บทท3สารประกอบโคเวเลนต

สารประกอบโคเวเลนต คอ สารประกอบทเกดจากอะตอมของธาตถทเปนองคประกอบเกาะยดกนดวยพนธะโคเวเลนต แตระหวางโมเลกลกบโมเลกลเกาะยดกนดวยแรงอยางอนทไมคอยแชงแรงนก เชน แรงแวนเดอรวาลส และพนธะไฮโดรเจน เปนตน

พนธะโคเวเลนตเปนพนธะทเกดจากอะตอมใชอเลกตรอนรวมกน อาจจะเปนอะตอมของธาตชนดเดยวกน หรอตางชนดกนกได สวนใหญมกจะเปนอะตอมของธาตทมเวเลนซอเลกตรอนมากๆ เชน ตงแต 4 ขนไป ยกเวนไฮโดรเจนซงมเวเลนซอเลกตรอนเปน 1 ตวอยางโมเลกลทเกดพนธะโคเวเลนต เชน H2, Cl2, N2 และ CH4 เปนตน

ในป ค.ศ. 1881 เฮลมโฮลตซ (Helmholtz) ไดเสนอเกยวกบเรองธรรมชาตทางไฟฟาของพนธะโคเวเลนต และในป ค.ศ. 1908 เรมเซย (Ramsay) ไดคนพบวาอเลกตรอนมสวนทำาใหเกดพนธะโคเวเลนต ตอมาป ค.ศ. 1916 ลวอสและโคสเสล (Lewis and Kossel) ไดเสนอความคดวาพนธะโคเวเลนตเกดจากการใชอเลกตรอนรวมกนของอะตอม เพอใหจำานวนอเลกตรอนเปนไปตามกฎคแปด (Octet rule) กลาวคอ อะตอมใดทมเวเลนซอเลกตรอนไมครบ 8 จะพยายามใชอเลกตรอนรวมกนกบอะตอมอนๆ เพอใหเวเลนซอเลกตรอนครบ 8 เหมอนแกสเฉอย จกเวน ยกเวนไฮโดรเจนเวเลนซอเลกตรอนจะครบ 2 เหมอนแกสเฉอยฮเลยม ในป ค.ศ. 1927 ดบลว ไฮตเลอร (W.Heitler) และเอฟ ลอนดอน (F.London) ไดเสนอทฤษฎพนธะเวเลนซ และใชสมการชเรอดงเงอร (SchrÖdinger) ในการอธบายพนธะโคเวเลนต

3.1 สมบตทวไปของสารประกอบโคเวเลนต

1

1. สารประกอบโควาเลนตมกจะมสถานะเปนแกสหรอของเหลว ณ อณหภมธรรมดา ถาหากมสถานะเปนของแขงกจะเปนของแขงทมลกษณะออนหรอนม ทงนเนองจากพนธะโคเวเลนซแขงแรงนอยกวาพนธะไอออนกนนเอง

2. สารประกอบโคเวเลนต โดยทวไปมจดหลอมเหลวและจดเดอดตำา เนองจากแรงยดระหวางโมเลกลไมแขงแรง ในการทำาลายแรงดงกลาว จงไมตองใชพลงงานทสงมากนก ตวอยาง เปรยบเทยบขดหลอมเหลวและจดเดอดระหวาง CCl4 ซงเปนสารประกอบโคเวเลนตกบ NaCl ซงเปนสารประกอบไอออนก ดงตารางท 3.1

ตารางท 3.1 แสดงจหลอมเหลวและจดเดอดของ CCl4 กบ NaCl

สาร จดหลอมเหลว( 0C)

จดเดอด( 0C)

CCl4NaCl

-22.8801

761440

3. สารประกอบโคเวเลนตทไมมขว จะละลายในตวทำาละลายไมมขว เชน ปโตรเลยม อเทอร เบนซน และเฮกเซน เปนตน แตจะไมละลายในตวทำาละลายทมขว เชน นำา

4. สารประกอบโคเวเลนตสวนใหญเปนสารประกอบทไมนำาไฟฟา

3.2 กฏทวไปเกยวกบการเกดพนธะโคเวเลนต กอนทจะกลาวถงทฤษฎตางๆ ทวาดวยพนธะโคเวเลนต จะกลาวถง

หลกเบองตน ดงน

2

1. ในการเกดพนธะโคเวเลนตจะตองไมมโอกาสเกดพนธะแบบไอออนก ถาอะตอม A และ อะตอม B จะเกดพนธะโคเวเลนตตอกน พลงงานของ B ตำากวาระดบพลงงานของ A มาก อเลกตรอนจะยายจาก A มาส B ผลทไดรบจะเปน A+B- พนธะทเกดนนจะเปนพนธะไอออนกไมใชพนธะโคเวเลนต

2. โดยทวๆ ไปพนธะเคมแตละพนธะเกดจากเวเลนซอเลกตรอน 2 อเลกตรอนเหนอ 1 ค อยรวมกน ตามหลกการจองเพาล (Pauli Exclusion Pribciple) ซงมสาระสำาคญดงน คอ อเลกตรอนคใดทจะอยรวมกนในทวางระหวางนวเคลยสทงสอง อเลกตรอนคนนจะมสปน (spin) ตรงขาม และเมออยใกลนวเคลยสใดกจะสงแรงดงดดตอกนและกนระหวางอเลกตรอนกบนวเคลยส

3. อะตอมคใดทเกดพนธะกน ออรบทลเชงอะตอม (atomic orbital) ของทงสองจะซอนเหลอมกน

4. เมอเกดพนธะเคมขนแลวโมเลกลสวนใหญจะมเวเลนซอเลกตรอนในระดบพลงงานสงสดครบแปด นนคอ จำานวนคของอเลกตรอนทใชในการเกดพนธะรวมกน เมอรวมกบจำานวนคของอเลกตรอนทไมไดใชในการเกดพนธะ แลวจะเทากบ 4 ค ซงเทากบจำานวนออรบทล เวเลนซอเลกตรอนทมจำานวนแปดอเลกตรอน หรอ สคนถอวาเปนจำานวนทมากทสด สำาหรบธาตทมเวเลนซอเลกตรอนนอยกวาส แตโมเลกลของสารบาง

3

ชนดมเวเลนซอเลกตรอนรวมแลวนอยกวามกได ตวอยาง เชน PH3, H2O, BCl3, BH2 และ LiCH3 เปนตน

5. สำาหรบธาตทมออรบทล-ด (d-orbital) จะมจำานวนอเลกตรอนในระดบพลงงานสงสดนบรวมกนแลวมากกวาแปดกได ตวอยางเชน PF5, SF6 หรอ IF8 เปนตน โดยธาตพวกนเปนธาตทอยในคาบ ทสามขนไป ธาตทเปนอโลหะจะเปนธาตหมท V, VI,VII และ VIII สวนพวกทเปนโลหะจะอยในสภาพของสารประกอบเชงซอนหรอไอออนเชงซอน

6. แรงผลกระหวางอเลกตรอนกบอเลกตรอนมคานอย นนคออเลกตรอนทงทใชและไมใชในการเกดพนธะ จะพยายามปรบตวหรออยใหหางกนมากทสดเทาทจะมากไดเพอใหแรงผลกทมตอกนมคานอยทสด

