บทที่ 5 พันธะเคมี

65

แผนบรหารการสอนประจ าบทท 5

หวขอเนอหาประจ าบท พนธะไอโอนก พนธะโคเวเลนต พนธะโลหะ คาตาง ๆ ทเกยวกบพนธะเคม ไฮบรดออรบทล และไฮบรไดเซชน

วตถประสงคเชงพฤตกรรม เมอเรยนจบบทท 5 แลวใหนกศกษาสามารถ

1. อธบายความหมายของพนธะเคมได 2. บอกความแตกตางของพนธะเคมแตละชนดได 3. เขยนพนธะเคมในการเกดสารประกอบชนดตาง ๆ ได

วธสอนและกจกรรมการเรยนการสอนประจ าบท วธสอนและกจกรรมการเรยนการสอนประจ าบทท 5 มดงตอไปน

1. ศกษาเอกสารประกอบการสอน บทท 5 2. ฟงบรรยายประกอบเอกสารการสอน รปภาพ และสออเลกทรอนกส 3. อภปรายและเปดโอกาสซกถาม 4. ฝกฝนทกษะการเขยนพนธะเคมของสารประกอบโดยใหศกษาจากตวอยางในเอกสาร

และก าหนดแบบฝกหดรายบคคลหรอรายกลม และออกมาตอบค าถามหนาชนเรยน 5. คนควาขอมลจากต ารา อนเทอรเนต และแหลงเรยนรอน ๆ ทเกยวของกบเนอหาทเรยน

ดวยตนเอง 6. มอบหมายงานใหท าแบบฝกหดทายบท

66

สอการเรยนการสอน สอการเรยนการสอนประจ าบทท 5 มดงตอไปน

1. เอกสารประกอบการสอนวชาเคม 1 2. สออเลกทรอนกส และเวบไซตตาง ๆ ทเกยวของ 3. โปรแกรมน าเสนอดวยคอมพวเตอร ประจ าบทท 5 และชดประกอบในการน าเสนอ 4. หนงสอ ต ารา หรอเอกสารทเกยวของ

การวดและประเมนผล การวดและการประเมนผลบทท 5 มดงตอไปน

1. สงเกตจากการรวมกจกรรมของนกศกษา 2. ซกถามความเขาใจในชนเรยน 3. ตรวจแบบฝกหดทายบท 4. ท าแบบทดสอบตามทก าหนด

67

บทท5 พนธะเคม

ในการสรางบานนน ถาเปนการสรางดวยแผนไม แผนไมหลาย ๆ แผน ทน ามาตอประกบกน

เปนผนงจะถกชางท าการตอกตะป เพอยดแผนไมแตละแผนเขาดวยกน เฉกเชนเดยวกบโมเลกลซงเกดจากหลาย ๆ อะตอมมารวมกน เพราะโดยปกตแลวในธรรมชาต อะตอมธาตตาง ๆ จะไมอยในลกษณะท เปนอะตอมอยางโดดเดยว แตจะรวมกนเปนกลมอะตอมหรอเปนโมเลกลของสารประกอบ การทอะตอมเหลานรวมอยดวยกนไดอยางเสถยรภาพนน เนองจากมแรงชนดหนงทยดเหนยวอะตอมเขาดวยกนเปนโมเลกล แรงยดเหนยวดงกลาวเราเรยกวา พนธะเคม (Chemical bond) พนธะเคม หมายถงแรงยดเหนยวระหวางอะตอมตาง ๆ ใหอยดวยกนอยางมเสถยรภาพ เกดเปนโมเลกลของสารประกอบ และถาตองการท าใหโมเลกลแตกออกเปนอะตอมจะตองใหพลงงานเขาไปท าลายพนธะเคม ซงพนธะเคมมหลายชนด ทส าคญ ๆ ไดแก พนธะไอโอนก พนธะโคเวเลนต และพนธะโลหะ

พนธะไอโอนก (Ionic Bond)

พนธะไอออนก คอ แรงยดเหนยวระหวางอะตอมของโลหะกบอะตอมของอโลหะ พนธะเคมชนดนท าใหเกดโมเลกลของสารประกอบทเรยกวา สารประกอบไอโอนก (Ionic compounds) เชน NaCl KI LiFและ CaO เปนตน

