พันธะไอออนิก
Download
Report
Transcript พันธะไอออนิก
สารต่างๆ ในธรรมชาติอาจอยูเ่ ป็ นโมเลกุลหรื อผลึก เกิดจาก
อะตอม 2 อะตอมขึ้นไปนาแวเลนซ์อิเล็กตรอนมา
สร้างพันธะเคมีร่วมกันจึงเกิดเป็ นแรงยึดเหนี่ ยว
ซึ่ งกันและกันทาให้สารมีความเสถียร
มากขึ้น
H2
H2O
NH3
CH4
เนือ้ หาเรื่องพันธะเคมี
• พันธะเคมีชนิดต่าง ๆ
• ปริ มาณที่เกี่ยวข้องกับพันธะและโครงสร้าง
– พลังงานของพันธะเคมีและความร้อนของการเกิดปฏิกิริยา
– ความยาวพันธะมุมพันธะ
– สภาพขั้วของพันธะ
• ทฤษฎีที่ใช้อธิบายพันธะโควาเลนต์
– โครงสร้างของลิวอิส (Lewis Structure)และทฤษฎี VSEPR
• ทฤษฎีที่ใช้ในการอธิบายพันธะโลหะ
• แรงระหว่างพันธะ
นิยามพันธะเคมี
แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคของสารเพื่อให้อะตอม
รวมกันเป็ นโมเลกุลหรื อให้โมเลกุลรวมกันเป็ นกลุ่มก้อน
ไอออน-ไอออน
อะตอม-อะตอม
โมเลกุล-โมเลกุล
แรงยึดเหนี่ยวระหว่ างโมเลกุลแบ่ งออกเป็ น 2 ประเภท
1. แรงยึดเหนี่ยวระหว่ างอะตอมหรือไอออนของธาตุ
1.1 พันธะไอออนิก
1.2 พันธะโคเวเลนต์
1.3 พันธะโลหะ
2. แรงยึดเหนี่ยวระหว่ างโมเลกุล
2.1 แรงแวนเดอร์ วาลส์ ได้ แก่ แรงลอนดอน แรงดึงดูดระหว่ างขั้ว
2.2 พันธะไฮโดรเจน
พันธะไอออนิก (Ionic bond)
นิยาม
พันธะไอออนิก หมายถึง แรงยึดเหนี่ยวระหว่ างไอออนบวกและไอออนลบที่เกิด
จากอะตอมให้ และรับอิเล็กตรอนกันเพือ่ ให้ มีเวเลนต์ อเิ ล็กตรอนเท่ ากับ 8
พันธะไอออนิก (Ionic bond)
เป็ นพันธะที่เกิดจากแรงกระทาระหว่ างอะตอม 2 อะตอมที่มปี ระจุ
ต่ างกัน โดยจะเกิดการแลกเปลีย่ นอิเล็กตรอนเกิดขึน้ ทาให้ เกิดแรงดึงดูด
ทางไฟฟ้าสถิตระหว่ างประจุที่ต่างกัน โดย
atom ที่สูญเสี ย e- จะกลายเป็ น
ไอออนบวก (Cation)
atom ที่รับ
e- จะกลายเป็ น
ไอออนลบ (Anion)
เช่ น NaCl
Na11
Cl9
1s 2s
2p
3s
3p
3d
1s 2s
2p
3s
3p
3d
อาจกล่ าวได้ ว่ากลไกการเกิดพันธะไอออนิกเกิดผ่ านปฏิกริ ิยา 2 ขั้นตอนดังนี้
1. ขั้นการแตกไอออนของ Na และการรับอิเล็กตรอนของ Cl
.
Na
..Cl. .
. . . + e-
Na+ + e-
..Cl.. ....
2. ไอออนที่เกิดขึน้ มารวมกัน
.
.
+
.
Na + .Cl.. ..-
Na+
..Cl.. ....