7. โมเลกลจพยายามอยในสภาพททำาใหพลงงานตำาทสด ทำาใหเกดพนธะไดมากทสดและพนธะเหลานจะตองเปนพนธะทแขงแรงทสดเทาทจะเปนไปได นอกจากนการจดเรยงตวของอะตอมจเปนไปในลกษณะททำาใหเกดแรงผลกนอยทสกดดวย

3.3 การเกดพนธะโคเวเลนตพนธะโคเวเลนตมกจะเกดจากอะตอมทมเวเลนซอเลกตรอนไมนอย

กวาสและอเลกตรอนเหลานมพลงงานอยในระดบทใกลเคยงกน ในการเกดพนธะโคเวเลนต อะตอมแตละคจะใชอเลกตรอนรวมกนเพอใหเวเลนซอเลกตรอนครบแปด หรอเทากบเวเลนซอเลกตรอนของแกสเฉอย อเลกตรอนทใชรวมกนอาจมหนงค สองค และสามค ซงเรยกวาพนธะเดยว (single bond) พนธะค (double bond) และพนธะสาม (triple bond) ตามลำาดบ

4

3.3.1 การเขยนสตรโครงสรางแบบจด (Lewis Electron-Dot formula) และแบบเสน (Graphic formula) เปนการแสดงพนธะโดยใชจดหรอเสนแทนอเลกตรอนทใชรวมกนตวอยาง เชน H2, O2 , N2 เขยนสตรโครงสรางและแบบจดและแบบเสนไดดงน

H2 H:H H-HO2 :O::O: O=ON2 NN NN

3.3.2 โมเลกลอะตอมค (diatomic molecule) เปนโมเลกลทประกอบดวยสองอะตอมมพนธะเคมยดเหนยวกนไว แบงไดสองประเภท ประเภทแรกถาอะตอมทงสองอะตอมเปนอะตอมของธาตชนดเดยวกน เรยกวา ฮอโมนวเคลยร โมเลกล (homonuclear molecule) เชน Cl 2,Br2, O2 และ H2 เปนตน แตถาอะตอมทงสองในโมเลกลขอธาตตางชนดกน เรยกวา เฮเทอโรนวเคลยรโมเลกล (heteronuclear molecule) เชน HCl, CO, HF และ ClF เปนตนสำาหรบโมเลกลทมอะตอมมากกวาสองอะตอมขนไป เรยกวา พอลอะตอมกโมเลกล (pilyatomic molecule) ซงแบงเปนสองประเภทเชนกน คอ ฮอโมนวเคลยรโมเลกล เชน P4,S8 และเฮเทอโรนวเคลยรโมเลกล เชน H2O, CH4 และ H2 SO4 เปนตน

3.3.3 กฎคแปด (Octet rule) เปนกฎทใชอธบายโครงสรางอเลกโทรนกของโมเลกลและการสรางพนธะของอะตอมได ซงกลาววา อะตอมตางๆ มแนวโนมทจะสรางพนธะกบอะตอมอนเพอใหเวเลนซอเลกตรอนครบแปด ตวอยางเชน PH3 , HF เปนตน

จากการสรางพนธะกบอะตอมของไฮโดรเจน ทำาใหอะตอมของ P และ F ตางกมเวเลนซอเลกตรอนเทากบแปด

5

โครงแบบอเลกตรอน ของเวเลนซอเลกตรอนของ P เปน 3S2 3P1

x 3p1y 3p1

z ออรบทลเชงอะตอมทมอเลกตรอนเพยงครงเดยวม 3 ออรบทลซงเทากบจำานวนพนธะระหวาง P กบ H ในทำานองเดยวกน F มออรบทลเชงอะตอมทมอเลกตรอนเพยงครงเดยวอย 1 ออรบทล จำานวนพนธะระหวาง F กบ H กมอย 1 พนธะ

อยางไรกตาม มบางอะตอมทสรางพนธะขนแลวมเวเลนซอเลกตรอนนอยกวาหรอมากกวาแปด เชน H ในสารประกอบมเวเลนซซอเลกตรอนเทากบสอง F ใน PCl3 มเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 10 หรอ S ใน SF6 มเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 12 เปนตน จงนบวากฎคแปดใชไมไดในบางกรณ จงตองมขอยกเวน

สำาหรบ PCl3 อธบายไดวาอเลกตรอนจากกออรบทล 3S ไดรบพลงงานอกเลกนอยกจะยายไปอยในออรบทล 3d จำานวน 1 อเลกตรอน ซงจะไดเปน 3S1 3P1

x 3P1y 3P1

z 3d 1 ดงนน P จงสามารถสรางพนธะกบ Cl ไดทงหาอะตอม

ในทำานองเดยวกนการเกด SF4 และ SF6 อธบายไดวา S ซงมโครงแบบอเลกตรอน เปน 3S1 3P1

x 3P1y 3P1

z เมออเลกตรอนจากออรบทล 3Px ยายไปอยในออรบทล 3d จำานวนหนงอเลกตรอนจะไดเปน 3S1 3P1

x 3P1y 3P1

z 3d 1 กจะมออรบทลเชงอะตอมทมอเลกตรอนเพยงครงเดยวอยใออรบทล จงสามารถใชอเลกตรอนรวมกบ F สอะตอม เกดเปนโมเลกล SF4 ถาอเลตรอนจากออรบทล 3S ยายไปอยในออรบทล 3d อกหนงอเลกตรอนกจะกลายเปน 3S1 3P1

x 3P1y 3P1

z 3d 1 ซงสามารถสรางพนธะกบ F ไดหกอะตอมเกดเปนโมเลกล SF6

3.4 รศมโคเวเลนต

6

ขนาดทแทจรงของอะตอมเปนสงททราบไดยากมาก นอกจากจะไมทราบวาอเลกตรอนนอกสดอยทใดแลว อะตอมยงอยใกลๆ กนในสภาพของการเปนสวนหนงของโมเลกลหรอสวนหนงของสารประกอบอกดวย การวดขนาดของอะตอมในทางปฏบตสามารถใชรงสหรอคลนตางๆ เชน รงสเอกซ, รงสแมเหลกไฟฟา, คลนไมโครเวฟ และรงสนวตรอน เปนตน

เพอความสะดวกจะถอวาอะตอมมลกษณะเปนทรงกลม สำาหรบธาตทเปนของแขงเปนผลก เชน โลหะ ถาสามาระวดระยะระหวางนวเคลยสของสองอะตอมทอยตดกนได เมอเอาคานหารดวยสองกจะเปนคารศมหรอขนาดของอะตอม เรยกคานวา รศมอะตอม (atomic radius)

แตถาธาตเปนโลหะและโมเลกลอยไดดวยพนธะโคเวเลนต อะตอมจะไมเพยงแตอยชดกนแตจะซอนเหลอมกนสวนหนง ถาสามารถวดระยะระหวางนวเคลยสของสองอะตอมทรวมกนเปนโมเลกลนนไดแลวหารดวยสอง คาทไดนเรยกวารศมโคเวเลนต