พนธะไอโอนก เกดจากการทอะตอมของโลหะจายอเลกตรอนในชนนอกสด 1 2 หรอ 3 ตวใหแกอะตอมอโลหะ แลวตวเองกกลายเปนไอออนบวก ซงมประจเปน 1 2 หรอ 3 ตามล าดบ สวนอเลกตรอนทอะตอมของอโลหะรบไวนนจะมผลท าใหอะตอมของอโลหะกลายเปนไอออนลบ ซงมประจ 1- 2- หรอ 3- ตามล าดบ ไอออนบวกกบไอออนลบจงมแรงยดเหนยวซงกนและกน ซงเปนแรงยดเหนยวแบบไฟฟาสถต (Electrostatic force) เชน NaCl (จดรอบ ๆ เราเรยก ประจฟอรมอล คอประจสมมตบนอะตอมในโมเลกลหรอไอออนหลายอะตอม) ดงภาพท 5.1

68

ภาพท 5.1 แสดงประจสมมตบนอะตอม ทมา : สทศน ไตรสถตวร และสมศกด วรมงคลชย. 2550 : 146.

พนธะโคเวเลนต (Covalent Bond)

พนธะโคเวเลนต หมายถง แรงยดเหนยวระหวางอะตอมอโลหะดวยกน พนธะชนดนท าใหเกดโมเลกลของธาต เชน H2 N2 O2 Cl2เปนตน และท าใหเกดโมเลกลของสารประกอบ เชน H2O NH3HCl เปนตน

แรงยดเหนยวนเกดจากการใชอเลกตรอนรวมกนของอะตอมทงสองขาง ๆ ละ 1 2 หรอ 3 อเลกตรอน ถาใชรวมกนขางละ 1 อเลกตรอน กมอเลกตรอนคทใชรวมกน 1 ค พนธะทเกดขนเรยกวา พนธะเดยว (Single bond) เชน HCl

ถาใชรวมกนขางละ 2 อเลกตรอน กมอเลกตรอนทใชรวมกน 2 ค พนธะทเกดขน เรยกวา พนธะค (Double Bond) เชน CO2

ถาใชรวมกนขางละ 3 อเลกตรอน กมอเลกตรอนทใชรวมกน 3 ค พนธะทเกดขน เรยกวา พนธะสาม (Triple Bond) เชน N2 CH2

Na = 2, 8, 1 Cl = 2, 8, 7 Na = 2, 8, 1 Cl = 2, 8, 7 p = 11, e = 11 p = 17, e = 17 p = 11, e = 10 p = 17, e = 18 ประจไฟฟา = 0 ประจไฟฟา = 0 ประจไฟฟา = +1 ประจไฟฟา = -1

69

พนธะโลหะ (Metallic Bond)

พนธะโลหะ ไดแก พนธะทยดอะตอมในผลกโลหะไวดวยกน โดยทเวเลนซอเลกตรอนของแตละอะตอมสามารถเคลอนไหวไปยงจดตาง ๆ ในผลกไดคอนขางงาย และขณะเดยวกนกท าหนาทดงดดนวเคลยสของอะตอมเหลานนไวดวยกน โดยทวไปโลหะทมเวเลนซอเลกตรอนมากกจะมพนธะโลหะทแขงแรงซงโดยทวไปอะตอมทเชอมตอกนดวยพนธะโลหะจะมโครงสรางเปนผลก

อนง พนธะโลหะมเวเลนตอเลกตรอนทยดกบไอออนบวกไมไดเปนของอะตอมใดอะตอมหนงเพยงอะตอมเดยว แตเวเลนตอเลกตรอนทกตวสามารถเคลอนทไปยงอะตอมอน ๆ ได ซงแตกตางจากพนธะโคเวเลนต ทงนเพราะในกอนโลหะแตละอะตอมจะมอะตอมอนลอมรอบ 8 หรอ 12 อะตอม อะตอมจงมเวเลนตอเลกตรอนไมพอทจะท าใหเกดคอเลกตรอนทใชรวมพนธะระหวางอะตอมแตละอะตอมเขาดวยกนทงหมดได ดงในแบบจ าลองทะเลอเลกตรอนในโลหะ ภาพท 5.2

หมายเหต + หมายถง metal ions และ - หมายถง free electrons from outer shells of metal atoms ภาพท 5.2 แบบจ าลองทะเลอเลกตรอนในโลหะ ทมา : สทศน ไตรสถตวร และสมศกด วรมงคลชย. 2550 : 226.

