ว 3.1 เขาใจสมบตของสารความสมพนธระหวางสมบตของสารกบโครงสรางและแรงยดเหนยว

ระหวางอนภาค มกระบวนการสบเสาะหาความรและจตวทยาศาสตร สอสารสงทเรยนรและน า

ความรไปใชประโยชน

วเคราะหและอธบายการเกดพนธะเคมในโครงผลกและโมเลกลของสาร

- แรงยดเหนยวระหวางไอออนหรออะตอมของธาตใหอยรวมกนเปนโครงผลก

หรอโมเลกล เรยกวาพนธะเคม

- พนธะเคมแบงออกเปนพนธะไอออนก พนธะโคเวเลนต และพนธะโลหะ

1. เปรยบเทยบความยาวพนธะและพลงงานพนธะ ในโมเลกลโคเวเลนตได

2. ค านวณหาพลงงานของปฏกรยาในการเกดปฏกรยาเคมของสารประกอบโคเวเลนตได

3. อธบายแนวคดเกยวกบการเกดเรโซแนนซในโมเลกลโคเวเลนตได

ตวชวด

จดประสงคการเรยนร

สาระการเรยนรแกนกลาง

มาตรฐาน

พลงงานพนธะ ความยาวพนธะ และแนวคดเกยวกบเรโซแนนซ พลงงานพนธะ ( Bond energy ) คอพลงงานทใชไปเพอสลายพนธะระหวางอะตอมภายในโมเลกล ซงอยในสถานะแกสใหแยกออกจากกนเปนอะตอมในสถานะแกส เชน

1. H2(g) + 436 kJ 2H(g) 2. HBr(g) + 366 kJ H (g) + Br(g) พลงงานพนธะจะบอกความแขงแรงของพนธะ พนธะทแขงแรงมากจะมพลงงานพนธะมาก พนธะทแขงแรงนอยจะมพลงงานพนธะนอย สามารถเรยงพลงงานพนธะในพนธะโคเวเลนตไดดงน

พลงงานพนธะ : พนธะสาม > พนธะค >พนธะเดยว

การสลายพนธะชนดเดยวกนในสารตางชนดกน จะใชพลงงานไมเทากน เชน พนธะ C-H ใน CH4(g) และใน C2H6(g) มคาไมเทากนดงสมการ

CH4(g) + 423 kJ CH3(g) + H (g) C2H6(g) + 400 kJ C2H5(g) + H(g)

ใบความร

พลงงานพนธะระหวาง H ใน H2 มคาเทากบ 436 kJ/mol นนคอ ในการสลายพนธะ H-H(g) 1 โมล ใหได 2H(g) จะตองใชพลงงานเทากบ 436 kJ

พลงงานพนธะระหวาง H กบ Brใน HBr(g) มคาเทากบ 366 kJ/mol นนคอ ในการสลายพนธะ H-Br(g) 1 โมล ใหได H(g) และ Br(g)

จะตองใชพลงงานเทากบ 366 kJ

นอกจากนนการสลายพนธะชนดเดยวกนในโมเลกลทมหลายพนธะ ซงตองมการสลายพนธะหลายขนตอน ในแตละขนตอนจะใชพลงงานไมเทากน เชน พนธะ C-H ในโมเลกล CH4 (g) ในแตละขนตอนใชพลงงาน ดงน

CH4(g) + 423 kJ CH3(g) + H(g) CH3(g) + 368 kJ CH2(g) + H(g) CH2(g) + 519 kJ CH(g) + H(g)

CH(g) + 335 kJ C(g) + H(g)