ถาโมเลกลของธาตทเปนอโลหะสองโมเลกลทงสองจะไมซอนเหลอมกนเพราะไมไดสรางพนธะโคเวเลนตตอกน แตดงดดกนดวยแรงแวนเดอรวาลส ถาวดระยะระหวางนวเคลยสของสองอะตอมในแตละโมเลกลแลวหารดวยสองคาทไดนเรยกวา รศมแวนเดอรวาลสซงคานจะมคามากกวารศมโคเวเลนต ดงรปท 3.1

7

รปท 3.1 แสดงรศมโคเวเลนตและรศมแวนเดอรวาลส

ธาตพวกแกสเฉอยซงโมเลกลมเพยงอะตอมเดยวจะไมมรศมโคเวเลนต มแตรศมแวนเดอรวาลส

ตารางท 3.2 รศมโคเวเลนตและรศมแวนเดอรวาลสของธาตบางชนด

ธาต รศมโคเวเลนต (A0) รศมแวนเดอรวาลส (A0)

HONCPSi

0.370.730.750.771.101.18

1.101.501.55

1.56-1.701.852.10

3.5 เรโซแนนซ

8

ในการอธบายวาโมเลกลมธาตอะไรเปนองคประกอบและอยางละกอะตอมนน ในทางเคมจะใชสตรโมเลกลแทนคำาอธบายไดอยางกะทดรด เชน ถาเขยนสตร H2O กหมายถงวา นำาหนงโมเลกลประกอบดวยไฮโดรเจนสองอะตอมและออกซเจน 1 อะตอมหรออตราสวนโดยจำานวนโมลอะตอมของ H:O เทากบ 2:1 แตสตรนใชอธบายไมไดวาอะตอมของธาตเหลานจดเรยงตวกนอยอยางไร อะตอมไหนอยทใด ซงสตรทแสดงไดคอสตรโครงสราง โดยแสดงไดดงน

O

H H

จากสตรนจะทราบไดวาอะตอมไหนอยทใด โดยใชเสนตรงหนงเสนหรอขดหนงขดแทนทพนธะโคเวเลนตทใชอเลตรอนรวมกนหนงค มโมเลกลของสารบางชนดไมอาจจะแสดงโดยการเขยนสตรโครงสรางแบบใดแบบหนงไดโดยใหมสมบตตามทเปนจรง ตวอยาง เชน BF3 , NO-

3 และ SO2 เปนตน ถาจะลองเขยนสตรโครงสรางแบบเสน โดยใหมอเลกตรอนเปนไปตามกฎแปดจะไดดงน

A

BB

B

เสนตรงหนงเสนแทนพนธะเดยวระหวาง A กบ B และเสนตรงสองเสนหรอเสนคแทนพนธะคระหวาง A กบ B แตจากากรทดลองพบวาความยาวพนธะระหวาง A กบ B เทากนทกพนธะ และมมพนธะระหวาง B-A-B ดงนนสตรโครงสรางทแทจรงจงไมใชสตรหนงแตจะเปนโครงสรางผสมระหวางทงสามแบบ ดงน

9

A

BB

BAB

BBAB

B B แบบ 1 แบบ 2

แบบ 3

เรยกปรากฏการนวา เรโซแนนซ สตรโครงสรางทแทจรงจะเปนแบบผสมระหวางสามแบบนเรยกวา เรโซแนนซไฮบรด (resonance hybrid) แตไมสามารถจะรวมเขยนสตรโครงสรางเพยงสตรเดยวได แตละแบบเรยกวา เรโซแนนซฟอรม (resonance form)

ดงในโมเลกลของ SO2 S มเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 6 O กมเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 6 ดงนนจำานวนเวเลนซอเลกตรอนรวมทงหมดเปน 18 ถาเปนไปตามกฎคแปด โครงสรางของ กจะเขยนไดตามแบบ 1 หรอ แบบ 2 คอมพนธะเดยว (พนธะยาว) 1 พนธะและพนธะค (พนธะสน) 1 พนธะ แตจากการทดลองพบวาพนธะระหวางอะตอมของ S และ O เปนพนธะทมความยาวเทากน

การเขยนโครงสรางตามแบบ 1 และ แบบ 2 จงไมสอดคลองกบผลจากการทอลอง ถาจะเขยนตามแบบ 3 กไมไดอกเพราะเปนแบบทมอเลกตรอน

10

เดยว โมเลกลทมอเลกตรอนเดยวมคณสมบตแมเหลกดดได (paramagnetic) แตผลจากการทดลองพบวาสารนแมเหลกดดไมได ดงนน โมเลกลของ SO2 นาจะมโครงสรางตามแบบ 1 และ แบบ 2 ผสมกน คอ พนธะระหวาง S จะเปนพนธะเดยวรวมกบพนธะค หรอเปนพนธะทมสมบตเปนไดทงพนธะเดยวและพนธะค ดงน

เรโซแนนซฟอรม เรโซแนนซไฮบรด

3.5.1 วธเขยนโซแนนซฟอรมในการเขยนเรโซแนนซฟอรม มสงทตองคำานงถงดงน1. ตำาแหนงของอะตอมทกอะตอมไมมการเปลยนแปลง สวนทมการ

เปลยนแปลงคอตำาแหนงของอเลกตรอน เชน เรโซแนนซฟอรมของ SO2 จะเขยนเปนแบบ 3 ดงตอไปนไมได

แบบ 32. จำานวนคของอเลกตรอนของทกเรโซแนนซฟอรมจะตองเทาเดม

ดงนนจะเขยนเรโซแนนซฟอรมของ SO2 เปนดงตอไปนไมได

11

ตวอยางท 3.1 จงเขยนเรโซแนนซฟอรมของ CO3=

ว ธ ท ำา

3.5.2 ความเปนไปไดของโครงสรางแบบตางๆในการพจารณาวาโครงสรางแบบใดทจะมโอกาสเปนเรโซแนนซฟอรม

ไดมากทสดหรออาจเปนไดมากทสด อาศยหลกดงตอไปนตองเปนโครงสรางทมประจตามสตรตำาทสดถาเปนอะตอมของธาตชนดเดยวกนตองไมมประจถตามสตรทมเครองหมายตรงกนขามถาเปนอะตอมของธาตทมความสามารถในการดงอเลกตรอนเขาหาตวเอง (electronegativity) สงมกจะมประจตามสตรเปนลบ

12

3.6 พนธะโคออรดเนตโคเวเลนตเปนพนธะโคเวเลนตทเกดจากการใชอเลกตรอนรวมกนเปนค แต

อะตอมใดอะตอมหนงแตเพยงอะตอมเดยวทเปนผใหอเลกตรอนคนนเพอใชรวมกนเรยกวา พนธะโคออรดเนตโคเวเลนตพนธะชนดนพบในโมเลกลหรอไอออนตางๆ เชน NH4

+, BF4+, H 2SO4 เปนตน

NH4+

BF4-

H2SO4

13

3.7 ประจสตรประจสตร (formal charge) ของอะตอมใด หมายถง ประจท

อะตอมควรจะมขณะทเปนองคประกอบของโมเลกลหาไดจาก

ประจตามสตร = NA-Nu- ½ Ns

เมอ Na คอ จำานวนเวเลนซอเลกตรอนของอะตอมทเปนกลางNu คอ จำานวนเวเลนซอเลกตรอนทไมไดใชรวมกบอะตอมใดNs คอ จำานวนเวเลนซอเลกตรอนทใชรวมกนกบอกอะตอมหนง