คาตาง ๆ ทเกยวกบพนธะเคม

การทจะตรวจสอบวา ทฤษฎมความถกตองเพยงใด นกวทยาศาสตรจะตองค านวณคาตาง ๆ ทเปนสมบตส าคญของสาร แลวน ามาเปรยบเทยบกบคาทวดไดจากการทดลอง ในกรณของพนธะเคม คาดงกลาวของโมเลกลทวดได ไดแก พลงงานพนธะ ความยาวพนธะ มมพนธะ นอกจากนในกรณทโมเลกลมขว กสามารถวดคาไดโพลโมเมนต ซงจะบอกถงสภาพขวของพนธะได

1. พลงงานพนธะ (Bonding energy)

+

70

โดยทวไปแลวพลงงานพนธะม 2 ประเภท คอ พลงงานสลายพนธะ และพลงงานพนธะเฉลย ซงตางกนดงน

พลงงานสลายพนธะ (Bond dissociation energy) เขยนยอเปน D คอ พลงงานทตองใหแกโมเลกลเพอท าลายพนธะเคมในโมเลกลนน หรอพลงงานทคายออกเมออะตอมทง 2 รวมตวกนทางเคมเปนโมเลกล ส าหรบโมเลกลอะตอมค พลงงานสลายพนธะ คอ พลงงานทใชในการท าใหโมเลกลนนสลายเปนอะตอมในสถานะทเปนแกส และส าหรบโมเลกลหลายอะตอม (Polyatomic molecule) จะมคา D โดยเฉพาะส าหรบพนธะนน ๆ ทงนขนอยกบสภาวะภายในทแตกตางกนของแตละโมเลกล หรอ อนมลอสระ ซงพลงงานสลายพนธะนจะบอกใหทราบความแขงแรงของพนธะ ยงพนธะมความแขงแรงมากเทาไหร ยงตองการใชพลงงานสลายพนธะมากขน เชน

CH4 (g) + 435 kJ/mol CH3 (g) + H (g) CH3 (g) + 453 kJ/mol CH2 (g) + H (g) CH2 (g) + 425 kJ/mol CH (g) + H (g) CH (g) + 339 kJ/mol C (g) + H (g)

เมอรวมขนทง 4 เขาดวยกนจะไดวา CH4 (g) + 1,650 kJ/mol C (g) + 4H (g)

จะเหนวาถงแมจะเปนพนธะ C - H เหมอนกนแตคาพลงงานสลายพนธะจะแตกตางกนเมอรวมพลงงานสลายพนธะทง 4 ขน กจะเปนพลงงานทงหมดทใชในการสลายโมเลกลมเทนทงโมเลกลใหเปนอะตอมอยางสมบรณ พลงงานสลายพนธะทง 4 ขนมคาเทากบ 1,650 kJ/mol และเมอหารดวย 4 จะไดคาพลงงานเฉลยของพนธะ C – H มคาเทากบ 412.5 kJ/mol คาพลงงานสลายพนธะของโมเลกลอะตอมคบางตว แสดงในตารางท 5.1

จากความรเกยวกบพลงงานสลายพนธะของโมเลกลตาง ๆ ท าใหทราบถงความวองไวหรอไมไวของสารตอปฏกรยาเคมดวย ทงนเพราะกอนทจะเกดปฏกรยากน พนธะจะถกท าลายกอนเปนอะตอม แลวจงท าปฏกรยา ตวอยางเชน H2 กบ F2 กอนท าปฏกรยาระหวาง H กบ F ได HF โมเลกลของฟลออรนมพลงงานสลายพนธะเทากบ 159 กโลจลตอโมล ฟลออรนมความวองไวตอปฏกรยามาก ในขณะทไฮโดรเจนคอนขางเฉอยตอปฏกรยา เนองจากพลงงานสลายพนธะมคาสงถง 436 กโลจลตอโมล

พลงงานพนธะเฉลย (Everage bond energy) เขยนยอเปน ६ คอ คาพลงงานทไดจากการเฉลยคาพลงงานตาง ๆ ของพลงงานสลายพนธะทมส าหรบพนธะชนดใดชนดหนง ไมวาจะเปนโมเลกลใด เชน พนธะระหวาง C กบ H มพลงงานพนธะเฉลย 414 kJ/mol เปนตน

71

2. ความยาวพนธะ ความยาวพนธะ คอ ระยะระหวางอะตอมทเกดพนธะกน ซงท าใหอะตอมทงสองมแรง

ดงดดกนไดดทสด มพลงงานต าทสด หรอเสถยรทสด เนองจากอะตอมตาง ๆ ในโมเลกลมการสนสะเทอนอยเสมอ ระยะระหวางอะตอมจงเปลยนแปลงอยตลอดเวลา ความยาวพนธะนจงเปนคาเฉลยของความยาวทเปลยนแปลงนน ซงหาไดจากเทคนคการหกเหกระจายของรงสเอกซ (X-ray diffraction) คาความยาวพนธะของโมเลกลอะตอมคบางตว แสดงในตารางท 5.2