กรณีอนื่ ที่สามารถเกิดพันธะไอออนิกได้
เช่ น การเผาแคลเซียมในบรรยากาศออกซิเจน
2Ca(s)
+
O2(g)
การเผาลิเทียมในอากาศ
4Li(s) + O2(g)
2CaO
2Li2O
โลหะ (IE ต่ากว่ า)
อโลหะ (IE สู งกว่ า)
การเขียนสูตรของสารประกอบไอออนิก
1. เขียนไอออนบวกของโลหะหรื อกลุ่มไอออนบวกไว้ขา้ งหน้า ตามด้วย
ไอออนลบของอโลหะ หรื อกลุ่ ม ไอออนลบ ยกเว้ น สารประกอบ
ไอออนิ กที่เป็ นเกลือ แอซิ เตต (CH3COO-) จะเขียนกลุ่มไอออนลบไว้
ก่ อ น แ ล้ ว ต า ม ด้ ว ย ไ อ อ อ น บ ว ก ข อ ง โ ล ห ะ เ ช่ น CH3COONa,
(CH3COO)2Ca
2. ไอออนบวกและไอออนลบ จะรวมกันในอัตราส่ วนที่ทาให้ผลรวมของ
ประจุเป็ นศูนย์ ดังนั้นจึงต้องหาตัวเลขมาคูณกับจานวนประจุบนไอออน
บวก และไอออนลบให้มีจานวนประจุเท่ากัน แล้วใส่ ตวั เลขเหล่านั้นไว้
ที่มุมขวาล่างของแต่ละไอออน ซึ่ งทาได้โดยใช้จานวนประจุบนไอออน
บวกและไอออนลบคูณไขว้กนั
3. ถ้ากลุ่มไอออนบวกหรื อกลุ่มไอออนลบมีมากกว่า 1 กลุ่มให้ใส่ วงเล็บ ( )
แล้วใส่ จานวนกลุ่มไว้ที่มุมขวาล่าง
จงเขียนสู ตรอย่ างง่ ายของสารประกอบไอออนิกต่ อไปนี้
1. Na กับ Cl NaCl
2. Mg กับ P Mg3P2
3. Mg กับ O MgO
4. Mg กับ N Mg3N2
5. Na+ กับ CO32- Na2CO3 6. Ca2+ กับ PO43- Ca3(PO4)2
7. Na กับ S Na2S
8. Mg กับ Cl MgCl2
9. Al กับ O Al2O3
10. PO43- กับ Na+ Na PO
3
4
การอ่านชื่อสารประกอบไอออนิก
อ่ านชื่อไอออนบวกก่ อน หรือกลุ่มโลหะ
อ่านชื่อไอออนลบ ตามหลัง
เมื่อไอออนบวกเป็
นโลหะทรานซิ
นั างขวา)
ไม่ ต้องอ่า*นเลขที
่แสดงจานวนอะตอม
(ทีอ่ ยู่ด้าชนล่
ให้บอกเลขโรมันในวงเล็บ ( ) ด้วย
ชื่อโลหะให้ ลงท้ ายด้ วยไอด์ (-ide) เช่ น oxide, chloride,
sulphide ถ้ าเป็ นพวกอนุมูลกรด ให้ อ่านตามชื่อ เช่ น
ซัลเฟต ฟอตเฟต คาร์ บอเนต
การอ่านชื่อสารประกอบไอออนิก
1. กรณีธาตุโลหะทีม่ ีเลขออกซิเดชันค่ าเดียวรวมกับอโลหะ ให้ อ่านชื่อ
โลหะที่เป็ นไอออนบวก แล้วตามชื่ออโลหะที่เป็ นไอออนลบ โดยลง
เสี ยงพยางค์ ท้ายด้ วย ไ-ด์ (-ide)
เช่ น ไฮโดรเจน เป็ น ไฮไดรด์ (hydride)
คลอรีน เป็ น คลอไรด์ (chloride)
โบรมีน เป็ น โบรไมด์ (bromide)
ตัวอย่าง
NaCl อ่านว่า โซเดียมคลอไรด์ (Sodium chloride)
KBr
อ่านว่า โพแทสเซียมโบรไมด์ (Potassium bromide)
การอ่านชื่อสารประกอบไอออนิก
2. กรณีธาตุโลหะทรานซิ ชันที่มีเลขออกซิ เดชั นหลายค่ ารวมกับอโลหะ
ให้ อ่านชื่ อโลหะที่เป็ นไอออนบวก แล้ วตามชื่ ออโลหะที่เป็ นไอออนลบ
แล้ วตามด้ วยค่ าประจุโดยวงเล็บเป็ นเลขโรมัน และลงเสี ยงพยางค์ ท้าย
ด้ วย ไ-ด์ (-ide)
เช่ น Fe มีเลขออกซิเดชัน 2 ค่ า เกิดไอออน 2 ชนิด คือ Fe2+ Fe3+
สารประกอบที่เกิดขึน้ กับ Fe เป็ น
FeCl2 อ่านว่ า ไอร์ ออน (II) คลอไรด์ (Iron (II) chloride)
FeCl3 อ่านว่ า ไอร์ ออน (III) คลอไรด์ (Iron (III) chloride)
การอ่านชื่อสารประกอบไอออนิก
3. กรณีธาตุโลหะทรานซิชันทีม่ ีเลขออกซิเดชันหลายค่ ารวมกับกลุ่ม
