พันธะโลหะ

 พันธะโลหะ (Metallic bonding)

พันธะโลหะ (Metallic bonding) หมายถึง แรงยึดเหนี่ยวที่ทำให้อะตอมของโลหะ อยู่ด้วยกันในก้อนของโลหะ โดยมีการใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกันของอะตอมของโลหะ โดยที่เวเลนต์อิเล็กตรอนนี้ไม่ได้เป็นของอะตอมหนึ่งอะตอมใดโดยเฉพาะ เนื่องจากมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลา ทุกๆอะตอมของโลหะจะอยู่ติดกันกับอะตอมอื่นๆ ต่อเนื่องกันไม่มีที่สิ้นสุด จึงทำให้โลหะไม่มีสูตรโมเลกุล ที่เขียนกันเป็นสูตรอย่างง่าย หรือสัญลักษณ์ของธาตุนั้นเอง

ข้อมูลพันธะโลหะ ภายในโลหะซึ่งเกี่ยวข้องกับ การเคลื่อนย้าย อิเล็กตรอน อิสระระหว่างแลตทิซของอะตอมโลหะ ดังนั้นพันธะโลหะจึงอาจเปรียบได้กับเกลือที่หลอมเหลวอะตอมของโลหะมีอิเล็กตรอนพิเศษเฉพาะในวงโคจรชั้นนอกของมันเทียบกับคาบ (period) หรือระดับพลังงานของพวกมัน อิเล็กตรอนที่เคลื่อนย้ายเหล่านี้เปรียบได้กับทะเลอิเล็กตรอน(Sea of Electrons) ล้อมรอบแลตทิชขนาดใหญ่ของไอออนบวก ยังไม่สามารถเขียนเป็นสูตรทางเคมีได้ เพราะไม่ทราบจำนวนอะตอมที่แท้จริง พันธะโลหะอาจจะมีเป็นล้าน ๆ อะตอมก็ได้ พันธะโลหะเป็นแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิต (electrostatic attraction) ระหว่างอะตอม หรือไอออนของโลหะ และอิเล็กตรอนอิสระ(delocalised electrons) นี่คือเหตุว่าทำไมอะตอมหรือชั้นของมันยอมให้มีการเลื่อนไถลไปมาระหว่างกันและกันได้ เป็นผลให้โลหะมีคุณสมบัติที่สามารถตีเป็นแผ่นหรือดึงเป็นเส้นได้

ตัวอย่างสารประกอบพันธะโลหะ

1.       เหล็ก

2.       ทองแดง

3.       ตะกั่ว

4.       ทองเหลือง

5.       ดีบุก

คุณสมบัติของพันธะโลหะ

1. โลหะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี เพราะอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ได้ง่าย

2. โลหะมีจุดหลอมเหลวสูง เพราะเวเลนต์อิเล็กตรอนของอะตอมทั้งหมดในก้อนโลหะยึดอะตอมไว้อย่างเหนียวแน่น

3. โลหะสามารถตีแผ่เป็นแผ่นบางๆได้ เพราะมีกลุ่มเวเลนต์อิเล็กตรอนทำหน้าที่ยึดอนุภาคให้เรียงกันไม่ขาดออกจากกัน

4. โลหะมีผิวเป็นมันวาว เพราะกลุ่มอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่โดยอิสระมีปฏิกิริยาต่อแสง จึงสะท้อนแสงทำให้มองเห็นเป็นมันวาว

5. สถานะปกติเป็นของแข็ง ยกเว้น Hg เป็นของเหลว

6. โลหะนำความร้อนได้ดี เพราะอิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ได้ทุกทิศทาง

 

การนำไปใชประโยชน์ของพันธะโลหะ

ทองแดงและอะลูมิเนียม เป็นโลหะที่นําไฟฟ้าได้ดีจึงนำไปใช้เป็นตัวนำไฟฟ้าอลูมิเนียมและเหล็กเป็นโลหะที่นําความร้อนได้ดีจึงนำไปทำภาชนะสำหรับประกอบอาหาร เช่น หม้อ กระทะ

 

พันธะไอออนิก ( Ionic bond )

         พันธะไอออนิก ( Ionic bond ) หมายถึง พันธะระหว่างอะตอมที่อยู่ในสภาพอิออนที่มีประจุตรงกันข้ามกัน ซึ่งเกิดจากการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอน 11 ตัว หรือมากกว่า จากอิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง เพื่อให้จำนวนอิเล็กตรอนวงนอกสุด ครบออกเตต ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างอะตอมของโลหะกับอโลหะ โดยที่โลหะเป็นฝ่ายจ่าย