ตารางท 5.1 พลงงานสลายพนธะของโมเลกลอะตอมคบางตว (kJ/mol)

Bond Bond Energy, kJ/mol

Bond Bond Energy, kJ/mol

Bond Bond Energy, kJ/mol

H – H H – C H – N H – O H – S H – F H – Cl H – Br H – I

436 414 389 464 368 565 431 364 297

C – C C = C C C C – N C = N C N C – O C = O C – Cl

347 611 837 305 615 891 360 736 339

N – N N = N N N N – O N = O O – O O = O F – F

Cl – Cl

163 418 946 222 590 142 498 159 243

ทมา : สนนทา วบลยจนทร. 2545 : 241.

เมอเปรยบเทยบพลงงานพนธะกบความยาวพนธะ ดงตวอยางในภาพท 5.3 จะไดวา พนธะเดยว (—) ยาวกวาพนธะค (=) และยาวกวาพนธะสาม () สวนพลงงานพนธะ พนธะสาม () แขงแรงกวาพนธะค (=) และพนธะเดยว (—) หรอจ างาย ๆ คอ

ความยาว พนธะเดยว > พนธะค > พนธะสาม พลงงานพนธะ พนธะเดยว < พนธะค < พนธะสาม

72

ตารางท 5.2 แสดงความยาวพนธะของโมเลกลอะตอมคบางตว

Bond Bond Length,

pm

Bond Bond Length,

pm

Bond Bond Length,

pm H – H H – C H – N H – O H – S H – F H – Cl H – Br H – I

74.14 110 100 97

132 91.7

127.4 141.4 160.9

C – C C = C C C C – N C = N C N C – O C = O C – Cl

154 134 120 147 128 116 143 120 178

N – N N = N N N N – O N = O O – O O = O F – F

Cl – Cl

145 123

109.8 136 120 145 121 143 199

ทมา : ทบวงมหาวทยาลย. 2536 : 98.

ภาพท 5.3 แสดงพลงงานพนธะกบความยาวพนธะของโมเลกลอะตอมคบางตว ทมา : คลงความรสความเปนเลศ. ออนไลน. 2557.

ความยาว

พลงงาน

พนธะ

73

3. มมพนธะ (Bond angle) อะตอมทสรางพนธะได 2 พนธะขนไป ถาลากเสนผานพนธะตาง ๆ เหลานมาตดกนท

นวเคลยสของอะตอมดงกลาว มมทเกดขนเรยกวา มมพนธะ เชน โมเลกลของ H2O

มมระหวางพนธะในโมเลกลของน าประมาณ 105 องศา เนองจากออกซเจนอะตอมในโมเลกลของน ามอเลกตรอนอสระเหลออยจงท าใหเกดแรงผลกอะตอมของไฮโดรเจนท าใหเกดมมขน ดงภาพ 5.4

ก. ข. ค.

ภาพท 5.4 แสดงมมระหวางพนธะ ก. 105 องศา ข. 180 องศา ค. 120 องศา ทมา : สทศน ไตรสถตวร และสมศกด วรมงคลชย. 2550 : 187.

มมพนธะ โดยปกตแลวมมพนธะเปนคาเฉลย ทงนเนองจากการสนสะเทอนของอะตอม ตาง ๆ มมพนธะมคาไดตงแต 60o ถง 180o ดงตวอยางภาพท 5.5

ก. ข. ค.

ภาพท 5.5 แสดงมมระหวางพนธะ ก. 109.5 องศา ข. 90 และ 120 องศา ค. 60 องศา ทมา : สทศน ไตรสถตวร และสมศกด วรมงคลชย. 2550 : 188 - 189.

