พันธะเคมี

 

พันธะเคมี ( Chemical Bond) คือ แรงยึดเหนี่ยวที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมหรือกลุ่มของอะตอมเพื่อเกิดเป็นกลุ่มที่เสถียรและเป็นอิสระในระดับโมเลกุล ลักษณะเฉพาะที่สำคัญของพันธะเคมีในโมเลกุลคือจะปรากฏในบริเวณระหว่างนิวเคลียสของอะตอม ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงพลังงานจนอยู่ในช่วงที่เหมาะสม ซึ่งอาจจะเกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ พันธะไอออนิก หรือพันธะโลหะ ได้ อนึ่ง การศึกษาเรื่องพันธะเคมีทำให้สามารถเข้าใจและทำนายสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของสารได้

พันธะโลหะ

     พันธะโลหะ ( Metallic bonding) เป็นพันธะภายในโลหะซึ่งเกี่ยวข้องกับ การเคลื่อนย้าย อิเล็กตรอน อิสระระหว่างแลตทิซของอะตอมโลหะ ดังนั้นพันธะโลหะจึงอาจเปรียบได้กับเกลือที่หลอมเหลวอะตอมของโลหะมีอิเล็กตรอนพิเศษเฉพาะในวงโคจรชั้นนอกของมันเทียบกับคาบ (period) หรือระดับพลังงานของพวกมัน อิเล็กตรอนที่เคลื่อนย้ายเหล่านี้เปรียบได้กับทะเลอิเล็กตรอน(Sea of Electrons) ล้อมรอบแลตทิชขนาดใหญ่ของไอออนบวก ยังไม่สามารถเขียนเป็นสูตรทางเคมีได้ เพราะไม่ทราบจำนวนอะตอมที่แท้จริง พันธะโลหะอาจจะมีเป็นล้าน ๆ อะตอมก็ได้

แสดงการเกิดพันธะโลหะ

ข้อมูลพันธะโลหะ

  พันธะโลหะเทียบได้กับพันธะโควาเลนต์ที่เป็น นอน-โพลาร์ ที่จะไม่มีในธาตุโลหะบริสุทธ์ หรือมีน้อยมากในโลหะผสม ความแตกต่าง อิเล็กโตรเนกาทิวิตีระหว่างอะตอม ซึ่งมีส่วนในปฏิกิริยาพันธะ และอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาจะเคลื่อนย้ายข้ามระหว่างโครงสร้างผลึกของโลหะ พันธะโลหะเขียนสูตรทางเคมีไม่ได้ เพราะไม่ทราบจำนวนอะตอมที่แท้จริง อาจจะมีเป็นล้านๆ อะตอมก็ได้

  พันธะโลหะเป็นแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิต (electrostatic attraction) ระหว่างอะตอม หรือ ไออนของโลหะ และ อิเล็กตรอนอิสระ(delocalised electrons) นี่คือเหตุว่าทำไมอะตอมหรือชั้นของมันยอมให้มีการเลื่อนไถลไปมาระหว่างกันและกันได้ เป็นผลให้โลหะมีคุณสมบัติที่สามารถตีเป็นแผ่นหรือดึงเป็นเส้นได้