ไอออนลบ ให้ อ่านชื่อไอออนบวก แล้ววงเล็บค่ าประจุของไอออนบวก
และอ่านชื่อกลุ่มไอออนลบตามหลัง
เช่ น Cr มีเลขออกซิเดชัน 2 ค่ า เกิดไอออน 2 ชนิด คือ Cr2+ Cr3+
สารประกอบที่เกิดขึน้ กับ Cr เป็ น
CrSO4 อ่านว่ า โครเมียม (II) ซัลเฟต (Chromium (II) sulfate)
Cr2(SO4)3 อ่านว่ า โครเมียม (III) ซัลเฟต (Chromium (II) sulfate)
การอ่านชื่อสารประกอบไอออนิก
4. กรณีธาตุโลหะหรือกลุ่มไอออนบวกทีม่ ีเลขออกซิเดชันค่ าเดียวรวมกับ
กลุ่มไอออนลบ ให้ อ่านชื่อไอออนบวก แล้วตามด้ วยชื่อกลุ่มไอออนลบ
เช่ น
Na2SO4 อ่านว่ า โซเดียมซัลเฟต (Sodium sulfide)
Ba(OH)2 อ่านว่ า แบเรียมไฮดรอกไซด์ (Barium hydroxide)
KNO3 อ่านว่ า โพแทสเซียมไนเตรต (Potassium nitrate)
NH4Cl อ่านว่ า แอมโมเนียมคลอไรด์ (Amonium chloride)
การเรียกชื่อทางเคมี
BaCl2
barium chloride
K2O
potassium oxide
Mg(OH)2
magnesium hydroxide
KNO3
potassium nitrate
FeCl2
Cr2S3
iron (II) chloride
chromium (III) sulfide
copper (II) nitrate
potassium dihydrogen phosphate
ammonium chlorate
Cu(NO3)2
KH2PO4
NH4ClO3
สมบัติบางประการของสารประกอบไอออนิก
1. สารประกอบไอออนิกทุกชนิดมีสถานะเป็ นของแข็ง
หรือผลึก ทีอ่ ุณหภูมหิ ้ อง และเปราะ
โครงสร้ างของสารประกอบไอออนิกมีลกั ษณะเป็ นผลึก
ผลึกสารประกอบไอออนิกมีรูปทรง
เป็ นรู ปลูกบาศก์ ประกอบ ด้ วยไอออนบวก
และไอออนลบเรียงสลับกันเป็ นสามมิติ
แบบต่ างๆ ไม่ สามารถแยกเป็ น โมเลกุล
เดีย่ วๆ ได้
สมบัติบางประการของสารประกอบไอออนิก
2. สารประกอบไอออนิกในภาวะปกติเป็ นของแข็ง ประกอบด้ วย
ไอออนบวกและไอออนลบ ไอออนเหล่ านีไ้ ม่ เคลือ่ นที่ จึงไม่ นาไฟฟ้า
แต่ เมื่อหลอมเหลวหรือละลายนา้ จะแตกตัวเป็ นไอออนและเคลื่อนทีไ่ ด้
จึงนาไฟฟ้าได้
สมบัติบางประการของสารประกอบไอออนิก
3. สารประกอบไอออนิกมีจุดดือดและจุดหลอมเหลวสู งมาก
4. สารประกอบไอออนิกบางชนิดละลายนา้ ได้ ดแี ละบางชนิด
ไม่ ละลายนา้
การทีส่ ารประกอบไอออนิกละลายนา้ ได้ เนื่องจากแรงดึงดูด
ระหว่ างโมเลกุลของนา้ กับไอออนมีค่ามากกว่ าแรงยึดเหนี่ยว
ระหว่ างไอออนบวกกับไอออนลบ
การพิจารณาความเป็ นไอออนิกหรื อโควาเลนต์
ถ้ามีค่า EN ต่างกันมากๆ จะมีสมบัติความเป็ น ไอออนิกมาก
แต่ถา้ มีค่า EN ต่างกันน้อย จะมีสมบัติความเป็ นโควาเลนต์ มาก
** โดยทัว่ ไปถ้าธาตุคู่ร่วมพันธะมีค่า EN ต่างกันมากกว่า 1.8
ขึ้นไป
จัดเป็ น “พันธะไอออนิก”
สารประกอบไอออนิก แบ่ งตามการละลายได้ ดงั นี้
1. สารประกอบไอออนิกที่ละลายนา้
2. สารประกอบไอออนิกที่ไม่ ละลายน้า
การละลายของสาร
จะกาหนดด้วยค่าสภาพละลายได้ (Solubility)
ตัวละลาย < 0.1 g / H2O 100 g ที่ 25๐ C แสดงว่ าไม่ ละลาย
ตัวละลาย > 1 g / H2O 100 g ที่ 25๐C แสดงว่ าละลายได้ ดี
ตัวละลาย 0.1 g - 1 g / H2O 100 g ที่ 25๐C แสดงว่ าละลายได้ บางส่ วน
