ข้อสอบ PAT

ข้อสอบO-net ปี55

การใช้ประโยชน์ของสารประกอบไอออนิก สารโคเวเลนต์ และโลหะ

การใช้ประโยชน์ของสารประกอบไอออนิก สารโคเวเลนต์ และโลหะ

จากการที่สารประกอบไอออนิกสารโคเวเลนต์และโลหะมีสมบัติเฉพาะตัวมาว่าการที่ต่างกันจึงสามารถนำมาใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆได้ตามความเหมาะสม เช่น

- แอมโมเนียมคลอไรด์และซิงค์คลอไรด์ เป็นสารประกอบไอออนิกที่สามารถนำไฟฟ้าได้จากการแตกตัวเป็นไอออนเมื่อละลายน้ำจึงนำไปใช้เป็นสารอิเล็กโทรไลต์ในถ่านไฟฉาย

- พอลิไวนิลคลอไรด์หรือ PVC เป็นสารโคเวเลนต์ที่ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้จึงเป็นฉนวนไฟฟ้าที่หุ้มสายไฟฟ้า

- ซิลิกอนคาร์ไบด์ เป็นสารโคเวเลนต์โครงร่างตาข่ายที่มีจุดหลอมเหลวสูงและมีความแข็งแรงมากจึงนำไปใช้ทำเครื่องบด

- ทองแดงและอะลูมิเนียม เป็นโลหะที่นําไฟฟ้าได้ดีจึงนำไปใช้เป็นตัวนำไฟฟ้าอลูมิเนียมและเหล็กเป็นโลหะที่นําความร้อนได้ดีจึงนำไปทำภาชนะสำหรับประกอบอาหาร เช่น หม้อ กระทะ

พันธะโลหะ

การเกิดพันธะโลหะ   
     การที่อะตอมโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำ การยึดเหนี่ยวระหว่างเวเลนซ์อิเล็กตรอนกับโปรตอนในนิวเคลียสจึงน้อย ทำให้เวเลนซ์อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระไปทั่วทั้งชิ้นโลหะและเกิดการยึดเหนี่ยวกับโปรตอนในนิวเคลียสทุกทิศทาง เรียกว่า พันธะโลหะ แสดงได้ด้วยแบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน
สมบัติของโลหะ      
      พันธะโลหะ (Metallic Bond) คือ แรงดึงดูดระหว่างไอออนบวกซึ่งเรียงชิดกันกับอิเล็กตรอนที่อยู่โดยรอบหรือเป็นแรงยึดเหนี่ยวที่เกิดจากอะตอมในก้อนโลหะใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนทั้งหมดร่วมกัน

พันธะโลหะจะมีความสำคัญต่อคุณสมบัติทางฟิสิกส์หลายอย่างของโลหะเช่น

         - ความแข็งแรง

         - ตีแผ่เป็นแผ่นได้

         - ดึงเป็นเส้นได้ 

         - นำความร้อนไดดี

         - นำไฟฟ้าได้ดีและนำได้ทุกทิศทาง

         - เนื้อเป็นเงา 

พันธะโคเวเลนต์
การเกิดพันธะโคเวเลนต์
      พันธะเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของธาตุอโลหะกับธาตุโลหะที่เข้ามาสร้างแรงยึดเหนี่ยวต่อกัน  เนื่องจากธาตุอโลหะจะมีสมบัติเป็นตัวรับอิเล็กตรอนที่ดีและยากต่อการสูญเสียอิเล็กตรอน  ดังนั้นอิเล็กตรอนของธาตุทั้งสองจึงต่างส่งแรงดึงดูดเพื่อที่จะดึงดูดอิเล็กตรอนของอีกฝ่ายให้เข้าหาตนเอง  ทำให้แรงดึงดูดจากนิวเคลียสของอะตอมทั้งสองหักล้างกัน 

พันธะเดี่ยว (single bond)  คือ พันธะโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมคู่ที่เข้ามาร่วมสร้างพันธะต่อกันมีการใช้ร่วมสร้างพันธะต่อกันมีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่

