แรง ยึดเหนี่ยว
Download
Report
Transcript แรง ยึดเหนี่ยว
แรงยึดเหนี่ยวของสารประกอบ
โควาเลนต์
แรงยึดเหนี่ยว
- แรงยึดเหนี่ยวระหว่ างอะตอม (ภายในโมเลกุล)
- แรงยึดเหนี่ยวระหว่ างโมเลกุล
แรงยึดเหนี่ยวภายในโมเลกุล
พันธะโคเวเลนต์
พันธะโลหะ
พันธะไอออนิก
แรงยึดเหนี่ยวระหว่ างโมเลกุล
แรงแวนเดอร์ วาลส์
- แรงลอนดอน - แรงระหว่ างขั้ว
พันธะไฮโดรเจน
แรงแวนเดอร์วาลส์ (van de Waals Attraction)
แรงแวนเดอร์ วาลส์คือแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลแบบอ่อน อาจแบ่งออกได้เ็น
แรงที่เกิดจากการกระทาระหว่าง
โมเลกุลแบบมีข้ วั ซึ่ งมีไดโพลแบบ
ถาวร (permanent dipole) เรี ยก
ว่า dipole-dipole interaction
แรงที่เกิดระหว่างโมเลกุลที่มีข้ วั และโมเลกุลอื่นที่ไม่มีข้ วั แต่ถูกเหนี่ยวนาให้มีข้ วั
ขึ้น เรี ยกว่า dipole-induced dipole interaction
แรงระหว่างโมเลกุลที่ไม่มีข้ วั ด้วยกัน เ็นแรงระหว่างขั้วแบบเหนี่ยว-นา
(induced dipole) หรื อขั้วแบบชัว่ คราว (temporary fluctuation dipole) มีชื่อเรี ยก
เฉพาะว่าแรงลอนดอน (London Force)
แรงลอนดอน (London force)
โมเลกุลชนิดไม่มีข้วั เมื่ออยูใ่ กล้กนั จะชนกันมีผลทาให้โมเลกุลมีข้ วั
ขึ้นมาชัว่ คราว และโมเลกุลที่มีข้วั ขึ้นมาชัว่ คราวจะเหนี่ยวนาให้
โมเลกุลที่ไม่มีข้วั ที่อยูใ่ กล้กนั มีข้วั ขึ้นมา โดยการเหนี่ยวนาให้มีอานาจ
ไฟฟ้ าตรงกันและเกิดแรงดึงดูดกันขึ้นมา เรี ยกว่า “แรงลอนดอน”
d d
+
d
+
d
+
d d d d
+
แรงดึงดูดระหว่ างโมเลกุลที่ไม่ มขี ้วั เรียกว่ าแรงลอนดอน หรือแรงแผ่ กระจาย
- แรงแผ่ กระจายจะเพิม่ ขึน้ ตามขนาดของโมเลกุล (นา้ หนักโมเลกุล)
- แรงแผ่ กระจายจะขึน้ อยู่กบั การจัดเรียงตัวของโมเลกุล
- จุดหลอมเหลวและจุดเดือดของโมเลกุลชนิดไม่ มขี ้วั แปรตามแรงลอนดอน
เช่ น CO2(MW = 44) และ CCl4(MW = 154) ทั้งคู่จัดเป็ นโมเลกุลชนิดไม่ มี
ขั้ว จุดเดือดจุดหลอมเหลวของ CCl4 จึงสู งกว่ า
* จะเห็นแรงลอนดอนได้ ชัดในพวกแก๊ ซเฉื่อย
จุดเดือด : He < Ne < Ar < Kr < Xe < Rn
แรงลอนดอนและขนาดอะตอม: He < Ne < Ar < Kr < Xe < Rn
แรงระหว่างขั้ว (dipole-dipole interaction)
เมื่อโมเลกุลโควาเลนต์ชนิดมีข้วั อยูใ่ กล้กนั และชนกัน มีผลทาให้
โมเลกุลมีข้วั เพิม่ มากขึ้น และไ็เหนี่ยวนาให้โมเลกุลชนิดมีข้ วั น้อย
