บทที่ พั 2 นธะเคมีwebmaster/mssql/data/chem/t2040107/bond...2 ค....

1

บทท 2 พนธะเคม

***************************************** ในชวตประจาวนทว ๆ ไปจะพบวาสารชนดหนง ๆ มกจะอยรวมกนเปนกลมกอน และเมอตองการทาใหแยกออกจากกนจะตองใชพลงงานจานวนหนง ตวอยางเชน นา ซงมสตรโมเลกล H2O ทอณหภมหองจะอยรวมกนเปนกลมกอนในรปของของเหลว เมอตองการแยกโมเลกลของนาออกจากกนจะตองใชพลงงานจานวนหนง เชน โดยการตม ซงเมอนาไดรบความรอนจะระเหยกลายเปนไอ ไอนากคอโมเลกลของนาทแยกตวออกมาจากนานนเอง ทงนาและไอนามสตรโมเลกลอยางเดยวกนคอ H2O การทตองใชพลงงานเพอทาใหนากลายเปนไอแสดงวานาอยรวมกนเปนของเหลวจะตองมแรงชนดหนงยดเหนยวโมเลกลเขาไวดวยกน เมอตองการแยกโมเลกลออกจากกนจงตองใชพลงงานจานวนหนงใสเขาไปเพอทาลายแรงยดเหนยวนน แรงยดเหนยวดงกลาวนเรยกวา แรงยดเหนยวระหวางโมเลกล นอกจากนถาตองการทาใหโมเลกลของนาสลายตวเปนกาซ H2 และ O2 กจะตองใชพลงงานอกจานวนหนง การทนาซงประกอบดวยธาต H และ O ตองใชพลงงานเพอทาใหสลายตวกยอมแสดงวาในระหวาง H กบ O ทรวมตวกนเปน H2O จะตองมแรงยดเหนยวอกประเภทหนงยดอะตอมเขาไวดวยกน การทาใหสลายตวจงตองใชพลงงานเพอทาลายแรงยดเหนยวนน แรงยดเหนยวดงกลาวเรยกวาแรงยดเหนยวภายในโมเลกล จากตวอยางของนาพอทจะสรปไดวาสารชนดตาง ๆ นนควรจะมแรงซงยดเหนยวอนภาคของสารเขาไวดวยกน โดยแบงออกเปน 2 ประเภท คอ แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลซงทาใหโมเลกลของสารอยรวมกนเปนกลมกอน และแรงยดเหนยวภายในโมเลกลซงทาใหอะตอมสามารถอยรวมกนเปนโมเลกลได ในบทนจะไดศกษารายละเอยดเกยวกบแรงยดเหนยวภายในโมเลกล แรงยดเหนยวระหวางโมเลกล พนธะเคมชนดตาง ๆ โครงสรางและรปรางของโมเลกล รวมทงผลของแรงยดเหนยวดงกลาวทมตอสมบตของสาร

2.1 แรงยดเหนยวภายในโมเลกล ดงทไดกลาวแลววาการทอะตอมรวมกนเปนโมเลกลไดกเนองจากมแรงยดเหนยวอะตอมเหลานนเขาไวดวยกน การแยกสลายโมเลกลใหกลบไปเปนอะตอมจงตองใชพลงงานจานวนหนง เชน ก. เมอตองการทาใหกาซ H2 1 โมลสลายตวกลายเปน H อะตอมทงหมดตองใชพลงงาน 436 kJ เขยนสมการไดเปน

H2 (g) + 436 kJ → 2 H(g) ข. เมอตองการทาใหกาซ Cl2 1 โมลสลายตวเปน Cl อะตอมทงหมดตองใชพลงงาน 242 kJ

Cl(g) + 242 kJ → 2 Cl (g)

2

ค. เมอตองการทาใหกาซ HCl 1 โมล สลายตวเปน H และ Cl อะตอมทงหมดตองใชพลงงาน 431 kJ

HCl (g) + 431 kJ → H (g) + Cl (g) ขอมลเหลานแสดงวาตองมแรงยดเหนยวระหวางอะตอมในโมเลกล ซงแรงยดเหนยวระหวางอะตอมคหนง ๆ ในโมเลกลเรยกวา พนธะเคม และพลงงานทตองใชในการแยกสลายอะตอมคหนง ๆ ใน

โมเลกลเรยกวา พลงงานพนธะ ดงนนแรงยดเหนยวภายในโมเลกลกคอพนธะเคมนนเอง แบงออกเปน 3 ประเภทคอ พนธะโคเวเลนต พนธะไอออนก และพนธะโลหะ โดยทว ๆ ไปมกจะนาแรงยดเหนยวภายในโมเลกลหรอพนธะเคมไปใชอธบายเกยวกบสมบตตาง ๆ ของสาร เชน รปรางโมเลกล การละลายนา การนาไฟฟา และพลงงานของปฏกรยา เปนตน

พนธะภายในโมเลกลของไฮโดรเจน

ทอณหภมและความดนปกต ไฮโดรเจนจะอยในสถานะกาซ โดยท 1 โมเลกลประกอบดวยธาตไฮโดรเจน 2 อะตอม เมออณหภมสง ๆ โมเลกลของไฮโดรเจนจะแตกสลายกลายเปนอะตอมในสถานะกาซ แสดงวาการสลายโมเลกลใหเปนอะตอมตองใชพลงงานจานวนหนง ดงนนไฮโดรเจนอะตอมจงมพลงงานสงกวาไฮโดรเจนโมเลกล การทอะตอมมพลงงานสงกวาโมเลกล ทาใหอะตอมอยในภาวะทไมเสถยร จงพยายามรวมกนเปนโมเลกล เพอทาใหพลงงานลดตาลงและอยในภาวะทเสถยร ซงทาไดโดยการสรางพนธะระหวางอะตอม ทงนเพราะการสรางพนธะจะมการคายพลงงานใหแกสงแวดลอมจานวนหนง พลงงานของระบบจงลดลงและอยในภาวะทเสถยรขน จากแบบจาลองอะตอมแบบกลมหมอก อะตอมมลกษณะเปนกลมหมอกทรงกลมซงเกดจากอเลกตรอนเคลอนทไปรอบ ๆ นวเคลยสทวทงอะตอม ซงกหมายความวาโอกาสทจะพบอเลกตรอนนนมอยทวไปในอะตอม แตอยางไรกตามโอกาสทจะพบอเลกตรอน ณ ตาแหนงใดตาแหนงหนงในอะตอมจะม ไมเทากน ในขณะทอเลกตรอนเคลอนทไปรอบ ๆ นวเคลยสจะเกดแรงดงดดระหวางอเลกตรอนกบนวเคลยสขน ซงถาพจารณาเฉพาะแรงดงดดทางไฟฟาสถตระหวางประจไฟฟาตางชนดกน พลงงานของไฮโดรเจนอะตอมกคอ พลงงานทเกดจากแรงดงดดระหวางอเลกตรอนกบนวเคลยสนนเอง เมออะตอมอยหางกนแรงดงดดนจะเกดขนเฉพาะภายในอะตอมเทานน แตเมออะตอมของไฮโดรเจนเคลอนทเขามาใกลกน นอกจากจะมแรงดงดดระหวางอเลกตรอนกบนวเคลยสภายในอะตอมแลว ยงเกดแรงอน ๆ อกคอ ก. แรงดงดดระหวางนวเคลยสของอะตอมหนงกบอเลกตรอนของอกอะตอมหนง ข. แรงผลกระหวางนวเคลยสกบนวเคลยสของอะตอมทงสอง ค. แรงผลกระหวางอเลกตรอนกบอเลกตรอนของอะตอมทงสอง

3

รปท 2.1 แรงดงดดและแรงผลกระหวางไฮโดรเจนอะตอมเมอเขามาใกลกน

เมออะตอมเขามาใกลกน จะเกดแรงดงดดระหวางอเลกตรอนของแตละอะตอมกบนวเคลยสของอะตอมทงสอง เนองจากมประจตางกน ทาใหบรเวณระหวางอะตอมมอเลกตรอนหนาแนนขน ในขณะเดยวกนเกดแรงผลกระหวางนวเคลยสกบนวเคลยส และแรงผลกระหวางอเลกตรอนกบอเลกตรอนของอะตอมทงสอง เนองจากมประจเหมอนกน จนกระทงอะตอมทงสองเขามาใกลกนในระยะทเหมาะสมททาใหแรงดงดดและแรงผลกดลกน ผลรวมของแรงทาใหนวเคลยสไมแยกออกจากกน รวมทงมการใชอเลกตรอนรวมกน เกดเปนโมเลกลเรยกวา “ พนธะโคเวเลนต ”

ก. เมออะตอมทงสองอยรวมกน

4

รปท 2.2 กลมหมอกอเลกตรอนของไฮโดรเจนอะตอม เมออยในระยะตาง ๆ กน

ขนาดของแรงดงดดและแรงผลกระหวางประจไฟฟาบวก (นวเคลยส) และประจไฟฟาลบ (อเลกตรอน) พจารณาไดจากกฎของคลอมบ

22Q1Q

k Fr

=

เมอ F = แรงดงดดหรอแรงผลก k = คาคงท Q1 , Q2 = ประจไฟฟาของอนภาคทดดหรอผลกกน r = ระยะหางระหวางประจทงสอง จะเหนไดวาเมออะตอมเขามาใกลกนมากขน คา r จะลดลง แรงดงดดหรอแรงผลกกจะเพมขน ซงกหมายความวา เมออะตอมเขามาใกลกน ยงเขาใกลมากเทาใด แรงดงดดกจะยงเพมขนเทานน ในทานองเดยวกนยงอะตอมเขาใกลกนมากเทาใด แรงผลกกจะยงเพมขนเชนกน ดงนนอะตอมทจะรวมกนเปนโมเลกลจะตองไมอยใกลกนมากเกนไป หรออยหางกนมากเกนไป ถานวเคลยสของอะตอมทงสองเขามาใกลกนเกนไปหรอเขามาชนกน แรงผลกจะมากกวาแรงดงดดทาใหระบบมพลงงานสง ซงระบบทมพลงงานสงจะไมเสถยรและไมสามารถเกดพนธะเคมได

5

ในทานองเดยวกน ถานวเคลยสของอะตอมทงสองอยหางกนมากเกนไป แรงดงดดระหวางนวเคลยสกบอเลกตรอนตางอะตอมกจะไมเพยงพอ ไมสามารถจะยดเหนยวใหอะตอมรวมกนเปนโมเลกลหรอไมสามารถเกดพนธะเคมได ดงนนการทจะเกดพนธะเคมได นวเคลยสของทงสองอะตอมจะตองเขามาอยใกลกนในระยะทเหมาะสมระยะหนง เพอทาใหแรงดงดดทงหมดของระบบเทากบแรงผลก หรอเพอทาใหขนาดของแรงดงดดและแรงผลกอยในภาวะทสมดลกน นวเคลยสของอะตอมทงสองจงจะอยในภาวะทเสถยรมพลงงานตา และเกดพนธะเคมได การพจารณาแรงดงดดระหวางอเลกตรอนกบนวเคลยส ยงตองอาศยตาแหนงทเหมาะสมของอเลกตรอนดวย กลาวคออเลกตรอนจะตองอยในบรเวณทเหมาะสมทจะดงดดกบนวเคลยสทงสองไดด ซงปกตบรเวณทเหมาะสมของอเลกตรอนคออยระหวางนวเคลยสของทงสองอะตอมนนเอง กรณของไฮโดรเจน ระยะทพอเหมาะระหวางนวเคลยสของไฮโดรเจนทงสองอะตอมคอ 74 pm โดยมอเลกตรอนทงสองอยในบรเวณระหวางนวเคลยสทงสองอะตอม ดงนนในบรเวณระหวางนวเคลยสจงมความหนาแนนของอเลกตรอนมากทสด ในกรณทอเลกตรอนอยในบรเวณทไมเหมาะสม คอ ไมไดอยในระหวางนวเคลยสของทงสองอะตอม แรงดงดดและแรงผลกจะไมสมดลกน ซงทาใหไมสามารถสรางพนธะเคมได ตามตวอยาง ก. เมออเลกตรอนอยในแนวเดยวกบนวเคลยส แตอยนอกบรเวณของทงสองอะตอม

พจารณาอเลกตรอนเฉพาะของอะตอมไฮโดรเจนทางซาย ซงอเลกตรอน e1 อยใกลนวเคลยส n1 มากกวานวเคลยส n2 แรงดงดดระหวาง e1 กบ n1 จงมากกวา e1 กบ n2

พจารณาอเลกตรอนของอะตอมทางขวากเชนเดยวกน เมอรวมแรงลพธ จะทาใหนวเคลยสผลกกน แยกออกจากกนทาใหไมสามารถสรางพนธะเพอใหเกดเปนโมเลกลได ข. เมออเลกตรอนอยนอกบรเวณนวเคลยส แตไมไดอยในแนวเดยวกนกบนวเคลยส

6

พจารณานวเคลยส n2 และอเลกตรอน e2 เปนตวอยาง อเลกตรอน e2 จะดงดดกบนวเคลยส n1 และ n2 ดวยแรงทไมเทากน เมอแตกแรงยอย และพจารณาแรงยอยในแนวเดยวกนกบนวเคลยสทงสอง จะพบวาแรงลพธทาใหทศทางของนวเคลยสแยกออกจากกน ไมสามารถจะเกดพนธะเคมได ดงนน จงสรปไดวา ตาแหนงของอเลกตรอนทเคลอนทอยในระหวางอะตอม ทงสองเปนสงสาคญอยางหนง ในการพจารณาวาอะตอมทงสองจะสามารถเกดพนธะเคมไดหรอไม ถาเกดพนธะ อเลกตรอนทงสองของไฮโดรเจน จะตองใชเวลาสวนใหญอยในบรเวณระหวางนวเคลยส ของอะตอมซงทาใหบรเวณ ดงกลาวมความหนาแนนของอเลกตรอนสง การเกดพนธะในโมเลกลของไฮโดรเจน หรอการเกดพนธะโคเวเลนตเกยวของกบพลงงาน ซงแสดงไดดวยกราฟในรปท 2.3

รปท 2.3 กราฟแสดงการเปลยนแปลงพลงงานในการเกดไฮโดรเจนโมเลกล

เมอไฮโดรเจนอะตอม อยหางกน มพลงงานในอะตอมสงซงอยในภาวะทไมเสถยร เมออะตอมทงสอง เขามาใกลกนเกดแรงดงดดระหวางอเลกตรอน กบนวเคลยสทาใหเสถยรมากขนพลงงานจงลดลง เมอเขาใกลกน 74 pm จะทาใหแรงดงดดและแรงผลกดลกนอยในภาวะทเสถยรมากทสด จงมพลงงานตาสดคอ 436 kJ /mol เกดเปนไฮโดรเจนโมเลกล มพนธะโคเวเลนตเกดขนระยะ 74 pm เรยกวา ความยาวพนธะของ H - H และพลงงาน 436 kJ/mol เรยกวา พลงงานพนธะของ H - H แตถาอะตอมทงสองเขาใกลกนเกนกวา 74 pm จะเกดแรงผลกระหวางอเลกตรอนกบอเลกตรอนและนวเคลยสกบนวเคลยสมากขน จนทาใหแรงผลกมากกวาแรงดงดด ทาใหไมเสถยร พลงงานจงเพมขนและไมสามารถอยรวมกนเปนโมเลกลได

7

2.2 พนธะโคเวเลนต พนธะโคเวเลนต (Covalent bond) มาจากคาวา co + valence electron ซงหมายถง พนธะทเกดจากการใชเวเลนซอเลกตรอนรวมกน ดงเชน ในกรณของไฮโดรเจน ดงนนลกษณะทสาคญของพนธะโคเวเลนตกคอการทอะตอมใชเวเลนตอเลกตรอนรวมกนเปนค ๆ สารประกอบทอะตอมแตละคยดเหนยวกนดวยพนธะโคเวเลนต เรยกวา สารโคเวเลนต โมเลกลของสารทอะตอมแตละคยดเหนยวกนดวยพนธะโคเวเลนต เรยกวา โมเลกลโคเวเลนต

การเกดพนธะโคเวเลนต ดงทไดกลาวไวแลววาพนธะโคเวเลนต เกดจากการใชเวเลนตอเลกตรอนรวมกน ซงอาจจะใชรวมกนเพยง 1 ค หรอมากกวา 1 คกได อเลกตรอนคทอะตอมทงสองใชรวมกนเรยกวา “อเลกตรอนครวมพนธะ” อะตอมทใชอเลกตรอนรวมกนเรยกวา อะตอมครวมพนธะ