เกลือชนิดที่ไม่ละลายน้ าและละลายน้ าได้มีดงั นี้
• เกลือของโลหะไอออนหมู่ 1A และ NH4+ ละลายน้ าได้หมด
• เกลือของไอออนลบของไนเตรด (NO3-) อะซีเตต (CH3COO-) คลอเรต
(ClO3-) และเปอร์คลอเรต(ClO4-) ละลายได้หมด
• เกลือคลอไรด์ โบรไมด์ และไอโอไดด์ ละลายน้ าได้ ยกเว้นเกลือคลอไรด์
โบรไมด์ และไอโอไดด์ของ Ag+, Pb2+ , Hg2+ , Hg22+ ไม่ละลายน้ า
• เกลือซัลเฟต(SO42-) คาร์บอเนต(CO32-) ซัลไฟด์(S2-) ฟอสเฟต(PO43-)
และอาร์เซเนต(AsO43-) ของโลหะไอออนหมู่ 2A และ Ag+, Pb2+ , Hg2+
ไม่ละลายน้ า ยกเว้นเกลือดังกล่าวของหมู่ 1A , NH4+ และMgSO4
ละลายน้ า
• เกลือไฮดรอกไซด์ (OH-) ไม่ละลายน้ า ยกเว้น OH- ของโลหะไอออนหมู่
1A , NH4+ ละลายน้ าได้
ธาตุหมู่ 1A ซึ่งมีเวเลนซ์ อเิ ล็กตรอนเท่ ากับ 1 จึงเกิดเป็ นไอออนทีม่ ี
ประจุ +1 ธาตุหมู่ 2 ซึ่งมีเวเลนซ์ อเิ ล็กตรอนเท่ ากับ 2 เมื่อเกิดเป็ นไอออน
จะมีประจุ +2 เป็ นต้ น
ส่ วนอโลหะจะรับอิเล็กตรอนมาให้ ครบแปด เช่ น ธาตุหมู่ 7A จะรับ
อิเล็กตรอน 1 ตัว เมื่อกลายเป็ นไอออนจะมีประจุ -1 สาหรับธาตุหมู่ 5
เมื่อเกิดเป็ นไอออนจะมีประจุ -3 เนื่องจากสามารถรับอิเล็กตรอนได้ 3
อิเล็กตรอน แล้ วมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนตามกฎออกเตต
ธาตุหมู่
ประจุบน
ไอออน
I
II
III
IV
V
VI
VII
+1
+2
+3
-4
-3
-2
-1
กฎออกเตต (Octet Rule)
• กฎออกเตต อะตอมที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอนครบแปด* (มีการจัดเรี ยง
อิเล็กตรอนเหมือนแก๊สเฉื่อยในหมู่ 8A)จะมีความเสถียรมาก โดยไม่ สำคัญ
ว่ ำอิเล็กตรอนดังกล่ ำวจะเป็ นของอะตอมเองหรื อได้ มำจำกกำรใช้ อิเล็กตรอน
ร่ วมกับอะตอมอื่น(พันธะโควำเลนต์ )
•ตามกฎออกเตต H และ He
– ใช้ได้ดีกบั ธาตุใน s และ p block
จะมีวาเลนซ์ อเิ ล็กตรอนครบสอง
– ใช้ได้ดีกบั สารประกอบอินทรี ย ์
– มีขอ้ ยกเว้นมาก โดยเฉพาะกับอะตอม Be B และ Al
Noble Gas (8A)
valence e 8
valence e = 8
พลังงานกับการเกิดสารประกอบไอออนิก
การศึกษาการเปลี่ยนแปลงพลังงานในการเกิดสารประกอบไอออนิก
วิธีการที่พิจารณาการเปลี่ยนแปลงของพลังงานที่เกิดขึ้น พิจารณาจาก
วัฏจักรบอร์น-ฮาร์เบอร์
วัฏจักรบอร์ น – ฮาเบอร์
Max Born
Fritz Haber
พลังงานกับการเกิดสารประกอบไอออนิก
1
2
3
4
E การระเหิด
Na(s)
½ Cl2(g)
Na (g)
Cl (g)
E การสลายพันธะ
IE
+ e-
EA
∆ H1 = +107 kJ/mol
Na(g)
Cl(g)
∆H2 = +122 kJ/mol
Na+ (g) + e- ∆H3 = +496 kJ/mol
Cl- (g)
E แลตทิซ
+
5 Na (g) + Cl (g)
∆H4 = - 349 kJ/mol
NaCl(s) ∆H5 = - 787 kJ/mol
Na+ (g) + e - + Cl(g)
∆H3 = +496 kJ
4
3
∆H4 = -349 kJ
Na+(g) + Cl-(g)
Na(g) + Cl(g)
∆H2 = +122 kJ ∆H2f = (+107)+(+122)+(+496)+(-349)+(-787) = - 411 kJ/mol
Na(g) + 1/2Cl2(g)
∆H1 = +107 kJ
เริ่มต้ น
สุ ดท้ าย
วัฏจักรบอร์ น –∆Hฮาเบอร์
= -787 kJ
5
5
1
