เคมี ม.4

 
1. บทเรียน
 
2. พันธะโลหะ

พันธะโลหะ

superiteng

เคมี, ม.4

July 07, 2011

26571 views

พันธะโลหะ
                   จากการศึกษาในระดับชั้นมัธยมศึกษาตอนต้นนักเรียนคงทราบแล้วว่าโลหะส่วนใหญ่มีสถานะเป็นของแข็ง มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง นอกจากนี้โลหะสามารถนำไฟฟ้าและนำความร้อนได้ดี จากสมบัติที่กล่าวมาแล้วนักเรียนคิดว่าอะตอมของโลหะน่าจะยึดกันด้วยพันธะชนิดเดียวกับสารไอออนิกที่ได้ศึกษามาแล้วหรือไม่ ให้ศึกษาสมบัติบางประการของโลหะจากตาราง 2.16

ตาราง 2.16  สมบัติบางประการของสาร

สาร	ตัวอย่าง	สมบัติของสาร
		ลักษณะที่ ปรากฎ	การนำ ไฟฟ้า	จุด หลอมเหลว(oC)	จุดเดือด (oC)
สารประกอบ ไอออนิก	โซเดียมคลอไรด์ (NaCl)	ของแข็งสีขาว	ไม่นำ	801	1465
	แคลเซียมฟลูออไรด์	ของแข็งสีขาว	ไม่นำ	1418	2533
	โพแทสเซียมไอโอไดด์ (Kl)	ของแข็งสีขาว	ไม่นำ	681	1330
สาร โคเวเลนต์	น้ำตาลทราย	ของแข็งสีขาว	ไม่นำ	192 (สลายตัว)	-
	เอทานอล	ของเหลวใส ไม่มีสี	ไม่นำ	-114.1	78.3
	แก๊สไฮโดรเจน	แก๊สไม่มีสี ไม่มีกลิ่น	ไม่นำ	-259	-253
สารโครงผลึก- ร่างตาข่าย	เพชร (C)	ของแข็งใส ไม่มีสี	ไม่นำ	3550	4830
	แกรไฟต์ (C)	ของแข็งสีดำ	นำ	3727*	3640
โลหะ	เหล็ก (Fe)	ของแข็งสีเงินวาว	นำ	1535	2750
	ทองแดง (Cu)	ของแข็งสีน้ำตาลแดง	นำ	1085	2572
	โครเมียม (Cr)	ของแข็งสีเงินวาว	นำ	1857	2672

* ค่าที่แสดงเป็นค่าโดยประมาณที่ได้จากการทดลองภายใต้ความดันที่เหมาะสม

                    จากสมบัติของโลหะในตาราง 2.16  แสดงว่าอะตอมของโลหะควรยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะที่แตกต่างจากพันธะไอออนิกและพันธะโคเวเลนต์ สำหรับการเกิดพันธะในโลหะอธิบายได้ว่าอะตอมของโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำจึงเสียเวเลนซ์อิเล็กตรอนแล้วกลายเป็นไอออนบวกได้ง่าย เวเลนซ์อิเล็กตรอนที่หลุดออกมานี้สามารถเคลื่อนที่อย่างอิสระไปได้ทั่วทั้งก้อนโลหะ แรงยึดเหนี่ยวอย่างแข็งแรงระหว่างไอออนบวกกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนที่เป็นอิสระนี้เรียกว่า พันธะโลหะ ดังนั้นความแข็งแรงของพันธะโลหะจึงขึ้นอยู่กับจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนและประจุของไอออนบวกของโลหะแต่ละชนิดการเกิดพันธะในโลหะอาจแสดงได้ด้วยแบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน ดังรูป 2.24