• ถาอะตอมครวมพนธะใชอเลกตรอนรวมกน 1 คจะเกดเปนพนธะโคเวเลนต เรยกวา พนธะเดยว เชน ในโมเลกลของไฮโดรเจน

• ถาอะตอมครวมพนธะใชอเลกตรอนรวมกน 2 คจะเกดเปนพนธะโคเวเลนต เรยกวา พนธะค เชน ในโมเลกลของออกซเจน

• ถาอะตอมครวมพนธะใชอเลกตรอนรวมกน 3 คจะเกดเปนพนธะโคเวเลนต เรยกวา พนธะสาม เชน ในโมเลกลของไนโตรเจน

จากการศกษาสารโคเวเลนตจะพบวา ธาตทจะสรางพนธะโคเวเลนตสวนมากเปนธาตอโลหะกบอโลหะ ทงนเนองจากโลหะมพลงงานไอออไนเซชนคอนขางสง จงเสยอเลกตรอนไดยาก เมออโลหะรวมกนเปนโมเลกลจงไมมอะตอมใดเสยอเลกตรอน มแตใชอเลกตรอนรวมกนเกดเปนพนธะโคเวเลนต อยางไรกตามโลหะบางชนดกสามารถเกดพนธะโคเวเลนตกบอโลหะได เชน Be เกดเปนสารโคเวเลนตคอ BeCl2 เปนตน

การเขยนสตรและการเรยกชอสารโคเวเลนต สตรเคม หมายถง สญลกษณทใชเพอแสดงวาสารประกอบนนมธาตอะไรบางเปนองคประกอบอยางละกอะตอม สตรเคมแบงออกเปน 3 ประเภท คอ

8

1. สตรโมเลกล เปนสตรเคมทแสดงใหทราบวาสารนนประกอบดวยธาตอะไรบางอยางละกอะตอม เชน สตรโมเลกลของนาตาลกลโคส คอ C6H12O6 แสดงวากลโคสประกอบดวยธาต C , H และ O จานวน 6 , 12 และ 6 อะตอมตามลาดบ สาหรบสตรโมเลกล ของสารโคเวเลนตโดยทวไป จะเขยนสญลกษณของธาตในโมเลกล เรยงลาดบคอ B , Si, C , P , H , S , I , Sr , Cl , O และ F เชน ClF , OF2 , CO2 เปนตน 2. สตรอยางงาย เปนสตรเคมทแสดงใหทราบวาสารนนประกอบดวยธาตอะไรบาง มอตราสวนของจานวนอะตอมเปนเทาใด เชน สตรอยางงายของกลโคสคอ CH2O ซงแสดงวากลโคสประกอบดวยธาต C, H และ O โดยมอตราสวนอะตอมของ C : H : O = 1: 2 : 1 3. สตรโครงสราง เปนสตรเคมทแสดงใหทราบวาสารนนประกอบดวยธาตอะไรบาง อยางละกอะตอมและแตละอะตอมยดเหนยวกนดวยพนธะเคมอยางไร จะเหนไดวาสตรโครงสรางของสารใหทราบละเอยดเกยวกบองคประกอบของธาตตาง ๆ ในโมเลกลมากกวาสตรอยางงายและสตรโมเลกล สตรโครงสรางสามารถเขยนได 2 แบบคอ สตรโครงสรางแบบจด (electron dot formula) หรอสตรโครงสรางแบบลวอส (Lewis formula) และสตรโครงสรางแบบเสน (graphic formula) สตรโครงสรางทง 2 แบบจะแสดง เฉพาะเวเลนตอเลกตรอนของอะตอมครวมพนธะ

ก. สตรโครงสราง

ใชสญลกษณเปนจด ( . ) แทนเวเลนตอเลกตรอนโดยเขยนไวรอบ ๆ สญลกษณของธาต หรออาจจะใชสญลกษณเปน x แทนเวเลนตอเลกตรอนกไดเพอใหเหนความแตกตางระหวางอเลกตรอนของธาตครวมพนธะตางชนดกน โดยทว ๆ ไปการเขยนสตรแบบจดจะมขอกาหนดดงน 1. อะตอมของธาตกอนเขยน ใหเขยนแยกกน และเขยนจด ( . ) แสดงเวเลนตอเลกตรอนลอมรอบสญลกษณของธาต โดยมจานวนจดเทากบจานวนเวเลนตอเลกตรอน เชน

1H ม 1 เวเลนตอเลกตรอน เขยนสตรแบบจดเปน H

8O ม 6 เวเลนตอเลกตรอน เขยนสตรแบบจดเปน O

15P ม 5 เวเลนตอเลกตรอน เขยนสตรแบบจดเปน P 2. เมออะตอม 2 อะตอมสรางพนธะโคเวเลนต ใหเขยนสตรแบบจดของอะตอมทงสองไวดวยกน สาหรบอเลกตรอนทใชรวมกน ใหเขยนจด ( . ) ไวในระหวางสญลกษณของอะตอมครวมพนธะ สวนอเลกตรอนทไมไดรวมกน หรออเลกตรอนทไมไดใชในการสรางพนธะ ใหเขยนดวยจดไวบนอะตอมเดม

9

จะเหนไดวาการเขยนสตรแบบจดจาเปนทจะตองทราบจานวนเวเลนตอเลกตรอนของธาตครวมพนธะกอนซงอาจจะทราบจากเลขอะตอมของธาต หลงจากนนจงจะนามาเขยนเปนสตรแบบจด ตวอยางเชน 1. สตรแบบจดของไฮโดรเจน (H2) 1H ม 1 เวเลนตอเลกตรอน เขยนสตรแบบจดไดเปน เมอ 2 อะตอมรวมกนเปนโมเลกล จะมการใชเวเลนตอเลกตรอนรวมกน 1 ค จงเขยนสตรแบบจดไดดงน

H + H H H

กอนเกดปฏกรยา หลงเกดปฏกรยา

อเลกตรอนทใชรวมกน

2. สตรแบบจดของกาซไฮโดรเจนฟลออไรด (HF) 9F มการจดเรยงอเลกตรอนเปน 2 , 7

ดงนนม 7 เวเลนตอเลกตรอน สตรแบบจดคอ F เมอ H รวมกบ F เปน HF เขยนเปนสตรแบบจดไดดงน

FH + H F

อเลกตรอนทใชรวมกน H และ F ใชอเลกตรอนรวมกนเพยง 1 คในโมเลกลของ HF จงมพนธะโคเวเลนตเพยง 1 พนธะ โดยเขยนอเลกตรอนทใชรวมกนไวระหวางธาต H กบ F สาหรบอเลกตรอนทเหลอของ F 6 อเลกตรอนกเขยนไวบนอะตอมของ F 3. สตรแบบจดของกาซไฮโดรเจนซลไฟด (H2S) กามะถนมเลขอะตอมเทากบ 16 เพราะฉะนนมการจดเรยงอเลกตรอนเปน 2 , 8 , 6

16S จงม 6 เวเลนตอเลกตรอน สตรแบบจดคอ S เมอ H รวมกบ S เปน H2S เขยนสตรแบบจดไดเปนดงน

2(H ) + S H S H

10

ในโมเลกลของ H2S มการใชอเลกตรอนรวมกนระหวาง H กบ S 2 ค ดงนนในโมเลกลของ H2S จงมพนธะโคเวเลนต 2 พนธะ ซงอเลกตรอนทใชรวมกนทง 2 คไดเขยนไวระหวางอะตอมของ H กบ S สวนอเลกตรอนทเหลอของ S 4 อเลกตรอนใหเขยนไวบนอะตอมของ S 4. สตรแบบจดของกาซแอมโมเนย (NH3) ไนโตรเจนเปนธาตหมท 5 มเลขอะตอมเทากบ 7 เพราะฉะนนมการจดเรยงอเลกตรอนเปน 2 , 5

7N จงม 5 เวเลนตอเลกตรอน เขยนสตรแบบจดไดดงน N เมอ N รวมกบ H เปน NH3 เขยนสตรแบบจดไดดงน

H N H3(H ) + NH

จะเหนไดวาในโมเลกลของ NH3 มการใชอเลกตรอนรวมกนระหวาง H กบ N 3 ค จงเกดเปนพนธะโคเวเลนต 3 พนธะ 5. สตรแบบจดของฟอสฟอรสไตรคลอไรด (PCl3) P มเลขอะตอมเทากบ 15 เพราะฉะนน P มการจดเรยงอเลกตรอนเปน 2 , 8 , 5

15P จงม 5 เวเลนตอเลกตรอน เขยนสตรแบบจดไดเปน P Cl มเลขอะตอมเทากบ 17 เพราะฉะนน Cl มการจดเรยงอเลกตรอนเปน 2 , 8 , 7

17Cl จงม 7 เวเลนตอเลกตรอน เขยนสตรแบบจดไดเปน Cl เมอ Cl 3 อะตอม รวมตวกบ P 1 อะตอม เกดเปนสารประกอบโคเวเลนต PCl3 จะเขยนสตรแบบจดไดดงน

ClP3( Cl ) + Cl P Cl

ในโมเลกลของ PCl3 มการใชอเลกตรอนรวมกนระหวางธาต P กบ Cl รวม 3 คเกดเปนพนธะโคเวเลนต 3 พนธะ

11

ข. สตรโครงสรางแบบเสน

เปนการเขยนสตรโครงสรางของโมเลกลโคเวเลนตอกแบบหนงซงแตกตางจากสตรแบบจดเลกนอย โดยกาหนดใหใชเสนตรง ( - ) แทนอเลกตรอนครวมพนธะ 1 ค หรอแทนพนธะโคเวเลนต 1 พนธะ ทงนใหเขยนไวในระหวางสญลกษณของธาตครวมพนธะ สาหรบอเลกตรอนทไมใชอเลกตรอนครวมพนธะจะเขยนไวหรอไมเขยนกได (ปกตจะไมเขยน) สตรแบบเสนจงเปนการกาหนดขนมาเพอใหเขยนสตรโครงสรางไดสะดวก และงายขน ทงนเพราะไมจาเปนตองแสดงเวเลนตอเลกตรอนทงหมดของธาตครวมพนธะ

• ใหใชเสนตรง 1 เสน ( - ) แทนอเลกตรอนทใชรวมกน 1 ค

• ใหใชเสนตรง 2 เสน ( = ) แทนอเลกตรอนทใชรวมกน 2 ค

• ใหใชเสนตรง 3 เสน ( ) แทนอเลกตรอนทใชรวมกน 3 ค ≡

ตวอยางสตรแบบเสน

1. สตรแบบเสนของกาซไฮโดรเจน (H2) สตรแบบจดของ H2 คอ H : H จะเหนไดวา H ทงสองอะตอมใชอเลกตรอนรวมกน 1 คจงใชเสนตรง 1 เสนเขยนแทนอเลกตรอนครวมพนธะ โดยเขยนไวระหวาง H ทงสองอะตอม เพราะฉะนนสตรโครงสรางแบบเสนของ H2 จงเปน H - H 2. สตรโครงสรางแบบเสนของกาซไฮโดรเจนฟลออไรด (HF)

สตรแบบจดของ HF คอ FH จะเหนไดวาอะตอม H กบ F มการใชอเลกตรอนรวมกนเพยง 1 ค จงใชเสนตรง 1 เสนแทนอเลกตรอนครวมพนธะ เพราะฉะนนสตรแบบเสนของ HF จงเปน H - F 3. สตรแบบเสนของกาซไฮโดรเจนซลไฟด (H2S)

สตรแบบจดของ H2S คอ H S H จะเหนไดวา H และ S ใชอเลกตรอนรวมกน 1 คจงใชเสนตรง 1 เสนแทนอเลกตรอนครวมพนธะ 1 ค ในโมเลกลของ H2S จงม 2 พนธะโคเวเลนต

12

เพราะฉะนน สตรแบบเสนของ H2S คอ H - S - H 4.สตรแบบเสนของกาซแอมโมเนย (NH3)

สตรแบบจดของ NH3 คอ HH N H

เพราะฉะนนสตรแบบเสน ของ NH3 จงเปน H

H N H

5. สตรแบบเสนของฟอสฟอรสไตรคลอไรด (PCl3)

สตรแบบจดคอ

Cl P ClCl

เพราะฉะนนเขยนสตรแบบเสนไดเปน

Cl P ClCl

หมายเหต ก. การเขยนสตรโครงสรางแสดงพนธะโคเวเลนตทง 2 แบบนเปนเพยงสตรทเขยนขนเพอความ

สะดวกเทานนไมไดแสดงตาแหนงทแนนอนของอเลกตรอน อเลกตรอนทใชรวมกนซงเขยนไวระหวางอะตอมครวมพนธะ กไมไดหมายความวาอเลกตรอนทงคจะตองอยระหวางนวเคลยสทงสองตลอดเวลา อเลกตรอนทงคอาจจะไปอยสวนอน ๆ ของอะตอมได แตอยางไรกตามโอกาสทจะพบอเลกตรอนทงคอย ระหวางนวเคลยสทงสองมมากกวาบรเวณอน ๆ ข. การเขยนสตรโครงสรางทงสองแบบน จดหรอเสนเพยงแตแสดงจานวนพนธะทแตละอะตอมสรางขน ไมไดแสดงตาแหนงของพนธะหรอตาแหนงทแนนอนของอเลกตรอน รวมทงไมไดแสดงโครงสรางของโมเลกล

13

ตารางท 2.1 ตวอยางสตรแบบจดและสตรแบบเสนของโมเลกลโคเวเลนตบางชนด ชอสาร สตรโมเลกล อะตอมองคประกอบ สตรแบบจด สตรแบบเสน

คลอรน Cl2 Cl Cl Cl Cl Cl - Cl

ออกซเจน O2 O O OO O = O

ไนโตรเจน N2 N N N N N N ≡

คารบอนไดออกไซด CO2 C 2( O )

O C O O = C =O

นา H2O 2(H ) O H O H

H - O - H

ไฮโดรเจนไซยาไนด HCN H C N H C N

H - C≡ N

เอธานอล C2H5OH 6(H ) 2( C ) O H C C O H

H H

H H HH

HHH C C O H

มเธน CH4 C 4(H )

H

HH C H

H C HH

H กรดคารบอนก H2CO3 O C 2(H ) 3( )

OH O C O H

H - O - C - O - HO

กรดอะซตก CH3COOH 2( )4(H ) 2( C ) O

H

HH C C O H

O

H C C O HH

H

O

โบรอนไตรคลอไรด BCl3 B 3( Cl )

Cl B ClCl

Cl - B - Cl

Cl ฟอสฟน PH3 P 3(H ) H P H

H HH P H

เอธลน C2H4 2( C )4(H )

H C C H

H H HH H C C H

14

กฎออกเตต (Octet rule) จากการศกษาเกยวกบธาตเฉอย เชน He , Ne , Ar , Kr พบวาเปนธาตทจดอยในประเภทโมเลกลอะตอมเดยวทกสถานะ คอใน 1 โมเลกลของธาตเฉอยจะมเพยง 1 อะตอมทงสถานะของแขง ของเหลว และกาซในธรรมชาตเกอบจะไมพบสารประกอบของธาตเฉอยเลย แสดงวาธาตเฉอยเปนธาตทเสถยรมาก เกดปฏกรยาเคมกบธาตอน ๆ ไดยาก การทกาซเฉอยมความเสถยรมาก ทาใหนกวทยาศาสตรสนใจทจะคนควาถงเหตผลททาใหธาตเฉอยมความเสถยร และจากการศกษาโครงสรางอะตอมของธาตเฉอยพบวาธาตเฉอยมการจดเรยงอเลกตรอนวงนอกสดเหมอนกน คอ ม 8 เวเลนตอเลกตรอน (ยกเวนธาต He ม 2 เวเลนตอเลกตรอน) เชน 2He = 2 10Ne = 2 , 8 18Ar = 2 , 8 , 8 36Kr = 2 , 8 , 18 , 8 เมอเปรยบเทยบกบโครงสรางอะตอมของธาตอน ๆ เชน H , O , N 1H = 1 8O = 2 , 6 7N = 2 , 5 ธาตเหลานมเวเลนตอเลกตรอนนอยกวา 8 ในธรรมชาตจะไมสามารถอยเปนอะตอมเดยว ๆ ได ซงแสดงวาไมเสถยร ตองรวมกนเปนโมเลกลซงอาจจะม 2 อะตอมหรอมากกวา การทธาตเฉอยม 8 เวเลนตอเลกตรอนแลวทาใหเสถยรกวาธาตอน ๆ ซงมเวเลนตอเลกตรอนไมเทากบ 8 ทาใหนกวทยาศาสตรเชอวาโครงสรางของอะตอมทม 8 เวเลนตอเลกตรอนเปนสภาพทอะตอมเสถยรทสด ดงนนธาตตาง ๆ ทมเวเลนตอเลกตรอนนอยกวา 8 จงพยายามปรบตวใหมโครงสรางแบบธาตเฉอย เชน โดยการรวมตวกนเปนโมเลกลหรอใชอเลกตรอนรวมกนเพอทาใหเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 8 สวนไฮโดรเจนจะพยายามปรบตวใหมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 2 เหมอนธาต He การทอะตอมของธาตตาง ๆ รวมตวกนดวยสดสวนททาใหมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 8 น นกวทยาศาสตรไดตงเปนกฎเรยกวา กฎออกเตต