โดยนบรวมเขาดวยกนทงหมด เชน H ใช หนงอเลกตรอนรวมกบ O หนงอะตอม และ O หนงอะตอมใชหนงอเลกตรอนรวมกบ H หนงอะตอม ดงนน อเลกตรอนทใชรวมกนระหวาง H และ O ในทนเทากบสองอเลกตรอน

ตวอยางท 3.2 จงคำานวนหาประจตามสตรของทกอะตอมทเปนองคประกอบของสารตอไปนพรอมทงบอกดวยวาเปนโมเลกลหรอไอออน

14

วธทำาก. ประจตามสตรของอะตอมใน H2O คดดงน

ประจตามสตรของ H อะตอมท 1 = 1 – 0 – (½ x 2) =0

H อะตอมท 2 = 1 – 0 –(½ x 2) = 0O = 6 – 4 – (½ x 4) = 0

ประจตามสตรรวม = 0ดงนน H2O จงเปนโมเลกล

ข. ประจตามสตรของทกอะตอมใน NH3 คดไดดงน

15

ประจตามสตรของ N = 5 – 2 – (½ x 6) = 0H อะตอมท 1 = 1 – 0 – (½ x 2) = 0H อะตอมท 2 = 1 – 0 – (½ x 2) = 0H อะตอมท 3 = 1 – 0 – (½ x 2) = 0

ประจตามสตรรวม = 0ดงนน NH3 จงเปนโมเลกล

ค. ประจตามสตรของทกอะตอมใน NH4+ คดดงน

ประจตามสตรของ N = 5 – 0 –(½ x 8) =+1

H อะตอมท 1 = 1 –0 – (½ x 2) = 0H อะตอมท 2 = 1 – 0 – ½ x 2) = 0H อะตอมท 3 = 1 – 0 – (½ x 2) = 0H อะตอมท4 = 1 – 0 – (½ x 2) = 0

ประจตามสตรรวม = +1ดงนน NH4

+ จงเปนไอออน

3.8 เลขออกซเดชนเลขออกซเดชน หมายถง ประจของอะตอมในสารประกอบ ซงประจ

นนอาจเปนประจทเกดจากการใหหรอรบอเลกตรอนจรงๆ เชน ในสารประกอบไอออนก หรอ เปนประจสมมตโดยทอะตอมตางๆ ไมมการใหหรอรบอเลกตรอน เชน ในสารประกอบโคเวเลนตสำาหรบประจจรงในสารไอออนกมกใชคำาวาเลขออกซเดชน แตปรจสมมตในสารโคเวเลนตใชทงตวออกซเดชนประจตามสตรซงมทมาตางกนเลกนอย

16

ในการเขยนคาเลขออกซเดชน นยมเขยนไวบนขวาของสญลกษณของธาตโดยมเครองหมายบวก (+) หรอลบ (-) ไวหนาตวเลข ในกรณทหาคาเลขออกซเดชนของธาตทเปนองคประกอบในสารประกอบหากเชอแนวามไอออนอยในสารประกอบหรอในสารละลายของสารประกอบใหเขยนเครองหมายบวกหรอลบไวขางหลงตวเลข

หลกเกณฑในหารคำานวณหาคาเลขออกซเดชนมดงน1. เลขออกซเดชนของอะตอมของธาตอสระมคาเทากบศนย เชน

N2,Cl2,O2,O2,P2,และ H2 เปนตน

2. เลขออกซเดชนของโลหะหม IA ในสารประกอบใดๆ มคาเทากบ +1 เลขออกซเดชนของโลหะหม IIA มคาเทากบ +2

3. เลขออกซเดชนของไอออนเดยว (monoatomic ion) มคาเทากบประจของไอออนนนและมเครองหมายเปนลบ หรอมคาเทากบเลขประจำากลมลบดวยแปด น ธาตพวกแฮโลเจนอยในกลม VIIA จะมเลขออกซเดชนเทากบ 7-8 = -1 เปนตน

ถาไอออนนนมาจากกลมของอะตอม (Polyatomic ion) ผลรวมของเลขออกซเดชนขององคประกอบทงหมดของไอออนมคาเทากนกบประจของไอออนนน เชน MnO-

4 มประจเปน –1 ผลบวกทางคณตศาสตรของเลขออซเดชนของ Mn และ 4 O จะมคาเทากบ –1 ดวย และถาทราบเลขออซเดชนของธาตใดธาตหนงกจะหาคาของอกธาตหนงได

4. เลขออกซเดชนของออกซเจนในสารประกอบทวๆไปมคาเทากบ –2 ยกเวน ในสารประกอบเปอรออกไซด (Peroxide) เชน H2O2

, Na2O2 , K2O2 ออกซเจนจะมเลขออกซเดชนเทากบ –1 สวนใน

17

สารประกอบซปเปอรออกไซด (superoxide) เชน KO2,NaO2 ออกซเจนจะมเลขออกซเดชนเทากบ – ½

5. เลขออกซเดชนของไฮโดรเจนในสารประกอบทวๆไปมคาเทากบ +1 ยกเวน ในสารประกอบไฮไดรด (เมอ H รวมกบโลลหะ) เชน NaH, LiH ไฮโดรเจนจะมเลขออกซเดชนเทากบ –1

6. เลขออกซเดชนของธาตทวๆไปในสารประกอบมคาเทากบประจของธาตนน เมออยในรปของไอออนในสารละลาย เชน Na, Mg, F, Al มเลขออกซเดชนเทากบ +1, +2, -1, +3 ตามลำาดบ

7. ผลบวกของเลขออกซเดชนของทกธาตในสารประกอบรวมกนเทากบศนย และผลบวกของเลขออกซเดชนของทกอะตอมในไอออนทมหลายอะตอมเทากบประจของไอออนนนๆ

8. เลขออกซเดชนของธาตบางชนดทเปนองคประกอบในสารประกอบ มเลขออกซเดชนไดหลายคา แตคาสงสดจะไมเกนเลขประจำากลมของธาตนนๆ ยกเวน Ag, Au, Cu และพวกแกสเฉอย

ตวอยางท 3.3 จงหาคาเลขออกซเดชนตอไปนก. Cl ใน HClO และ HClO3

ข. MN ใน MnO-4 และ Mn2O2

ค. Cr ใน K2Cr2O7 และ CrO=4

วธทำา ก. ใน HClO ; [(H x 1) + (Cl x 1) + (O x 1)] = 0 [(+1 x 1) + (Cl x 1) + (-2 x 1)] =0

Cl = +1

18

ใน HClO3 ; [(H x 1) + (Cl x 1) + (O x 3) = O[(+1 x 1) + (Cl x 1) + (-2 x 3)] = O

Cl = +5

ข. ใน MnO4 ; [(Mn x 1) + (O x 4)] = -1[Mn x 12) + (-2 x 7)] = -1

Mn = +3

ค. ใน K2Cr2O7 ; [(K x 2) + (Cl x 2) + (O x 7)] = O[(+1 x 2) + (Cl x 2) + (-2 x 7)] = O

