หน่วยที่ 4: พันธะเคมี (Chemical Bonding)
พันธะเคมี (Chemical Bonding) เป็นหัวใจสำคัญในการทำความเข้าใจว่าอะตอมรวมตัวกันเพื่อสร้างสารประกอบได้อย่างไร พันธะเคมีมีหลายประเภท แต่ละประเภทจะมีลักษณะเฉพาะตัวที่ทำให้เกิดสมบัติทางเคมีและฟิสิกส์ที่แตกต่างกัน เช่น พันธะไอออนิก, พันธะโคเวเลนต์, และพันธะโลหะ การทำความเข้าใจพันธะเคมีจึงเป็นกุญแจสำคัญในการเข้าใจโครงสร้างของสสารและปฏิกิริยาเคมี
4.1 พันธะไอออนิก (Ionic Bonding)
พันธะไอออนิก (Ionic Bond) เกิดขึ้นเมื่ออะตอมของธาตุหนึ่งสูญเสียอิเล็กตรอนและอีกอะตอมหนึ่งได้รับอิเล็กตรอน ส่งผลให้อะตอมเกิดการเปลี่ยนเป็นไอออนบวกและไอออนลบ จากนั้นทั้งสองไอออนจะเกิดแรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิต (Electrostatic Attraction) ซึ่งทำให้พวกมันเกิดพันธะกัน
ตัวอย่างที่ดีของพันธะไอออนิกคือการสร้างสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ (\(NaCl\)) หรือเกลือแกง โดยมีการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมโซเดียม (\(Na\)) และอะตอมคลอรีน (\(Cl\)) ดังนี้
ขั้นตอนการเกิดพันธะไอออนิก
- การเสียและได้รับอิเล็กตรอน อะตอมโซเดียม (\(Na\)) ซึ่งอยู่ในหมู่ 1 มีอิเล็กตรอนในวงนอกสุด 1 ตัว มีแนวโน้มที่จะสูญเสียอิเล็กตรอนเพื่อให้วงอิเล็กตรอนในนิวเคลียสที่ใกล้ที่สุดสมบูรณ์ การสูญเสียอิเล็กตรอนทำให้อะตอมโซเดียมกลายเป็นไอออนบวก (\(Na^+\))
- ในขณะเดียวกัน อะตอมคลอรีน (\(Cl\)) ซึ่งอยู่ในหมู่ 17 มีอิเล็กตรอนในวงนอกสุด 7 ตัว มีแนวโน้มที่จะได้รับอิเล็กตรอนอีก 1 ตัวเพื่อให้วงอิเล็กตรอนนอกสุดสมบูรณ์ การได้รับอิเล็กตรอนทำให้อะตอมคลอรีนกลายเป็นไอออนลบ (\(Cl^-\))
- การดึงดูดทางไฟฟ้าสถิต หลังจากการสูญเสียและการได้รับอิเล็กตรอน อะตอมโซเดียมและอะตอมคลอรีนจะกลายเป็นไอออนบวกและไอออนลบตามลำดับ ซึ่งจะเกิดแรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิตที่ทำให้พวกมันสร้างพันธะไอออนิกและกลายเป็นสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ (\(NaCl\))
\[ Na \rightarrow Na^+ + e^- \]
\[ Cl + e^- \rightarrow Cl^- \]
\[ Na^+ + Cl^- \rightarrow NaCl \]
สมบัติของสารประกอบไอออนิก
- จุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง สารประกอบไอออนิกมีแรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิตที่แข็งแรงระหว่างไอออนบวกและไอออนลบ ซึ่งทำให้พวกมันมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง
- แข็งแรงแต่เปราะ สารประกอบไอออนิกแข็งแรง แต่เปราะง่าย เนื่องจากเมื่อมีแรงกดที่เพียงพอ อิเล็กตรอนจะถูกขยับ ทำให้ไอออนที่มีประจุเดียวกันเข้ามาใกล้กันและเกิดแรงผลักกัน
- การนำไฟฟ้าในสารละลาย สารประกอบไอออนิกสามารถนำไฟฟ้าได้เมื่ออยู่ในรูปของสารละลายหรือเมื่อหลอมเหลว เนื่องจากไอออนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ
สรุป พันธะไอออนิกเกิดจากการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมและการเกิดแรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิตระหว่างไอออนบวกและไอออนลบ สมบัติของสารประกอบไอออนิกประกอบด้วยจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง ความแข็งแรงแต่เปราะ และความสามารถในการนำไฟฟ้าเมื่ออยู่ในสารละลายหรือสถานะหลอมเหลว