15

ดงนนธาตตาง ๆ จงพยายามรวมตวกน เพอใหเปนไปตามกฎออกเตต ซงจะทาใหไดสารประกอบหรอโมเลกลทอยในสภาพทเสถยร สาหรบการรวมตวกนดวยพนธะโคเวเลนตจะมการใชเวเลนตอเลกตรอนรวมกนระหวางอะตอมครวมพนธะ อเลกตรอนทใชรวมกนถอวาเปนอเลกตรอนของอะตอมครวมพนธะทงสอง

เชน F2 มสตรแบบจดเปน F F อะตอมของ F มเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 7 เมอเกดพนธะโคเวเลนตมการใชอเลกตรอนรวมกน 1 ค ซงอเลกตรอนทใชรวมกน 1 คนถอวาเปนของฟลออรนทง 2 อะตอม ทาใหฟลออรนแตละอะตอมใน F2 มเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 8 จานวนเวเลนตอเลกตรอนของธาตแตละชนดอาจจะแสดงใหเหนไดชดเจนขนโดยการเขยนวงกลมลอมรอบแตละลอะตอม จานวนอเลกตรอนทอยในวงกลมของธาตใดกจดวาเปนของธาตนน เชน

F F

16

ตารางท 2.2 ตวอยางโครงสรางอะตอมของธาตในสารประกอบชนดซงเปนไปตามกฎออกเตต

He Ne Ar

H O H

H2O

O C O

CO2

H C N

HCN

Cl P ClCl

PCl3

O H C H

CH2O

NH3

H N HH

H H C H

CH4

H

H O C O HO

H2CO3

H C C HH H

C2H4

ขอยกเวนสาหรบกฎออกเตต

ดงทไดกลาวมาแลววาอะตอมของธาตตาง ๆ มกจะรวมตวกนเปนสารประกอบเพอใหเปนไปตามกฎออกเตต ซงจะทาใหสารประกอบนนอยในสภาพทเสถยร เชน H2O , PCl3 , NH3 , CO2 แตอยางไรกตามเมอมการศกษาใหกวางขวางออกไปกพบวาสารประกอบบางชนดมการจดเรยงอเลกตรอนไมเปนไปตามกฎออกเตต บางชนดมเวเลนตอเลกตรอนนอยกวา 8 และบางชนดมเวเลนตอเลกตรอนมากกวา 8 ซงสารตาง ๆ เหลานแมวาจะไมเปนไปตามกฎออกเตต แตกอยในภาวะทไมเสถยร จดวาเปนขอยกเวนสาหรบกฎออกเตต ซงสรปไดดงน

ก. พวกทไมครบออกเตต

ไดแกสารประกอบของธาตในคาบท 2 ของตารางธาต ทมเวเลนตอเลกตรอนนอยกวา 4 เชน 4Be และ 5B 4Be = 2 , 2 เวเลนตอเลกตรอนเทากบ 2 5B = 2 , 3 เวเลนตอเลกตรอนเทากบ 3

17

ธาต Be และ B เมอเกดเปนสารประกอบโคเวเลนตทว ๆ ไปจะไมครบออกเตต ตวอยางเชน BF3 , BCl3 , BeCl2 และ BeF2 เปนตน

• ใน BF3 ธาต B จะมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 6 ซงไมครบออกเตต ในขณะทธาต F ครบออกเตต

F B F

F

• ใน BeCl2 ธาต Be จะมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 4 ซงไมครบออกเตต ในขณะทธาต Cl ครบออกเตต

Cl Be Cl

แตถาธาตเหลานเกดเปนสารประกอบเชงซอน บางชนดจะเปนไปตามกฎออกเตต เชน BF4

-, BCl3.NH3

• ใน BF4- ทง B และ F ตางกมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 8 เปนไปตามกฎออกเตต

F B F

F

F -

• ใน BCl3.NH3 ทง B , Cl , N และ F ตางกเปนไปตามกฎออกเตต

Cl B

Cl

Cl

N HH

H

ข. พวกทเกนกฎออกเตต

ตามทฤษฎสารประกอบของธาตทอยในคาบท 3 ของตารางธาตเปนตนไป สารมารถสรางพนธะแลวทาใหอเลกตรอนเกน 8 ได (ตามกฎการจดอเลกตรอน 2n2 ในคาบท 3 สามารถมอเลกตรอนไดเตมทถง 18 อเลกตรอน) แตอยางไรกตามพวกทเกนออกเตตมกจะพบในสารประกอบบางตวของ P , S และโลหะทรานซชน เชนใน PCl5 , SF6 , Fe(CN)6

3- , Co(NH3)62+ , SiF6

2- และ Icl3 เปนตน

18

• ใน PCl5 ธาต P เกดพนธะกบ Cl รวม 5 พนธะจงมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 10 ซงเกนออกเตต ( 1 พนธะหรอ 1 เสนประกอบดวย 2 อเลกตรอน) สาหรบ PCl3 หรอสารประกอบอน ๆ ของธาต P สวนมากเปนไปตามกฎออกเตต

P

Cl

Cl

ClClCl

• ใน SF6 ธาต S เกดพนธะกบ F รวม 6 พนธะจงมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 12 ซงเกนออก

เตต แตใน SF2 หรอสารประกอบอน ๆ ของธาต S สวนมากเปนไปตามกฎออกเตต

SF

FF

F

FF

• ใน ICl3 ธาต I เกดพนธะกบ Cl รวม 3 พนธะและมอเลกตรอนคโดดเดยว 2 ค จงรวมเปน

10 อเลกตรอน ซงเกนออกเตต แต ICl หรอสารประกอบอน ๆ ของ I สวนใหญเปนไปตามกฎออกเตต

I ClCl

Cl • ใน Co(NH3)6

2+ ธาต Co เกดพนธะกบ N ใน NH3 รวม 6 พนธะจงมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 12 ซงเกนออกเตต

Co

NH3NH3 NH3

NH3NH3 NH3

นอกจากสารประกอบทไมเปนไปตามกฎออกเตตดงทไดกลาวมาแลว ยงมสารประกอบอน ๆ อกบางชนดซงไมเปนไปตามกฎออกเตต เชน ออกไซดบางตวของธาตไนโตรเจน ( NO และ NO2 )และออกไซดของคลอรน (ClO2) เปนตน ธาตเหลาน (N และ Cl) สามารถมอเลกตรอนทไมไดจบค หรออเลกตรอนเดยว (Unpaired electron) ซงทาใหแสดงสมบตเปน paramagnetic ได

• ใน NO ธาต N มเพยง 7 อเลกตรอนซงไมเปนไปตามกฎออกเตต

19

N O

• ใน NO2 ธาต N เกดพนธะกบธาต O แตมอเลกตรอนเพยง 7 ซงไมครบออกเตต

N OO

• ใน ClO2 ธาต Cl เกดพนธะกบธาต O แตมอเลกตรอนเพยง 7 ซงไมครบออกเตต

O Cl O

ประโยชนของกฎออกเตต

กฎออกเตต นอกจากจะใชสาหรบเขยนสตรโครงสรางสารแลว ยงสามารถใชชวยทานายสดสวนจานวนอะตอมของธาตททาปฏกรยากน และทานายสตรของสารประกอบตาง ๆ ได ตวอยางเชน

1. ทานายวาสารประกอบระหวางธาตคลอรนกบธาตฟลออรน ควรจะมสตรเปน ClF เนองจากธาต Cl และ F ตางกเปนธาตหมท 7 จงมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 7 ทง Cl และ F ตางกตองการอก 1 อเลกตรอนจงจะครบออกเตต ดงนนจงสรางพนธะ 1 พนธะ แสดงวา Cl กบ F ควรจะรวมกนเปนสารประกอบโดยใชอยางละ 1 อะตอม

Cl + F Cl F หรอ Cl - F

2. กรณสารประกอบฟอสฟอรสกบคลอรน

โดยอาศยกฎออกเตตจะทานายไดวาสตรของสารประกอบควรจะเปน PCl3 เพราะ ธาต P เปนธาตหมท 5 ม 5 เวเลนตอเลกตรอน ตองการอก 3 อเลกตรอน หรอตองเกด 3 พนธะ จงจะครบออกเตต ในขณะท Cl เปนธาตหมท 7 ม 7 เวเลนตอเลกตรอน ตองการอกเพยง 1 อเลกตรอนหรอตองการเกดเพยง 1 พนธะกจะครบออกเตต เพอใหทง P และ Cl ครบออกเตต จงตองใช Cl 3 อะตอมตอ P 1 อะตอม สตรของสารประกอบจงเปน PCl3

ClCl P ClCl P Cl3( Cl ) + P

Clหรอ

20

3. กรณของสารประกอบระหวางไนโตรเจนกบไฮโดรเจน

โดยใชกฎออกเตต จะทานายไดวาสารประกอบควรจะเปน NH3

ธาต N ม 5 เวเลนตอเลกตรอน ตองการอก 3 อเลกตรอนจงจะครบออกเตตซงกทาไดโดยการเกด 3 พนธะ สวนธาต H ม 1 เวเลนตอเลกตรอนตองการอก 1 อเลกตรอนจงจะครบ 2 อเลกตรอนเหมอนธาต He ซงกทาไดโดยการเกด 1 พนธะ ดงนน N 1 อะตอมตองการ 3 พนธะ จงตองรวมกบ H 3 อะตอม ซงแตละอะตอมตองการ 1 พนธะ เพอใหทง N และ H ครบออกเตต สตรของสารประกอบจงเปน NH3

H N H

HHN3(H ) + H N H หรอ

4. กรณสารประกอบระหวางคารบอนกบคลอรน โดยใชกฎออกเตต จะทานายไดวาสตรของสารประกอบควรจะเปน CCl4

ธาต C ม 4 เวเลนตอเลกตรอน ตองการอก 4 อเลกตรอนจงจะครบออกเตต ดงนนจงตองเกด 4 พนธะ สวน ธาต Cl ม 7 เวเลนตอเลกตรอน ตองการอก 1 อเลกตรอนจงจะครบออกเตต ดงนนจงตองเกด 1 พนธะ เพราะฉะนน C 1 อะตอม ตองการ 4 พนธะ จงตองรวมกบ Cl 4 อะตอม ซงแตละอะตอมตองการ 1 พนธะ จงจะทาให C และ Cl ครบออกเตต สตรของสารประกอบจงเปน CCl4

หรอCl

C4( Cl ) + Cl C Cl Cl C ClCl

ClCl

5. กรณสารประกอบระหวางคารบอนกบกามะถน โดยใชกฎออกเตต จะทานายไดวาสตรของสารประกอบควรจะเปน CS2

ธาต C ม 4 เวเลนตอเลกตรอน ตองการอก 4 อเลกตรอนจงจะครบออกเตต ดงนนจงเกด 4 พนธะ สวนธาต S ม 6 มเวเลนตอเลกตรอนตองการอก 2 อเลกตรอนจงจะครบออกเตต ดงนนจงเกด 2 พนธะ

21

เพราะฉะนน C 1 อะตอมตองการ 4 พนธะ จงตองรวมกบ S 2 อะตอม ซงแตละอะตอมตองการ 2 พนธะ เพอใหทง C และ S ครบออกเตต สตรของสารประกอบจงเปน CS2

C + 2( S ) S C S หรอ S = C = S

แบบฝกหดท 2.1 1. ขอใดทมอเลกตรอนครวมพนธะและอเลกตรอนคโดดเดยวรอบอะตอม A เปนไปตามกฎออกเตต

A A A A

A A A A

ก. ข. ค. ง.

จ. ฉ. ช. ซ.

2. จงเขยนสตรแบบจด และสตรแบบเสนของสารตอไปน PCl3 SF2 BeF2 H2Se SnCl4

22

ชนดของพนธะโคเวเลนต ชนดของพนธะโคเวเลนต พจารณาจากจานวนอเลกตรอนทใชรวมกนของอะตอมครวมพนธะ ดงน

ก. พนธะเดยว เปนพนธะโคเวเลนตทเกดจากอะตอมคสรางพนธะทงสองใชอเลกตรอนรวมกน 1 ค ใชเสน ( - ) แทนพนธะเดยว เชน

Cl Cl Cl - Cl

H P HH H

H P H

ข. พนธะค เปนพนธะโคเวเลนตทเกดจากอะตอมคสรางพนธะทงสองใชอเลกตรอนรวมกน 2 ค

ใชเสน 2 เสน ( = ) แทน 1 พนธะค เชนพนธะระหวาง O ใน O2 , O กบ C ใน CO2 , C กบ H ใน C2H4

OO O = O

O C O O = C = O

H C C HH H HH

H C C H

ค. พนธะสาม เปนพนธะโคเวเลนตทเกดจากอะตอมคสรางพนธะทงสองใชอเลกตรอนรวมกน 3 ค ใชเสน 3 เสน (≡ ) แทน 1 พนธะสาม เชน พนธะระหวาง N กบ N ใน N2 , N กบ C ใน HCN

N N N N

H C N H - C N

พนธะโคออรดเนตโคเวเลนต (Co-ordinate covalent bond)

เปนพนธะโคเวเลนตอกประเภทหนงซงแตกตางไปจากพนธะโคเวเลนตทกลาวมาแลว จากสตรโครงสรางของพนธะโคเวเลนตจะเหนไดวา เปนพนธะทเกดจากการใชอเลกตรอนรวมกนระหวางอะตอม

23

คสรางพนธะ โดยทอเลกตรอนทใชรวมกนนจะไดจากอะตอมคสรางพนธะ อยางละเทา ๆกน เชนใน

โมเลกลของ O2 แตละอะตอมของ O จะใหอเลกตรอน 2 ตว มาใชรวมกนเกดเปนพนธะค O O กรณ HCN อะตอมของ H และ C จะใหอเลกตรอน 1 ตว มาใชรวมกนเกดเปนพนธะเดยวในขณะทอะตอมของ C และ N ตางกให 3 อเลกตรอนมาใชรวมกนเกดเปนพนธะสาม

H C N H - C N แตในกรณทเปนพนธะโคออรดเนตโคเวเลนตจะเปนการใชอเลกตรอนรวมกนอกแบบหนง โดยทอเลกตรอนครวมพนธะทง 2 ตว จะไดมาจากอะตอมคสรางพนธะเพยงอะตอมเดยว อกอะตอมหนงเพยงแตเขามาใชอเลกตรอนดวยเพอใหครบออกเตตเทานน พจารณาสตรโครงสรางของโมเลกล SO2

เพอใหเหนลกษณะของการจดอเลกตรอนอยางชดเจน กาหนดให • แทนอเลกตรอนของ S และ x แทนอเลกตรอนของ O

S ม 6 เวเลนตอเลกตรอน สตรแบบจดคอ S

O ม 6 เวเลนตอเลกตรอน สตรแบบจดคอ O เพอใหเหนการรวมตวกนของ S และ O ใน SO2 เปนไปตามกฎออกเตต จะตองมการใชอเลกตรอนรวมกนซงเขยนเปนสตรแบบจดไดดงน

S + 2( )O O S O

พจารณาพนธะทเกดขนระหวางอะตอมของ O ทางซายกบ S ซงมการใชอเลกตรอนรวมกน 2 ค โดยทอะตอมทงสองตางกให 2 อเลกตรอนมาใชรวมกนเปนพนธะค