74

4. สภาพขวของพนธะ ส าหรบโมเลกลทประกอบดวยอะตอมตางชนดกน แมวาจะใชอเลกตรอนรวมกน แต

ความสามารถในการดงอเลกตรอนเขาหาตวเองไมเทากน จงท าใหอเลกตรอนทใชรวมกนนนอยคอนไปทางอะตอมทดงไดมากกวา หรอเรยกวา กลมหมอกของอเลกตรอนอยใกลกบอะตอมทมความสามารถดงไดมากกวา ท าใหสภาพทางไฟฟาไมเทากนกลาวคอ กลมหมอกอเลกตรอนอยใกลอะตอมใด ท าใหอะตอมนนเกดประจไฟฟาลบเลกนอย (Partially negative charge) เขยนแทนดวย δ- และท าใหอะตอมทอยตรงขามเกดประจไฟฟาบวกเลกนอย (Partially positive charge) เขยนแทนดวย δ+ ท าใหโมเลกลนมการแยกประจไฟฟา หรอเรยกวา โมเลกลแบบมขว (Polar molecule) เชน HF H2O NH3เปนตน

ความสามารถในการดงอเลกตรอนเขาหาตวเองของอะตอมในโมเลกลนเรยกวา สภาพไฟฟาลบ (Electronegativity) ซงมความส าคญในการท าใหเกดเปนโมเลกลมขวหรอไมมขว และ มคาตงแต 0 – 1 ถา δ มคา 1 พนธะนนกเปนไอออนก ถา δ มคาต ากวา 1 กเปนพนธะโคเวเลนต แตมสมบตเปนไอออนกอยบางตามคาของ δ คาของ δ จะมากหรอนอยขนอยกบผลตางของสภาพไฟฟาลบของอะตอมทง 2 ทเกดพนธะกน เชน H กบ Cl เทากบ 0.9 มสมบตเปนไอออนก (Ionic character) = 19% ในสารประกอบไอออนก อะตอมทง 2 มสภาพไฟฟาลบตางกนอยมาก แสดงผลตางของสภาพไฟฟาและเปอรเซนตของการมสมบตไอออนกบางตวในตารางท 5.3

อนงถาพจารณาในแตละพนธะไป เราอาจกลาวไดวาโมเลกลทมขวนนมสมบตส าคญคอ electric dipole moment หรอเรยกส น ๆ วา ไดโพลโมเมนต (dipole moment)เปนปรมาณทใชวดความมขวของพนธะ ใชสญลกษณ µ คอ ผลคณของประจ q และระยะทางระหวางประจ r เพอรกษาสภาพความเปนกลางทางไฟฟา ประจทปลายทงสองของโมเลกลอะตอมคทเปนกลางจะตองเทากน และมเครองหมายตรงกนขาม อยางไรกตามปรมาณ q หมายความถงขนาดของประจเทานน ดงนน µ จงมคาเปนบวกเสมอ ไดโพลโมเมนตมหนวยเปน เดอบาย (debye, D) แฟกเตอร การเปลยนหนวยคอ 1 D = 3.36 x 10 -30 cm บอกถงสภาพขวของโมเลกล เชน H2O มสภาพขว = 1.8 X 10-18 esu-cm และ HCl มสภาพขว = 1.08 X 10-18 esu-cm โดยคา dipole moment เขยนแทนดวย µ หาไดจากสตร

µ = qr หรอ q = µ/r เมอ q คอ ประจ และ r คอ ระยะทางระหวางประจ

75

ตารางท 5.3 เปอรเซนตของการมสมบตไอออนขนกบผลตางของสภาพไฟฟาลบ

ผลตางของสภาพไฟฟาลบ เปอรเซนตของการมสมบตไอออนก

0.1 0.5 0.2 1 0.3 2 0.4 4 0.5 6 0.6 9 0.7 12 0.8 15 0.9 19 1.0 22 1.2 30 1.5 43 1.7 54 2.0 63 2.3 74 2.5 79 3.0 89 3.2 92

ทมา : สทศน ไตรสถตวร และสมศกด วรมงคลชย, 2550: 203.

ไฮบรดออรบทล และไฮบรไดเซชน

เรองออรบทลหรอทฤษฎโมเลกลออรบทล เรมใชในป ค.ศ. 1932 โดยเอฟฮนด (F. Hund) อารมลลแกน (R. Mulliken) อฮกเกล (E. Huckel) และเจ เลนนารด-โจนส (J. Lennard-Jones) โดยสรปหลกใหญ ๆ ไดดงน

76

1. การสรางโมเลกลารออรบตอล ในขนแรกจะเปนการรวมอะตอมกออรบตอลเขาดวยกนอยางเหมาะสม เพอสรางเปน