Cr = +3

ใน CrO=4 ; [(Cr x 1) + (O x 4)] = -2

[(Cr x 1) + (-2 x 4)] = -2Cr = +6

หลกเกณฑเพมเตมในการคำานวณเลขออกซเดชนของธาตทเปนองคประกอบในสารประกอบโคเวเลนตบางกรณม 2 แบบ ดงน

แบบท 1 สงทจะตองทราบกอนการคำานวณ คอ 1. สตรโครงสรางแบบจดของสารประกอบ2. คาความสามารถในการดงอเลกตรอนเขาหาตวเองของธาต

ทเปนองคประกอบของสารประกอบ

หลกในการคำานวณมดงนเลขออกซเดชนของอะตอมใด เทากบจำานนวนสทธของ

อเลกตรอนของอะตอมนนทใชรวมกบอะตอมอน

การคดจำานวนสทธของอเลกตรอนเปนดงน

19

1. กำาหนดใหอะตอมทตองการหาคาเลขออกซเดชนเปนอะตอม A

2. ถาอะตอมอนทมาใชอเลกตรอนรวมกบอะตอม A มคาอเลกโทรเนกาตวต หรอมความสามารถในการดงอเลกตรอนเขาหาตวเองสงกวา ใหถอวาอเลกตรอนของอะตอม A ทใชรวมเปนของอะตอมนน และเลขออกซเดชนของอะตอม A จะมคาเทากบจำานวนอเลกตรอนของอะตอม A ทเอาไปใชรวมและมเครองหมายเปนบวก

คาอเลกโทรเนกาตวตเปนคาทหาไดจากผลตางระหวางพลงงานพนธะทไดจากการทดลอง (คาจรง) กบพลงงานพนธะทไดจากการคำานวณ (คาเฉลย) โดยธาตทมคาอเลกโทรเนกาตวตมากทสด คอ ฟลออรน ซงมคาเทากบ 4

ตารางท 3.3 แสดงคาอเลกโทรเนกาตวตของธาตตางๆ

ตวอยางท 3.4 จงคำานวณหาเลขออกซเดชนของ C ใน CCl4

20

ว ธ ท ำาจากตารางท3.3 Cl มคาอเลกโทรเนกาตวต = 3.0

C มคาอเลกโทรเนกาตวต = 2.5Cl มคาอเลกโทรเนกาตวต สงกวา C จำานวนอเลกตรอนท C ใชรวมกบ Cl ทง 4 อะตอม มจำานวน 4 อเลกตรอน ดงนนเลขออกซเดชนของ C จงเทากบ +4

3. ถาอะตอมอนทมาใชอเลกตรอนรวมกบอะตอม A มคาอเลกโทรเนกาตวตตำากวา ใหถอวาอเลกตรอนของอะตอมอนทใชรวมกบอะตอม A เปนของอะตอม A และเลขออกซเดชนของอะตอม A จะมคาเทากบจำานวนอเลกตรอนของอะตอมอน ทมาใชรวมและมเครองหมายเปนลบ

C

Cl

Cl Cl

Clตวอยางท 3.5 จงคำานวณหาเลขออกซเดชนของ O ใน H2Oว ธ ท ำา

จากตารางท3.3 H มคาอเลกโทรเนกาตวต = 2.1O มคาอเลกโทรเนกาตวต = 3.5

H มคาอเลกโทรเนกาตวตตำากวา O จำานวนอเลกตรอนของ H ทง 2 อะตอมใชรวมกบ O มจำานวน 2 อเลกตรอน ดงนนเลขออกซเดชนของ O จงเทากบ -2

ตวอยางท 3.6 จงคำานวณหาเลขออกซเดชนของ Cl และ O ใน SoCl2

21

วธทำาจากตารางท 3.3 Cl มคาอเลกโทรเนกาตวต = 3.0

S มคาอเลกโทรเนกาตวต = 2.5Cl มคาอเลกโทรเนกาตวตสงกวา S จำานวนอเลกตรอนของ Cl

แตละอะตอมทใชรวมกบ S มจำานวนอะตอมละ 1 อเลกตรอน ดงนนเลขออกซเดชนของ Cl แตละอะตอมจงเทากบ –1

สวน O มคาอเลกโทรเนกาตวตสงกวา S จำานวนอเลกตรอนของ S ทใชรวมกบ O มจำานวน 2 อเลกตรอน ดงนนเลขออกซเดชนของ O จงเทากบ –2

4. ถาอะตอมอนทมาใชอเลกตรอนรวมกบอะตอม A มมากกวา 1 อะตอม และตางกมคาอเลกโทรเนกาตวตสงกวาอะตอม A เลขออกซเดชนของอะตอม A จะมคาเทากบผลบวกของจำานวนอเลกตรอน ทอะตอม A ใชรวมกบอะตอมอนๆ และมเครองหมายเปนบวก

ตวอยางท 3.7 จงคำานวณหาเลขออกซเดชนของ S ใน SOCl2ว ธ ท ำา

จากตารางท3.3 Cl มคาอเลกโทรเนกาตวต = 3.5O มคาอเลกโทรเนกาตวต = 3.5S มคาอเลกโทรเนกาตวต = 2.5

22

ทง Cl และ O ตางกมคาอเลกโทรเนกาตวตสงกวา S จำานวนอเลกตรอนของ S ทใชรวมกบ Cl และ O มจำานวน 4 อเลกตรอน ดงนนเลขออกซเดชนของ S จงเทากบ +4

5. ถาอะตอมอนทมาใชอเลกตรอนรวมกบอะตอม A มมากกวา 1 อะตอม บางอะตอมมคาอเลกโทรเนกาตวตสงกวาอะตอม A บางอะตอมมคาอเลกโทรเนกาตวตตำากวาอะตอม A เลขออกซเดชนของอะตอม A มคาเทากบผลตางของจำานวนอเลกตรอนทงสองประเภทนน เชน อะตอม A รบมา 2 อเลกตรอน (จากอะตอมทมคาอเลกโทรเนกาตวตตำากวา) และใหไป 3 อเลกตรอน (แกอะตอมทมคาอเลกโทรเนกาตวตทสงกวา) จำานวนสทธจงเปนใหไป 1 อเลกตรอน ดงนนเลขออกซเดชนของอะตอม A เทากบ +1

ตวอยางท 3.8 จงคำานวณหาเลขออกซเดชนของ Cl ใน HClOว ธ ท ำา

จากตารางท3.3 Cl มคาอเลโทรเนกาตวต = 3.0O มคาอเลโทรเนกาตวต = 3.5H มคาอเลโทรเนกาตวต = 2.1

Cl มคาอเลกโทรเนกาตวตตำากวา O แตสงกวา H จำานวนอเลกตรอนทใชรวมกบ O ม 2 อเลกตรอน และทใชรวมกบ H ม 1 อเลกตรอน ดงนนเลขออกซเดชนของ Cl จงเทากบ +1

23

แบบท 2 สงทจะตองทราบเหมอนกนกบแบบท 1

หลกในการคำานวณมดงนเลขออกซเดชน = V – U – S

ในเมอ V คอ จำานวนเวเลนซอเลกตรอนของอะตอมเมอเปนกลาง

U คอ จำานวนเวเลนซอเลกตรอนทไมไดรวมกบอะตอมใด (unshared electrons)