ดวยสาเหตดงกลาวเราจงตองใชคาเฉลยแทนและเรยกวา พลงงานพนธะเฉลย ( Average bond energy ) เชน กรณของพนธะ C-H มคาพลงงานพนธะเฉลยเทากบ 413 kJ/mol ความยาวพนธะ ( Bond length ) หมายถง ระยะทางระหวางนวเคลยสของอะตอมสองอะตอม ทสรางพนธะในโมเลกล ระยะนจะท าใหโมเลกลมพลงงานต าสดและเสถยรทสดจะเกดการผลกกน หรอดงดดกนนอยทสด แตเนองจากระยะทางระหวางนวเคลยสของอะตอมทเกดพนธะกนไมแนนอน เนองจากอะตอมมการสนสะเทอนอยตลอดเวลา นอกจากนนความยาวพนธะระหวางอะตอมคหนง ทเกดพนธะชนดเดยวกนในโมเลกลตางชนดกนอาจจะไมเทากน แตจะมคาใกลเคยงกน ดงนน เมอกลาวถงความยาวพนธะจะหมายถง ความยาวพนธะเฉลย ( Average bond length ) อะตอมบางค เชน C กบ C , O กบ O , N กบ N เปนตน สามารถเกดพนธะไดมากกวา 1 ชนด และพนธะแตละชนดทเกดขนนนจะมความยาวพนธะตางกน คอ ความยาวพนธะ พนธะเดยวมความยาวพนธะมากกวาพนธะคและพนธะคมความยาวมากกวาพนธะสาม

ความยาวพนธะ : พนธะเดยว > พนธะค > พนธะสาม

การสลายพนธะและการเกดพนธะ ( Bond dissociation and bond formation ) การสลายพนธะ เปนการเปลยนแปลงประเภทดดพลงงาน เพราะเราตองใชพลงงานแกระบบเพอใช

ในการสลายพนธะระหวางอะตอมในโมเลกลใหแยกออกจากกนกลายเปนอะตอม เชน การสลายพนธะในโมเลกลของไฮโดรเจนออกเปนไฮโดรเจนอะตอม ดงสมการ

H-H (g) + 436 kJ 2H (g)

หรออาจเขยนไดดงน H-H (g) 2H (g) H = + 436 kJ/mol จากสมการ เปนการสลายพนธะในโมเลกลของไฮโดรเจน 1 โมลพนธะ ( 6.02 x 1023 พนธะ ) ไดไฮโดรเจนอะตอม 2 โมลอะตอม ตองใชพลงงาน 436 kJ ซงแสดงวาพลงงานของไฮโดรเจนอะตอม 2 โมลอะตอมมคามากกวาพลงงานของแกสไฮโดรเจน 1 โมลโมเลกล

หมายเหต : H เปนบวก หมายความวา เปนการเปลยนแปลงประเภทดดพลงงาน ถามคาเปนลบ หมายความวาเปนการเปลยนแปลงประเภทคายพลงงาน

การเกดพนธะ เปนการเปลยนแปลงประเภทคายพลงงาน มการถายเทพลงงานจากระบบ สสงแวดลอม เชน การเกดโมเลกลของแกสไฮโดรเจนจากการรวมตวของอะตอมไฮโดรเจน ดงสมการ

2H (g) H-H (g) + 436 kJ หรออาจเขยนไดดงน

2H (g) H-H (g) H = - 436 kJ/mol จากสมการ เมอไฮโดรเจนอะตอม 2 โมลอะตอม รวมตวกนเกดพนธะไดโมเลกลไฮโดรเจน

1 โมลโมเลกลคายพลงงานเทากบ 436 kJ ซงแสดงวาพลงงานไฮโดรเจนอะตอม 2 โมลอะตอมมากกวาพลงงานของโมเลกลไฮโดรเจน 1 โมลโมเลกล

หมายเหต : ในสารชนดเดยวกนพลงงานทใชสลายพนธะกบพลงงานทไดจาก การเกดพนธะมคาเทากน

คายพลงงาน 431 kJ คายพลงงาน 431 kJ

ดดพลงงาน

242 kJ

ดดพลงงาน

436 kJ เก

ดพนธ

ะ

เกดพ

นธะ

H H

Cl Cl

พนธะสลาย

พนธะสลาย

+ +

H H

Cl Cl

H Cl H Cl

ประเภทของปฏกรยาเคม ในการเกดปฏกรยาเคมทกครงจะตองมการสลายพนธะในสารเดม และเกดพนธะขนใหม ในสารใหม เชน ปฏกรยาระหวางแกสไฮโดรเจน ( H2 ) กบแกสคลอรน ( Cl2 ) กลายเปนแกสไฮโดรเจน คลอไรด ( HCl ) จะตองสลายพนธะระหวางอะตอมไฮโดรเจน ( H-H ) และพนธะระหวางอะตอมคลอรน ( Cl-Cl ) กอน แลวจงเกดพนธะใหมระหวางอะตอมของไฮโดรเจน ( H ) กบอะตอมคลอรน ( Cl ) กลายเปนแกสไฮโดรเจนคลอไรด ( HCl ) ดงสมการ