Na(s) + 1/2Cl2(g)
∆Hf คือ พลังงานรวมของปฏิกิริยา
∆Hf = -411 kJ/mol
NaCl (s)
พลังงานแลตทิซของสารประกอบไอออนิก (Lattice Energy of Ionic Compound)
ปกติค่าพลังงาน IE, EA จะแสดงถึงความเป็ นไปได้ ที่จะเกิดสารประกอบ
ไอออนิก โดยความเสถียรของสารประกอบไอออนิกวัดได้ จาก พลังงานแลตทิซ
(Lattice
** พลังEnergy)
งานที่คายออกมา เมื่อไอออนในภาวะก๊าซ ทาปฏิกิริยากัน
เกินิดยเป็ามนสารประกอบไอออนิ
่เป็ นของแข็ง เรี ยกว่กาที่เป็“พลั
งงานโครงผลึ
“ พลังงานที่ใช้ ทาให้กสทีารประกอบไอออนิ
นของแข็
ง 1 moleก/
พลังงานแลตทิ
ซ”(U)
กลายเป็
นไอออนของก๊าซ ”
LiF
LiCl
LiBr
LiI
Lattice energy (kJ/mol)
1,017
828
787
732
m.p. (oC)
845
610
550
450
การคานวณค่ าพลังงานแลตทิซโดยใช้ Born – Habor Cycle
พลังงานแลตทิซวัดโดยตรงไม่ ได้ ต้ องคานวณทางอ้อมโดยใช้ Born–Habor
cycle ซึ่งแบ่ งออกเป็ นขั้นตอนย่ อย ๆ แสดงความสั มพันธ์ ระหว่ าง Lattice energy
กับ IE, EA และ คุณสมบัติของไอออนหรือโมเลกุลนั้นๆ
ตัวอย่าง จงคานวณค่าพลังงานแลตทิซของสมการ
LiF (s)
Li + (g) + F – (g) , H = ?
?
จะเขียนได้ วา่ Hof = Ho1 + Ho2 + Ho3 + Ho4 + Ho5
-594.1 kJ = 155.2 kJ + 75.3 kJ + 520 kJ - 328 kJ + Ho5
ดังนัน้
H05 = - 1,017 kJ
พลังงานแลตทิซของ LiF เท่ากับ -1,017 kJ
เราสามารถอธิบายการเกิด LiF (s) ออกเป็ นขั้นตอนย่ อย 5 ขั้นตอนคือ
1.
Li (s)
Li (g)
Ho1 = 155.2 kJ (Sublimation)
2. ½ F2 (g)
F (g)
Ho2 = 75.3 kJ (Dissociation)
3. Li (g)
Li+ (g) + e- Ho3 = 520 kJ (IE)
4. F (g) + e- F – (g)
Ho4 = - 328 kJ (EA)
5. Li+ (g) + F – (g) LiF (s)
Ho5 = ?
Li (s) + ½ F2 (g) LiF (s)
Hof = - 594.1 kJ
จะเขียนได้วา่ Hof = Ho1 + Ho2 + Ho3 + Ho4 + Ho5
-594.1 kJ = 155.2 kJ + 75.3 kJ + 520 kJ - 328 kJ + Ho5
ดังนั้น H05 = - 1,017 kJ
พลังงานแลตทิซของ LiF เท่ากับ -1,017 kJ
การละลายนา้ ของสารประกอบไอออนิก
O H
H
O H
H
Cl- ไอออน
Na+ ไอออน
NaCl
H
H
H
H
o
H
H
o
o
o
o
H
H
o
H
H
H
H
โมเลกุลนา้
พลังงานไฮเดรชัน (hydration energy) เป็ นพลังงานที่ปล่อย (คาย) ออกมา เมื่อ
ไอออนบวกและไอออนลบในสถานะก๊าซที่หลุดออกมาจากโครงผลึก
ของสารประกอบไอออนิกถูกโมเลกุลน้ าล้อมรอบ เกิดเป็ นแรงยึดเหนี่ยวระหว่าง
โมเลกุลของน้ ากับไอออนบวกและลบ ดังสมการ
Na+(g)
+ Cl-(g)
H2O
Na+ (aq) + Cl-(aq) + 764 kJ/mol
## สารใดมีพลังงานไฮเดรชันมากจะยิง่ ละลายน้ าได้ดี
พลังงานแลตทิช (Lattice energy) เป็ นพลังงานที่ใช้ในการสลายโครงผลึกของ
สารประกอบไอออนิกเป็ นไอออนบวกและไอออนลบในสถานะก๊าซ(หรื อ เป็ น
พลังงานที่คายออกมาเมื่อไอออนบวกและไอออนลบในสถานะก๊าซรวมตัวกันเกิด
เป็ นโครงผลึกของสารประกอบไอออนิก
Na+(g) + Cl-(g)
NaCl(s)
คายพลังงาน
NaCl(s) + 768.3 kJ/mol
ดูดพลังงานNa+(g) + Cl-(g) ; = +768.3 kJ/mol
