Transcript เอกสารประกอบการสอน

Chemical Bonding I:
Basic Concepts
เนือ้ หาที่จะเรียน
1
2
3
4.
5
6
7
8
ทฤษฎีลูอิส
พันธะโคเวเลนท์
การเขียนโครงสร้างลูอิส
เรโซแนนซ์
ข้อยกเว้นของกฎออกเต็ท
รู ปร่ างของโมเลกุล
ลาดับและความยาวพันธะ
พลังงานพันธะ
ทฤษฎีของลูอสิ
เวเลนซ์อิเล็กตรอนมีบทบาทสาคัญ
ยิง่ ในการเกิดพันธะเคมี
บางครั้งก็เกิดการถ่ายโอน
อิเล็กตรอนขึ้นทาให้เกิดเป็ นพันธะ
ไอออนิก
ถ้ามีการใช้อิเล็กตรอนร่ วมกัน
ระหว่างอะตอมที่เกิดพันธะจะได้
พันธะโคเวเลนท์
อิเล็กตรอนรอบอะตอมที่เกิดพันธะ
โคเวเลนท์จะมี 8 อิเล็กตรอน
สั ญลักษณ์ ลูอสิ
สัญลักษณ์ของธาตุ – แสดงถึงนิวเคลียส กับ core e-.
จุดที่อยูร่ อบๆ สัญลักษณ์ของธาตุ – แสดงเวเลนซ์อิเล็กตรอน
•
• Si •
•
• Al •
•
• As •
•
P•
•
••
• Se
•
•
••
••
• Bi •
•
• Sb •
•
••
I
••
•
••
Ar
••
•
••
••
•N•
•
••
••
••
••
ตัวอย่างที่ 1
จงเขียนโครงสร้ างแบบลูอสิ ของสารประกอบไอออนิก: (a)
BaO; (b) MgCl2 ; (c) aluminum oxide.
• O•
••
2+ ••
Ba
O
••
2-
••
Ba•
••
••
BaO
•
ลูกศรครึ่ งซีกหมายถึงมีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนมีตวั เดียว
ลูกศรที่มีสองด้านหมายถึงการเคลื่อนที่ของ 2 อิเล็กตรอน
ตัวอย่างที่ 2
••
••
Mg
••
• Cl
••
••
2 Cl
••
-
••
2+
••
Mg •
••
MgCl2
•
• Cl
••
พันธะโคเวเลนซ์
พันธะโคออร์ ดิเนทโคเวเลนซ์
+
Cl
H
••
H N
H
H N H
H
F B
F
+
••
H
F
N H
H
F
F B
F
H
N H
H
••
Cl
••
-
••
H
••
H
พันธะโคเวเลนซ์หลายพันธะ
•O
••
•
•
•
••
••
•
•N
•
•
•
N N
••
••
N•
•
••
••
•
•
••
•
••
••
••
••
•
•
•
•
N N
N N
••
••
••
O C O
O C O
••
•
••
•
•
O C O
••
••
••
• C•
•
••
••
O•
•
••
•
••
•
ความเป็ นพาราแมกเนติกของออกซิเจน (O2)
พันธะโพลาร์โคเวเลนท์ และ Electrostatic Potential Maps
โพลาร์ โมเลกุล
ค่ าอิเล็กโทรเนกาติวติ ี
เปอร์ เซ็นต์ ความเป็ นไอออนิก
การเขียนโครงสร้ างลูอสิ
ต้ องแสดงเวเลนซ์ อิเล็กตรอนทุกตัว
โดยทั่วไปอิเล็กตรอนต้ องเข้ าคู่กัน
โดยทั่วไปอิเล็กตรอนรอบอะตอมหนึ่งจะต้ องมี 8
ยกเว้ น H มี 2 อิเล็กตรอน
โมเลกุลอาจจะมีพันธะคู่หรื อพันธะสาม โดยมักจะเกิด
กับอะตอม C, N, O, S, และ P
การเขียนโครงสร้ างลูอสิ
ต้องจาแนกว่าอะตอมใดเป็ นอะตอมกลางและอะตอม
ปลาย
H
H C
H
H
C O H
H
โครงสร้างหลักที่มีอะตอมเชื่อมต่อกัน (skeletal structure)
การเขียนโครงสร้ างลูอสิ