H-H + Cl-Cl 2H-Cl

รป 3.1 ปฏกรยาระหวางแกสไฮโดรเจน ( H2 ) กบแกสคลอรน ( Cl2 ) กลายเปน แกสไฮโดรเจนคลอไรด ( HCl )

เมอพจารณาในแงของพลงงาน เราสามารถแบงปฏกรยาเคมออกเปน 2 ประเภท คอ 1. ปฏกรยาดดพลงงานหรอดดความรอน ( Endothermic Reaction ) คอ ปฏกรยาทใชพลงงาน ในการสลายพนธะเดมมากกวาพลงงานทไดจากการเกดพนธะใหม ซงเปนปฏกรยาทพลงงานถายเท จากสงแวดลอมเขาสระบบ 2. ปฏกรยาคายพลงงานหรอคายความรอน ( Exothermic Reaction ) คอ ปฏกรยาทใชพลงงาน ในการสลายพนธะเดมนอยกวาพลงงานทไดจากการเกดพนธะใหม ซงเปนปฏกรยาทพลงงานถายเท จากระบบไปสสงแวดลอม

พลงงานของปฏกรยา ( ) ค านวณไดจากพลงงานพนธะโดยอาศยหลกการทวา สารตงตนทกตว ตองดดพลงงานเพอใชในการสลายพนธะเดมออกใหหมด และผลตภณฑตองมการสรางพนธะขนมาใหมจะคายพลงงานออกมา

ถาระบบดดพลงงาน > คายพลงงาน ปฏกรยาจะดดพลงงาน = พลงงานทดด - พลงงานทคาย ถาระบบคายพลงงาน > ดดพลงงาน ปฏกรยาจะคายพลงงาน = พลงงานทคาย - พลงงานทดด ตวอยางท 1 จงค านวณพลงงานความรอนในการเกด HCl จากปฏกรยา

H - H (g) + Cl - Cl (g) 2 H - Cl (g)

ก าหนดพลงงานพนธะ H - H = 436 kJ/mol

Cl - Cl = 242 kJ/mol

H - Cl = 431 kJ/mol

วธท า

พนธะทสลาย ม (H - H) 1 โมล

(Cl - Cl) 1 โมล

พลงงานทใชสลายพนธะทงหมด = H - H + Cl - Cl

= 436 + 242 kJ

= 678 kJ

พนธะทเกดม ( H - Cl ) 2 โมล

พลงงานทเกดจากการสรางพนธะทงหมด = 2 (H - Cl)

= 2 (431) kJ

= 862 kJ

พลงงานความรอนของปฏกรยา = (678) - (862) = -184 kJ

ตวอยางท 2 จงประมาณคาพลงงานความรอนทเปลยนแปลงในการเกดไฮดราซน (N2H4)

ก าหนดพลงงานพนธะ NN = 945 kJ/mol

H - H = 436 kJ/mol

N - N = 163 kJ/mol

N - H = 391 kJ/mol

สมการของปฏกรยาคอ

วธท า

พนธะทสลายม (NN) 1 โมล , (H - H) 2 โมล

พนธะทสรางม (N - N) 1 โมล , (N - H) 4 โมล

= [D(NN) + 2 D(H - H)] - [D(N - N) + 4 D(N - H)]

= [ 945 + 2(436) ] - [ 163 + 4(391)]

= +90 kJ

เรโซแนนซ (resonance) คอ ปรากฏการณทไมสามารถเขยนสตรโครงสรางเพยงหนงสตรเพอแทนสมบต ของสารบางชนดไดอยางถกตอง ตองเขยนสตรมากกวา 1 สตร จงจะตรงกบสมบตทแทจรงของสารนน เชน ซลเฟอรไดออกไซด ( SO2 ) สามารถเขยนสตรแบบจดหรอสตรแบบเสนใหเปนไปตามกฎออกเตตได 2 แบบ ดงน