SO

หลงจากทเกดพนธะค จะพบวาทง O และ S ตางกครบออกเตตแลว ซงถา S ยงคงเกดพนธะโคเวเลนตธรรมดากบอะตอมของ O ทางขวา ไมวาจะเปนพนธะเดยวหรอคกจะทาใหอเลกตรอนของ S เกนออกเตตทนท เชนถาเกดพนธะคจะทาให S มอเลกตรอนถง 10 ตว ซงไมเปนไปตามกฎออกเตต

24

OSO

เพอใหสตรโครงสรางเปนไปตามกฎออกเตตทงอะตอมของ S และอะตอมของ O ทเหลอทางขวาจงไดมการใชอเลกตรอนรวมกน 1 คแบบใหม โดยทอเลกตรอนครวมพนธะ 1 คนไดจากอะตอมของ S เพยงอะตอมเดยว ไมใชไดจากอะตอมของ S และ O รวมกนเหมอนพนธะโคเวเลนต โดยทวไปการท S ใหอเลกตรอน 1 คใชรวมกบ O ทางขวาทาให O ทางขวาครบออกเตตในขณะท S กยงคงครบออกเตต เนองจากเปนการใชอเลกตรอนรวมกน 1 ค พนธะดงกลาวนจงเปนพนธะโคเวเลนตชนดพนธะเดยว แตเพราะลกษณะของการเกดพนธะแตกตางจากพนธะโคเวเลนตทว ๆ ไป จงเรยกพนธะทเกดจากการใชอเลกตรอนรวมกนแบบนวา “พนธะโคออรดเนตโคเวเลนต” การเขยนสตรแบบเสนเพอแสดงพนธะโคออรดเนตโคเวเลนตอาจจะใชเสนตรง 1 เสน ( - ) แทน

1 พนธะโคออรดเนตโคเวเลนตเหมอนกบพนธะโคเวเลนตทว ๆ ไป กได หรออาจจะใชลกศร (→ ) แทนกได โดยทหวของลกศรจะชไปยงทศทางของอะตอมคสรางพนธะทเขามาใชอเลกตรอนรวมดวย การทใชลกศรแทนพนธะโคออรดเนตโคเวเลนตกเพอใหแตกตางจากพนธะโตเวเลนตธรรมดา เปนการชเฉพาะใหเหนถงการใชอเลกตรอนรวมกนอกแบบหนง กรณของกาซ SO2 เมอเขยนสตรแบบเสนแสดงโครงสรางของโมเลกลจะไดดงน

OSO สตรแบบจด

O = S - O หรอ O = S→ O สตรแบบเสน

S→O แสดงวาเปนพนธะโคออรดเนตโคเวเลนต ซงเกดจากการใชอเลกตรอนรวมกน 1 ค โดยอเลกตรอนทงคนนไดมาจากอะตอมของ S ตวอยางสารประกอบอน ๆ ทเกดพนธะโคออรดเนตโคเวเลนต 1. กาซโอโซน (O3)

สตรแบบจด O O O

สตรแบบเสน O O = O หรอ O - O = 2. กรดคลอรส (HClO2)

H O Cl O สตรแบบจด

H - O - Cl →O หรอ H - O - Cl - O สตรแบบเสน

25

เรโซแนนซ เรโซแนนซ (Resonance) คอ ปรากฏการณอยางหนงทเกดกบสารบางชนดทไมสามารถจะเขยนสตรโครงสรางแทนไดเพยงสตรเดยวตามสมบตทเปนจรง จงเขยนอยในรปทเรยกวา เรโซแนนซ หรอ เรโซแนนซไฮบรจด (Resonance hybrid) สตรโครงสรางของ SO2 เขยนสตรโครงสรางใหเปนตามกฎออกเตตจะพบวา SO2 มพนธะ S กบ O เปนพนธะค 1 พนธะ และพนธะเดยว 1 พนธะ ดงน

OS

OS

O O O OS

แบบ 1 แบบ 2

เขยนแทนดวย O OS

แรโซแนนซไฮบรดจ SO2 มสตรโครงสราง 2 แบบ ซงแตละแบบเหนไดวานวเคลยสของอะตอมอยในตาแหนงเหมอนกนตางกนทการจดเวเลนตอเลกตรอนรอบนวเคลยส และจากผลการทดลองพบวาความยาวพนธะระหวาง S กบ O เทากบ 143 pm เทากนทงสองพนธะ ซงเปนพนธะมลกษณะเหมอนกนคอเปนพนธะชนดเดยวกน แสดงวาสตรโครงสรางของ SO2 ทงสองแบบ ไมถกตอง แตเขยนเชนนนกเพอเขยนใหเปนไปตามกฎออกเตตเทานน สวนมากนยมเขยนสตรแบบเรโซแนนซ จากการศกษาความยาวพนธะระหวาง S กบ O ใน SO2 พบวามคาอยระหวางพนธะคและพนธะเดยวของ S กบ O อาศยขอมลขางตนอธบายไดวา S 1 อะตอมกบ O 2 อะตอมใชอเลกตรอนรวมกน 3 คดเสมอนวา S กบ O แตละอะตอมใชอเลกตรอนเฉลยรวมกน 1 1/2 ค คอจานวนอเลกตรอนทรวมพนธะทง 3 คมอย 2 คทอยระหวางอะตอมของ S กบอะตอมของ O ทงสอง สวนทเหลออกคหนงจะเคลอนทไปมาระหวางอะตอมของ S กบอะตอมของ O ทงสองเปนผลใหความยาวพนธะทงสองเทากน

26

ตวอยางสารบางชนดทมโครงสรางเปนแบบเรโซแนนซ โอโซน O3

OO O

สตรตามกฎออกเตต

O OO128 pm 128 pm

116.5 0

ความยาวพนธะ O - O เทากนทงสองขาง

O OO

แบบ 1 แบบ 2

OO O

เขยนแทนดวย O OO

• ไนโตรเจนไดออกไซด (NO2)

N

O OO - N = O O = N - O เขยนแทนดวย O N O

แบบ 1 แบบ 2

• ไนเตรตไอออน (NO3- )

27

NO

O O OO

ON N

O

O ONO

O O

- - - -

สตรแบบออกเตต แบบ 1 แบบ 2 แบบ 3

เขยนแทนดวย NO

O O

• ไซยาเนตไอออน (OCN- )

[ N - C O ]- [ N = C = O ]- [ N C - O ]- เขยนแทนดวย N C O

แบบ 1 แบบ 2 แบบ 3

• คารบอเนตไอออน (CO32- )

OO

OCเขยนแทนดวย

แบบ 1 แบบ 2 แบบ 3สตรแบบออกเตต

2-2-2-2-

OO

OC

OO

OCC

O

O OOO

OC

28

• เบนซน (C6H6)

C

CC

C

CC

C

CC

C

CCH

H

H

H

H

H H

H

H

H

H

HC

CC

C

CC

เขยนแทนดวย

HH

H

H

H

H

แบบ 1 แบบ 2

โครงสรางแรโซแนนซ

แบบฝกหดท 2.2

1. เขยนสตรโครงสรางแบบเสนและเปรยบเทยบความยาวพนธะ C กบ O ในโมเลกล CO2 , CH2O , และ CH3OH

2. เขยนโครงสรางแบบเรโซแนนซของ NO2- , NO3

- และเปรยบเทยบความยาวพนธะ N กบ O ในสารทงสอง 3.

29

การเขยนสตรโมเลกล และการเรยกชอสารประกอบโคเวเลนต ก. การเขยนสตรสารประกอบโคเวเลนต

1. ใหเรยงลาดบธาตใหถกตองตามหลกสากล ดงนคอ Si , C , Sb , As , P , N , H , Te , Se , S , At , I , Br , Cl , O , F ตามลาดบ 2. ในสารประกอบโคเวเลนต ถาอะตอมของธาตมจานวนอะตอมมากกวาหนงใหเขยนจานวนอะตอมดวยตวเลขแสดงไวมมลางทางขวา ในกรณทธาตในสารประกอบนนมเพยงอะตอมเดยวไมตองเขยนตวเลขแสดงจานวนอะตอม 3. หลกการเขยนสตรสารประกอบโคเวเลนตทมอะตอมของธาตจดเวเลนตอเลกตรอน เปนไปตามกฎออกเตต ใชจานวนอเลกตรอนครวมพนธะของแตละอะตอมของธาตคณไขว เชน

• สตรของสารประกอบของธาต H กบ S ; H และ S มเวเลนตอเลกตรอน 1 และ 6 ตามลาดบ ดงนน H และ S ตองการอเลกตรอนครวมพนธะจานวน 1 และ 2 ตามลาดบ เพอใหแตละอะตอมของธาตมการจดอเลกตรอนแบบกาซเฉอย

21

สตรของสารนเปน H S = H2S1 หรอ H2S

• สตรของสารประกอบของธาต S กบ C ; S และ C มเวเลนตอเลกตรอน 6 และ 4

ตามลาดบ ดงนน S และ C ตองการอเลกตรอนครวมพนธะจานวน 2 และ 4 ตามลาดบ เพอใหแตละอะตอมของธาตมการจดอเลกตรอนแบบกาซเฉอย

สตรของสารนเปน C S = C1S2 หรอ CS2

4 2

2 1 • สตรของสารประกอบของธาต N กบ Cl ; N และ Cl มเวเลนตอเลกตรอน 5 และ 7

ตามลาดบ ดงนน N และ Cl ตองการอเลกตรอนครวมพนธะจานวน 3 และ 1 ตามลาดบ เพอใหแตละอะตอมของธาตมการจดอเลกตรอนแบบกาซเฉอย

สตรของสารนเปน N Cl = N1Cl3 หรอ NCl3

3 1

30

ข. การเรยกชอสารประกอบโคเวเลนต 1.สารประกอบของธาตค ใหอานชอธาตทอยขางหนากอนแลว ตามดวยชอธาตทอยหลงโดยเปลยนเสยงพยางคทายเปน ไอด ( ide) 2. ใหระบจานวนอะตอมของแตละธาตดวยเลขจานวนในภาษากรกดงน 1 = mono- (มอนอ) 2 = di- (ได) 3 = tri- (ไตร) 4 = tetra- (เตตระ) 5 = penta- (เพนตะ) 6 = hexa- (เฮกซะ) 7 = hepta- (เฮปตะ) 8 = octa- (ออกตะ) 9 = mona- (โมนะ) 10 = deca- (เดคะ) 3. ถาสารประกอบนน อะตอมของธาตแรกมเพยงอะตอมเดยวไมตองระบจานวนอะตอมของธาตนน แตถาธาตขางหลงในสารประกอบใด ถงแมมเพยงหนงอะตอมกตองระบจานวนอะตอมดวยคาวา “มอนอ” เสมอ เชน N2O3 อานวา ไดไนโตรเจนไตรออกไซด PCl5 อานวา ฟอสฟอรสเพนตะคลอไรด CO อานวา คารบอนมอนอกไซด P2O5 อานวา ไดฟอสฟอรสเพนตะออกไซด SiH4 อานวา ซลกอนเตตระไฮไดรด H2O อานวา ไดไฮโดรเจนมอนอกไซด

แบบฝกหดท 2.3

1. จงอานชอสารประกอบโคเวเลนตตอไปน N2O4 , N2O5 , PCl3 , BCl3 , SO3 , P4O10

2. จงเขยนสตรสารประกอบโคเวเลนตตอไปน ก. P กบ Cl ข. O กบ Cl 3. จงเขยนสตรจากชอสารประกอบตอไปน ก. คารบอนเตตระคลอไรด ข. ฟอสฟอรสเพนตระฟลออไรด ค. ซลคอนไดซลไฟด ง. เตตระฟอสฟอรสไตรซลไฟด

31

พลงงานพนธะและความยาวพนธะ

พลงงานพนธะ

พลงงานพนธะ (Bond energy) คอ พลงงานทใชในการสลายพนธะระหวางอะตอมของธาตภายในโมเลกลทอยในสถานะกาซออกเปนอะตอมเดยว เชน

H2 (g) + 436 kJ → 2H(g) จากสมการกาซ H2 1 โมลตองการจะสลายเปน H อะตอม 2 โมล ตองใชพลงงาน 436 kJ

HI (g) + 298 kJ → H (g) + I (g) จากสมการกาซ HI 1 โมลตองการสลายเปน H และ I อะตอมอยางละ 1 โมลตองใชพลงงาน 298 กโลจล จากตวอยางขางตนนแสดงวาสารตางชนดกน จานวนโมลเทากน พลงงานทใชสลายพนธะกตางกน การสลายพนธะชนดเดยวกนในสารตางชนดกนจะใชพลงงานสลายไมเทากน เชน การสลายพนธะ C - H ใน CH4 และ C2H6 มคาไมเทากน

CH4 (g) + 435 kJ → CH3 (g) + H(g)

C2H6 (g) + 400 kJ → C2H5 (g) + H(g) แลการสลายพนธะชนดเดยวกนในสารเดยวกน (ทมพนธะชนดเดยวกน) กใชพลงงานสลายไมเทากน เชน การสลายพนธะ C - H ใน CH4

CH4 (g) + 435 kJ → CH3 (g) + H (g)

CH3 (g) + 464 kJ → CH2 (g) + H (g)

CH2 (g) + 422 kJ → CH (g) + H (g)

CH (g) + 339 kJ → C (g) + H (g) เมอรวมขนทง 4 เขาดวยกนจะไดวา

CH4 (g) + 1660 kJ → C (g) + 4H (g) พลงงานททาใหโมเลกล CH4 แตกออกเปนอะตอมในสภาวะกาซ เรยกวา Atomization energy

และพลงงานเฉลยของพนธะ C - H ใน CH4 = 1660/4 = 415 kJ เรยกพลงงานคานวา พลงงานพนธะเฉลย ( Average bond energy ) อนงจากตารางท 2.1 คาพลงงานเฉลยของพนธะ C - H ของสารทว ๆ ไป มคา 413 kJ ซงมคาตางจากคาพลงงานเฉลยของพนธะ C - H ซงหาไดจาก CH4 เทานน เนองจากพลงงานทใชสลายพนธะแตละพนธะในคอะตอมเดยวกนไมเทากน จงเปนการยากทจะจดจาและไมสะดวกตอการใช ดงนนเพอความสะดวกจงนยมใชพลงงานพนธะเฉลยแทน ดงในตารางท 2.3

32

ตารางท 2.3 พลงงานพนธะเฉลยระหวางอะตอมคตาง ๆ พลงงานพนธะ (kJ/mol)

หม 4 A หม 5 A หม 6 A หม 7 A C - H 413 C - C 348 C - N 305 C - F 485 C - Cl 339 C - Br 285 C - I 240 C - S 272 Si - H 323 Si - Si 226 Si - C 301 Si - O 368 C = C 614 C C 839 ≡C = N 615 C N 891 ≡C = O 745 C O 1075 ≡

N - H 391 N - N 163 N - O 201 N - F 272 N - Cl 200 N - Br 243 N = N 418 N N 945 ≡

O - H 463 O - O 146 O - F 190 O - Cl 203 O - I 234 S - H 367 S - F 327 S - Cl 253 S - S 255 O = O 498 S = O 523 S = S 418

H - H 436 H - F 567 H - Cl 431 H - Br 366 H - I 298 F - F 159 Cl - F 253 Cl - Cl 242 Br - F 237 Br - Cl 218 Br - Br 193 I - Cl 208 I - Br 175 I - I 151

ลกษณะสาคญของพนธะเคม

1. พลงงานพนธะมหนวยเปน กโลจล/โมล (kJ/mol) 2. พลงงานทใชในการสลายพนธะจานวน 1 โมล หรอพลงงานทไดจากการเกดพนธะจานวน 1 โมล เรยกวา พลงงานพนธะ 3. พนธะชนดเดยวกน พลงงานทใชสลายพนธะและพลงงานทไดจากการเกดพนธะจานวนเทากน มคาเทากนเสมอ แตถาสลายพนธะตางชนดกนจะใชพลงงานตางกน

33

4. พลงงานพนธะบอกใหทราบถงความแขงแรงของพนธะ คอ พนธะเคมทตองใชพลงงานสลายสงกวา จะมความแขงแรงของพนธะมากกวาพนธะเคมทตองใชพลงงานสลายตากวา นนคอ พนธะระหวางอะตอมคเดยวกน ความแขงแรงของพนธะเดยว < พนธะค < พนธะสาม 5. ปฏกรยาเคมใด ๆ ทเกดขน โดยทวไปจะมการสลายพนธะเดม และการเกดพนธะใหม พลงงานทเปลยนแปลงไปในปฏกรยา จะเทากบผลตางระหวางพลงงานทระบบดดเขาไปสลายพนธะเดมทงหมดกบพลงงานทระบบคายออกมาเมอเกดพนธะใหมทงหมด H = (พลงงานทระบบดด) - (พลงงานทระบบคาย) Δ