พันธะคู่ (double bond) คือ พันธะโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมคู่ที่เข้ามาร่วมสร้างพันธะต่อกันมีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 2 คู่

พันธะสาม (triple bond)  คือ พันธะโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมคู่ที่เข้ามาร่วมสร้างพันธะต่อกัน  มีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 3 คู่

สูตรโมเลกุลและชื่อของสารโคเวเลนต์

การอ่านชื่อสารโคเวเลนต์ มีวิธีการอ่านดังนี้

1. อ่านจำนวนอะตอมพร้อมชื่อธาตุแรก (ในกรณีธาตุแรกมีอะตอมเดียวไม่ต้องอ่านจำนวน )
2. อ่านจำนวนอะตอม และชื่อธาตุที่สอง ลงท้ายเป็น ไ-ด์ (ide )

เลขจำนวนอะตอมอ่านเป็นภาษากรีก คือ

1 = mono        2 = di 

3 = tri              4 = tetra

5 = penta        6 = hexa 

7 = hepta        8 = octa

9 = nona        10 = deca 

ความยาวพันธะและพลังงานพันธะของสารโคเวเลนต์ 

 ตารางเเสดงความยาวพันธะ

ตารางเเสดงพลังงาน

รูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์

สภาพของขั้วของโมเลกุล
ถ้ามีการกระจายของกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะระหว่างอตอมทั้งสองเท่ากัน เรียกว่า พันธะโคเวเลนต์ไม่มีขั้ว ส่วนสารโคดวดลนต์ที่เกิดจากอะตอมต่างชนิดกันและมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่างกันจะมีการกระจายตัวของกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะระหว่างอะตอมไม่เท่ากัน  เรียกว่า พันธะโคเวเลนต์มีขั้ว 

แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลและสมบัติของสารโคเวเลนต์

     แรงลอนดอน  เป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงอ่อนๆ ซึ่งเกิดขึ้นในสารทั่วไป และจะมีค่าเพิ่มขึ้นตามมวลโมเลกุลของสาร

     แรงดึงดูดระหว่างขั้ว  เป็นแรงดึงดูดทางไฟฟ้าอันเนื่องมาจากแรงกระทำระหว่างขั้วบวกกับขั้วลบของโมเลกุลที่มีขั้ว

     พันธะไฮโดรเจน  คือ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่เกิดจากไฮโดรเจนอะตอมสร้างพันธะโคเวเลนต์ กับอะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงๆและมีขนาดเล็ก ได้แก่ F , O และ N แล้วเกิดพันธะโคเวเลนต์มีขั้วชนิดมีสภาพขั้วแรงมาก และอะตอมของธาตุที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูง ยังมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว จึงเกิดดึงดูดกันระหว่างอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวกับอะตอมของไฮโดรเจน
ซึ่งมีอำนาจไฟฟ้าบวกสูงของอีกโมเลกุลหนึ่ง ทำให้เกิดเป็นพันธะไฮโดรเจน

สารโคเวเลนต์โครงร่างตาข่าย
สารโคเวเลนต์ที่ศึกษามาแล้วมีโครงสร้างโมเลกุลขนาดเล็ก มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ แต่มีสารโคเวเลนต์บางชนิดมีโครงสร้างโมเลกุลขนาดยักษ์ มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงมาก เนื่องจากอะตอมสร้างพันธะโคเวเลนต์ยึดเหนี่ยวกันทั้งสามมิติเกิดเป็นโครงสร้างคล้ายตาข่ายสารประเภทนี้เรียกว่าสารโครงผลึกร่างตาข่ายตัวอย่างสารโครงผลึกร่างตาข่าย

พันธะไอออนิก

การเกิดพันธะไอออนิก
     พันธะไอออนิก เป็นพันธะเคมีชนิดหนึ่ง เกิดจากที่อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมสร้างพันธะกันโดยที่อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมให้อิเล็กตรอนกับอะตอมหรือกลุ่มของอะตอม ทำให้กลายเป็นประจุบวก ในขณะที่อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่ได้รับอิเล็กตรอนนั้นกลายเป็นประจุลบ เนื่องจากทั้งสองกลุ่มมีประจุตรงกันข้ามกันจะดึงดูดกัน ทำให้เกิดพันธะไอออน โดยทั่วไปพันธะชนิดนี้มักเกิดขึ้นระหว่างโลหะกับอโลหะ 