S คอ จำานวนเวเลนซอเลกตรอนทใชรวมกบอะตอมอน เพอสรางพนธะอเลกตรอนทงหมดทใชรวมกนในระหวา 2 อะตอม จะเปนของอะตอมทมคาอเลกโทรเนกาตวตสงกวา ถาเปนอะตอมของธาตชนดเดยวกนจำานวนอเลกตรอนจะแบงเปนของอะตอมละครง

ตวอยางท 3.9 จงคำานวณหาเลขออกซเดชนของแตละอะตอมใน H2SO4

24

ว ธ ท ำาจากตารางท 3.3 O มคาอเลกโทรเนกาตวต =3.5

S มคาอเลกโทรเนกาตวต = 2.5H มคาอเลกโทรเนกาตวต = 2.1

คาอเลกโทรเนกาตวตเรยงจากมากไปหานอยดงน OSH ดงนนอเลกตรอนท O อะตอมท 1 ใชรวมกน H อะตอมท 1 จงเปนของ O อะตอมท 1 ทง 2 อเลกตรอน สวน O อะตอมท 4 ใชรวมกบ S เปนของ O อะตอมท 4 ทง 2 อเลกตรอน H และ O ทเหลอกคดในทำานองเดยวกน

เลขออกซเดชนของ H อะตอมท 1 = 1-0-0 = +1เลขออกซเดชนของ H อะตอมท 2 = 1-0-0 = +1เลขออกซเดชนของ S = 6-0-0 = +6เลขออกซเดชนของ O อะตอมท 1 = 6-4-4 = -2เลขออกซเดชนของ O อะตอมท 2 = 6-4-4 = -2เลขออกซเดชนของ O อะตอมท 3 = 6-6-2 = -2เลขออกซเดชนของ O อะตอมท 4 = 6-6-2 = -2

3.9 ความยาวพนธะในการสรางพนธะเคมไมวาจะเปนพนธะชนดใด อะตอมคสรางพนธะจะ

เขาใกลกนมากทสดเพยงระยะหนง ถาเขาใกลกนมากกวานนจะเกดแรงผลกมากกวาแรงดงดดและทำามหไมมเสถยรภาพ ระยะระหวางอะตอมทเขาใกลกนมากทสดแลวทำาใหมเสถยรภาพมากทสด เรยกระยะนวา ความยาวระยะ (bond length) แตเนองจากอะตอมทงหลายอยในสภาพทสน

25

สะเทอน (vibrate) อยตลอดเวลาดวยความถประมาณ 1013 รอบตอวนาท ดงนนระยะหางระหวางอะตอมทงสองจงไมคงทแนนอน ความยาวพนธะจงเปนคาเฉลยของความยาวทเปลยนแปลงตลอดเวลานน

ตารางท3.4 ความยาวพนธะในโมเลกลทเกดจากอะตอมค

โมเลกล ความยาวพนธะ (pm)

โมเลกล ความยาวพนธะ (pm)

F2Cl2Br2I2H2O2HFHCl

14219922826774

12192

128

BrClBrFIclN2NOCOClFHI

214176232110115113163160

ควาายาวพนธะในโมเลกลของสารทเปนผลกสามารถหาไดจากการใชการเลยวเบนของรงสเอกซ แตถาสารนนไมมผลกหรอทำาใหเปนผลกได

26

ยากกอาจหาความยาวพนธะโดยวธอน เชน เทคนคของการแยกของสเปกตรมของโมเลกล (mokecular spectroscopy)

พนธะชนดเดยกนแตอยในโมเลกลทตางชนดกนจะมคาไมเทากนเชนพนธะโคเวเลนตอาจเกดเปนแบบพนธะเดยว พนธะค หรอพนธะสามกได ดงนนนความยาวพนธะจงมคาแตกตางกนแตถาเปนพนธะแบบเดยวกนแมจะอยในโมเลกลตางชนดกนกจะมคาไมแตกตางกนมากนก ดงนนในการระบคาความยาวพนธะจะตองบอกไวดวยวาเปนพนธะเดยว พนธะค หรอพนธะสาม

ตารางท 3.5 ความยาวพนธะในโมเลกลตางๆ

พนธะ โมเลกล ความยาวพนธะ (pm)

O-HO-HO-HO-HO-HC-HC-HC-HC-C

นำา H2Oไอโดรเจนเปอรออกไซด,

H2Oเมทานอล, CH3OH

กรดฟอรมก, HCOOHอนมลไฮดรอกซล, OH-

มเทน,CH4

9697969697

109.5109.5108.7154

27

C-CC-CC-CC-C

อเทน,C2H6

เอทลน,C2H4

เพชรอเทน,C2H6

โพรเพน,C3H8

เอทานอล,C2H5OHนโอเพนเทน,(CH3)4CH

154154155154

สำาหรบความสมพนธระหวางพลงงานพนธะ กบความยาวพนธะพบวาสำาหรบพนธะระหวางอะตอมคหนง ถาความยาวพนธะยงสนพลงงานพนธะจะยงมคามาก หรอกลาววาพนธะนนเสถยรหรอแขงแรงมาก ตวอยางเชน C-C แบบตางๆ

ตารางท 3.6 ความสมพนธระหวางความยาวพนธะ C-C กบพลงงานพนธะ

โมเลกล ชนดของพนธะ

ความยาวพนธะ (pm)

พลงงานพนธะ (Kj mol-1)

อเทน, H3C – CH3

เอทลน, H2C = CH2

C-CC = CC C

154134120

348614839

28

อะเซทลน,HC CH

3.10 มมพนธะถาอะตอมหนงสรางพนธะกบอะตอมอนๆ ตงแตสองอะตอมขนไปใน

โมเลกลเดยวกนเสนตรงทลากจากนวเคลยสของอะตอมเลานนผานพนธะมาตดกนทนวเคลยสของอะตอมหลกมมทเกดขนเรยกวา มมพนธะ ตวอยาง เชน มมพนธะในโมเลกลของแกส H2S

S

H H

เนองจากมมพนธะเปนคาเฉลย ทงนเนองจากการสนสะเทอนของอะตอมตางๆ คาของมมพนธะวดไดจากการใชเทคนคของการหกเหกระจายของรงสเอกซ เชนเดยวกบความยาวพนธะ มมพนธะมคาไดตงแต 60 องศาถง 180 องศาแตสวนใหญมกจะมคาประมาณ 100 องศาดงตารางท3.7 และ ตารางท 3.8

ตารางท 3.7 มมพนธะของโมเลกลและไอออนทมไฮโดรเจน

29

โมเลกลหรอไอออน

มมพนธะ (องศา,0)

โมเลกลหรอไอออน

มมพนธะ (องศา,0)

(CH3)2OOH3

+

BH4-

SiH4PH+

4AlH4

+

NH4+

SnH4

111110

109.5109.5109.5109.5109.5109.5

NH3H2OH2N-

PH3H2SAsH3H2SeH2Te

107.3104.510493.392.291.891.189.5

ตารางท 3.8 มมพนธะของโมเลกลหรอไอออนทมออกซเจน

โมเลกลหรอไอออน

มมพนธะ (องศา,0)

โมเลกลหรอไอออน

มมพนธะ (องศา,0)