• ถาระบบดดพลงงาน > คายพลงงาน พลงงานทเปลยนแปลง ( H ) = (ดด - คาย ) Δ จะไดคา H มเครองหมายเปนΔ บวก แสดงวาระบบมการเปลยนแปลงเปนแบบดดพลงงาน

• ถาระบบดดพลงงาน < คายพลงงาน พลงงานทเปลยนแปลง ( H ) = (ดด - คาย ) Δ จะไดคา H มเครองหมายเปนΔ ลบ แสดงวาระบบมการเปลยนแปลงเปนแบบคายพลงงาน 6. ในปฏกรยาเคมใด ๆ ทมแตการสลายพนธะ ไมมการเกดพนธะใหม เปนปฏกรยาดดพลงงาน (Endothermic Reaction) เชน

O2 (g) + 498 kJ → 2O (g)

หรอ O2 (g) → 2O (g) ; ΔH = +498 kJ

CH4 (g) + 1660 kJ → C (g) + 4 H (g)

หรอ CH4 (g) → C (g) + 4 H (g) ; ΔH = +1660 kJ 7. ในปฏกรยาเคมใด ๆ ทมแตการเกดพนธะใหม ไมมการสลายพนธะ จะเปนปฏกรยาคายพลงงาน (Exothermic Reaction) เชน

O (g) + 2 H (g) → H2O (g) + 926 kJ

หรอ O (g) + 2 H (g) → H2O (g) ; ΔH = - 926 kJ

Cl (g) + Cl (g) → Cl2 (g) + 242 kJ

หรอ Cl (g) + Cl (g) → Cl2 (g) ; ΔH = - 242 kJ

34

8. ในปฏกรยาเคมใด ๆ ทมทงการสลายพนธะและการเกดพนธะใหม ปฏกรยานนอาจจะเปนการเปลยนแปลงประเภทดดหรอคายพลงงานกได ทงนขนอยกบพลงงานทใชในการสลายพนธะ กบพลงงานทเกดจากการสรางพนธะใหมเปนเกณฑ

• ปฏกรยาทมพลงงานทใชสลายพนธะทงหมด มากกวาพลงงานทไดจากการเกดพนธะใหมทงหมด เรยก ปฏกรยานนวา ปฏกรยาดดพลงงาน เชน

2NH3 (g) + 92 kJ → N2 (g) + 3H2 (g)

หรอ 2NH3 (g) → N2 (g) + 3H2 (g) - 92 kJ

หรอ 2NH3 (g) → N2 (g) + 3H2 (g) ; ΔH = + 92 kJ

• ปฏกรยาทมพลงงานทใชสลายพนธะทงหมด นอยกวาพลงงานทไดจากการเกดพนธะใหมทงหมดเรยกปฏกรยานนวา ปฏกรยาคายพลงงาน เชน

H2 (g) + F2(g) → 2HF (g) + 539 kJ

หรอ H2 (g) + F2(g) -539 kJ → 2HF (g)

หรอ H2 (g) + F2(g) → 2HF (g) ; ΔH = -539 kJ 9. สาหรบปฏกรยาเคมทมทงการสลายพนธะและการเกดพนธะใหม แตไมทราบพลงงานพนธะกอาจจะคาดคะเนไดวาเปนปฏกรยาประเภทดดหรอคายพลงงานได โดยใชจานวนพนธะทสลายและจานวนพนธะทเกดขนใหมเปนเกณฑ คอ ถาจานวนพนธะทสลายทงหมดของสารตงตน มากกวาจานวนพนธะทเกดใหมของสารผลตภณฑทงหมดกเปนประเภทดดความรอน ถานอยกวา กเปนประเภทคายพลงงาน หรอพจารณาไดจากลกษณะของปฏกรยา คอ ถาเปนการสลายโมเลกลใหญออกเปนโมเลกลเลก ๆ สวนมากเปนปฏกรยาดดพลงงาน แตถาเปนการรวมโมเลกลเลก ๆ เกดเปนโมเลกลใหญ หรอเปนปฏกรยาการเผาไหม สวนมากเปนปฏกรยาคายความรอน เชน

2NH3 (g) + 92 kJ → N2 (g) + 3H2 (g) ดดพลงงาน

C2H4 (g) → C2H2 (g) + H2( g) ดดพลงงาน

H2 (g) + I2 (g) → 2HI (g) คายพลงงาน

2C2H2 (g) + 5O2 (g) → 4CO2(g) + 2H2O (g) คายพลงงาน

35

แบบฝกหดท 2.4

1. H2S (g) + 734 kJ → 2H (g) + S (g) พลงงานพนธะ (H - S) เทากบ ………………..

2. XY3 (g) + 648 kJ → X (g) + 3Y (g) พลงงานพนธะ (X - Y) เทากบ ……………….. 3. การเปลยนแปลงตอไปนเปนประเภทดดพลงงานหรอคายพลงงาน

ก. P (g) + 3H (g) → PH3 (g)

ข. CI4 (g) → C (g) + 4I (g)

ค. Cl (g) + e- → Cl- (g)

ง. Na (g) → Na+ (g) + e-

จ. 2ClF (g) → Cl2 (g) + F2(g)

36

การคานวณพลงงานกบปฏกรยาเคม ตวอยางท 1 จงคานวณพลงงานความรอนในการเกด HCl จากปฏกรยา

H - H (g) + Cl - Cl (g) → 2 H - Cl (g) กาหนดพลงงานพนธะ *D(H - H) = 436 kJ/mol D(Cl - Cl) = 242 kJ/mol D(H - Cl) = 431 kJ/mol วธทา พนธะทสลาย ม (H - H) 1 โมล (Cl - Cl) 1 โมล พลงงานทใชสลายพนธะทงหมด = D(H - H) + D(Cl - Cl) = 436 + 242 kJ = 678 kJ พนธะทเกดม ( H - Cl ) 2 โมล พลงงานทเกดจากการสรางพนธะทงหมด = 2 D(H - Cl) = 2 (431) kJ = 862 kJ พลงงานความรอนของปฏกรยา = (678) - (862) = -184 kJ พลงงานในการเกดสารใหมคดเปนคาพลงงานตอโมลของสารใหมทเกด HCl 2 โมล พลงงานความรอน = -184 kJ

HCl 1 โมล พลงงานความรอน = -184 x 21 kJ

พลงงานในการเกด HCl = -92 kJ ซงเปนปฏกรยาคายความรอน (* D = Dissociation energy หรอ Bond energy คอ พลงงานพนธะ)

ในการคานวณพลงงานของปฏกรยาอาจใชสตรดงน

∑∑ ΔΗΔΗ=ΔΗ ณฑ)(สารผลตภ - น)(สารตงต = พลงงานของปฏกรยา ( Heat of reaction) ΔΗ

(สารผลตภณฑ) = พลงงานทงหมดทคายออกมาจากการสรางพนธะของสารผลตภณฑ ∑ ΔΗ

(สารตงตน) = พลงงานทงหมดทสลายพนธะของสารตงตน ∑ ΔΗ

37

ตวอยางท 2 จงประมาณคาพลงงานความรอนทเปลยนแปลงในการเกดไฮดราซน (N2H4)

กาหนดพลงงานพนธะ D(N N) = 945 kJ/mol ≡

D(H - H) = 436 kJ/mol D(N - N) = 163 kJ/mol D(N - H) = 391 kJ/mol สมการของปฏกรยาคอ

N N (g) + 2(H - H) (g) N - N (g)H

H

H

H วธทา พนธะทสลายม (N N) 1 โมล , (H - H) 2 โมล ≡

พนธะทสรางม (N - N) 1 โมล , (N - H) 4 โมล = [D(N N) + 2 D(H - H)] - [D(N - N) + 4 D(N - H)] ΔΗ ≡

= [ 945 + 2(436) ] - [ 163 + 4(391)] = +90 kJ ตวอยางท 3 จงคานวณหาพลงงานในการเกดอะเซตลน H - C≡C - H สมการในการเกดอะเซตลนจากธาตคอ

2 C (แกรไฟต) + H - H (g) → H - C≡C - H (g) กาหนดพลงงานพนธะเปนดงน D(H -H) = 436 kJ/mol D(C - H) = 413 kJ/mol D(C≡C ) = 839 kJ/mol และพลงงานการระเหดของแกรไฟตคอ

C (แกรไฟต) → C (g) ; ΔΗ การระเหด = +717 kJ/mol วธทา พนธะทสลายม C (แกรไฟต) จากของแขงเปลยนเปนกาซ 2 โมล , (H -H) 1 โมล พนธะทสรางม (C -H) 2 โมล , (C≡C) 1 โมล = [2 C (แกรไฟต) + D(H - H)] - [2D(C -H) + D(CΔΗ ≡C)] = [ 2(717) + 436] - [2(413) +839] = +205 kJ

38

ตวอยางท 4 กาหนดสมการของปฏกรยาตอไปน

1) 21 N2 (g) +

21 O2 (g) → NO (g) ; Δ H = +90 kJ

2) NO (g) + 21 O2 (g) → NO2 (g) ; Δ H = -56 kJ

3) 2 NO2 (g) → N2O4 (g) ; Δ H = -58 kJ จงหาพลงงานของปฏกรยา

N2 (g) + 2 O2 (g) → N2O4 (g) วธทา

2 คณสมการ (1) N2 (g) + O2 (g) → NO (g) ; Δ H = +180 kJ

2 คณสมการ (2) 2NO (g) + O2 (g) → 2NO2 (g) ; Δ H = -112 kJ

สมการ (3) 2NO2 (g) → N2O4 (g) ; Δ H = -58 kJ

รวมสมการทงหมด N2 (g) + 2 O2 (g) → N2O4 (g) ; Δ H = +10 kJ ∴ พลงงานของปฏกรยาคอ 10 kJ เปนปฏกรยาประเภทดดพลงงาน

แบบฝกหดท 2.5

ใหใชพลงงานพนธะจากขอมลในตาราง 2.3 1. จงหาคาพลงงานในการเกดเตตระฟลออโรไฮดราซน N2F4

F

F

F

FN - N (g)N N (g) + 2(F - F) (g)

; Δ H = ?

2. จงหาคาพลงงานในการเกดคารบอนเตตระคลอไรด CCl4 จากปฏกรยา

C (แกรไฟต) + 2Cl2 (g) → CCl4 (g) กาหนดพลงงานการระเหดแกรไฟตเปนไอ = 717 kJ/mol

3. ถาพลงงานทไดจากการเกดโมเลกลกรดฟอรมก , HCO2H เทากบ -378.6 kJ/mol ดงสมการ

C(แกรไฟต) + O = O(g) + H - H (g) H - C - O - H (g)O

จงหาคาพลงงานพนธะ C - O ในโมเลกลกรดฟอรมก กาหนด พลงงานการระเหดแกรไฟตเปนไอ = 717 kJ/mol

39

4. CCl4 เปนตวทาละลายทสาคญในทางพาณชย ถกเตรยมขนจากปฏกรยาของ Cl2 (g) กบสารประกอบของคารบอน จงหา H จากปฏกรยา Δ

CS2 (l) + 3Cl2 (g) → CCl4 (l) + S2Cl2 (l) กาหนดขอมลตอไปน

1. CS2 (l) + 3O2 (g) → CO2 (g) + SO2 (g) ; Δ H1 = -1077 kJ

2. 2 S (s) + Cl2 (g) → S2Cl2 (l) ; Δ H2 = -60.2 kJ

3. C (s) + 2Cl2 (g) → CCl4 (l) ; Δ H3 = -135.4 kJ

4. S (s) + O2 (g) → SO2 (g) ; Δ H4 = -296.9 kJ

5. C (s) + O2 (g) → CO2 (g) ; Δ H5 = -393.5 kJ

5. กาหนด C (แกรไฟต) + 2H2 (g) → CH4 (g) ; Δ H = -78.4 kJ พลงงานในการระเหดของแกรไฟตเปนไอ = 717 kJ/mol และพลงงานพนธะของ H - H = 436 kJ/mol จงคานวณหาพลงงานพนธะของ C - H ในรป CH4 น

40

ความยาวพนธะ

ความยาวพนธะ (Bond lengths) คอ ระยะทางระหวางนวเคลยสของอะตอมคหนงทมพนธะตอ

กนเนองจากพลงงานทใชในการสลายพนธะชนดเดยวกนในสารตาง ๆ ใชไมเทากน ดงนน ความยาวพนธะกยาวตางกนดวย แตอยางไรกตามความยาวพนธะของคอะตอมทสรางพนธะชนดเดยวกนในสารประกอบตางชนดกนจะมคาใกลเคยงกน เพอความสะดวกและงายตอการจดจาจงใชเปนคาเฉลย เรยกวา ความยาวพนธะเฉลย (Average bond lengths) เชน ความยาวพนธะของ H - H 74 pm ความยาวพนธะของ C - O 143 pm ความยาวพนธะของ C = O 122 pm

ตารางท 2.4 ความยาวพนธะเฉลยระหวางอะตอมคตาง ๆ ความยาวพนธะ (pm*)

หม 4 A หม 5 A หม 6 A หม 7 A

C - H 108 C - C 154 C - N 147 C - O 143 C - F 141 C - Cl 177 C - Br 194 C - I 210 C - S 182 Si - H 145 Si - Si 234 Si - C 194 Si - O 183 C = C 134 C C 120 ≡C = N 130 C N 116 ≡C = O 122 C O 113 ≡

N - H 101 N - N 146 N - O 136 N - F 134 N - Cl 169 N - Br 184 N = N 125 N N 110 ≡

O - H 97 O - O 148 O - F 130 O - Cl 165 O - I 199 S - H 134 S - F 158 S - Cl 203 S - Br 218 S - S 143 O = O 121 S = O 144 S = S 189

H - H 74 H - F 92 H - Cl 128 H - Br 141 H - I 160 F - F 142 Cl - F 163 Cl - Cl 199 Br - F 178 Br - Cl 213 Br - Br 228 I - Cl 232 I - Br 247 I - I 267

* 1 pm = 10-12 m

41

ลกษณะสาคญของความยาวพนธะ

1. ความยาวพนธะใชหนวยวดเปน pm หรอ 0A 1 0A = 10-10 m , 1 pm = 10-12 m 2 ความยาวพนธะของอะตอมคหนงๆ จะมากหรอนอยขนอยกบชนดของพนธะและพลงงานพนธะ 3. ในคอะตอมของธาตทเหมอนกน สามารถเกดพนธะไดมากกวาหนงชนด พนธะแตละชนดจะมความยาวพนธะไมเทากน กลาวคอ ความยาวพนธะพนธะเดยว > พนธะค > พนธะสาม เชน C - C > C = C > C C N - O > N = O > N O ≡ ≡

154 pm > 134 pm > 120 pm 136 pm > 115 pm > 108 pm 4. ในคอะตอมชนดเดยวกน ความยาวพนธะมความสมพนธกบพลงงานพนธะ คอ ความยาวพนธะ พนธะเดยว > พนธะค > พนธะสาม พลงงานพนธะ พนธะเดยว < พนธะค < พนธะสาม เชน ชนดของพนธะ C - C C = C C ≡ C ความยาวพนธะ 154 pm 134 pm 120 pm พลงงานพนธะ 348 kJ/mol 614 kJ/mol 839 kJ/mol

5. ในอะตอมคทเกดจากธาตหนง สรางพนธะกบอกธาตอน ๆ ทมขนาดอะตอมตางกน ความยาวพนธะมความสมพนธกบขนาดของอะตอม คอ ความยาวพนธะเพมขนตามขนาดอะตอมทใหญขน เชน ขนาดอะตอมของธาตในหม 4A , 5A และ 6A ดงภาพ หม4A หม 5A หม 6A C N O Si P S ดงนนการเปรยบเทยบความยาวพนธะระหวาง C กบธาตอน ๆ เปนดงน ความยาวพนธะใน C - N < C - C < C - P 147 pm 154 pm 184 pm

( ความยาวพนธะเพมขนจากซายไปขวา) →

42

ความยาวพนธะใน N = O < C = O 115 pm 122 pm ความยาวพนธะใน C N < C ≡ ≡ C 116 pm 120 pm

6. ประโยชนของการศกษาความยาวพนธะ ทาใหทราบขอมลเกยวกบการรวมตวของอะตอมดวยพนธะโคออรดเนตโคเวเลนต ซงเปนพนธะโคเวเลนตชนดหนง และทราบขอมลเกยวกบปรากฏการณเรโซแนนซ

