธะ

โ โ

1s 2s 2px 2py 2pz

การเกดพนธะเนองจากอเลกตรอนเดยวการเกดพนธะเนองจากอเลกตรอนเดยว

60

การเกดพนธะโควาเลนตโดยการซอนเหลอมของ AO H2 N2

HF F2

HH

HF

F F

NN


11

อะตอมคารบอนสามารถเกดพนธะไดเพยง 2 พนธะแตถาอเลกตรอนถกกระตนขนไปท 2p ทาใหมจานวน AO เดยวมากขน

C = มอเลกตรอนเดยว 2 AO จะเกด 2 พนธะ C = มอเลกตรอนเดยว 4 AO จะเกด 4 พนธะ

ไฮบรดไดเซชน

1s 2s 2px 2py 2pz

ไฮบรไดเซชน ไฮบรไดเซชน (Hybridization)(Hybridization)

61

ออรบทลทงส (s px py pz) จะผสมรวมกนเกดเปนออรบทลใหมทเรยกวา sp3ไฮบรดออรบทล จานวน 4 ออรบทลทมพลงงานเทากนซงชไปในทศทางตางกน

C = 1s sp3

CH4


ไฮบรไดเซชนไฮบรไดเซชน (Hybridization)(Hybridization) กระบวนการสรางไฮบรดออรบทล คอ การผสมอะตอมกออรบทลในอะตอมเพอสรางออรบทลชดใหมทมรปรางและระดบพลงงานเทากน เพอใหสามารถอธบายการสรางพนธะไดดขน ไฮบรไดเซชนจะเกดไดกตอเมอระดบ พลงงานของ AO มคาใกลเคยงกน

ออรบทลใหม เรยกวา ไฮบรดออรบทล (Hybrid orbital)

62

y มรปรางและระดบพลงงานเทากนแตมทศทางแตกตางกน

จานวนไฮบรดออรบทล= อะตอมกออรบทลเดม

s

psp3

Hybridization

ออรบทลของอะตอม ไฮบรดออรบทลของอะตอม


ชนดของไฮบรดออรบทลชนดของไฮบรดออรบทลชนดไฮบรดออรบทลขนกบชนดและจานวนของ AO ทมาผสมกน

sp ม 2 ออรบทล (Linear)

sp2 ม 3 ออรบทล (Trigonal planar)

sp3 ม 4 ออรบทล (Tetrahedral)

sp3d ม 5 ออรบทล (Trigonal bipyramidal)

รปรางของไฮบรดออรบทลจะตางจาก p ออรบทล

63

sp3d2 ม 6 ออรบทล (Octahedral)

จานวนพนธะทอะตอมมไดเทากบจานวน AO ทงหมดทมอเลกตรอนเดยว (ทงออรบทลปกตและไฮบรดออรบทล)

ไฮบรดออรบทล (sp, sp2, …) สามารถเกดพนธะซกมาเทานนในขณะทออรบทลปกต (s,p,d …) สามารถเกดพนธะซกมา ไพ เดลตา ...


spsp ไฮบรดออรบทลไฮบรดออรบทลsp-Hybridization คอการผสมระหวาง

s-orbital และ p-orbital ได sp-hybrid orbital 2 ออรบทลจดเรยงกนเปนเสนตรง

p-orbital ทเหลออาจเกดพนธะ

64

p orbital ทเหลออาจเกดพนธะ 1 หรอ 2 พนธะ

s

px py pz

spHybridization

py pz

เกด 2-bond เกด 2 -bond


spsp22 ไฮบรดออรบทลไฮบรดออรบทล

sp2-Hybridization คอการผสมระหวาง s-orbital และ 2 p-orbitals

ได sp2-hybrid orbital รวม 3 ออรบทลจดเรยงกนเปนแบบสามเหลยมระนาบ

bit l ทเหลออาจเกดพนธะ

65

p-orbital ทเหลออาจเกดพนธะ

s

px py pz

sp2Hybridization

pz

เกด 3-bond เกด 1 -bond p-orbital


spsp33 ไฮบรดออรบทลไฮบรดออรบทล

sp3-Hybridization เกดจาก s-orbital และ 3 p-orbitals

ได sp3-hybrid orbital รวม 4 ออร-บทลจดเรยงกนเปนแบบทรงสหนา

ไมม bit l เหลอใหสรางพนธะ

66

ไมม p orbital เหลอใหสรางพนธะ

s

px py pz

sp3Hybridization

เกด 4-bond (หรอตามจานวนออรบทลทมอเลกตรอนเดยว)


12

spsp33dd และและ spsp33dd22 ไฮบรดออรบทลไฮบรดออรบทลธาตในคาบท 3 ขนไป อาจใช d ออรบทลในการไฮบรดเพราะระดบพลงงานไมแตกตางจาก p มากนก sp3d Hybridization

5 sp3d hybrid orbitals จดเรยงเปนพระมดคฐานสามเหลยม

67

จดเรยงเปนพระมดคฐานสามเหลยม

sp3d2 Hybridization 6 sp3d2 hybrid orbitals จดเรยงเปนทรงแปดหนา


HH

Be (1s22s2)

2s

2px 2py 2pz

spHybridization

2py 2pz Be

BeH2

Linear

ตวอยางการสรางพนธะโดยไฮบรดออรบทลตวอยางการสรางพนธะโดยไฮบรดออรบทล

68

H

C (1s22s22p2) H

CH3Cl

C

H2s

2px 2py 2pz

sp3Hybridization

Cl

Tetrahedral


H

N (1s22s22p3)