โมเลกลารออรบตอลขน ความเหมาะสมในทนขนอยกบรปทรงเรขาคณตของโมเลกล โดยยดหลกวา จ านวนโมเลกลารออรบตอลทสรางขนใหม ตองเทากบจ านวนอะตอมกออรบตอลทงหมดทมารวมกน โดยรปรางของโมเลกลารออรบตอลทจะได เปนลกษณะการกระจายของอเลกตรอนในโมเลกล ซงส าหรบแบบแรกโอกาสจะพบอเลกตรอนทบรเวณระหวางนวเคลยสมมากทสด และเรยก โมเลกลารออกบตอลแบบนวา โมเลกลารออรบตอลแบบมพนธะ (bonding molecular orbital, BMO) สวนแบบผลตาง โอกาสทจะพบอเลกตรอนตรงกลางเปนศนย และมชอเรยกวา โมเลกลารออรบตอลแบบตานพนธะ (anti-bonding molecular orbital, AMO)

ส าหรบอะตอมกออรบตอลแบบอน ๆ เชน p-ออรบตอล เรากน ามารวมกนไดเชนกน โดยอาจรวม (ทงผลรวมและผลตาง) ไดในสองลกษณะ คอ

1) ซอนเหลอมกนตามแนวปลาย (head to head) เปนการซอนเหลอมกนทางสวนปลายของออรบทล ความหนาแนนของกลมเมฆหมอกอเลกตรอน อยระหวางอะตอมทง 2 เกดเปนพนธะซกมา (sigma bond) เขยนแทนดวย σ ดงตวอยาง

F2 (1s22s22p5) แผนผงแสดงอเลกตรอนทเกยวของในการสรางพนธะเปนดงน

ภาพท 5.6 แสดงอเลกตรอนทเกยวของในการสรางพนธะของ F2 ทมา : พนต รตะนานกล และคณะ. 2553 : 158.

รปการซอนเหลอมของ 2pz ออรบทล แสดงไดดงน

พนธะซกมา

อเลกตรอน

ค

ทไมใช

สรางพนธะ

F F

F2

2pz

2pz

77

ภาพท 5.7 แสดงการซอนเหลอมของ 2pz ออรบทล ทมา : พนต รตะนานกล และคณะ. 2553 : 159.

2) การซอมเหลอมตามแนวขาง (side to side) เปนการซอนเหลอมกนของ p-orbital ทขนานกนเทานน มสวนทซอนเหลอมกนอย 2 สวน ท าใหเกดพนธะไพ (pi-bond) เขยนแทนดวย π ดงน

O2 (1s22s22p4) แผนผงแสดงอเลกตรอนทเกยวของในการสรางพนธะเปนดงน

ภาพท 5.8 แสดงอเลกตรอนทเกยวของในการสรางพนธะ O2 ทมา : พนต รตะนานกล และคณะ. 2553 : 159.

รปการซอนเหลอมของ 2py และ 2pz ออรบทลแสดงไดดงน

ภาพท 5.9 แสดงการซอนเหลอมของ 2py และ 2pz ออรบทล ทมา : พนต รตะนานกล และคณะ. 2553 : 159.

2. ไฮบรดออรบทลและไฮบรไดเซชน (Hybrid orbital Hybridization) ในโมเลกลทประกอบดวย 3 อะตอมขนไป เชน H2O NH3 CH4 เปนตน อะตอมทเปน

อะตอมกลางจะมการปรบปรงอเลกตรอนชนนอกสดของตวเองกอน เพอเลอนระดบพลงงานใหเหมาะสม จงซอนทบกบอะตอมอนเกดเปนพนธะเคมได การเลอนระดบพลงงานนกคอการผสมกนของออรบทลทมระดบพลงงานใกลเคยงกน เชน s กบ p ในระดบพลงงานเดยวกน หรอบางโมเลกล

พนธะ

ไพ พนธะซก

มา

ออรบทลทเตม

แลว

78

อาจม d-orbital มาเกยวของดวย การผสมกนระหวางออรบทลในอะตอมเดยวกนซงเปนออรบทลทมระดบพลงงานใกลเคยงกนน เรยกวา ไฮบรไดเซชน (Hybridization) ออรบทลผสมซงเกดขนใหมนเรยกวา ไฮบรดออรบทล (Hybrid orbital)

ไฮบรดออรบทล ยงคงเปนออรบทลเชงอะตอมมใชออรบทลเชงโมเลกล เพราะยงมไดซอนเหลอมกบออรบทลของอะตอมอน จ านวนออรบทลทเกดขนใหมยอมเทากบจ านวนออรบทลทมาผสม และออรบทลทเกดขนใหมยอมมพลงงานเทากนทงหมด การสรางไฮบรดออรบทลจาก s และ p อาจท าไดหลายแบบ และมชอเรยกตาง ๆ กนดงน