2.3 โครงสรางของโมเลกลโคเวเลนต จากการศกษาสมบตและโครงสรางของสารตาง ๆ จะพบวาสารทมโครงสรางตางกนจะมสมบตตางกน ถงแมวาจะมสตรโมเลกลเหมอนกนหรอไมกตาม เชน เอทานอล และเมทอกซมเทน ซงมสตรโมเลกลเปน C2H6O เหมอนกน แตมสตรโครงสรางตางกนจงทาใหสารทงสองมสมบตตางกนดวย

เอทานอล เมทอกซมเทน

สมบต - เปนของเหลว ไมมส - ละลายนาได - จดหลอมเหลว -117 0C - จดเดอด 78.5 0C

สมบต - เปนกาซ ไมมส - ไมละลายนา - จดหลอมเหลว -138.5 0C - จดเดอด -23 0C

จากตวอยางทงสองนแสดงใหเหนวา โครงสรางโมเลกล (รปรางโมเลกล) มความสมพนธกบสมบตของสาร ดงนนในการศกษาสมบตของสารจงจาเปนตองทราบโครงสรางโมเลกลหรอรปรางโมเลกลของสารนนดวย

43

การทดลอง 2.1 การจดเรยงตวของลกโปรงกบรปรางโมเลกลโคเวเลนต จดประสงค

1. เปรยบเทยบทศทางการจดตวของลกโปงกบทศทางของพนธะโคเวเลนตได 2. อธบายและเขยนแสดงรปทรงเรขาคณตของลกโปงทพนขวตดกนจานวน 2,3,4,5 และ 6 ลกได 3. บอกรปรางโมเลกลโคเวเลนตจากการเปรยบเทยบกบรปรางของลกโปงทพนขวตดกนได

วธทดลอง

1. เปาลกโปง 6 ลก ใหมขนาดเทาๆกน ผกขวไวใหแนน 2. พนลกโปรงทเปาจานวน 2 ลก เขาดวยกน สงเกตรปรางและทศทางของลกโปง วาดรป 3. พนลกโปงทเปาแลว จานวน 3,4,5 และ 6ลกเขาดวยกนตามลาดบ สงเกตรปราง และทศทางของ

ลกโปง วาดรป คาถาม

1. ถาใหขวของลกโปงทพนตดกนแทนตาแหนงของอะตอมกลาง และลกโปงทพนตดกนตาแหนงของอะตอมกลางและลกโปงแทนกลมของอเลกตรอนครวมพนธะ ตาแหนงของอะตอมอนทมาสรางพนธะกบอะตอมกลางควรอยสวนใดของลกโปง

2. ใหนกเรยนเขยนภาพแสดงทศทางของพนธะโดยลากเสนแสดงเสนแกนของลกโปงทชออกจากตาแหนงทพนตดกนทกเสน แลวบอกวามมระหวางพนธะแตละมมควรมคาประมาณเทาใด

44

รปรางโมเลกลโคเวลนต การจดเรยงอะตอมตาง ๆ ในโมเลกลโคเวเลนตมตาแหนงและทศทางทแนนอนจงทาใหโมเลกลโคเวเลนตของสารตาง ๆ มรปรางแตกตางกน สงทใชบอกรปรางโมเลกลโคเวเลนตจะเปนอยางไรนน คอ การจดเวเลนตอเลกตรอนรอบอะตอมกลางของธาตในโมเลกลโคเวเลนต นอกจากนนความยาวพนธะและมมระหวางพนธะยงสามารถใชบอกรปรางโมเลกลไดดวย

ความยาวพนธะ (Bond length) คอ ระยะทางระหวางนวเคลยสของอะตอมคหนงทมพนธะตอ

กน

มมระหวางพนธะ (Bond angle) คอ มมทเกดจากอะตอมสองอะตอมทากบอะตอมกลางหรอมมทเกดระหวางพนธะสองพนธะ เชน

y

x x

θ

มม θ เปนมมระหวางพนธะในโมเลกล yx2 และมมระหวางพนธะจะกวางหรอแคบขนอยกบแรงผลกระหวางอเลกตรอนคโดดเดยวและอเลกตรอนครวมพนธะรอบ ๆ อะตอมกลาง โดยถอหลกวาโมเลกลทเสถยรจะตองมพลงงานตา นนคอ อะตอมในโมเลกลตองจดเรยงตวกนเพอใหมแรงผลกของคอเลกตรอนใหนอยทสด

การทานายรปรางโมเลกลโคเวเลนต โมเลกลโคเวเลนตจะมรปรางเปนอยางไร พจารณาจาก 1. จานวนอเลกตรอนครวมพนธะรอบอะตอมกลาง (bonding electron) 2. จานวนอเลกตรอนคโดดเดยวรอบอะตอมกลาง (non bonding electron) ดงนนการทานายรปรางโมเลกลใหเลอกอะตอมกลาง ซงเปนอะตอมทสรางพนธะไดมากทสดกอน และนบจานวนพนธะทอะตอมกลางสรางได และจานวนอเลกตรอนคโดดเดยวรอบอะตอมกลางนน แรงผลกทงหมดของคอเลกตรอนทเกดจากการสรางพนธะ และไมไดสรางพนธะจะทาใหเกดรปรางโมเลกลทแตกตางกนดงน

45

1. รปรางเสนตรง ( Linear) โมเลกล BeCl2 มสตรโครงสรางแบบจดและแบบเสนดงน

Cl Be Cl Cl - Be - Clและ

อะตอมกลาง Be ในโมเลกล BeCl2 มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 2 ค และทงสองคเปนอเลกตรอนครวมพนธะ ซงจะเกดการผลกกนใหหางกนมากทสด ทาใหโมเลกลเปนรปรางเสนตรง มมมระหวางพนธะเปน 180 0 ดงรป

ในโมเลกล CO2 มสตรแบบจดและแบบเสนดงน

O C O O = C = Oและ อะตอมกลาง C ในโมเลกล CO2 มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 4 ค และทง 4 ค เปอเลกตรอนครวมพนธะค 2 พนธะ ซงจะเกดแรงผลกกนใหมากทสด ทาใหโมเลกลเปนรปเสนตรง มมมระหวางพนธะเปน 180 0 ดงรป

สรป

โมเลกลหรอไอออนโคเวเลนตใด ๆ ถาอะตอมกลางม 2 พนธะ จะเปนพนธะชนดใดกได และไมมอเลกตรอนคโดดเดยว โมเลกลหรอไอออนนนจะมรปรางเปน เสนตรง

2. รปรางสามเหลยมแบนราบ (Trigonal planar)

ในโมเลกล BCl3 มสตรแบบจดและแบบเสนดงน

Cl B Cl และ Cl - B - ClCl Cl

อะตอมกลาง B ในโมเลกล BCl3 มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 3 ค และทง 3 คเปนอเลกตรอนครวมพนธะเดยว 3 พนธะ ซงเกดการผลกกนใหหางกนมากทสด ทาใหโมเลกลเปนรปสามเหลยมแบนราบ มมมระหวางพนธะเปน 120 0 ดงรป

46

คารบอนเนตไอออน ( CO3)

2- มสตรโครงสรางแบบจดและแบบเสนดงน

O C O

O 2-C

O

O O

2-

และ

อะตอมกลาง C ใน CO3

2- มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 4 ค และทง 4 ค เปนอเลกตรอนครวมพนธะเดยว 2 พนธะ พนธะค 1 พนธะ ซงจะเกดการผลกดนใหหางกนมากทสด ทาใหโมเลกลเปนรปสามเหลยมแบบราบเหมอน BCl3

สรป โมเลกลหรอไอออนโคเวเลนตใด ๆ ถาอะตอมกลางม 3 พนธะ (ไมคานงถงชนดของพนธะ) และไมมอเลกตรอนคโดดเดยว โมเลกลหรอไอออนนนจะมรปรางเปน สามเหลยมแบนราบ

3. รปรางทรงสหนา (Tetarhedral)

โมเลกลมเธน (CH4) มโครงสรางแบบจดและแบบเสนดงน

H C HH

H H

HH C H

อะตอมกลาง C ในโมเลกล CH4 มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 4 ค และทง 4 คเปนอเลกตรอนครวมพนธะเดยว 4 พนธะ ซงเกดการผลกกนใหหางกนมากทสดทาใหโมเลกลเปนรปทรงสหนา มมมระหวางพนธะเปน 109.5 0 ดงรป

CH4

47

ซลเฟตไอออน (SO42- ) มสตรแบบจด และแบบเสนดงน

2-OO S O

O OO S O

O 2-และ

อะตอมกลาง S ใน SO4

2- ไอออน มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 4 ค และทง 4 คเปนอเลกตรอนครวมพนธะเดยว 4 พนธะ ซงจะเกดการผลกกนมากทสด ทาใหไอออนมรปรางเปน ทรงสหนา มมมระหวางพนธะเปน 109.5 0

สรป โมเลกล หรอไอออนโคเวเลนตใด ๆ ถาอะตอมกลางม 4 พนธะ (ไมคานงถงชนดของพนธะ) และไมมอเลกตรอนคโดดเดยวโมเลกลหรอไอออนนนจะมรปรางเปน ทรงสหนา ขอสงเกต โมเลกลฟอสฟอรส (P4) อะตอม P มเวเลนตอเลกตรอน 5 สรางพนธะเดยวกบ P อะตอมอนอก 3 อะตอมเหลออเลกตรอนคโดดเดยว 1 ค ผลกใหทกพนธะงอลง เกดรปรางเปนทรงสหนา ชนดทไมมอะตอมกลาง และมมมระหวางพนธะ P - P - P เทากบ 600

ทกมม ดงรป

4. รปรางพระมดคฐานสามเหลยม (Trigonal bipyramiddal)

โมเลกล PCl5 มโครงสรางแบบจดและแบบเสนดงน

PCl Cl

Cl Cl

ClP

ClCl

ClCl Cl

48

อะตอมกลาง P ในโมเลกล PCl5 มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 5 ค และทง 5 ค เปนอเลกตรอนครวมพนธะเดยว 5 พนธะ ซงเกดการผลกกนใหหางกนมากทสด ทาใหโมเลกลเปนรปพระมดคฐานสามเหลยม มมมระหวางพนธะเปน 1200 และ 90 0 ดงรป

PCl5

สรป

โมเลกลหรอไอออนโคเวเลนตใด ถาอะตอมกลางม 5 พนธะ (ไมคานงถงชนดของพนธะ) และไมมอเลกตรอนคโดดเดยวรปรางโมเลกลหรอไอออนจะเปนแบบ พระมดคฐานสามเหลยม

5. รปรางทรงแปดหนา (Octahedral)

ในโมเลกล SF6 มโครงสรางแบบจดและแบบเสนดงน

F

F F

FS

F F F

F FS

F

F F

และ

อะตอมกลาง S ในโมเลกล SF6 มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 6 ค และทง 6 ค เปนอเลกตรอนครวมพนธะเดยว 6 พนธะ ซงเกดจากการผลกกนใหหางกนมากทสด ทาใหโมเลกลเปนรปทรงแปดหนา มมมระหวางพนธะเปน 900 ดงรป

SF6

49

สรป

โมเลกลหรอไอออนโคเวเลนตใด ๆ ถาอะตอมกลางม 6 พนธะ (ไมคานงถงชนดของพนธะ) และไมมอเลกตรอนคโดดเดยว รปรางโมเลกลหรอไอออนเปนแบบ ทรงแปดหนา

อเลกตรอนคโดดเดยวกบรปรางโมเลกล

โมเลกลโคเวเลนตทมสตรคลายกน (คอ มจานวนอะตอมเปนอตราสวนเทากน) บางสารกมรปรางแตกตางกน เชน BeF2 และ BeCl2 มรปรางโมเลกลแตกตางกบ H2O และ H2S จากการพจารณาพบวาสงททาใหรปรางโมเลกลของสารเหลานตางกนกคอ จานวนเวเลนตอเลกตรอนรอบอะตอมกลางในโมเลกลวามจานวนอเลกตรอน ครวมพนธะ และจานวนอเลกตรอนคโดดเดยว แตกตางกนอยางไร

อเลกตรอนครวมพนธะ (Bond pair electrons) คอ อเลกตรอนคทใชรวมกนเพอเกดพนธะขน

อเลกตรอนคโดดเดยว ( Lone pair electrons) คอ อเลกตรอนทไมไดใชเกดพนธะ ตามปกตอเลกตรอนแตละคจะออกแรงผลกกน แรงผลกระหวางอเลกตรอนแตละคมากนอยไมเทากน ซงสามารถเขยนแรงผลกระหวางอเลกตรอนคตาง ๆ จากมากไปหานอยไดดงน e คโดดเดยว กบ e คโดดเดยว > e คโดดเดยว กบ e ครวมพนธะ > e ครวมพนธะ กบ e ครวมพนธะ การพจารณารปรางโมเลกลทอะตอมกลางมจานวนอเลกตรอนครวมพนธะและอเลกตรอนคโดดเดยวแตกตางกนดงน

1. รปรางพระมดฐานสามเหลยม (Trigonal pyramidal) โมเลกล NH3 มสตรโครงสรางดงน

H N HH H

H - N - Hหรอ

อะตอมกลาง N ในโมเลกล NH3 มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 4 ค มอเลกตรอนครวมพนธะ 3 ค และอเลกตรอนคโดดเดยว 1 ค อเลกตรอนทง 4 ค รอบอะตอมกลางทกลาวนจะผลกกนใหหางมากทสด โดยพยายามปรบตวใหอยในแนวเสนตรงทชออกจากอะตอมกลางไปยงมมทง 4 ของรปทรงสหนาคลายกบมเทน (CH4) และเนองจากแรงผลกระหวางอเลกตรอนคโดดเดยวกบอเลกตรอนครวมพนธะของอะตอม N ใน NH3 มคามากวาแรงผลกระหวางอเลกตรอนครวมพนธะกบอเลกตรอนครวมพนธะ จงทาใหมมระหวางพนธะ H - N - H ลดลงเหลอ 107 0 และมรปรางโมเลกลเปน รปพระมดฐานสามเหลยม ดงรป

50

สรป

โมเลกลหรอไอออนโคเวเลนตใด ๆ ถาอะตอมกลางม 3 พนธะ (ไมคานงถงชนดพนธะ) และมอเลกตรอนคโดดเดยวเหลอ 1 ค รปรางโมเลกลหรอไอออนเปนพระมดฐานสามเหลยม (pyramidal)

2. รปรางโมเลกลแบบมมงอหรอตวว ( Bent , V - shaped ) โมเลกลของ H2O มสตรโครงสรางดงน

H O H H O H อะตอมกลาง O ในโมเลกล H2O มเวเลนตอเลกตรอนทงหมด 4 ค มอเลกตรอนครวมพนธะ 2 ค และอเลกตรอนคโดดเดยว 2 ค อเลกตรอนทง 4 ครอบอะตอมกลางนจะผลกกนใหหางกนมากทสดโดยพยายามปรบตวใหอยในแนวเสนตรงทชออกจากอะตอมกลางไปยงมมทง 4 ของรปทรงสหนาคลายกบมเทน (CH4) และเนองจากอเลกตรอนคโดดเดยวของ O ทง 2 คเกดแรงผลกมากกวาอเลกตรอนครวมพนธะจงทาใหมมระหวางพนธะ H - O - H มมมลดลงเหลอ 105 0 รปรางโมเลกล จงไมเปนเสนตรงแตเปนรปมมงอหรอ รปตวว ดงรป

สรป

โมเลกลหรอไอออนโคเวเลนตใด ๆ ถาอะตอมกลางม 2 พนธะ (ไมคานงถงชนดของพนธะ) และมอเลกตรอนคโดดเดยวเหลอ 2 ค รปรางโมเลกลหรอไอออนเปนมมงอหรอตวว ( Bent or V - shaped)

51

ตารางท 25 สรปรปรางโมเลกลของสารโคเวเลนต โครงสรางทางเรขาคณต คพนธะ คโดดเดยว รปราง ตวอยาง