CO2NO2

+

NO2SO2O3

180180134120117

ClO2NO2

-

Cl2OClO2

-

F2O

116115111110103.2

3.11 โพลาไรเซชนเมอไอออนทมประจตางกนอยใกลกน นวเคลยสของแตละไอออนจะ

ดงดดกลมอเลกตรอนของซงกนและกน โดยเฉพาะไอออนบวกจะดงดด

30

กลมอเลกตรอนของไอออนลบไดดกวาทไอออนลบจะดงดดกลมอเลกตรอนของไอออนบวก การทนวเคลยสของไอออนหนงดงดดกลมอเลกตรอนของอกไอออนหนงจนบดเบยวไปจากลกษณเดม เรยกวา โพลาไรเซชน (polarisation)

โพลาไรเซชนทำาใหพนธะไอออนกมลกษณะของโคเวเลนตขน กลาวคอ ถาเกดโพลาไรเซชนไดดหรอไดมาก โอกาสทจะเปนโคเวเลนตกมมาก โพลาไรเซชนจะเพมขนหรอเกดไดดเมออยในสภาพดงน

1. ไอออนบวกมขนาดเลกแตมประจมากเมอเปรยบเทยบระหางไอออนบวกดวยกนไอออนทมขนาดเลก แตมประจจำานวนมากจะสามารถโพลาไรสไอออนลบไดดกวาไอออนทมขนาดใหญกวา ถงแมจะมประจเทากนหรอมขนาดเทากนแตมประจนอยกวา การเปรยบเทยบความสามารถหรอศกยะของไอออน (ionic potential) ทำาได ดงน ความสามารหรอศกยะของไอออน () = จำานวนประจของไอออน (Z)

รศมไอออน (r)ตารางท 3.9 แสดงความสามารถหรอศกยะของไอออนตางๆ

ไอออน ความสามารถหรอศกยะไอออน

ไอออน ความสามารถ หรอ ศกยะไอออน

B+3

Be+2

Al+3

Ga+3

Mg+2

15.006.456.004.843.08

Ca+2

Li+Na+

K+

2.021.671.050.75

31

2. ไอออนลบทมขนาดใหญ และมประจมาก ระหวาง Cl- กบ F- ซงเปนไอออนทมประจเทากน แต Cl- มขนาดใหญกวาจงถกโพลาไรสไดงายกวา F- ยงไอออนทมขนาดใหญมากขน เชน I- Se-2Te-2 และไอออนทมประจจำานวนมากๆ เชน As-3, P-3 จะยงถกโพลไรสไดดยงขน คอมโอกาสโคเวเลนตไดมาก

3. โครงแบบอเลกตรอนของไอออนบวก ศกยะของไอออนนอกจากจะหาโดยอาศยความสมพนธระหวางประจกบรศมของไอออนแลว อาจจะหาไดจากประจของไอออนลบดวยคาถกกำาบงของอเลกตรอน ดงนน โครงแบบอเลกตรอนของไอออนจงมความสมพนธกบศกยะของไอออน กลาวคอ ไอออนบวกทมอเลกตรอนอยในออรบทล d มคาถกกำาบงนอย ไดแก ไอออนบวกทเปนหมธาตแทรนซชน มโครงแบบอเลกตรอนเปนแบบ ( n-l) dxso จะมความสามารถในการโพลาไรส ไอออนลบไดดกวาไอออนบวกทมโครงแบบอเลกตรอนเปนแบบ (n-l) s2(n-l)p6nso ตวอยาง เชน Hg+2 (รศม 1.02A0) โพลาไรสไดดกวา Ca+2 (รศม 1.00 A0) ทงๆ ทมประจเทากน และรศมไอออนเกอบเทากน Hg+2 มอเลกตรอนในออรบทล d สารประกอบของ Hg+2 จงมสมบตเปนโคเวเลนตมากกวาสารประกอบของ Ca+2

ผลของโพลาไรเซชนสามารถอธบายสมบตของสารประกอบทสำาคญ 2 ประการ คอ

1.จดหลอมเหลวและจดเดอดของสารประกอบของโลหะ สารประกอบทมไอออนลบชนดเดยวกน แตมไอออนบวกตางชนดและตางขนาดกน จดหลอมเหลวและจดเดอดจะตางกน เชนจดหลอมเหลวของ BeCl2 และ

32

CaCl2 มคาเทากบ 405 0C และ 7720C ตามลำาดบ อธบายไดวา Be+2 มประจเทากบ Ca+2 แต Be+2 มขนาดประจเลกกวา Ca+2 จงสามารถโพลาไรสไดดกวา BeCl2 จงมสมบตเปนโคเวเลนตมากกวา CaCl2 จดหลอมเหลวตำากวา

ในกรณจดหลอมเหลวของ NaBr MgBr2 และ AlBr3 มคาเทากบ 7550C 7000C และ 97.50C ตามลำาดบ อธบายไดวาสารประกอบทงสามชนดมไอออนบวกทมจำานวนประจตางกน Al+3 มประจมากกวา Mg+2 และ Na+2 จงมสมบตเปนโคเวเลนตมากกวาในทำานองเดยวกนกบ LiF, LiCl, LiBr และ Lil ซงมจดหลอมเหลวเปน 8700 c , 6130C , 5470C และ 4460C ตามลำาดบ สารประกอบทงสชนดตางกนทขนาดของไอออนลบ ถงแมจะมจำานวนประจเทากน แตขนาดของไอออนลบไมเทากน I- มขนาดใหญทสด ดงนน Lil จงมสมบตเปนโคเวเลนตมากทสด สวนกรณของ HgCl2 กบ CaCl2 ซงมจดหลอมเหลวเปน 2760C และ 7720C ตามลำาดบ Hg+2

มการจดเรยงตวเปนแบบ (n-l)dxso สวน Ca เปนแบบ (n-1)s2 (n-1)p6ns0 ดงนน HgCl2 จงมสมบตเปนโคเวเลนตมากกวา CaCl

2. ความสามารถในการละลาย (solubility) ของสารประกอบ เมอเปรยบเทยบสารประกอบ AgF , AgCl , AgBr และ AgI พบวา AgF ละลายในตวทำาละลายทเปนนำาได แต AgCl ละลายในตวทำาละลายทมนำา

33

ผสมแอมโมเนย สวน AgBr และ AgI ไมละลายในตวทำาละลายดงกลาว และ I- มขนาดใหญทสด ดงนน AgI จงมสมบตเปนโคเวเลนตมากทสด และไมละลายในตวทำาละลายทมขว เชน นำา

3.12 สภาพมขว (polarity)ในโมเลกลโคเวเลนตทเกดจากอะตอมชนดเดยวกนใชอเลกตรอนรวม

กน อเลกตรอนเหลานจะอยหางจากนวเคลยสของอะตอมทงสองเทาๆ กน เรยกโมเลกลประเภทนวาโมเลกลไมมขว (non-polar molecule) ตวอยางเชน H2,O2,Cl2 และ I2 เปนตน ถาเปนโมเลหกลทเกดจากอะตอมของธาตตางชนดกนใชอเลกตรอนรวมกน อเลกตรอนจะถกดงเขาไปใกลนวเคลยสของอะตอมของธาตทมคาอเลกโทรเนกาตวตสงกวา ทำาใหอะตอมดงกลาวมสมบตทางไฟฟาคอนขางเปนลบ (- ) สวนอกอะตอมหนงมสมบตคอนขางเปนบวก (+ ) โมเลกลทเกดในลกษณะอยางนเรยกวา โมเลกลมขว (polar molecule) ตวอยางเชน HCl , H2O, H2S และ HF เปนตน ดงนนผลตางของคาอเลกโทรเนกาตวตจงมความสำาคญตอความมขวของพนธะและของโมเลกลสารประกอบใดทประกอบ