ให้มีข้ วั เพิ่มขึ้นพร้อมกับดึงดูดกัน นอกจากนี้ยงั มีแรงลอนดอนด้วย
เนื่องจากมีการดึงดูดของอานาจไฟฟ้ าชนิดต่างกัน
* อะตอมหรือโมเลกุลทีม่ ขี นาดใหญ่ จะมีความสามารถในการเกิดเป็ นโมเลกุลมีข้วั สู ง
กว่ าโมเลกุลขนาดเล็ก
•แรงระหว่ างขั้วแปรตามมวลโมเลกุล และขนาดโมเลกุล
•โมเลกุลทีม่ มี วลโมเลกุลใกล้ เคียงกัน โมเลกุลมีข้วั จะมีจุดเดือดสู งกว่ าโมเลกุลไม่ มขี ้วั
พันธะไฮโดรเจน (Hydrogen bond)
เ็นแรงระหว่างโมเลกุลแบบมีข้วั แต่เกิดระหว่างโมเลกุลซึ่ง็ระกอบด้วย H
และ อะตอมอื่นที่มีค่า EN สูงมาก ๆ และมีขนาดเลก เช่น F O หรื อ N ทาให้
โมเลกุลมีสภาพขั้วสูงกว่าโมเลกุล็กติ แรงยึดเหนี่ยวนี้มีค่ามากกว่าแรงที่เกิด
จาก dipole-dipole interaction ส่ งผลให้สารที่มีพนั ธะไฮโดรเจนมีจุดเดือดและ
จุดหลอมเหลวสูงกว่า็กติ
d+
d
–
d+
Boiling Point (°C)
d–
d–
Hydrogen bond
H2O 100.0
HF 19.5
d+
d+
d–
NH3 -33.3
H2S -60.7
d–
d+
HCl -85.1
CH4 -161.6
..
..
..
..
..
..
..
..
พันธะไฮโดรเจน
มักเกิดกับโมเลกุลที่มี H atom เกาะกับ atom ที่มคี ่ า EN สู งๆ
และ atom นั้นมี e- คู่โดดเดีย่ วเหลืออยู่ เช่ น
H
H O..
H
..
..
F..
H O H O
..
..
..
H O H
H
H F.. H ..F
H
EN 2.1(H) 4.0(F)
EN 2.1(H) 3.5(O)
HF มี bp = 19.4 oC
H2O มี bp = 100oC
พันธะไฮโดรเจน เป็ นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมีข้วั ด้วยกัน เป็ นแรงยึด
เหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่มี H กับอะตอมอื่นที่มี EN สูง
เช่น
H2O, HF, NH3, CH3OH, C2H5OH
สารประกอบไฮโดรเจน กับหมู่ 4 5 6 7 เช่น CH4 SiH4 GeH4 SnH4
จะมีจุดเดือดสูงขึ้น ตามมวลโมเลกุล แรงยึดเหนี่ยวเป็ นแรงลอนดอนอย่างเดียว
Boiling point (oC)
The evidence for hydrogen bonding
“Group 4”
การเพิม่ ขึน้ ของจุดเดือดในสารจาพวกไฮไดรด์ (Hydrides) ของสารในกลุ่ม 4 นั้น
เนื่องมาจากโมเลกุลมีขนาดใหญ่ ขนึ้ จึงมีแรงแผ่ กระจายมากขึน้
แต่ สารเหล่ านี้ ไม่ มพี นั ธะไฮโดรเจนเกิดระหว่ างโมเลกุล
จุดเดือดจึงตา่ มาก ๆ เมือ่ เทียบกับนา้ (H2O)
Boiling point (oC)
The hydrides of elements in Groups 5, 6 and 7
N, O,
F
H2O, HF, NH3
powerful intermolecular forces
are described as hydrogen bonds.