2 0

BeCl2 , HgCl2 , HCN ,

C2H2 , OH-

3 0

BF3 , SO3 , CH2O , NO3

- , InBr3

2 1

SO2 , NOBr , O3 , SnCl3

, SnF2

4 0

SiCl4 , CCl4 , CH2Br2 , NH4

+ , SO42- , PO4

3- , BF4

- , SnCl4 , PH4+

3 1

AsI3 , PCl3 , H3O

+ , ClO3

- , SO32-

52

2 2

Cl2O , H2S , SO2

2- , NO2-

, ClO2- , SeH2 , SnCl2 ,

SeCl2

5 0

PCl5 , AsF5 , BiCl5

4 1

SeF4 , SF4 , TeCl4

3 2

ICl3

2 3

KrF2 , ICl2-

6 0

SeF6 , TeF6 , PCl6

- , SiF6

2-

53

5 1

IF5 , AlF5

4 2

KrF4 , BrF4

(* M คอ ธาตทเปนอะตอมกลาง X คอ ธาตทลอมรอบอะตอมกลาง E คอ อเลกตรอนคโดดเดยว) อนงโมเลกลของสารโคเวเลนตบางชนดสามารถมอะตอมกลางตาง ๆ กนไดมากกวาหนงแหง ดงนนจงสามารถมรปรางไดตางกน ทงนขนอยกบเกณฑในการยดอะตอมของธาตใดในโมเลกลเปนอะตอมกลาง เชน กรดอะซตก (CH3COOH) มสตรโครงสรางดงน

H C C O HH O

H H

OHH C C O H1

23

ถาใช C (1) เปนอะตอมกลาง โมเลกลของ CH3COOH มรปรางเปน ทรงเหลยมสหนา ถาใช C (2) เปนอะตอมกลาง โมเลกลของ CH3COOH มรปรางเปน สามเหลยมแบนราบ ถาใช C (3) เปนอะตอมกลาง โมเลกลของ CH3COOH มรปรางเปน มมงอหรอตวว

หลกการทานายรปรางโมเลกลและไอออนโคเวเลนต 1. ตองทราบเวเลนตอเลกตรอนแตละอะตอม หรอทราบเลขอะตอมของธาต แลวจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานตาง ๆ ทาใหทราบเวเลนตอเลกตรอน 2. ตองทราบสตรเคม ของสารทจะทานายรปรางโมเลกล 3. นาขอมลขอ 1. และขอ 2. มาเขยนสตรโครงสรางแบบจด หรอสตรโครงสรางแบบลวอส ตามโมเลกลหรอไอออนของสารนน 4. พจารณาดทอะตอมกลางของธาตของสตรโครงสรางทเขยนขน วามการจดเรยงอเลกตรอนครวมพนธะและอเลกตรอนคโดดเดยว ตลอดจนจานวนพนธะวาเปนอยางไร เขาขายลกษณะรปรางแบบไหนกทานายเปนรปรางโมเลกลหรอไอออนแบบนน

54

ขอสงเกต การทานายรปรางของสารโคเวเลนตไมควร เขยนสตรโครงสรางแบบเสน เพราะอเลกตรอนคโดดเดยวจะไมปรากฏ ซงจะทาใหทานายรปรางของสารโคเวเลนตผดได ตวอยาง จงทานายรปรางของสารโคเวเลนตของสารตอไปน ก. Cl2O ข. COCl2

ค. ClO3- ง. PO4

3-

วธทา ในแตละขอ ทราบสตรเคม นอกจากนนยงตองทราบเวเลนตอเลกตรอนของแตละธาต คอ C , P , O และ Cl มเวเลนตอเลกตรอนเปน 4 , 5 , 6 และ 7 ตามลาดบ สารประกอบหรอไอออน

สตรโครงสรางแบบจด รปรางของสารประกอบหรอไอออน

อธบาย

ก. Cl2O Cl O Cl O

Cl Clมมงอ

O อะตอมกลางม 2 พนธะ (อเลกตรอนครวมพนธะ 2 ค)และอเลกตรอนคโดดเดยว 2 ค มลกษณะเชนเดยวกนกบโมเลกลทมรปรางเปนแบบมมงอ

ข. COCl2

Cl C ClO

OC

Cl Clสามเหลยมแบนราบ

C อะตอมกลางม 3 พนธะเปนพนธะค 1 พนธะและพนธะเดยว 2 พนธะและไมมอเลกตรอนคโดดเดยวเหลอ ซงทาใหมรปรางเชนเดยวกบโมเลกลทมรปรางเปนสามเหลยมแบนราบ

ค. ClO3-

O Cl OO

ClO

OO

พระมดฐานสามเหลยม

Cl อะตอมกลางม 3 พนธะเดยว (อเลกตรอนครวมพนธะ 3 ค ) และมอเลกตรอนคโดดเดยวเหลอ 1 ค ทาใหมรปรางเชนเดยวกบสารทมรปรางเปนพระมดฐานสามเหลยม

55

ง. PO43-

OO P O

O 3-

OOO

P

O 3-

P เปนอะตอมกลางม 4 พนธะเดยว (อเลกตรอนครวมพนธะ 4 ค) และไมมอเลกตรอนคโดดเดยว จงมรปรางเปนแบบทรงสหนา

แบบฝกหดท 2.6

1.จงบอกรปรางโมเลกลของสารตอไปน ก. ฟอสฟน (PH3) ข. เมทลคลอไรด (CH3Cl) ค. ไนโตรซลโบรไมด (NOBr) ง. คารบอนไดซลไฟด (CS2) จ. ไฮโดรเจนฟอสเฟตไอออน (HPO4

2-) ฉ. ซลไฟตไอออน (SO3

2-) 2.จงเตมตารางใหสมบรณ

สารประกอบหรอไอออน อเลกตรอนค รปรางโมเลกลหรอไอออน

รวมพนธะ โดดเดยว รวม

1. SeH2 2 2 4 มมงอ 2. GeCl4

3. HgBr2

4. AsF3 5. TeF6

6. KrF2

7. AlBr3

8. H2O 9. POCl3

10. SOCl2

11. PH4+

12. NH2-

13. PCl6-

14. AlCl4-

15. SO42-

16. H3O+

56

มมระหวางพนธะของโมเลกลโคเวเลนต มมระหวางพนธะของโมเลกลโคเวเลนต โดยทวไปขนอยกบจานวนอเลกตรอนคโดดเดยวรออบอะตอมกลางเปนเกณฑ นอกจากนนยงขนอยกบรปรางโมเลกล จานวนพนธะรอบอะตอมกลางในโมเลกล จานวนอเลกตรอนครวมพนธะ และคาอเลกโตรเนกาตวตของธาต หลกการพจารณามมระหวางพนธะของโมเลกลโคเวเลนต 1. โมเลกลโคเวเลนตใด ๆ ถาอะตอมกลางมอเลกตรอนคโดดเดยวไมเทากน โมเลกลใดอะตอมกลางมอเลกตรอนคโดดเดยวมาก จะผลกกนมากทาใหมมระหวางพนธะแคบ เชน

H2O OH H

104.5NH3 N H

H H107

O อะตอมกลางในนา (H2O) มอเลกตรอนคโดดเดยวมากกวา นาจงมมมระหวางพนธะแคบกวา NH3 ซง N อะตอมกลาง ใน NH3 มอเลกตรอนคโดดเดยวนอยกวา

104.5

HHOH2O SO2 S

O O119.5

O อะตอมกลางในนา (H2O) มอเลกตรอนคโดดเดยวมากกวา S อะตอมกลางใน SO2 ดงนน มมระหวางพนธะใน H2O แคบกวา มมระหวางพนธะใน SO2

2 โมเลกลโคเวเลนตใด ๆ ถาอะตอมกลางไมมอเลกตรอน มแตอเลกตรอนครวมพนธะรอบอะตอมกลาง มมระหวางพนธะขนกบจานวนพนธะรอบอะตอมกลาง กลาวคอ โมเลกลใดมจานวนพนธะมากมมจะแคบกวาโมเลกลทมจานวนพนธะนอย เชน

57

BeCl2 Cl Be Cl180

BCl3 B

Cl

Cl Cl

120

CCl4 C

Cl

ClClCl

109.5 SF6

S

FF

F

F

FF

90

โมเลกลของสารทมอเลกตรอนคโดดเดยวรอบอะตอมกลาง เรยงลาดบจานวนพนธะรอบอะตอมกลางจากมากไปนอย คอ SF6 > CCl4 > BCl3 > BeCl2

เรยงลาดบมมระหวางพนธะจากนอยไปมากคอ SF6 < CCl4 < BCl3 < BeCl2

อนงโมเลกลทมรปรางเปนพระมดคฐานสามเหลยม เชน PCl5

เนองจากโมเลกลทมรปราง พระมดคฐานสามเหลยมมคามมหลายคา คอ มมระหวางพนธะทฐานเปน 120 0 และทแกนตงฉากกบฐานเปน 900 ดงนนจงไมควรมาเปรยบเทยบ มมระหวางพนธะ กบโมเลกลโคเวเลนตอน

58

3. โมเลกลโคเวเลนตใด ๆ ทมรปรางเหมอนกน แตเปนสารตางชนดกน และอะตอมกลางไมมอเลกตรอนคโดดเดยวเหลอ มพนธะรอบอะตอมกลางในโมเลกลเดยวกนเหมอนกนหมด โมเลกลของสารเหลานนจะมมมระหวางพนธะเทากนเสมอ เชน โมเลกล CH4 , CCl4 , และ SiCl4

HHH

HC C

ClCl

Cl ClSi

Cl

ClCl Cl

ทกโมเลกลตางมรปรางเปนทรงสหนาเหมอนกน และอะตอมไมมอเลกตรอนคโดดเดยวเหลอ ดงนนมมระหวางพนธะในทกโมเลกลจงกางเทากนคอ 109.5 0 โมเลกลของสารบางชนด รปรางเหมอนกนหมด และอะตอมกลางตางไมมอเลกตรอนคโดดเดยว แตพนธะรอบอะตอมกลางในโมเลกลเดยวกนจะเหมอนกนหรอตางกนกได มมระหวางพนธะของสารเหลานนเทากนเสมอ เชน โมเลกลของสารทมรปรางเปน เสนตรง ไดแก โมเลกลของ BeCl2 , HCN , CO2 , Cl - Be - Cl , H - C ≡ N , O = C = O 4. โมเลกลโคเวเลนตทมรปรางเหมอนกน แตสารตางชนดกน และอะตอมกลางตางเหลออเลกตรอนคโดดเดยวเทากน โมเลกลของสารเหลานนจะมมมระหวางพนธะตางกนเสมอ แตมมระหวางพนธะในแตละโมเลกลจะกางเทาไรนนขนอยกบอเลกตรอนครวมพนธะวาอยหางจากอะตอมกลางแคไหน ถาใกลอะตอมกลางจะผลกกนมากตานไมใหอเลกตรอนคโดดเดยวผลกลงไดมาก ทาใหมมกวางกวา แตถาไกลอะตอมกลางมากจะผลกกนนอย จงตานแรงผลกลงของอเลกตรอนคโดดเดยวไดนอย ทาใหมมแคบลง อยางไรกตามการพจารณาวาอเลกตรอนครวมพนธะอยใกลไกลอะตอมกลางแคไหนนนจาเปนตองใชคาอเลกโตรเนกาตวตของธาตเปนเกณฑ เชน พจารณาโมเลกล H2S และ H2O ซงตางกมรปรางเหมอนกน คอเปนมมงอ แตเนองจากอะตอมกลางมอเลกตรอนคโดดเดยวเหลอ มมระหวางพนธะของโมเลกลของสารทงสองเปนดงน

O

H H HHS

มม H - O - H กาง 105 0 มม H - S -H กาง 93.3 0

จะเหนไดวามม H - O - H ของ H2O กางกวางกวามม H - S -H ของ H2S เพราะขนาดอะตอม S และ O ตางกน และความแตกตางระหวางคาอเลกโตรเนกาตวตของ O กบ H มากกวา S กบ H ทาใหกลมหมอกอเลกตรอนครวมพนธะในโมเลกลของ H2O อยใกล O ซงเปนอะตอมกลาง จงออกแรงผลก

59

กนมากกวาอเลกตรอนครวมพนธะในโมเลกลของ H2S ดงนนมมระหวางพนธะใน H2O จงมขนาดใหญกวามมใน H2S พจารณาโมเลกล NH3 และ NF3 ซงตางกมรปรางเหมอนกน คอเปน พระมดฐานสามเหลยมแตเนองจากอะตอมกลางมอเลกตรอนคโดดเดยวเหลอ มมระหวางพนธะของโมเลกลของสารทงสองเปนดงน

NH

HH F

FF

N

มม H - N - H กาง 107 0 มม F - N - F กาง 102 0

จะเหนไดวามม H - N - H ของ NH3 กางกวางกวามม F - N - F ของ NF3 เพราะ F ในโมเลกล NF3 ซงมคาอเลกโตรเนกาตวตสงทสด ซงจะดงดดอเลกตรอนครวมพนธะไดมาก ทาใหกลมหมอกอเลกตรอนครวมพนธะในโมเลกลของ NF3 อยใกล F จงเกดแรงผลกนอย สวน NH3 ม N เปนอะตอมกลางมคาอเลกโตรเนกาตวตสงกวา H จงดงดดกลมหมอกอเลกตรอนครวมพนธะในโมเลกล NH3 เขามาใกล N ทาใหเกดแรงผลกมาก ดงนนมมระหวางพนธะใน NH3 จงมขนาดใหญกวามมใน NF3

สรป

โมเลกลโคเวเลนตทมรปรางเหมอนกน และอะตอมกลางมอเลกตรอนคโดดเดยวเทากน จะมมมระหวางพนธะตางกน พจารณาไดดงน มมระหวางพนธะพจารณาทระยะหางของอเลกตรอนครวมพนธะเปนเกณฑ กลาวคอ ถาอเลกตรอนครวมพนธะอยหางอะตอมมากมมแคบ และอเลกตรอนครวมพนธะอยใกลอะตอมกลางมมกวาง มมระหวางพนธะเปลยนแปลงตามคา EN ของอะตอมกลางของธาตทตางกน แตละอะตอมทลอมรอบอะตอมกลางเหมอนกน มมระหวางพนธะเปลยนกลบกบคา EN ของอะตอมทลอมรอบอะตอมกลางทตางกน แตอะตอมกลางเหมอนกน

60

ตารางท 26 มมระหวางพนธะของโมเลกลของสารบางชนด โมเลกล สตรแบบจด รปรางโมเลกล มมระหวางพนธะ

นา ฟลออรนออกไซด ไฮโดรเจนซลไฟด ไฮโดรเจนซลไนด ไฮโดรเจนเทลลไรด

H O H

FF O

H S

H

HH Se

H Te

H

OH H

FFO

HHS

HHSe

Te

H H

104.5

101.5

93.3

91

89.5

แอมโมเนย H N HH

HHHN

106.75

ฟอสฟน H

H P H

H

HH

P

91.6

สทบน H Sb HH

HHHSb

91.5

ไนโตรเจนฟลออไรด F

F N F

F

FF

N

102.2

มเทน

H C HH

H H

HH

C

H

109.5

สภาพขวของโมเลกล

ในพนธะโคเวเลนต อเลกตรอนครวมพนธะ จะเคลอนทอยระหวาง อะตอมทงสอง ถาพบวาอเลกตรอนครวมพนธะระหวางอะตอมคใด เคลอนทอยตรงกลางระหวางอะตอมพอด แสดงวาอะตอมคนนมความสามารถในการดงดดอเลกตรอนครวมพนธะเทากน แตถาพบวา อเลกตรอนครวมพนธะ เคลอนทอย

61

ใกลอะตอมใดอะตอมหนง มากกวาอกอะตอมหนง แสดงวาอะตอมคนน มความสามารถในการดงดดอเลกตรอนครวมพนธะไมเทากน ดงภาพ

(ก) อเลกตรอนถกดงดดเทา ๆ กน

(ข) อเลกตรอนถกดงดดไมเทากน

(ค) อเลกตรอนถกดงดดคอนไปทางดานหนงมากกวาอกดานหนง

ไอออนบวก ไอออนลบ

(ง) อเลกตรอนถายเทจากอะตอมหนงไปสอกอะตอมหนง รปท 2.4 แสดงการดงดดอเลกตรอนระหวางอะตอมคตาง ๆ

คาทบอกใหทราบถงความสามารถในการดงดดอเลกตรอนของธาตทสรางพนธะกนเปนสารประกอบ เรยกวา อเลกโทรเนกาตวต (Electronegativity) คาอเลกโทรเนกาตวต ขนอยกบจานวนประจในนวเคลยส และระยะระหวางเวเลนตอเลกตรอนกบนวเคลยส