NH

H2s

2px 2py 2pz

sp3Hybridization

N

H

Trigonal Pyramidal

ตวอยางการสรางพนธะโดยไฮบรดออรบทลตวอยางการสรางพนธะโดยไฮบรดออรบทล

69

O (1s22s22p2)NH3

H2O

2s

2px 2py 2pz

sp3Hybridization O

H

H

Bent


พนธะค พนธะค (Double Bond)(Double Bond) พนธะค ประกอบดวย

พนธะ sigma () จาก hybrid orbital พนธะ pi () จาก p-orbital


พนธะคใน พนธะคใน HH22C=CHC=CH22

พนธะคใน H2C=CH2 ประกอบดวย พนธะ sigma จาก sp-orbital ของคารบอน พนธะ pi จาก p-orbital ของคารบอน

+ + +

71

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-


พนธะสามพนธะสาม (Triple Bond)(Triple Bond) พนธะสาม ประกอบดวย

พนธะ sigma () จาก hybrid orbital หรอ p-orbital พนธะ pi () 2 พนธะ จาก 2 p-orbital NN (3 พนธะเกดจาก px py pz)

HCCH (3 พนธะเกดจาก sp p p )

72

HCCH (3 พนธะเกดจาก sp px py)

+ +

+ +

- -

- -

+

-+

-

13

โลหะมจดหลอมเหลวสง นาไฟฟาและความรอนไดด รดใหเปนแผนบางได มความมนวาวเมอขดถและสะทอนแสงไดด สมบตเหลานเปนผลจากพนธะโลหะ แบบจาลองทะเลอเลกตรอน และ ทฤษฎแถบพลงงาน

แบบจาลองทะเลอเลกตรอน (Electron sea model)

พนธะโลหะและแบบจาลองทะเลอเลกตรอนพนธะโลหะและแบบจาลองทะเลอเลกตรอน

73

นวเคลยสซงมประจบวกอยทจดแลททซ สวนวาเลนซอเลกตรอนเคลอนทไดอยางอสระพนธะโลหะเกดจากแรงดงดดระหวางอเลกตรอนอสระและประจบวกทนวเคลยส

+ ++ +

+ ++ +

+ + + +

ไอออนบวกในผลกโลหะ (นวเคลยส+อเลกตรอนวง

ใน)

ทะเลของวาเลนซอเลกตรอนทเคลอนทอยางอสระ

ทฤษฎแถบพลงงาน (Energy band theory) การรวม AO จะได MO แบบมพนธะ (bonding) และแบบตานพนธะ (anti-bonding)

เมอมอะตอมมากขน ระดบพลงงานจะใกลชดกนมากจนเหมอนเปนแถบตอเนองเรยกวาแถบพลงงาน (energy band) โ ไฟฟ ไ ส ไ ส

AO AOAMO

BMO

74

โลหะนาไฟฟาไดเนองจากอเลกตรอนสามารถเคลอนทไดอยางอสระในโลหะเมอถกกระตนไปยงแถบนาไฟฟา(แถบวาเลนซ)ทวางอย

ออรบทลทวาง

ออรบทลบรรจเตม

x

แรงระหวางโมเลกล คอ แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลหรอสารประกอบในสสารเนองจากแรงทางไฟฟา

Type of Intermolecular Forces Relative strength

Ionic bonds Ions 1000

Hydrogen bonds Strong dipoles 100

Dipole-Dipole Permanent dipoles

10

แรงระหวางโมเลกล แรงระหวางโมเลกล ((Intermolecular ForceIntermolecular Force))

75

แรงแวนเดอรวาลสคอแรงยดเหนยวแบบออน ระหวางโมเลกล Dipole-dipole interaction ระหวางโมเลกลมขวแบบถาวร

Dipole-induced dipole interaction ระหวางโมเลกลทมขวและโมเลกลอนทไมมขว

London Force ระหวางโมเลกลทไมมขว

London Induced dipoles 1

เปนแรงระหวางโมเลกลแบบมขวซงเกดระหวางโมเลกลซงประกอบดวย H และ อะตอมอนทมคา EN สงมาก ๆ และมขนาดเลก เชน F O หรอ N ทาใหโมเลกลมสภาพขวสงกวาโมเลกลปกต พนธะไฮโดรเจนนมคามากกวาแรงทเกดจาก dipole-dipole ปกต สารทมพนธะไฮโดรเจนมจดเดอดและจดหลอมเหลวสงกวาปกตเนองจากแรงดงดดระหวางโมเลกลสงเปนพเศษ

พนธะไฮโดรเจน พนธะไฮโดรเจน (Hydrogen bond)(Hydrogen bond)

76

เนองจากแรงดงดดระหวางโมเลกลสงเปนพเศษ Boiling Point (°C)

H2O 100.0 HF 19.5 NH3 -33.3 H2S -60.7 HCl -85.1 CH4 -161.6

–

–

–

–

–

แบบฝกหด แบบฝกหด เขยนโครงสรางลวอสของโมเลกลและไอออนตอไปน

PH3

H2S

CH2Cl2

77

2 2

PO43-

BrO3-

NO+

C O

C≡O

78

Cl N ClCl

Cl─N─Cl│Cl

หัวขห้ัอ้อ - chem...

Documents