ไฮโดรเจนจะเป็ นอะตอมปลายเสมอ
โดยทั่วไปอะตอมกลางจะมีค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตี
ตา่ ที่สุด
คาร์ บอนจะเป็ นอะตอมกลางเสมอ
วิธีเขียนโครงสร้ างแบบลูอสิ
นับจานวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนทั้งหมดในโครงสร้าง
วาดโครงสร้างหลัก
แทนที่พนั ธะด้วย 2 อิเล็กตรอน
จาแนกอะตอมปลาย
ทาให้อะตอมปลายมี 8 อิเล็กตรอนหรื อ 2 อิเล็กตรอนสาหรับ H
หักอิเล็กตรอนที่ใช้ไปจากเวเลนซ์อิเล็กตรอนทั้งหมด ดู
ว่ายังเหลืออิเล็กตรอนอีกหรื อไม่
หักอิเล็กตรอนที่ใช้ไปจากเวเลนซ์อิเล็กตรอน
ทั้งหมด ดูวา่ ยังเหลืออิเล็กตรอนอีกหรื อไม่
ไม่
เ
หลื
อ
เหลือ
อะตอมมีอิเล็กตรอนครบ 8 หรื อยัง
เติมอิเล็กตรอนที่เหลือบนอะตอมกลาง
ครบ
ไม่ครบ
โครงสร้างลูอิสที่น่าพอใจ
สร้างพันธะคู่หรื อพันธะสาม
เพื่อให้มีอิเล็กตรอนครบ 8
ตัวอย่ างการเขียนโครงสร้ างลูอสิ
เขียนโครงสร้ างลูอสิ ของ nitronium ion NO2+
ขัน้ ที่ 1:
ผลรวมของเวเลนซ์ e- = 5 + 6 + 6 – 1 = 16 e-
ขัน้ ที่ 2:
จาแนกอะตอมกลางและอะตอมปลาย
ขัน้ ที่ 3:
เขียนโครงสร้างที่เป็ นไปได้:
••
O—N—O
••
••
••
ใส่
••
••
ขัน้ ที่ 4:
e- ที่อะตอมปลาย:
O—N—O
ตัวอย่ างการเขียนโครงสร้ างลูอสิ (ต่ อ)
ขัน้ ที่ 5:
หาจานวน e- ที่เหลือ
ขัน้ ที่ 6:
เขียน multiple bond เพื่อให้ครบ octet
••
••
••
••
••
O—N—O
••
16 – 4 – 12 = 0
••
••
O=N=O
••
••
+
การหาค่ า Formal Charge
FC = #valence e- - #lone pair e- ••
1
2
+ ••
O=N=O
••
••
1
FC(O) = 6 - 4 –
(4) = 0
2
FC(N) = 5 - 0 –
1
(8) = +1
2
#bond pair e-
โครงสร้ างลูอสิ แบบอืน่
••
••
••
O—N—O
••
+
O
+
N
••
O
••
-
••
••
••
••
1
FC(O≡) = 6 - 2 –
(6) = +1
2
FC(N) = 5 - 0 –
1
(8) = +1
2
1
FC(O—) = 6 - 6 –
(2) = -1
2
โครงสร้ างลูอสิ แบบอืน่
ผลรวมของ FC ก็คือประจุของโมเลกุล
FC จะต้องมีค่าน้อยที่สุด
FC ที่เป็ นลบจะเป็ นอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกราทิวิตีสูงที่สุด
FC ที่มีประจุแบบเดียวกันแต่อะตอมอยูต่ ิดกัน จะไม่เสถียร
+
+
•• -
••
••
O≡N—O
••
นิสิตลองเขียนโครงสร้างลูอิส
จงเขียนโครงสร้างลูอิสของ nitrosyl chloride, NOCl
2+
2-
-
2+
-
-
+
เรโซแนนซ์ (Resonance)
••+ •• -
-½ ••
••+ •• -½
O
O O
••
••
••
O
O O
••
••
- ••
••+ ••
O
O O
••
••
••
••
ข้ อยกเว้ นของกฎ octet
Odd e- species.