คุณสมบัติของพันธะโลหะ

•  นำความร้อนได้ดี

•  นำไฟฟ้าได้

•  รีดเป็นแผ่นได้ง่าย

•  ดึงเป็นเส้นยาว ๆ ได้โดยไม่ขาดง่าย

•  จุดหลอมเหลวสูง

•  มีความเป็นมันวาว

•  เชื่อมต่อกันได้

ตัวอย่างสารประกอบ

Na , Mg , Al , Fa , Cu

การนำไปใช้ประโยชน์

   ปัจจุบันนี้ มีโลหะหลายสิบชนิดที่นำมาใช้เป็นประโยชน์ในอุตสาหกรรม เพื่อทำเป็นเครื่องใช้สอยต่างๆ ชิ้นส่วนของเครื่องจักรกล เครื่องอำนวยความสะดวกต่างๆ โลหะที่พบมากในชีวิตประจำวันได้แก่ เหล็ก อะลูมิเนียม เงิน ทองแดง นิกเกิล โครเมียม ฯลฯ โลหะที่ใช้ส่วนใหญ่ใช้ทั้งในรูปที่เป็นโลหะชนิดเดียวบริสุทธิ์ เช่น ทองแดงใช้ทำสายไฟ อะลูมิเนียมใช้ทำภาชนะในครัวเรือน เพราะไม่ขึ้นสนิมง่าย และในรูปที่เป็นโลหะผสม เช่น ทองเหลือง สัมฤทธิ์ เหล็กกล้าผสม เป็นต้น มีการค้นคว้าหาโลหะ หรือโลหะผสมที่มีคุณสมบัติเด่นเฉพาะมากขึ้น เช่น โลหะที่มีน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงสูงเพื่อใช้กับอากาศยาน หรือโลหะที่ทนความร้อนสูง ทนต่อการสึกกร่อน (abrasion) วิวัฒนาการของโลหะต้องใช้เทคโนโลยีสูงทางด้านโลหะกรรม (metallurgy) ถึงแม้ว่าในปัจจุบันนี้จะมีวัตถุอื่น เช่น พอลีเมอร์ (polymer) เข้ามาใช้ประโยชน์แทนโลหะ แต่โลหะยังมีความสำคัญต่อไปอีก โดยเฉพาะเหล็กเทคโนโลยีทางด้านโลหะกรรมกำลังได้รับการพัฒนาอย่างเร่งรีบ โลหะที่ใช้ในอุตสาหกรรมแบ่งกว้างๆ ออกเป็น ๒ ประเภทคือ โลหะที่เป็นเหล็ก (ferrous metals) และโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก (non-ferrous metals) เหล็กเป็นโลหะที่ใช้มากที่สุดประมาณร้อยละ96ของโลหะที่ใช้ประโยชน์ในโลก และยังไม่มีแนวโน้มที่จะลดลง

พันธะไอออนิก

  พันธะไอออนิก (Ionic bonding) เป็นพันธะเคมีชนิดหนึ่ง เกิดจากที่อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมสร้างพันธะกันโดยที่อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมให้อิเล็กตรอนกับอะตอมหรือกลุ่มของอะตอม ทำให้กลายเป็นประจุบวก ในขณะที่อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่ได้รับอิเล็กตรอนนั้นกลายเป็นประจุลบ เนื่องจากทั้งสองกลุ่มมีประจุตรงกันข้ามกันจะดึงดูดกัน ทำให้เกิดพันธะไอออน โดยทั่วไปพันธะชนิดนี้มักเกิดขึ้นระหว่างโลหะกับอโลหะ โดยอะตอมที่ให้อิเล็กตรอนมักเป็นโลหะ ทำให้โลหะนั้นมีประจุบวก และอะตอมที่รับอิเล็กตรอนมักเป็นอโลหะ จึงมีประจุลบ ไอออนที่มีพันธะไอออนิกจะมีความแข็งแรงมากกว่าพันธะไฮโดรเจน แต่แข็งแรงพอ ๆ กับพันธะโคเวเลนต์

ข้อมูลพันธะไอออนิก

เป็นแรงยึดเหนี่ยวที่เกิดในสารประกอบที่เกิดขึ้นระหว่าง 2 อะตอมที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีต่างกันมาก โลหะส่วนใหญ่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีต่ำจึงเสียอิเล็กตรอนให้แก่อะตอมของอโลหะซึ่งมีค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีสูง และทำให้อิเล็กตรอนที่อยู่รอบ ๆ อะตอมครบ 8 ( octat rule ) โลหะกลายเป็นไอออนบวก และอโลหะกลายเป็นไอออนลบตามลำดับ เกิดแรงดึงดูดทางไฟฟ้าระหว่างไอออนบวกและไอออนลบ และเกิดเป็นโมเลกุลขึ้น โดยแรงดึงดูดจะแปรผันโดยตรงกับจำนวนประจุบวกและลบของไอออนทั้งสองที่ยึดติดกัน ดังนั้นค่าประจุยิ่งมาก แรงดึงดูดยิ่งมาก พันธะยิ่งแข็งแรง และแรงดึงดูดจะแปรผกผันกับระยะทางระหว่างไอออนทั้งสอง ไอออนบวกและไอออนลบอยู่ห่างกันมาก แรงดึงดูดจะน้อยลง

ตัวอย่างสารประกอบ

NaCI โซเดียมคลอไรด์ , CaF2แคลเซี่ยมฟลูออไรด์ , Na2so4 โซเดี่ยมวัลเฟต , CaCO3 แคลเซี่ยมคาร์บอเนต , FeCl2 โอร์รอน

คุณสมบัติของพันธะไอออนนิก

1.มีขั้ว (Polar nature) สารประกอบไอออนิกไม่ได้เกิดขึ้นเป็นโมเลกุลเดี่ยว แต่จะเป็นของแข็งซึ่งประกอบด้วยไอออนจำนวนมากซึ่งยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงยึดเหนี่ยวทางไฟฟ้า

2.นำไฟฟ้าได้ เมื่อใส่สารประกอบไอออนนิกลงในน้ำ ไอออนจะแยกออกจากัน ทำให้สารละลายนำไฟฟ้าได้ ในทำนองเดียวกัน สารประกอบที่หลอมเหลวจะนำไฟฟ้าได้ด้วย เนื่องจากเมื่อหลอมเหลวไอออนจะเป็นอิสระจากกัน เกิดการไหลเวียนอิเลคตรอน ทำให้อิเลคตรอนเคลื่อนที่จึงเกิดการนำไฟฟ้า