1) sp ไฮบรดออรบทล คอ ออรบทลทเกดจากการผสมกนระหวาง s กบ p อยางละหนง ออรบทล เกดเปนไฮบรดออรบทลสองออรบทล อยในแนวเสนตรงเดยวกนทศทางตรงขาม ตวอยางเชน BeCl2 พจารณาการจดอเลกตรอนของ Be ในภาวะปกตหรอพลงงานต า (Ground state) จะเปน 1s2 2s2 แตเมอพลงงานสง (excited state) อเลกตรอน 1 ตวจาก 2s2 จะยายไปอยในออรบทล px จงเกดออรบทลทมอเลกตรอนเดยว 2 ออรบทอล คอ 2s1 และ 2p1 จากนนรวมตวกนเปนไฮบรดออรบทลชอ sp (พลงงานเทากน) ดงภาพท 5.10

1s2 2s2 2p0

4Be ภาวะปกต (พลงงานต า) 1s2 2s1 2p1

4Be เมอพลงงานสง

เกดไฮบรไดเซชน

ไดไฮบรดออรบทล sp

ภาพท 5.10 แสดงการรวมตวกนเปนไฮบรดออรบทลชอ sp ทมา : พนต รตะนานกล และคณะ. 2553 : 162.

รปทรงเรขาคณตของไฮบรดออรบทล sp มรปรางเปนเสนตรง (linear) ท ามม 180 องศา เมอท าปฏกรยากบธาตอน โมเลกลของสารประกอบทเกดขนจะมรปรางเปนเสนตรงเชนกน

2) sp2 ไฮบรดออรบทล คอ ออรบทลทเกดจากการผสมกนระหวาง s 1 ออรบทลกบ p 2 ออรบทล เกดเปนออรบทลใหม 3 ออรบทลตวอยางเชน BCl3 ใหสงเกตวาอะตอมทจะเกดไฮบรได- เซชนชนดนจะจดอเลกตรอนเตมใน subshell s เตมแต subshell p ยงวางหรอมอเลกตรอนเดยวอย

79

บางแตยงมออรบทลวางเหลออย เชน 5B มการจดอเลกตรอนในภาวะปกตและภาวะถกกระตนดงภาพ 5.11

1s2 2s2 2p1

5B ภาวะปกต (พลงงานต า) 1s2 2s1 2p2

5B เมอพลงงานสง

เกดไฮบรไดเซชน

ไดไฮบรดออรบทล ชอ sp2

ภาพท 5.11 แสดงการรวมตวกนเปนไฮบรดออรบทลชอ sp2 ทมา : พนต รตะนานกล และคณะ. 2553 : 163.

รปท รง เรข าค ณ ตของไฮบ รดออ ร บ ทล sp2 ม รป ราง เป นส าม เห ล ยมแบน ราบ (trigonalplana) ท ามม 120 องศา เมอท าปฏกรยากบธาตอน โมเลกลของสารประกอบทเกดขนจะมรปรางเปนสามเหลยมแบนราบเชนกน

3) sp3 ไฮบรดออรบทล คอ ออรบทลทเกดจากการผสมกนระหวาง s 1 ออรบทลกบ p 3 ออรบทล กลายเปนออรบทลผสม 4 ออรบทล ทกออรบทลมชอเรยกวา sp3 ไฮบรดออรบทล หรอเรยกสน ๆ วา sp3 แตละออรบทลมสมบตเปน ¼ ของ s และ ¾ ของ p ตวอยางเชน CH4 ใหสงเกตวาอะตอมทจะเกดไฮบรไดเซชนชนดนจะจดอเลกตรอนเตมใน subshell s เตม แต subsell p ยงวางหรอมอเลกตรอนเดยวอยบางแตยงมออรบทลวางเหลออย เชน 6C มการจดอเลกตรอนในภาวะปกตและภาวะถกกระตน ดงภาพ 5.12

ร ป ท ร ง เร ข าค ณ ต ข อ ง ไ ฮบ ร ด อ อ ร บ ท ล sp3 ม ร ป ร า ง เป น ท ร ง เห ล ย ม สหนา (tetrahedral) ท ามม 109.5 องศา เมอท าปฏกรยากบธาตอน โมเลกลของสารประกอบทเกดขนจะมรปรางเปนทรงเหลยมสหนาเชนกน

ส าหรบไฮบรไดเซชนทใช d-ออรบทลดวยนน มหลายออรบทล เชน sp3d sp3d2 dsp3และ d2sp3 เปนตน แตจะไมกลาวละเอยดในทน

80

1s2 2s2 2p2

6C ภาวะปกต (พลงงานต า) 1s2 2s1 2p3

6C เมอพลงงานสง เกดไฮบรไดเซชน

ไดไฮบรดออรบทล ชอ sp3

ภาพท 5.12 แสดงการรวมตวกนเปนไฮบรดออรบทลชอ sp3 ทมา : พนต รตะนานกล และคณะ. 2553 : 164.