2.3.1  สมบัติของโลหะ
                   จากแบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน จะเห็นว่าอะตอมของโลหะอยู่ค่อนข้างชิดกันและเรียงต่อเนื่องกันไม่มีที่สิ้นสุด โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปทั่วทั้งก้อนโลหะ ทำให้โลหะมีสมบัติเฉพาะตัวหลายประการที่แตกต่างจากสารอื่นเราอาจใช้แบบจำลองทะเลอิเล็กตรอนอธิบายสมบัติทางภายภาพของโลหะได้ เช่น โลหะสามารถนำความร้อนและไฟฟ้าได้ เนื่องจากเมื่อให้ความร้อนแก่โลหะ เวเลนซ์อิเล็กตรอนจะมีพลังงานสูงขึ้นจึงเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น เมื่อเกิดการชนกันจะถ่ายโอนพลังงานบางส่วนแก่กันและถูกถ่ายโอนต่อเนื่องกันไปจนทั่วก้อนโลหะ โลหะจึงนำความร้อนได้ และการที่โลหะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระทั่วทั้งก้อนโลหะ จึงทำให้โลหะนำไฟฟ้าได้ดี โลหะมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงเพราะว่าอะตอมโลหะยึดกันไว้อย่างแข็งแรงด้วยพันธะโลหะทุกอะตอม การหลอมเหลวหรือทำให้กลายเป็นไอจึงต้องใช้พลังงานสูงมาก เช่น การหลอมเหลวทองแดงต้องใช้อุณหภูมิสูงถึง 1085 และการทำให้ทองแดงเดือดกลายเป็นไอต้องใช้อุณหภูมิสูงถึง 2572 สำหรับการตีโลหะให้แผ่ออกเป็นแผ่นและดึงเป็นเส้นได้นั้นอธิบายได้ว่า อะตอมโลหะจัดเรียงตัวเป็นชั้นๆ อย่างมีระเบียบ การทุบแผ่นโลหะเป็นการผลักให้ชั้นของอะตอมโลหะเลื่อนไถลออกไปจากตำแหน่งเดิม ทำให้แผ่นโลหะยาวออกไปและบางลง แต่อะตอมของโลหะในตำแหน่งใหม่ไม่หลุดออกจากกันเพราะมีกลุ่มเวเลนซ์อิเล็กตรอนยึดอนุภาคเหล่านั้นไว้ ดังนั้นจึงตีโลหะให้แผ่ออกเป็นแผ่นบางๆ หรือดัดให้โค้งงอ หรือดึงเป็นเส้นได้

2.2.1  การเกิดพันธะโคเวเลนต์
               โมเลกุลของแก๊สไฮโดรเจนประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจน 2 อะตอม ไฮโดรเจนทั้งสองอะตอมรวมกันอย่างไร
ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่มีค่า IE สูงจึงเสียอิเล็กตรอนได้ยาก เมื่อไฮโดรเจน 2 อะตอมอยู่ใกล้กันจะเกิดแรงดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนกับโปรตอนในนิวเคลียสของทั้งสองอะตอม จึงมีแนวโน้มสูงที่จะพบอิเล็กตรอนทั้งสองอยู่ในบริเวณระหว่างนิวเคลียสของทั้งสองอะตอม และดึงดูดให้นิวเคลียสเข้ามาใกล้กันมากขึ้น ในขณะเดียวกันก็จะมีแรงผลักระหว่างโปรตอนกับโปรตอนและระหว่างอิเล็กตรอนกับอิเล็กตรอนของแต่ละอะตอมด้วย  เมื่ออะตอมทั้งสองเข้ามาใกล้กันในระยะที่เหมาะสม อะตอมทั้งสองจะมีพลังงานต่ำสุดและอยู่รวมกันเป็นโมเลกุลโดยใช้อิเล็กตรอนร่วมกันแรงดึงดูดที่ทำให้อะตอมอยู่รวมกันได้ในลักษณะนี้เรียกว่า พันธะโคเวแลนต์ โมเลกุลของสารที่อะตอมยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์เรียกว่า โมเลกุลโคเวเลนต์ และสารที่ประกอบด้วยอะตอมที่สร้างพันธะโคเวเลนต์เรียกว่าสารโคเวเลนต์