62

ธาตทมจานวนประจในนวเคลยสมาก แตมระยะระหวางเวเลนตอเลกตรอนกบนวเคลยสหางกนนอยจะมคาอเลกโทรเนกาตวตสงกวาธาตทมระยะระหวางเวเลนตอเลกตรอนกบนวเคลยสหางกนมาก อะตอมทมคาอเลกโทรเนกาตวตสง มแนวโนมทจะแสดงอานาจไฟฟาลบ อะตอมทมคาอเลกโทรเนกาตวตตา มแนวโนมทจะแสดงอานาจไฟฟาบวก

ตารางท 2.7 คาอเลกโทรเนกาตวตของธาตในหมตาง ๆ ในตารางธาต

พนธะโคเวเลนตระหวางอะตอมทมคาอเลกโทรเนกาตวตเทากน พนธะในโมเลกลกาซไฮโดรเจน (H2)

กลมหมอกอเลกตรอนของ H2 แสดงอะตอมของไฮโดรเจน ใชอเลกตรอนรวมกน

อะตอมทงสองในโมเลกล H2 มการกระจายอเลกตรอนเทากน อเลกตรอนครวมพนธะจะถกดงดดดวยนวเคลยสของอะตอมทงสองดวยแรงเทา ๆ กน เพราะอะตอมทงสองมคาอเลกโทรเนกาตวตเทากน ดงนนพนธะโคเวเลนตของโมเลกล H2 จงไมแสดงอานาจขวไฟฟาบนพนธะดานใดดานหนง เรยกพนธะโคเวเลนตทเกดขนนวา พนธะโคเวเลนตไมมขว ( Non - polar covalent bond)

63

ลกษณะสาคญของพนธะโคเวเลนตไมมขว 1. เปนพนธะโคเวเลนตทเกดกบคอะตอมของธาตชนดเดยวกน 2. เปนพนธะโคเวเลนตทมการกระจายอเลกตรอนใหแตละอะตอมเทากน 3. พนธะโคเวเลนตไมมขวอาจจะเกดกบพนธะโคเวเลนตชนดพนธะเดยว เชน Cl – Cl พนธะโคเวเลนตชนดพนธะค เชน O = O และพนธะโคเวเลนตชนดพนธะสาม เชน N ≡ N 4. พนธะโคเวเลนตทไมมขวเกดในโมเลกลใดเรยกวา โมเลกลไมมขว (non- polar molecule)

พนธะโคเวเลนตระหวางอะตอมทมคาอเลกโทรเนกาตวตตางกน พนธะในโมเลกลของไฮโดรเจนคลอไรด (HCl)

อะตอมทงสองมการกระจายอเลกตรอนไมเทากน อเลกตรอนครวมพนธะจะถกดงดดโดยนวเคลยสของอะตอมของธาตตางชนดทงสองดวยแรงทไมเทากน เพราะอะตอมทงสองมคาอเลกโทรเนกาตวตตางกน อะตอมของธาตทมคาอเลกโทรเนกาตวตสงกวาจะดงดดอเลกตรอนไดดกวา ทาใหอะตอมของธาตนนมความหนาแนนของอเลกตรอนมากกวา จะแสดงอานาจขวไฟฟาลบ สวนอะตอมของธาตทมคาอเลกโทรเนกาตวตตากวาจะแสดงอานาจขวไฟฟาบวก เรยกพนธะโคเวเลนตทเกดขนนวา พนธะโคเวเลนตมขว (polar covalent bond) ลกษณะสาคญของพนธะโคเวเลนตมขว 1. พนธะโคเวเลนตมขวเกดกบคอะตอมของธาตตางชนดกนทมคาอเลกโทรเนกาตวตตางกน 2. เปนพนธะโคเวเลนตทมการกระจายอเลกตรอนในแตละอะตอมไมเทากน 3. พนธะโคเวเลนตมขวเกดในโมเลกลใด โมเลกลนนจะมขวหรออาจจะไมมขวกได แตถาพนธะโคเวเลนตมขว เกดในโมเลกลทมเพยง 2 อะตอม โมเลกลนนตองเปนโมเลกลมขวเสมอ

การเขยนสญลกษณแสดงขวของพนธะ

ใชเครองหมาย δ อานวา เดลตา โดยกาหนดใหวา พนธะมขวใดทอะตอมแสดงอานาจไฟฟาลบ

(เปนอะตอมทมคาอเลกโทรเนกาตวตสง) ใชเครองหมายแทนดวย −δ และพนธะโคเวเลนตมขวใดท

64

อะตอมแสดงอานาจไฟฟาบวก ( เปนอะตอมทมคาอเลกโทรเนกาตวตตา ) ใชเครองหมายแทนดวย +δ เชน HF และ ClF

H F Cl F

δ+ δ− δ+ δ−

ถาอะตอมกลางในโมเลกลโคเวเลนตเกดหลายพนธะ ใหพจารณาขวพนธะแตละพนธะ เชน H2O , NH3 และ CH3Cl

สภาพขวของพนธะโคเวเลนต (Polarity of covalent bond) คอ ความแรงของขวของพนธะ โคเวเลนต กลาวคอ พนธะโคเวเลนตใดทมอะตอมของธาตทงสองมผลตางของคาอเลกโตรเนกาตวตมาก ขวของพนธะโคเวเลนตมขวนนจะมอานาจขวไฟฟามาก คอ มสภาพขวแรง สวนพนธะโคเวเลนตใดทมอะตอมของธาตทงสองมผลตางของคาอเลกโตรเนกาตวตนอย ขวของพนธะโคเวเลนตมขวนนจะมอานาจไฟฟานอย คอ มสภาพขวตา เชน HCl H ม EN = 2.20 Cl ม EN = 3.16 ผลตางของคา EN ของอะตอม H กบ Cl = 3.16 - 2.20 = 0.96 FCl F ม EN = 3.98 Cl ม EN = 3.16 ผลตางของคา EN ของอะตอม F กบ Cl = 3.98 - 3.16 = 0.82 จะเหนไดวาผลตางของคา EN ทเกดจากธาตของพนธะ H - Cl มากกวาของพนธะ F - Cl ดงนนขวของพนธะ H - Cl มสภาพขวแรงกวา ขวขอพนธะ F - Cl

65

การเปรยบเทยบสภาพขวของพนธะระหวางอะตอม พจารณาไดจากผลตางของคาอเลกโตรเนกาตวตดงน

รปท 2.5 พจารณาสมบตความเปนไอออนกกบคาอเลกโตรเนกาตวต

สรป การพจารณาชนดของพนธะจากผลตางของคาอเลกโตรเนกาตวต ดงน พนธะโคเวเลนต Δ EN < 1.2 พนธะโคเวเลนตมขว 1.2 < EN < 1.8 พนธะไอออนก Δ EN > 1.8

ขวของโมเลกล

จากความรเรองพนธะโเวเลนตมขว และพนธะโคเวเลนตไมมขวสามารถนามาแบงประเภทของโมเลกลโคเวเลนตไดเปนโมเลกลมขว และโมเลกลไมมขว แตโมเลกลโคเวเลนตใดจะเปนโมเลกลมขว หรอ ไมมขวนนสามารถพจารณาไดดงน

ก. โมเลกลทมเพยง 2 อะตอม ถาโมเลกลโคเวเลนตใดมเพยง 2 อะตอม และเปนอะตอมของธาตชนดเดยวกน พนธะทเกดขนใน

โมเลกลเปนพนธะโคเวเลนตไมมขว ดงนน โมเลกลกจะเปนโมเลกลไมมขวดวย เชน H2 , O2 , N2

ถาโมเลกลโคเวเลนตใดมเพยง 2 อะตอม และเปนอะตอมของธาตตางชนดกน พนธะทเกดขนในโมเลกลเปนพนธะโคเวเลนตมขว ดงนนโมเลกลกจะเปนโมเลกลมขวดวย เชน HCl , ClF , HI

δ−δ+H Cl เขยนทศทางของแรงลพธเปนดงน

หมายเหต เครองหมาย เขยนแทนทศทางของแรงดงดดอเลกตรอน เรยกวาdipole moment

66

ข. โมเลกลทม 3 อะตอมหรอมากกวา

ถาโมเลกลทเกดจากพนธะมขว และมรปรางของโมเลกลสมมาตร โมเลกลนนจะเปนโมเลกลไมม

ขว เพราะมผลรวมของทศทางของแรงดงดดอเลกตรอนทงหมดในโมเลกลเปนศนย เชน

BeCl2 Cl Be Clδ+ δ+δ− δ−

เขยนทศทางของแรงเปนดงน Be

Cเขยนทศทางของแรงเปนดงนδ−δ− δ+δ+

O C OCO2

BF3

B

F

F F

เขยนทศทางของแรงเปนดงนโมเลกลมรปรางสมมาตรแรงทงสามจงหกลางกนหมดดงนนโมเลกลจงเปนโมเลกลไมมขว

B

δ−

δ−δ−

δ+δ+ δ+

CH4H

C

δ+

δ+H

δ+H

δ+H

δ−δ−

δ−

δ−

เขยนทศทางของแรงเปนดงนโมเลกลมรปรางสมมาตรแรงทงสจงหกลางกนหมดดงนนโมเลกลจงเปนโมเลกลไมมขว

C

โมเลกลทมรปรางสมมาตร

จะตองเปนโมเลกลทอะตอมกลางไมมเวเลนตอเลกตรอนคโดดเดยว และอะตอมกลางในโมเลกลตองสรางพนธะชนดเดยวกนหมด นอกจากนโมเลกลทมพนธะชนดเดยวกน 4 พนธะแตอะตอมกลางมอเลกตรอนคโดดเดยวเหลอ 2 ค กจดเปนโมเลกลทมรปรางสมมาตรชนดหนง เชน มเทน (CH4) อะตอมกลางคอ C ไมมเวเลนตอเลกตรอนคโดดเดยว และอะตอม C สรางพนธะกบอะตอม H ชนดเดยวกนทง 4 พนธะ คอ C - H ดงนน โมเลกล CH4 จงเปนโมเลกลทมรปรางสมมาตร

67

CH4 โมเลกลไมมขว

หมายเหต สาหรบโมเลกลทมพนธะโคเวเลนตไมมขว และมพนธะรอบอะตอมตงแต 2 พนธะขนไป และอะตอมกลางมอเลกตรอนคโดดเดยวเหลอยอยางนอย 1 ค โมเลกลเหลาน จดเปนโมเลกลมขวเลกนอย และสงทแสดงขวของโมเลกลกคอ อเลกตรอนคโดดเดยวทอะตอมกลาง เชน O3

OO O

T C TC

T

TT

เสนตรง (linear) สามเหลยมแบนราบ (Trigonal planar

T

T

T

CT

T

พระมดคฐานสามเหลยม(Trigonal bipyramidal)

T

TC

T

T

ทรงสหนา (Tetrahrdal)

T

TC

T

T

T

T

ทรงแปดหนา (Octahedral)

C = อะตอมกลาง T = อะตอมทลอมรอบเหมอนกนทกอะตอม รปท 2.6 โมเลกลทมรปรางสมมาตรและเปนโมเลกลไมมขว

68

C = อะตอมกลาง T = อะตอมทลอมรอบเหมอนกนทกอะตอม ถาโมเลกลทเกดจากพนธะมขว และมรปรางของโมเลกลไมสมมาตร โมเลกลนนจะเปนโมเลกลมขว เพราะมผลรวมของทศทางของแรงดงดดอเลกตรอนทงหมดในโมเลกลไมเทากบศนยหรอมแรงลพธเกดขน เชน

H H

O

HH

HN

H2Oเขยนทศทางของแรงและแรงลพธเปนดงน O

HH

HC

Cl

NH3 เขยนทศทางของแรงและแรงลพธเปนดงนO

CH3Cl เขยนทศทางของแรงและแรงลพธเปนดงน

O

แทนทศทางของแรงดงดดอเลกตรอนเปนแรงยอยแทนทศทางของแรงลพธของแรงดงดดอเลกตรอนทงหมดในโมเลกล

โมเลกลทมรปรางไมสมมาตร

จะตองเปนโมเลกลทอะตอมกลางมเวเลนตอเลกตรอนคโดดเดยว เชน โมเลกลแอมโมเนย (NH3) มอะตอม N เปนอะตอมกลางใชอเลกตรอนสรางพนธะกบอะตอม H 3 พนธะ แลวยงเหลอเวเลนตอเลกตรอนคโดดเดยว 1 ค ดงนนโมเลกลของแอมโมเนยเปนโมเลกลทมรปรางไมสมมาตร นอกจากนโมเลกลทมรปรางไมสมมาตรอาจจะหมายถง โมเลกลทอะตอมกลางใชเวเลนตอเลกตรอนสรางพนธะทงหมด แตพนธะรอบอะตอมกลางเปนพนธะตางชนดกน เชน โมเลกลคลอโรมเทน (CH3Cl) มอะตอมกลางใชเวเลนตอเลกตรอนสรางพนธะกบอะตอม H 3 พนธะ และกบอะตอมของ Cl 1 พนธะ อะตอม C มพนธะทงหมด 4 พนธะเปนพนธะตางชนดกน ดงนนโมเลกลของคลอโรมเทนเปนโมเลกลมรปรางไมสมมาตร

69

CH3Cl โมเลกลมขว

การพจารณาขวของโมเลกลโดยใชหลกผลบวกทางเรขาคณตของขวของพนธะ นยมใชสญลกษณแสดงขวของพนธะดงน

Li+ - F- เขยนแทนดวย + - หรอ + - ผลบวกทางเรขาคณตของขวของพนธะ ซงคานงถงความยาวและทศทางสาคญ

A + ผลรวมเปน หรอ

B + ผลรวมเปน หรอ

C + ผลรวมเปน หรอ

รปท 27 ผลบวกทางเรขาคณตของขวของพนธะในทศทางตาง ๆ จากหลกการขางตนสามารถนามาใชพจารณาหาวาโมเลกลใดมขวหรอไมมขว ดงน ก. โมเลกลของ BeF2 มรปรางเปนเสนตรง ดงนนขวของพนธะชไปในทศทางตรงกน ขาม ดงน

70

ข. โมเลกลของ BF3 มรปรางเปนสามเหลยมแบนราบ ทศทางของขวของพนธะทง 3 พนธะดงน

เมอนาผลรวมของขวของพนธะมารวมกน จะเทากบศนยดงรป

ค. โมเลกลของ OF2 มรปรางเปน มมงอ ทศทางของขวของพนธะทง 2 พนธะดงน

เมอนาผลรวมของขวของพนธะมารวมกน ดงรป

ง. โมเลกลของ NF3 มรปรางเปน พระมดฐานสามเหลยม ทศทางของขวของพนธะทง 3 พนธะดงน

71

เมอนาผลรวมของขวของพนธะมารวมกน ดงรป

แบบฝกหดท 2.7

1. จงเปรยบเทยบสภาพขวระหวางคอะตอมตอไปน 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

Li - F และ Li - I C - S และ P - P C - O และ C - S H - F และ H - I B - C และ B - F C - Si และ C - S

2 สารตอไปน สารใดเปนโมเลกลมขว และเขยนภาพแสดงทศทางของขวในโมเลกล ก. BFCl2 ข. NH2Cl ค. SCl2

3. จงทานายมมระหวางพนธะ S - C - S และ H - S - H ใน CS2 และ H2S 4. จงยกตวอยาง 4.1 โมเลกลไมมขว และมพนธะไมมขว 4.2 โมเลกลไมมขว แตมพนธะมขว 4.3 โมเลกลมขว และมพนธะมขว 4.4 โมเลกลมขว แตมพนธะไมมขว 5. จงบอกวาสารใดเปนโมเลกลโคเวเลนตมขวและไมมขว PH3 , H2Se , PBr5 , BF3 , SO3 , SiCl4 , SnCl2 , C2H2

6. ถาแทน H ดวย Cl ใน CH4 ไดสารประกอบตาง ๆ เปนอนกรมคอ CH4 , CH3Cl , CH2Cl2 , CHCl3 และ CCl4 สารใดเปนโมเลกลมขว และสารใดเปนโมเลกลไมมขว

72

7. เอธลน C2H4 เปนโมเลกลรปรางแบนราบ มโครงสรางคอ

C = C

H

H

HH

ถาอะตอม H ถกแทนดวยอะตอม Cl เกดสารประกอบเปนอนกรม C2H4 , C2H3Cl , C2H2Cl2 , C2HCl3 , และ C2Cl4 โมเลกลใดมขว และโมเลกลใดไมมขว