สรป

พนธะไอออนก พนธะโคเวเลนต หรอ พนธะโลหะ เกดจากแรงยดเหนยวทเกดขนระหวางอะตอมหรอกลมของอะตอม เปนการใชอเลกตรอนรวมกน ซงการเกดพนธะนเพอใหเกดเปนกลมทเสถยรและเปนอสระในระดบโมเลกล ลกษณะเฉพาะทส าคญของพนธะเคมหรอคาตาง ๆ ทเกยวกบพนธะเคม ไมวาจะเปนพลงงานพนธะ ความยาวพนธะ มมพนธะ สภาพขวพนธะ หรอการไฮบรด ออรบทล และไฮบรไดเซชนในโมเลกล ซงเปนการสรางโมเลกลารออรบทล ไฮบรดออรบทล และไฮบรไดเซชนระหวางอเลกตรอนทอยในออรบทลเดยวกนหรอตางกน กเพอใหโมเลกลอยสภาพทเสถยรทสด

แบบฝกหดทายบทท 5

1. พนธะไอออนกตางจากพนธะโคเวเลนตอยางไร อธบายพรอมทงยกตวอยางประกอบ 2. จงใหความหมายของค าหรอขอความตอไปน 2.1 พนธะโลหะ 2.2 พลงงานพนธะ 2.3 พลงงานพนธะเฉลย 2.4 ความยาวพนธะ 2.5 สภาพขวของพนธะ

81

3. พนธะโคเวเลนตจะมสภาพขวหรอไมน นขนอยกบปจจยอะไรเปนส าคญ อธบายพรอมท งยกตวอยางประกอบ 4. พนธะไพกบพนธะซกมาตางกนอยางไร พนธะใดมเสถยรภาพมนคงกวา เพราะเหตใด 5. แคลเซยมเปนโลหะทแขงกวาและหลอมเหลวยากกวาโพแทสเซยม สมบตนเกยวของกบพนธะโลหะหรอไมอยางไร 6. จงเสนอไฮบรดออรบทลทเหมาะสมส าหรบคารบอนแตละตว ในสารประกอบน

เอกสารอางอง

คลงความรสความเปนเลศ. (2557). พนธะเคม. [ออนไลน]. แหลงทมา : http://www.scimath.org. [9 พฤษภาคม 2558].

ทบวงมหาวทยาลย . (2536). เคม 1 . เล ม ท 1 . พ มพค รง ท 7 . บ รษทอกษรเจ รญทศ น : กรงเทพมหานคร.

พนต รตะนานกล, นยนา ชวนเกรกกล, พรพรรณ อดมกาญจนนนท, วรวรรณ พนธมนาวน, สชาดา จอนวฒนกล, ธรยทธ วไลวลย, นทธมน คณแสง และอรพนท เจยรถาวร. (2553). เคม. พมพครงท 5. บรษทดานสทธาการพมพจ ากด : กรงเทพมหานคร.

สถาบนสงเสรมการสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย. (2546). หนงสอเรยนสาระการเรยนรพนฐานและเพมเตม เคม เลม 1. โรงพมพครสภา : กรงเทพมหานคร.

สทศน ไตรสถตวร และสมศกด วรมงคลชย. (2550). เคม. ม.4 เลม 1. บรษทไทเนรมตกจอนเตอรโปรเกรสซฟจ ากด : นนทบร.

สนนทา วบลยจนทร. (2545). เคม : วชาแกนทางวทยาศาสตร 1. เลม 1. บรษทเพยรสนเอดดเคชนอนโดไชนาจ ากด : กรงเทพมหานคร.

อญชล ฉวราช, สมศกด ศรไชย และ นศากร ทองกอน. (2553). เคม 1. บรษทเจเอสทพบลชชงจ ากด : กรงเทพมหานคร.

Uno Kask and J. David Rawn. (1993). General Chemistry. Wm. C. Brown Communications, Inc. : United States of America.

H