เนองจาก ก ามะถนเกดพนธะคกบออกซเจน 1 อะตอม และพนธะเดยวกบออกซเจนอก 1 อะตอม

ดงนนความยาวพนธะและพลงงานพนธะของพนธะทงสองควรแตกตางกน แตจากการทดลองพบวา ความยาวพนธะและพลงงานพนธะของทงสองพนธะเทากน ( 143 pm ) แสดงวาพนธะระหวางก ามะถน และออกซเจนทงสองพนธะเหมอนกนทกประการ ดงนนสตรโครงสรางทแทจรงของ SO2 จงไมใชสตรแบบท 1 และ 2 ขางตน ซงกรณนเราตองเขยนสตรโครงสรางสองแบบแทนสตรโครงสรางของโมเลกล SO2 หรออาจ

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

H

H

H

S

O O

แบบท 1

S

O O

แบบท 2

เขยนโครงสรางแบบเดยวทใชแทนสมบตของโมเลกลได โครงสรางดงกลาวเรยกวา เรโซแนนซไฮบรด ( Resonance Hybrid ) ซงสามารถเขยนไดดงน

สตรแบบท 1 และ 2 เรยกวา โครงสรางเรโซแนนซ สวนสตรขางตน เรยกวาเรโซแนนซไฮบรด ของสตรแบบท 1 และ 2 จากการศกษาความยาวพนธะระหวางก ามะถนกบออกซเจนใน SO2 พบวา มคาอยระหวางพนธะเดยวและพนธะคของก ามะถนกบออกซเจน สามารถอธบายไดวา จ านวนอเลกตรอนท S 1 อะตอม และ O 2 อะตอม ใชรวมกน 3 ค ซงเหมอนกบการท ก ามะถนและออกซเจนใชอเลกตรอนรวมกน 1.5 ค เกดพนธะกงเดยวกงค คอ จ านวนอเลกตรอนทง 3 ค มอย 2 คทอยระหวางก ามะถน กบออกซเจนทงสองอะตอม สวนอเลกตรอนอกคหนง จะเคลอนทไปมาระหวางอะตอมของก ามะถน กบออกซเจนทงสองแทนดวยเสนประ จงท าใหพลงงานพนธะและความยาวพนธะระหวางก ามะถน กบออกซเจนทงสองอะตอมเทากน

S O O

เรโซแนนซไฮบรด

กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร รายวชาเคมเพมเตม ว 30221 ชนมธยมศกษาปท 4

ค าชแจง

1. แบบทดสอบหลงเรยน ชดท 3 ใชทดสอบความรของนกเรยนหลงเรยน

เรอง พลงงานพนธะความยาวพนธะ และแนวคดเกยวกบเรโซแนนซ

จ านวน 10 ขอ ขอละ 1 คะแนน คะแนนเตม 10 คะแนน ใชเวลา 10 นาท

2. ใหนกเรยนเลอกค าตอบทถกทสดและท าเครองหมาย X ลงในกระดาษค าตอบ

1. สารใดตอไปนมความยาวพนธะนอยทสด ก. PCl3 ข. CO2 ค. N2 ง. XeF2 2. สารใดตอไปนนาจะตองใชพลงงานในการสลาย พนธะมากทสด ก. O2 ข. N2 ค. Cl2 ง. H2 3. พจารณาความยาวพนธะในโมเลกลตอไปน 1. CO2 2. CH3OH 3. CO การเรยงล าดบความยาวพนธะระหวาง C กบ O จากมากไปหานอยในโมเลกลเหลานขอใดถกตอง ก. 1 2 3 ข. 2 3 1 ค. 2 1 3 ง. 3 2 1

4. จากปฏกรยา A2(g) + B2(g) 2AB(g)

ถาพลงงานในการสลายพนธะของ A2เทากบ 436

กโลจล ของ B2เทากบ 242 กโลจล และพลงงาน

ในการสลายพนธะของ A-B เทากบ 431 กโลจล ปฏกรยาขางตนจะมปรมาณความรอนของปฏกรยา กกโลจล ก. 184 kJ ข. 287 kJ ค. 578 kJ ง. 862 kJ 5. พลงงานพนธะระหวางคารบอนกบคารบอน ในโมเลกลใดมคามากทสด ก. C3H7OH ข. C2H2Br2