ข้อควรทราบ
โมเลกุลโควาเลนต์ที่มีมวลโมเลกุลใกล้เคียงกัน พบว่า
จุดเดือดและจุดหลอมเหลว :
โมเลกุลที่มีพนั ธะไฮโดรเจน > โมเลกุลที่มีข้ วั > โมเลกุลที่ไม่มีข้ วั
ตัวอย่ าง จงเรียงลาดับจุดเดือดของสารต่ อไปนี้
H2S, H2O, CH4, H2, KBr
จากโจทย์ KBr เป็ นของแข็งทีม่ ีพนั ธะไอออนิก จะมีจุดเดือดสู งทีส่ ุ ด
นา้ (H2O) มีพนั ธะไฮโดรเจนด้ วย จึงมีจุดเดือดค่ อนข้ างสู ง
H2S เป็ นสารทีม่ แี รงกระทาแบบโพลาร์ โควาเลนต์ อยู่ด้วย จึงมีจุดเดือดสู งรองลงมา
ทั้ง CH4 และ H2 เป็ นแก๊สแบบ non polar โดยที่ CH4 มีโมเลกุลใหญ่ กว่ า จะทาให้ เกิดขั้ว
ได้ ง่ายกว่ า H2 จึงมีจุดเดือดสู งกว่ า
โดยสรุ ป จุดเดือดของสารเรียงจากต่าไปหาสู งได้ ดงั นี้
H2 < CH4 < H2S < H2O < KBr
สภาพขั้ว
การบอกสภาพขั้ว
- พันธะ (พันธะมีข้วั พันธะไม่ มขี ้วั )
- โมเลกุล (โมเลกุลมีข้วั โมเลกุลไม่ มขี ้วั )
อาศัยผลต่ างของ EN (EN)
1. โมเลกุลที่ประกอบด้ วยอะตอมของธาตุเดียวกัน
EN
H H
2.1 2.1
EN = 0
พันธะไม่ มขี ้วั โมเลกุลไม่ มขี ้วั
2. โมเลกุลที่ประกอบด้ วยอะตอมของธาตุต่างชนิดกัน
H Cl
EN
2.1 3.2
พันธะมีข้วั โมเลกุลมีข้วั
EN = 1.1
3. โมเลกุลที่อะตอมกลางมีการใช้ อเิ ล็กตรอนวงนอกทั้งหมดใน
การสร้ างพันธะ
1-
EN
2+ 1-
O C O
3.5 2.5 3.5
พันธะมีข้วั แต่ เป็ นโมเลกุลไม่ มขี ้วั
H
C
C
Cl
H Cl
EN 2.1 2.5 3.2
พันธะมีข้วั โมเลกุลมีข้วั
4. โมเลกุลที่อะตอมกลางมีอเิ ล็กตรอนคู่โดดเดีย่ วเหลืออยู่
O
H H
EN 2.1 3.5 2.1
พันธะมีข้วั โมเลกุลมีข้วั
การพิจารณาขั้วพันธะและขั้วโมเลกุล
ขึ้นกับค่าสภาพไฟฟ้ าลบของอะตอมทั้งสอง ถ้าอะตอมคู่สร้างพันธะมีค่าสภาพไฟฟ้ าลบ
ต่างกันมาก ความมีข้ วั ของพันธะจะมาก
ขั้วพันธะ พันธะที่เกิดจากอะตอมที่มีค่าสภาพไฟฟ้ าลบต่างกัน เป็ น
พันธะมีข้วั
ขั้วโมเลกุล พิจารณาจากขั้วของพันธะแต่ละขั้วเสี ยก่อน และหาแรงลัพธ์
ถ้าหักล้างกันหมด จะเป็ นไม่มีข้วั เช่น BCl3(ไม่มีข้วั ) BeF2 CO2
โมเลกุลที่มีอิเล็กตรอนโดดเดี่ยวเป็ นโมเลกุลที่มีข้วั
PH3?
CCl4?
CHCl3?
CH4?
NH3?
HCl?
Cl2O?
ผลของค่า EN ต่อมุมพันธะ*
ค่า EN ของอะตอม็ลาย (EN มาก มุมแคบ)
AX3
PI3
PBr3
PCl3
PF3
EN(X)
2.66
2.96
3.16
3.98
angle
102.0
101.5
100.3
97.8
ค่า EN ของอะตอมกลาง (EN มาก มุมกว้าง)
AX3
AsH3
PH3
NH3
EN(A)
2.17
2.19
3.04
angle
91.6
93.8
107.0
X
A
X
X
# สารโควาเลนต์ที่มีมวลโมเลกุลใกล้เคียงกัน สารที่โมเลกุลมีข้ วั จะมีจุดเดือด
และจุดหลอมเหลวสูงกว่าสารที่ไม่มีข้วั เพราะพวกที่โมเลกุลมีข้ วั แรงยึดเหนี่ยว
ระหว่างโมเลกุลมีค่ามากกว่าโมเลกุลไม่มีข้วั จึงใช้พลังงานสลายแรงยึดเหนี่ยว
ระหว่างโมเลกุลมีข้วั สูงกว่าที่ไม่มีข้วั
พันธะโควาเลนต์ กบั โครงผลึกร่ างตาข่ าย
โดยทัว่ ไ็พวกโควาเลนต์จะมีจุดหลอมเหลว จุดเดือดต่า ไม่นา ไฟฟ้ า แต่พบว่า
มีบางชนิดนา ไฟฟ้ าได้ จุดหลอมเหลว จุดเดือดสูง เช่น เพชร กราไฟต์
ซิลิกอนคาร์ไบต์ ซิลิกอนไดออกไซด์ เ็นต้น
กราไฟต์
1. คาร์บอนแต่ละอะตอมจับกับอะตอมอื่น 3 ตัว
2. มีอิเลกตรอนเหลือ 1 ตัว นา ไฟฟ้ าได้ (ทิศขนานกับชั้น)
3. ความยาวพันธะ 140 pm.