สูตรเคมีและชื่อของสารประกอบไอออนิก

พลังงานกับการเกิดสารประกอบไอออนิก

พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการรวมกันของไอออนบวกและลบในสารประกอบไอออนิกเรียกว่า พลังงานโครงผลึก สามารถหาค่าพลังงานได้ด้วยการคำนวณ โดยอาศัยวัฏจักรบอร์น-ฮาเบอร์ ประกอบด้วยขั้นตอนต่างๆดังนี้

1.ของแข็งระเหิดกลายเป็นแก๊ส เรียกพลังงานที่ใช้ในขั้นนี้ว่า พลังงานการระเหิด

2.พลังงานที่ใช้ในการเสียอิเล็กตรอนให้กลายเป็นไอออนบวกเป็นไอออนลบ เรียกว่า พลังงานไอออไนเซชัน

3.พลังงานที่ใช้ในการสลายโมเลกุลของแก๊สให้เป็นอะตอมในสถานะแก๊ส เรียก พลังงานการสลายพันธะ

4.พลังงานที่คายออกมาเมื่อมีการรับอิเล็กตรอนให้กลายเป็นประจุลบเรียกว่า พลังงานสัมพรรรคภาพอิเล็กตรอน5.

พลังงานที่ได้ออกมาเมื่อมีการยึดไอออนบวกกับไอออนลบให้กลายเป็นของแข็ง เรียกว่า พลังงานโครงผลึกหรือพลังงานแลตทิซ

สมบัติของสารประกอบไอออนิก

   1.มีขั้ว   สารประกอบไอออนิกไม่ได้เกิดขึ้นเป็นโมเลกุลเดี่ยว แต่จะเป็นของแข็งซึ่งประกอบด้วยไอออนจำนวนมากซึ่งยึดเหนี่ยวกัน ด้วยแรงยึดเหนี่ยวทางไฟฟ้า

   2.นำไฟฟ้าได้ เมื่อใส่สารประกอบไอออนนิกลงในน้ำ ไอออนจะแยกออกจากัน ทำให้สารละลายนำไฟฟ้าได้

   3.มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง เพราะต้องการพลังงานความร้อนในการทำลายแรงดึงดูดระหว่างไอออนให้กลายเป็นของเหลว

   4.การละลาย สารประกอบไอออนิกจะละลายในน้ำแต่ไม่ละลายในเบนซีนหรือตัวทำละลายอินทรีย์ น้ำและตัวทำละลายชนิดมีขั้ว

   5.สารประกอบไอออนิกทำให้เกิดปฏิกริยาไอออนิก คือ ปฏิกริยาระหว่างไอออนกับไอออน ทั้งนี้เพราะสารไอออนิกจะเป็นไอออนอิสระในสารละลาย ปฎิกริยาจึงเกิดทันที

   6.เป้นผลึกเเข็งเเต่เปราะง่าย

สมการไอออนิกเเละสมการไอออนิกสุทธิ

   สมการไอออนิกสุทธิ (net ionic equation) จะเป็นสมการที่เขียนเฉพาะไอออนที่ทำปฏิกิริยากันได้เป็นผลิตภัณฑ์เท่านั้น โดยผลรวมประจุทางซ้ายและทางขวาของสมการต้องดุลกันพอดี เช่น

         การผสมสารละลายซิลเวอร์ไนเตรต (AgNO3) และโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) ได้ตะกอนสีขาวของซิลเวอร์คลอไรด์ (AgCl) ซึ่งไม่ละลายน้ำ

สามารถเขียนสมการทั่วไป สมการไอออนิกและสมการไอออนิกสุทธิได้

การทำนายปฏิกิริยาการเกิดตะกอนของสารละลายของสารประกอบไอออนิก สามารถพิจารณาได้จากสมบัติการละลายน้ำ ดังนี้