••
••
•
N=O
••
H
••
•
O—H
••
•
H—C—H
ข้ อยกเว้ นของกฎ octet
Incomplete octets.
••
••
••
••
••
B
B
F
+ F
••
F
F
F
F
••
••
••
+
-
F
F
-
B
F
ionic character
ข้ อยกเว้ นของกฎ octet
Expanded octets.
P
Cl
F
S
P
Cl
Cl
Cl
F
F
F
••
Cl
••
••
Cl
F
••
Cl
••
••
Cl
••
••
••
••
••
••
F
Valence Shell กับความเหมาะสมของ FC
รูปร่ างของโมเลกุล
H
O
H
คาศัพท์ ทคี่ วรรู้
 Bond length – distance between nuclei.
 Bond angle – angle between adjacent bonds.
 VSEPR Theory
 Electron pairs repel each other whether they are in
chemical bonds (bond pairs) or unshared (lone pairs).
Electron pairs assume orientations about an atom to
minimize repulsions.
 Electron group geometry – distribution of e- pairs.
 Molecular geometry – distribution of nuclei.
การใช้ลูกโป่ งเพื่อธิบายการจัดตัวของอะตอมตามทฤษฎี VSEPR
Methane, Ammonia and Water
Table1 Molecular Geometry as a Function
of Electron Group Geometry
การใช้ประยุกต์ทฤษี VSEPR
 Draw a plausible Lewis structure.
 Determine the number of e- groups and identify
them as bond or lone pairs.
 Establish the e- group geometry (lone pair or bond
pair)
 Determine the molecular geometry.
 Multiple bonds count as one group of electrons.
 More than one central atom can be handled
individually.
ตัวอย่ างโจทย์
เทลลูเรี ยม (Te) เป็ นธาตุที่ไม่ค่อยมีผสู ้ นใจศึกษามากนัก จาก
หลักการของ VSEPR จงทานายสูตรเคมีของสารประกอบหรื อ
ไอออนของเทลลูเรี ยมกับฟลูออรี นที่มีโครงสร้างดังต่อไปนี้
(a) T-shaped (b) angular
(c) trigonal
pyramidal
(d) seesaw
(e) square
planar
(f) Square pyramidal
(g) trigonal bipyramidal
(h) octahedral
ไดโพลโมเมนต์ (Dipole Moments)
ไดโพลโมเมนต์ (Dipole Moments)
ลาดับของพันธะ (bond order) และความยาวพันธะ (bond length)
Bond Order
 Single bond, order = 1
 Double bond, order = 2
Bond Length
 Distance between two nuclei
Higher bond order
 Shorter bond
 Stronger bond
พลังงานพันธะ
ตัวอย่ างการคานวณหาเอ็นทาลปี ของปฏิกริ ิยาจากพลังงานพันธะ
ให้ คานวณหา H ของปฏิกิริยาระหว่างมีเทน (CH4) กับคลอรี นซึ่งจะให้
ผลิตภัณฑ์ดงั สมการ
ΔHrxn =  ΔH(product bonds) - ΔH(reactant bonds)
=  ΔH bonds formed -  ΔH bonds broken
= -770 kJ/mol – (657 kJ/mol) = -113 kJ/mol
Focus on Molecules in Space: Measuring
Bond Lengths