4. ระยะห่างระหว่างชั้น 340 pm.
5. MP. BP. สูง
เพชรไม่นาไฟฟ้ าเพราะ?
Valence e- ถูกใช้ไ็ในการสร้าง
พันธะทั้งหมด ไม่มี e- เคลื่อนที่
ได้อย่างอิสระ
เพชร
1. คาร์ บอนแต่ละอะตอมจับกับอะตอมอื่น 4 ตัว
2. ไม่มีอิเลกตรอนเหลือ
3. ความยาวพันธะ 154 pm.
4. ไม่มีระยะระหว่างชั้น
5. MP. BP. สูง
พันธะโลหะ คือ แรงดึงดูดระหว่ างไอออนบวกทีเ่ รียงชิดกันกับ
อิเล็กตรอนทีอ่ ยู่โดยรอบ เป็ นแรงยึดเหนี่ยวระหว่ างอะตอมต่ างๆ ที่
เกิดขึน้ ภายในก้อนของโลหะ โดยทีอ่ ะตอมต่ างๆในก้อนโลหะทั้งหมด
ใช้ valence e- ร่ วมกัน
แบบจาลองทะเลอิเล็กตรอน (electron sea model)
ทาไมอิเล็กตรอนของโลหะถึงเคลือ่ นทีไ่ ด้ ตลอดเวลา?
แบบจาลองทะเลอิเล็กตรอน (electron sea model)
โลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซซันที่ต่า ดังนั้นจึงยึดอิเล็กตรอน
วงนอกสุ ดไว้ อย่ างหลวมๆ ทาให้ อเิ ล็กตรอนเหล่ านีเ้ คลือ่ นที่ไปมา
รอบๆโลหะตลอดเวลา
อิเล็กตรอนเหล่
านีท้ นาหน้
าที่คล้ าน้ยกาวที
ยยึดไอออนบวกให้
ความแข็
งแรงของพั
ธะโลหะขึ
อยู่กบั ่ชจ่ วานวนอิ
เล็กตรอน
อยู
นตาแหน่ งทีค่ งที่ ไว้ ด้วยกันอย่ างแข็งแรง
อิส่ ใระและขนาดของไอออนบวก
พันธะโลหะกับสมบัตบิ างประการของโลหะ
1. นาไฟฟ้ าและความร้ อนได้ ดี
การที่อเิ ล็กตรอนสามารถเคลือ่ นที่ไปมาในโลหะได้
ทาให้ โลหะมีคุณสมบัตเิ ป็ นตัวนาความร้ อนและไฟฟ้าที่ดี
พันธะโลหะกับสมบัติบางประการของโลหะ (ต่ อ)
2. สามารถตีเป็ นแผ่ นหรือดึงเป็ นเส้ นได้
พันธะโลหะกับสมบัติบางประการของโลหะ (ต่ อ)
3. มีผวิ เป็ นมันวาว
ผิวหน้ าของโลหะเป็ นมันวาว เนื่องจากอิเล็กตรอนอยู่
ไม่ ประจาทีแ่ ละเคลือ่ นทีไ่ ด้ อย่ างอิสระจะสามารถดูดกลืน
และกระจายแสงได้ จึงทาให้ โลหะสามารถสะท้ อนแสงได้
แรงระหว่างโมเลกุล (Intermolecular Force)
แรงระหว่างโมเลกุลคือแรงยึดเหนี่ยวทางไฟฟ้ าระหว่างโมเลกุลหรื อ
สาร็ระกอบ
Cohesive Force แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลชนิดเดียวกัน
Adhesive Force แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่ต่างกัน
ชนิดของแรงระหว่างโมเลกุล
Type of Intermolecular Forces
Ionic bonds
Ions
Hydrogen bonds
Strong dipoles
Dipole-Dipole
Permanent dipoles
London
Induced dipoles
relative strength
1000
100
10
1