34

ดวยธาตทมอเลกโทรเนกาตวตแตกตางกนมาก สารประกอบนนจะมสภาพมขวสงหรออกนยหนงจะมความเปนไอออนกสง

ถาสารประกอบชนดหนงประกอบดวยธาต A และ B ซงเปนธาตทมคาอเลกโทรเนกาตวตตางกน สารประกอบ AB กจะเปนสารประกอบชนดมขว อาจเขยนเปน A+ B- โดยมคาไดตงแต 0 ถง 1

ถาสารประกอบใด = 0 แสดงวาเปนสารประกอบไมมขว ถา แสดงวาเปนสารประกอบมขว และถา สารประกอบนนจะเปนสารประกอบไอออนก

คา หาไดจากคาทเรยกวาไดโพลโมเมนต (dipole moment หรอ ) ดงนน

= (e ).1หรอ e =

1

เมอ e คอ ประจขวพนธะe คอ ประจไฟฟาลบของอเลกตรอนมคาเทากบ 1.6021x-19 คลอมบ ( C ) หรอ เทากบ 4.80298x10-10 หนวยไฟฟาสถต (esu)

l คอ ความยาวพนธะ

35

คอ ไดโพลโมเมนตของพนธะมหนวยเปนเดอบาย (debye , D ) โดยท 1 D เทากบ 10-8 esu cm และเทากบ 3.33x10-30 คลอมบเมตรไดโพลโมเมนตของประจ 1 อเลกตรอนทอยหางกน 1A0 หรอ 100 pm หรอ 10-8 cm จะมคาเทากบ 4.8 Dคาของ ขนกบไดโพลโมเมนต กลาวคอ สารประกอบใดมไดโพลโมเมนตสง จะมคามาก แสดงวาสารประกอบนนมลกษณะไอออนกสงตวอยางท 3.10 จงคำานวณหาคา ของโมเลกล HCl ซงมไดโพลโมเมนต 1.03 D และมความยาวพนธะ 1.27 x10-10 cmวธทำา

= 1

= 1.03x3.33x10 -30 Cm 1.27x10-10 m

= 0.27x10-19C = 0.27x10 -19 C = 0.17

1.6x10-19 C

คา น เรยกวาลกษณะไอออนกยอยและนยมระยเปนรอยละ เชน กลาววา โมเลกล HCl มความเปนไอออนกรอยละ 17 และเนองจาก H และ Cl มคาอเลกโทรเนกาตวตเทากบ 2.1 และ 3.0 ตามลำาดบ ดงนน Cl จงมความเปนขวลบมากวา H ดงนน

H+ Cl-คาของความเปนไอออนกโดยเทยบจากผลตางระหวางคาอเลกโทรเน

กาตวตของอะตอมทงสอง ดงตารางท 3.10

ตารางท 3.10 แสดงคาของลกษณะไอออนกของพนธะโคเวเลนต

36

XA- XB ลกษณะไอออนก (% )

XA- XB ลกษณะไอออนก (% )

0.2 1 1.8 550.6 4 2.0 630.8 15 2.4 761.0 22 2.6 821.2 30 2.8 861.4 39 3.0 891.6 47 3.2 92

3.3 ไดโพลโมเมนตอาจใหความหมายไดวา เปนผลคณระหวางขนาดของประจกบความ

ยาวพนธะไดโพลโมเมนต (dipole moment) เปนคาทวดไดจากการทดลอง จงใชเปนคาสำาหรบวดสภาพมขวของสารได และไดโพลโมเมนตเปนประมาณเวกเตอร คอ มทงขนากและทศทาง การหาไดโพลโมเมนตของโมเลกลทมหลายอะตอมหาไดจากผลบวกของเวกเตอรของไดโพลโมเมนตของแตละพนธะในโมเลกล

ไดโพลโมเมนตนอกจากจะใชวดสภาพมขวหรอความเปนไอออนกของโมเลกลของสารแล ยงสามารถใชทำานายรปรางของโมเลกลทไมคอยซบ

37

ซอนไดดวย เชน CO2 ม = O แสดงวา โมเลกลตองเปนเสนตรง แต H2O ม = 1.86 โมเลกล จะเปนแบบเสนตรงเหมอน CO2 ไมได จะตองเปนแบบโครงสรางโคงงอ (bent structure)

O2-

O C2+ O- +H H+

CO2 H2O

แทนไดโพลโมเมนต ลกศรจะชไปทางทมอเลกตรอนมากทสด

ถาโครงสรางของ H2O เปนแบบเสนตรงอยาง CO2 แสดงวาเวกเตอรของไดโพลโมเมนตมขนาดเทากนแตมทศทางตรงขามกน ดงนนไดโพลโมเมนตของโมเลกลของ H2O ซงเทากบผลบวกของเวกเตอรของไดโพลโมเมนตของไดโพลโมเมนตของทงสองพนธะ เมอหกลางกนมคาเทากบศนย

ถาลองเขยนโครงสรางของโมเลกลคารบอนไดออกไซดเปนแบบโคงงอ คาไดโพลโมเมนตของพนธะทงสองปรากฎวาเสรมกน หรอผลรวมของไดโพลโมเมนตไมเทากบศนย

2+ C

-O O+

ดงนนเมอไดโพลโมเมนตของ CO2 และ H2O เทากบ 0 และ 1.86 ตามลำาดบ แสดงวาพนธะระหวาง C- O ในโมเลกลของ CO2 จะตองอย

38

ในแนวเสนตรง แตพนธะระหวาง H – O ในโมเลกลของ H2O จะตองโคงงอทำามมกน

ลองพจารณา BF3 กบ PF3 โมเลกลทงสองนมสตรโมเลกลเปนแบบเดยวกน นาจะมโครงสรางอยางเดยวกน หรอคลายกน แตคาไดโพลโมเมนตของโมเลกลทงสองตางกน โครงสรางจงตางกน

F P

B F F

F F F

BF3 เปนโมเลกลทไมมไดโพลโมเมนต หรอ เทากบ 0 จงมรปทรงเรขาคณตเปนแบบสามเหลยมแบนราบ

สวน PF3 เปนดมเลกลทมไดโพลโมเมนต หรอ ไมเทากบ 0 จงมรปทรงเรขาคณตเปนแบบพระมดฐานสามเหลยม

39

ตารางท 3.11 แสดงคาไดโพลโมเมนตของโมเลกลทเปนแกสบางชนด

โมเลกล ไดโพลโมเมนต ()(Debye, D)

โมเลกล ไดโพลโมเมนต ()(Debye, D)

H2O 1.86 H2Se 0.40NH3 1.47 NO2 0.30BrF 1.29 AsH3 0.22H2S 1.10 H2Te 0.20ClF 0.88 NO 0.16ClBr 0.57 N2O 0.14PH3 0.55 CO 0.13O3 0.52 SbH3 0.12

40