สารประกอบที่ละลายน้ำ

• สารประกอบของโลหะแอลคาไลน์และแอมโมเนียมทุกชนิด
• สารประกอบไนเทรต คลอเรต เปอร์คลอเรต แอซีเตต
• สารประกอบคลอไรด์ โบรไมด์ ไอโอไดด์ ยกเว้นสารประกอบของ Ag+ Pb2+ Hg2+ ไม่ละลาย ส่วน PbCl2 ละลายได้น้อย
• สารประกอบซัลเฟต (ยกเว้นสารประกอบของ Pb2+ Sr2+ Ba2+ ส่วนสารประกอบของ Ca2+ และ Ag+ ละลายได้น้อย)

สารประกอบที่ไม่ละลายน้ำ

• สารประกอบของออกไซด์ของโลหะ (ยกเว้นออกไซด์ของ Ca2+ Sr2+ Ba2+)
• สารประกอบไฮดรอกไซด์ (ยกเว้นไฮดรอกไซด์ของโลหะแอลคาไล แอมโมเนียมและของ Sr2+ Ba2+ ส่วนของCa2+ ละลายได้น้อย)
• สารประกอบคาร์บอเนต ฟอสเฟต ซัลไฟด์และซัลไฟต์ (ยกเว้นสารประกอบของโลหะแอลคาไล)

สัญลักษณ์แบบจุดของลิวอิสและกฎออกเตต

สัญลักษณ์แบบจุดของลิวอิสและกฎออกเตต

สูตรโครงสร้างของลิวอิส 

     เป็นสูตรโครงสร้างที่กิลเบิร์ต ลิวอิสได้คิดค้นขึ้นมาเพื่อใช้ในการอธิบายรูปร่างโมเลกุล ซึ่งจะแบ่งได้เป็น 2 ประเภทได้แก่

     -สูตรโครงสร้างส่วนที่เป็นจุด เป็นสูตรโครงสร้างที่ใช้จุดแทนอิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอมที่เกิดพันธะ โดยให้อิเล็กตรอนครบตามกฎออกเตต ยกเว้นบางธาตุซึ่งมีการยกเว้นได้

      -สูตรโครงสร้างส่วนที่เป็นเส้น เป็นสูตรโครงสร้างที่ใช้เส้นและจุดแทนอิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอมที่เกิดพันธะ ซึ่งเส้น 1 เส้นจะแทนอิเล็กตรอน 2 ตัวหรือ 1 คู่ สามารถเขียนอิเล็กตรอนเดี่ยวด้วยก็ได้

กฎออกเตต

ธาตุก๊าซเฉื่อย เช่น He Ne Ar Kr พบว่าเป็นธาตุที่โมเลกุลเป็นอะตอมเดี่ยว คือในหนึ่งโมเลกุลของก๊าซเฉื่อยจะมีเพียง 1 อะตอม แสดงว่าเป็นธาตุที่เสถียรมาก ทำให้นักวิทยาศาสตร์สนใจที่จะค้นคว้าถึงเหตุผลที่ทำให้ธาตุเฉื่อยมีความเสถียร และจากการศึกษาโครงสร้างอะตอมของธาตุเฉื่อยมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนวงนอกสุดเหมือนกัน คือมี 8 อิเล็กตรอน(ยกเว้น He มี 2 อิเล็กตรอน) เช่น

     ₂He = 2           ₁₀Ne = 2 , 8         ₁₈Ar = 2 , 8 , 8          ₃₆Kr = 2 , 8 , 18 , 8

ส่วนธาตุหมู่อื่นมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานชั้นนอกสุด ไม่ครบ 8 เช่น

₁H = 1            ₆C = 2 , 4            ₇N = 2 , 5          ₈O = 2 , 6

ธาตุที่มีวาเลนต์อิเล็กตรอนไม่ครบ 8 ในธรรมชาติจะไม่สามารถอยู่เป็นอะตอมเดี่ยวๆได้ ซึ่งแสดงว่าไม่เสถียร การรวมกันเพื่อทำให้อะตอม มีวาเลนต์อิเล็กตรอนครบ 8