3.มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง เพราะต้องการพลังงานความร้อนในการทำลายแรงดึงดูดระหว่างไอออนให้กลายเป็นของเหลวหรือกลายเป็นไอตามที่ต้องการ

4.การละลาย (Solubility) สารประกอบไอออนิกจะละลายในน้ำแต่ไม่ละลายในเบนซีนหรือตัวทำละลายอินทรีย์ น้ำและตัวทำละลายชนิดมีขั้วอื่น ๆ จะมีค่า dielectric constant สูง ซึ่งจะทำให้แรงดึงดูดไฟฟ้าที่ดึงดูดระหว่างไอออนอ่อนลง ทำให้ไอออนแยกจากกัน 

การประทะกัน (interaction) ระหว่างไอออนและโมเลกุลที่มีขั้ว (Polar nature) จึงช่วยในขบวนการ dissociation (disssociation )

เป็นขบวนการที่สารแตกตัวออกเป็นไอออนเมื่อละลายในน้ำ) ตัวทำละลายอินทรีย์ มี dielectric constant ต่ำและมักเป็นสารประกอบ

ที่ไม่มีขั้ว สารประกอบไอออนิกโดยทั่ว ๆ ไปจะไม่ละลายในตัวทำละลายที่ไม่มีขั้ว

5.สารประกอบไอออนิกทำให้เกิดปฏิกริยาไอออนิก คือ ปฏิกริยาระหว่างไอออนกับไอออน ทั้งนี้เพราะสารไอออนิกจะเป็นไอออนอิสระในสารละลาย ปฎิกริยาจึงเกิดทันที

6. สมบัติไม่แสดงทิศทางของพันธะไอออนิก สารประกอบไอออนิกเกิดจากไอออนที่มีประจุตรงกันข้ามรอบ ๆ ไอออนแต่ละไอออนจะมีสนามไฟฟ้าซึ่งไม่มีทิศทาง จึงทำให้เกิดสมบัติไม่แสดงทิศทางของพันธะไอออนิก

การนำไปใช้ประโยชน์

เนื่องจากสารประกอบไอออนิกเป็นสารโคเวเลนต์และโลหะ มีสมบัติเฉพาะตัวบางประการที่แตกต่างกัน

-แอมโมเนี่ยมคลอไรด์  (NH4Cl) และซิงค์คลอไรด์ (zncl2) เป็นสารประกอบไอออนิกที่สามารถนำไฟฟ้าได้จากการแตกตัว เป็นไอออนิกเมื่อละสายน้ำจึงสามารถนำไปใช้สารอิเล็กโทรไลด์ในถ่ายไฟฉายได้

 

 

พันธะโคเวเลนต์   

  พันธะโคเวเลนต์ คือ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างธาตุที่มีค่าENใกล้เคียงกัน (และค่าEN ที่ค่ามาก) อะตอมที่เกิดพันธะจะใช้วาเลน์อิเล็กตรอนร่วมกันในการเกิดพันธะทำให้เสถียรขึ้น 

ข้อมูลพันธะโคเวเลนต์

  อะตอมที่สร้างพันธะโควาเลนต์จึงมักมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนอยู่มาก เช่นธาตุหมู่ Vl และหมู่Vll เป็นต้น พันธะโคเวเลนต์แข็งแรงกว่าพันธไฮโดรเจนและมีความแข็งแรงพอๆกับพันธะไอออนิก พันธะโคเวเลนต์มักเกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่มีค่าอิเล็กโตรเนก่าทิวิตีใกล้เคียงกัน ธาตุอโลหะสร้างพอลิเมอร์หลายๆกระบวนการเป็นต้น

ตัวอย่างสารประกอบ

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

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

3. พันธะสาม (triple covalent bond) เกิดจากการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 3 อิเล็กตรอนของธาตุทั้งสอง เช่น N2 C2H2 เป็นต้น

สมบัติของพันธะโคเวเลนต์

1.            มีสถานะเป็นของแข็ง ของเหลวหรือแก๊ส

2.            มีจุดหลอมเหลวต่ำ หลอมเหลวง่ายเนื่องจากมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่ไม่แข็งแรง สามารถถูกทำรายได้ง่าย

3.            มีทั้งละลายน้ำไม่ละลายน้ำ

4.            สารประกอบโคเวนต์ไม่นำไฟฟ้าเนื่องจากมีประจุไฟฟ้าเป็นกลาง และอิเล็กตรอนทั้งหมดถูกใช้เป็นอิเล็กตรอน

การนำไปใช้ประโยนช์

พอลินิลคลอไรด์หรือPVC เป็นสารโคเวเลนต์ที่ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้ จึงนำไปใช้เป็นฉนวนไฟฟ้าที่หุ้มสายไฟฟ้า