พลังงานกับการละลายนา้ ของสารประกอบไอออนิก
Na+(g) + Cl-(g)
2
∆Hhyd = -771 kJ
1
∆Hlatt = +776 kJ
Na+(aq) + Cl-(aq)
NaCl(s)
∆Hsoln = +5 kJ (พลังงานของการละลาย)
สรุ ปการละลายนา้ ของสารประกอบไอออนิก
∆Hlattice > ∆Hhydration แสดงว่ ามีการดูดพลังงาน
∆Hhydration
∆Hlattice
แสดงว่ ามีการคายพลังงาน
∆Hlattice >>> ∆Hhydration แสดงว่าสารไอออนิกนั้นไม่ ค่อยละลาย
>
สารที่ละลายน้ าได้ < 0.1 g/H2O 100 cm3 ที่ 25 0C แสดงว่าไม่ละลาย
สารที่ละลายน้ าได้ 0.1-1.0 g/H2O 100 cm3 ที่ 25 0C แสดงว่าละลายได้บางส่ วน
สารที่ละลายน้ าได้ > 1.0 g/H2O 100 cm3 ที่ 25 0C แสดงว่าละลายได้ดี
พลังงานของการละลายนั้นนิยมวัดในรู ปของความร้อน
Q = mc t
เมื่อ Q = ปริ มาณความร้อน หน่วยเป็ น (J)
m = มวลของน้ า หน่วยเป็ น กรัม (g)
c = ความจุความร้อนของน้ า มีค่าเป็ น 4.2 J/goC
t = อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป หน่วยเป็ น oC
ตัวอย่าง นาคอปเปอร์ (II)โบรไมด์ จานวน 0.860 กรัม มาละลายในน้ า 100 cm3
พบว่าอุณหภูมิของน้ าเปลี่ยนจาก 23.10 oC เป็ น 23.41 oC จงคานวณหาปริ มาณ
ความร้อนที่เกิดขึ้น และความสัมพันธ์ระหว่างค่าพลังงานแลตทิช และพลังงาน
ไฮเดรชันเป็ นอย่างไร
จากอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 23.10 oC เป็ น 23.41 oC แสดงว่าการละลายของ CuBr2
เป็ นการคายความร้อน ดังนั้น พลังงานแลตทิชน้อยกว่าพลังงานไฮเดรชัน
Q = mc t
= (100)(4.2)(23.41-23.10)
= 130.2 J
ข้ อสั งเกต - ถ้ าเกลือทีล่ ะลายนา้ เป็ นกระบวนการดูดความร้ อน เมือ่ เพิม่ อุณหภูมใิ ห้ กบั
สารละลายการละลายจะเพิม่ ขึน้
- ถ้ าเกลือทีล่ ะลายนา้ เป็ นกระบวนการคายความร้ อน เมือ่ เพิม่ อุณหภูมใิ ห้ กบั
สารละลายการละลายจะลดลง
ปฏิกริ ิยาของสารประกอบไอออนิก
Cl-
Ag+
Na+
NO3-
NaCl
สารละลาย NaCl
สารละลาย AgNO3
Na+(aq) + Cl-(aq)
AgNO3 Ag+(aq) + NO3-(aq)
AgCl (s)
Na+(aq) + Cl-(aq) + Ag+(aq) + NO3-(aq)
Na+(aq) + Cl-(aq) + AgCl(s)
สมการไอออนิก
สมการไอออนิก
เมื่อสารประกอบไอออนิกในสถานะของแข็งมาละลายน้ าก็จะแตกตัว
เป็ นไอออน
NaCl (s)
Na+(aq) + Cl- (aq)
AgNO3(s)
Ag+(aq) + NO3-(aq)
K2SO4(s)
2K+(aq) + SO42-(aq)
การเขียนสมการไอออนิก
จากทีท
่ ราบแลวว
่ สารประกอบไอออนิกละลายในน้า ไอ
้ า่ เมือ
ไอออนลบจะแยกออกจากกันและถูกลอมรอบด
วยโมเลกุ
ลของน
้
้
เมือ
่ ผสมสารละลายแคลเซียมไฮดรอกไซด ์ (Ca(OH)2) กับสารละ
โซเดียมคารบอเนต
(Na2CO3) แลวพบว
ามี
้ ต
้
่ ตะกอนสี ขาวเกิดขึน
์
เป็ นโซเดียมไฮดรอกไซด ์ (NaOH) เพราะวา่ NaOH ละลายไดในน
้
้
เป็ นไอออนอยูในของเหลว
ดังนั้นจึงเป็ นตะกอนของแคลเซียมค
่
(CaCO3) สามารถเขียนสมการไดดั
้ งนี้
Ca2+(aq) + 2OH- (aq) + 2Na+(aq) + CO32-(aq) ---------> CaCO3(s) + 2OH-(aq) + 2Na+(aq)
สมการทีแ
่ สดงไอออนอิสระของสารประกอบไอออนิกใ