อิเล็กตรอนในระดับพลังงานชั้นนอกสุดให้กับอโลหะ

        ข้อมูลพันธะไอออนิก เนื่องจากโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำ และอโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูง ดังนั้นพันธะไอออนิกจึงเกิดขึ้นระหว่างโลหะกับอโลหะได้ดี กล่างคือ อะตอมของโลหะให้เวเลนต์อิเล็กตรอนแก่อโลหะ แล้วเกิดเป็นไอออนบวกและไอออยลบของอโลหะ เพื่อให้เวเลนต์อิเล็กตรอนเป็นแปด แบบก๊าซเฉื่อย ส่วนอโลหะรับเวเลนต์อิเล็กตรอนมานั้นก็เพื่อปรับตัวเองให้เสถียรแบบก๊าซเฉื่อยเช่นกัน ไอออนบวกกับไอออนลบจึงดึงดูดระหว่างประจุไฟฟ้าต่างกันเกิดเป็นสารประกอบไอออนิก( Ionic compuond )

  

สารประกอบไอออนิก

 

            เมื่อโลหะทำปฏิกิริยากับอโลหะ ธาตุทั้งสองจะรวมกันด้วยพันธะไอออนิกเกิดเป็นสารประกอบไอออนิก โดย

อะตอมของโลหะจะให้(จ่าย,เสีย)เวเลนต์อิเล็กตรอนแก่อะตอมของอโลหะ ดังนั้นธาตุหมู่ 1A ซึ่งมีเวเลนต์อิเล็กตรอน

เท่ากับ 1 จึงเกิดเป็นไอออนที่มีประจุ +1 ธาตุหมู่ 2 ซึ่งมีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2 เมื่อเกิดเป็นไอออนจะมีประจุ +2

เป็นต้น ส่วนอโลหะซึ่งมีจำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอนใกล้เคียงกับก๊าซเฉื่อยจะรับอิเล็กตรอนมาให้ครบแปด เช่น ธาตุหมู่ 7A

จะรับอิเล็กตรอน 1 ตัว เมื่อกลายเป็นไอออนจะมีประจุ -1 สำหรับธาตุหมู่ 5 และหมู่ 6 เมื่อเกิดเป็นไอออนจะมีประจุ -3

และ -2ตามลำดับ เนื่องจากสามารถรับอิเล็กตรอนได้ 3 และ 2 อิเล็กตรอนแล้วมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนตามกฎออกเตต

 

ตัวอย่างสารประกอบไอออนิก

1.       FeCl2 อ่านว่า ไอร์ออน (II) คลอไรด์ ( Iron (II) chloride )

2.       CuS อ่านว่า คอปเปอร์ (I) ซัลไฟด์ ( Cupper (I) sunfide )

3.       FeCl3 อ่านว่า ไอร์ออน (III) คลอไรด์ ( Iron (III) chloride )

4.       Cu2S อ่านว่า คอปเปอร์ (II) ซัลไฟด์ ( Copper (II) sunfide )

5.       CaCO3 อ่านว่า แคลเซียมคาร์บอนเนต (Calcium carbonatX

 

คุณสมบัติสำคัญของสารประกอบไอออนิก

       1. พันธะไอออนิกเป็นพันธะที่เกิดจาก ไอออนของโลหะ + ไอออนของอโลหะ เช่น NaCl, MgO, KI

       2. พันธะไอออนิก อาจเป็นพันธะเคมีที่เกิดจากธาตุที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำกับธาตุที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูง

       3. พันธะไอออนิก อาจเป็นพันธะที่เกิดจากไอออบวกที่เป็นกลุ่มอะตอมของอโลหะ

       4. สารประกอบไอออนิกไม่มีสูตรโมเลกุล มีแต่สตรเอมพิริคัล ( สูตรอย่างง่าย )

       5. สารประกอบไอออนิกมีจุดดือดและจุดหลอมเหลวสูง

       6. สารประกอบไอออนิกในภาวะปกติเป็นของแข็ง ประกอบไอออนบวกและไอออนลบ ไอออนเหล่านี้ไม่เคลื่อนที่

          ดังนั้นจึงไม่นำไฟฟ้า แต่เมื่อหลอมเหลวหรือละลายน้ำ จะแตกตัวเป็นอิออนและเคลื่อที่ได้ เกิดเป็นสารอิเล็กโทร

          ไลดต์จึงนำไฟฟ้าได้

การนำไปใชประโยชน์ของพันธะไอออนิก

แอมโมเนียมคลอไรด์และซิงค์คลอไรด์ เป็นสารประกอบไอออนิกที่สามารถนำไฟฟ้าได้จากการแตกตัวเป็นไอออนเมื่อละลายน้ำจึงนำไปใช้เป็นสารอิเล็กโทรไลต์ในถ่านไฟฉาย

พันธะโคเวเลนต์ (Covalent bond)

พันธะโคเวเลนต์ (อังกฤษ: Covalent bond) คือพันธะเคมี ภายในโมเลกุลลักษณะหนึ่ง พันธะโคเวเลนต์เกิดจากอะตอมสองอะตอมใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนหนึ่งคู่หรือมากกว่าร่วมกัน ทำให้เกิดแรงดึงดูดที่รวมอะตอมเป็นโมเลกุลขึ้น อะตอมมักสร้างพันธะโคเวเลนต์เพื่อเติมวงโคจรอิเล็กตรอนรอบนอกสุดให้เต็ม ดังนั้น อะตอมที่สร้างพันธะโคเวเลนต์จึงมักมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนอยู่มาก เช่น ธาตุหมู่ VI และหมู่ VII เป็นต้น พันธะโคเวเลนต์แข็งแรงกว่าพันธะไฮโดรเจนและมีความแข็งแรงพอ ๆ กับพันธะไอออนิก