ค. C2H2 ง. C6H14

แบบทดสอบหลงเรยน

6. ชนดของพนธะ พลงงานพนธะ (kJ/mol)

C-H C-C C=C

413 348 614

จากตารางขางบนน ถาตองการสลายพนธะทงหมด ในสารประกอบ C2H4(เอทลน) จะตองใชพลงงาน

กกโลจลตอโมล ก. 1,652 kJ/mol ข. 2,266 kJ/mol ค. 3,614 kJ/mol ง. 4,174 kJ/mol 7. ก าหนดใหพลงงานพนธะ (หนวย kJ/mol) H-H = 436 H-F = 567 F-F = 159 Cl-Cl = 242 H-I = 298 Cl-F = 253 I-I = 151 การเปลยนแปลงในขอใดเปนกระบวนการ ดดพลงงาน ก. H2(g) + F2(g) 2HF(g)

ข. Cl2(g) + F2(g) 2ClF(g)

ค. 2HI(g) H2(g) + I2(g)

ง. C(g) + 2O(g) CO2(g)

8. ตอไปนขอใดเปนการเปลยนแปลงแบบคาย พลงงาน 1. C(g) + 2O(g) CO2(g)

2. H2O(s) H2O(g)

3. F2(g) + 2e 2F-(g)

ก. 2เทานน ข. 1 และ 2 ค. 3 เทานน ง. 1 และ 3 9. สารในขอใดตอไปนไมเกดเรโซแนนซ ก. CO2 ข. SO2 ค. O3 ง. NO2 10. พจารณาขอความตอไปน 1. ปรากฏการณทท าใหสามารถเขยน โครงสรางลวอสไดมากกวา 1 แบบ เรยกวาการเกดเรโซแนนซ 2. สารประกอบทสามารถเกดเรโซแนนซได ตองมพนธะคในโมเลกลตดกนสองทขนไป 3. สารประกอบทมพนธะคสลบเดยวไม สามารถเกดเรโซแนนซได 4. คาความยาวพนธะในพนธะเดยวและพนธะค ในโมเลกลทเกดเรโซแนนซมความยาว เทากน ขอใดกลาวถกตอง ก. 1, 2, 3 ข. 1, 4 ค. 2, 3 ง. 1 เทานน

ชดท 3 เรอง พลงงานพนธะความยาวพนธะ และแนวคดเกยวกบเรโซแนนซ

ตวเลอก

หวขอ

ก ข ค ง

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ชอ ................................. นามสกล .................................... ชน ............ เลขท ..........

คะแนนเตม 10

คะแนนทสอบได

ลงชอ ………………………………………. ผตรวจ

(.............................................................)

วนท ............. เดอน .............................. พ.ศ.

..............

กระดาษค าตอบแบบทดสอบหลงเรยน

ชดท 3 เรอง พลงงานพนธะความยาวพนธะ และแนวคดเกยวกบเรโซแนนซ

เฉลยแบบทดสอบหลงเรยน

1) ค.

2) ข.

3) ค.

4) ก.

5) ค.

6) ข.

7) ค.

8) ง.

9) ก.

10) ข.

เฉลยแบบทดสอบหลงเรยน

สถาบนสงเสรมการสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย. คมอครรายวชาเพมเตม เคม เลม 1 ชนมธยมศกษาปท 4-6 กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร ตามหลกสตรแกนกลาง

การศกษาขนพนฐาน พทธศกราช 2551. กรงเทพมหานคร: โรงพมพ สกสค. ลาดพราว, 2553

หนงสอเรยนรายวชาเพมเตม เคม เลม 1 ชนมธยมศกษาปท 4-6 กลมสาระการเรยนร วทยาศาสตร ตามหลกสตรแกนกลาง การศกษาขนพนฐาน พทธศกราช 2551. กรงเทพมหานคร: โรงพมพ สกสค. ลาดพราว, 2553

สทศน ไตรสถตวร. เคม ม.4 เลม 1. กรงเทพมหานคร: ไทเนรมตกจ อนเตอร โปรเกสซฟ จ ากด 2553.

บรรณานกรม