เช่นนี้เรียกวา่ "สมการไอออนิก" เนื่องจากปฏิกริ ย
ิ านี้ม
ปรากฏอยูทั
และไมเกิ
่ นแปลงในป
่ ง้ 2 ดาน
้
่ ดการเปลีย
Ca2+(aq) + 2OH-(aq) + 2Na+(aq) + CO32-(aq)---------> CaCO3(s) + 2OH - (aq) +
2Na+(aq)
Ca2+ + CO32-(aq) ---------> CaCO3(s)
สมการขางต
นเรี
้
้ ยกวา่
"สมการไอออนิกสุทธิ"
Na+ (aq) + Cl- (aq)
Ag+ (aq) + NO3- (aq)
NaCl (s)
AgNO3 (s)
Na+(aq) + Cl-(aq) + Ag+(aq) + NO3-(aq)
Na+(aq) + Cl-(aq) + AgCl(s)
สมการไอออนิก
Cl-(aq) + Ag+(aq)
AgCl(s)
สมการไอออนิกสุ ทธิ
หลักการเขียนสมการไอออนิก
1. เขียนเฉพาะไอออนหรือโมเลกุลทีท่ าปฏิกริ ิยากัน
2. ถ้ าสารที่เกีย่ วข้ องในปฏิกริ ิยาเป็ นสารที่ไม่ ละลายนา้ หรื อไม่ แตกตัว
เป็ นไอออน ให้ เขียนสู ตรโมเลกุลของสารนั้นในสมการได้ เช่ น H2 NH3 CO2
3. ดุลสมการไอออนิก โดยทาให้ จานวนอะตอม และจานวนไอออน ของทุก
ธาตุเท่ ากัน รวมทั้งประจุรวมทั้งซ้ ายและขวาต้ องเท่ ากันด้ วย
แบบฝึ กหัด
จงเขียนสมการไอออนิกทีเ่ กิดจากการผสมสารคู่ต่อไปนี้
1. AgNO3 (aq) กับ CaBr2(aq)
2. CuSO4 (aq) กับ K2S (aq)
3. NaOH (s) กับ HCl (l)
โครงสร้ างของสารประกอบไอออนิก
โคออร์ ดิเนชันนัมเบอร์ คือ จานวนไอออนที่ห้อมล้อมและสั มผัสกับไอออนอืน่
โครงสร้างแบบโซเดียมคลอไรด์
1) โครงสร้ างผลึกของ NaCl
Na+ จะมี Cl- ห้ อมล้อมและ
สั มผัสโดยรอบ 6 ไอออน
Cl- จะมี Na+ ห้ อมล้อมและสั มผัส
โดยรอบ 6 ไอออน
Cl-
Cs+
2) โครงสร้ างผลึกของ CsCl
Cs+ มี Cl- ห้อมล้อมและสัมผัส 8 ไอออน Clมี Cs+ ห้อมล้อมและสัมผัส 8 ไอออน
F-
Ca 2+
3) โครงสร้ างผลึกของ CaF2
Ca2+ มี F- ห้อมล้อมและสัมผัส 8 ไอออน
แต่ F- มี Ca2+ ห้อมล้อมและสัมผัสเพียง 4
ไอออนเท่านั้น
การเขียนสูตรสารประกอบไอออนิกจะแสดง
อัตราส่ วนอย่างต่าของไอออนที่มารวมตัว
กันนเท่านั้น Ca 2+ : F- = 4:8 = 1:2
สูตรจึงเป็ น CaF2
พลังงานพันธะ (Bond Energy)
พลังงานพันธะ หรื อ พลังงานสลายพันธะ (Bond dissociation energy, D)
คือ พลังงานที่ตอ้ งใช้ในการสลายพันธะเคมีแต่ละพันธะในโมเลกุล (มีค่า
เป็ นบวก) เช่น
H2(g) 2H(g) D(H—H) = 436 kJ/mol
• พันธะเคมีชนิดเดียวกันในโมเลกุลที่ต่างกันอาจมีค่าพลังงานสลายพันธะ
ต่างกัน เช่น C-H
–
–
–
–
CH4(g) CH3(g) + H(g)
CH3(g) CH2(g) + H(g)
CH2(g) CH(g) + H(g)
CH(g) C(g) + H(g)
D(H-C)CH4= 436 kJ/mol
D(H-C)CH3= 368 kJ/mol
D(H-C)CH2 = 519 kJ/mol
D(H-C)CH = 335 kJ/mol
พลังงานพันธะเฉลี่ย (Average Bond Energy)
พลังงานพันธะเฉลีย่ เป็ นค่าเฉลี่ยของพลังงานสลายพันธะสาหรับพันธะแต่
ละชนิดในโมเลกุลต่าง ๆ (เป็ นค่าโดยประมาณ)
ความร้อนของปฏิกิริยา (Heat of Reaction)
การเกิดปฏิกริ ิยาเคมี คือกระบวนการที่มีการทาลายพันธะเดิม(สารตั้งต้น)
และสร้ างพันธะใหม่ (สารผลิตภัณฑ์)
ความร้ อนของปฏิกริ ิยา ( Hrxn) คือพลังงานเอนทาลปี ของระบบที่