 ข้อมูลพันธะโคเวเลนต์มักเกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาทิวิตีใกล้เคียงกัน ธาตุอโลหะมีแนวโน้มที่จะสร้างพันธะโคเวเลนต์มากกว่าธาตุโลหะซึ่งมักสร้างพันธะโลหะ เนื่องจากอิเล็กตรอนของธาตุโลหะสามารถเคลื่อนอย่างอิสระ ในทางกลับกัน อิเล็กตรอนของธาตุอโลหะไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระนัก การใช้อิเล็กตรอนร่วมกันจึงเป็นทางเลือกเดียวในการสร้างพันธะกับธาตุที่มีสมบัติคล้าย ๆ กัน อย่างไรก็ดี พันธะโคเวเลนต์ที่มีโลหะนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเร่งปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น พันธะโคเวเลนต์ระหว่างสารอินทรีย์กับโลหะเป็นเครื่องมือสำคัญของกระบวนการสร้างพอลิเมอร์หลายๆ กระบวนการ เป็นต้น

 

ตัวอย่างสารประกอบโคเวเลนต์

1.       H2 ก๊าซไฮโดรเจน

2.       O2 ก๊าซออกซิเจน

3.       Br2 ก๊าซโบรมีน

4.       N2 ก๊าซไนโตรเจน

5.       F2  ฟลูออรีน

 

สารประกอบโคเวเลนต์ แบ่งเป็น 2 ประเภท

1. Homonuclear molecule (โมเลกุลของธาตุ) หมายถึงสารประกอบโคเวเลนต์ที่ในหนึ่งโมเลกุลประกอบด้วยอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมายึดกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ เช่น H2, O2,Br2 ,N2 ,F2 ,Cl2เป็นต้น

2. Heteronuclear molecule (โมเลกุลของสารประกอบ) หมายถึง สารประกอบโคเวเลนต์ที่ในหนึ่งโมเลกุลประกอบด้วยธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป มายึดกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ เช่น HCl , CH4, H2O , H2SO4 ,HClO4เป็นต้น

  

คุณสมบัติของสารประกอบโคเวเลนต์

สารประกอบโคเวเลนต์ มีสมบัติดังนี้

1. มีสถานะเป็นของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส เช่น

- สถานะของเหลว เช่น น้ำเอทานอลเฮกเซน

- สถานะของแข็ง เช่น น้ำตาลทราย (C12H22O11),แนพทาลีนหรือลูกเหม็น (C10H8)

- สถานะแก๊ส เช่น แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2),แก๊สมีเทน (CH4),แก๊สโพรเพน (C3H8)

2. มีจุดหลอมเหลวต่ำ หลอมเหลวง่ายเนื่องจากมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่ไม่แข็งแรงสามารถถูกทำลายได้ง่าย

3. มีทั้งละลายน้ำและไม่ละลายน้ำ เช่น เอทานอลละลายน้ำ แต่เฮกเซนไม่ละลายน้ำ

4.สารประกอบโคเวเลนต์ไม่นำไฟฟ้าเนื่องจากมีประจุไฟฟ้าเป็นกลาง และอิเล็กตรอนทั้งหมดถูกใช้เป็นอิเล็กตรอน

คู่ร่วมพันธะระหว่างอะตอม ทำให้ไม่มีอิเล็กตรอนอิสระช่วยนำไฟฟ้า แต่ยกเว้นในสารประกอบโคเวเลนส์ที่มีสภาพขั้วแรงมาก เช่น HCI, HBr, H2SO4

**แกรไฟต์เป็นรูปหนึ่งของคาร์บอนเกิดจากอะตอมของคาร์บอนสร้างพันธะโคเวเลนต์กับอะตอมที่อยู่ข้างเคียง

อีก 3 อะตอม ทำให้เกิดการยึดเหนี่ยวเป็นโครงตาข่ายเป็นชั้น ๆ มีความแข็งแรงภายในชั้นสูง ส่งผลให้แกรไฟต์

มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง ส่วนแรงยึดเหนี่ยวระหว่างชั้นระหว่างชั้นเป็นแรงแวนเดอวาลส์ซึ่งเป็น

แรงยึดเหนี่ยวที่ไม่แข็งแรงนัก ดังนั้นแกรไฟต์จึงสามารถแตกหักและเลื่อนไหลออกเป็นชั้น ๆ ได้ง่าย

 

การนำไปใชประโยชน์ของพันธะโคเวเลนต์

ซิลิกอนคาร์ไบด์ เป็นสารโคเวเลนต์โครงร่างตาข่ายที่มีจุดหลอมเหลวสูงและมีความแข็งแรงมากจึงนำไปใช้ทำเครื่องบด