เปลี่ยนแปลงไปในรู ปความร้อนเมื่อเกิดปฏิกิริยา
สามารถหาได้จาก
H rxn
D D
reactants
พลังงานพันธะรวม
ของสารตั้งต้ น
– DHrxn เป็ นลบ
– DHrxn เป็ นบวก
products
พลังงานพันธะรวม
ของผลิตภัณฑ์
ปฏิกิริยาคายพลังงาน
ต้องใช้พลังงานเพื่อให้เกิดปฏิกิริยา (ดูดพลังงาน)
การคานวณหาค่าความร้อนของปฏิกิริยา
ตัวอย่ าง จงหาพลังงานที่เปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยาต่อไปนี้
CH4(g) + Cl2(g) CH3Cl (g) + HCl(g)
– D (พลังงานพันธะสารตั้งต้น) = 4D(C-H) + D(Cl-Cl)
reactants
– D (พลังงานพันธะผลิตภัณฑ์ ) = D(C-Cl) + 3D(C-H) + D(Cl-H)
products
• Hrxn = 4D(C-H) + D(Cl-Cl) – [D(C-Cl) + 3D(C-H) + D(Cl-H)]
= (4414 + 243) – (339 + 3414 + 431) kJ/mol = –113 kJ/mol
ปฏิกิริยานี้จะคายความร้อนออกมา 113 kJ/mol
ความยาวพันธะ (Bond Length)
ความยาวพันธะ คือระยะห่างระหว่างอะตอมคู่ที่สร้างพันธะ
โดยเป็ นตาแหน่งที่อะตอมทั้งสองดึงดูดกันได้ดที ี่สุด มี
พลังงานต่าสุ ดหรื อมีเสถียรภาพที่สุด
• ความยาวของพันธะโควาเลนต์สมั พันธ์กบั พลังงาน
พันธะ
– ความยาวพันธะเดี่ยว พันธะคู่ พันธะสาม
– พลังงานพันธะเดี่ยว พันธะคู่ พันธะสาม
Bond
Length
Bond
Energy
ความยาวพันธะเฉลี่ยของโมเลกุลต่างๆ
มุมพันธะ
มุมพันธะ คือมุมที่เกิดขึ้น เมื่อลาก
เส้นผ่านพันธะ 2 พันธะมาตัดที่
นิวเคลียสของอะตอมกลาง
106.0
104.0
• โมเลกุลที่มีสูตรเคมีคล้ายกัน มุมพันธะอาจไม่เท่ากัน
– H2O = 104.5
H2S = 92
• การทานายโครงสร้างของโมเลกุลเช่น มุมพันธะ จาเป็ นต้องอาศัยข้อมูล
เกี่ยวกับอิเล็กตรอนในโมเลกุล
สภาพขั้วของพันธะ (Bond Polarity)
สภาพขั้วของพันธะ คือ การอธิบายการกระจายตัวของอิเล็กตรอนที่ใช้ในการ
สร้างพันธะระหว่างอะตอม
• สภาพขั้วของพันธะโควาเลนต์ข้ ึนอยูก่ บั ค่า EN ของอะตอมทั้งสอง ถ้าค่า EN
ของอะตอมทั้งสองต่างกัน การกระจายตัวของอิเล็กตรอนในบริ เวณระหว่าง
อะตอมทั้งสองจะไม่สม่าเสมอ ซึ่งจะเรี ยกว่า พันธะโควาเลนต์ แบบมีข้วั
X+Y- เมื่อ EN ของ Y X
H
+
H
F
+
F
-
สภาพขั้วของโมเลกุล (Polarity of Molecule)
สภาพขั้วของโมเลกุลคือสภาพขั้วสุ ทธิ(net dipole)ของพันธะทุกพันธะใน
โมเลกุล
• สภาพขั้วของโมเลกุลหาได้โดยการรวมสภาพขั้วของพันธะทุกพันธะแบบเวคเตอร์
ตัวอย่างสภาพขั้วของโมเลกุล
• BCl3
• NH3
• CHCl3
• SF5
• HCN
โมเมนต์ ข้วั คู่ (Dipole Moments)
ภายในโมเลกุลของสารประกอบ ถ้ าอะตอมมีค่า EN ต่ างกัน มีการดึง
อิเล็กตรอนทาให้ เกิดขั้วขึน้
ตัวอย่ าง แสดงทิศทางการดึงของ e-
แสดงขั้ว (polar bond)
H
F
H
F
2.1
4.0
H
+
F
dipole moment สุ ทธิ = 1. 87
(เป็ น polar molecule)
...
โมเลกุล H2O
O
H
H
ขั้วของโมเลกุล คานวณจากผลรวมแบบ vector ของขั้วของพันธะ
โมเลกุล CO2
โมเลกุล C2H2Cl2
O
C O
=0
Cl
Cl
C
H
เป็ น non-polar molecule
H
Cl
C
C
H
Cis (polar)
= 1. 89
Cl
C
H
Trans = 0