พันธะโคเวเลนต์ (Covalent   Bonding)


     พันธะโคเวเลนต์  คือ  พันธะเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของธาตุอโลหะกับธาตุโลหะที่เข้ามาสร้างแรง ยึดเหนี่ยวต่อกัน  เนื่องจากธาตุอโลหะจะมีสมบัติเป็นตัวรับอิเล็กตรอนที่ดีและยากต่อการสูญเสีย อิเล็กตรอน  ดังนั้นอิเล็กตรอนของธาตุทั้งสองจึงต่างส่งแรงดึงดูดเพื่อที่จะดึงดูด อิเล็กตรอนของอีกฝ่ายให้เข้าหาตนเอง  ทำให้แรงดึงดูดจากนิวเคลียสของอะตอมทั้งสองหักล้างกัน  ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงไม่มีการหลุดไปอยู่ในอะตอมใดอะตอมหนึ่งโดยเฉพาะ  แต่จะมีลักษณะเหมือนเป็นอิเล็กตรอนที่อยู่กึ่งกลางระหว่างอะตอมทั้งสอง  เรียกอิเล็กตรอนที่อยู่กึ่งกลางอะตอมทั้งสอง  เรียกอิเล็กตรอนที่ถูกอะตอมใช้ร่วมกันในการสร้างพันธะเคมีว่า  อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ (Bonding pair electron)

ลักษณะสำคัญของพันธะโคเวเลนต์

  1. พันธะโคเวเลนต์ เป็นพันธะที่เกิดจากการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันของอะตอมที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูง กับอะตอมที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูงด้วยกัน
  2. ธาตุที่เกิดพันธะโคเวเลนต์ได้เป็นอโลหะ เพราะอโลหะมีพลังงานไอออไนเซชัน (IE) ค่อนข้างสูง จึงเสียอิเล็กตรอนได้ยาก จึงไม่มีฝ่ายใดเสียอิเล็กตรอน แต่จะใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน

การเกิดพันธะโคเวเลนต์
การเกิดพันธะโคเวเลนต์ เกิดจากอะตอมส่งอิเล็กตรอนออกมาฝ่ายละเท่าๆกัน ใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน ให้อะตอมมีเวเลนต์อิเล็กตรอนครบ 8 (เป็นไปตามกฎออกเตต)
เช่นการเกิดโมเลกุลของคลอรีน
อะตอมของคลอรีนมีการจัดเรียงอิเล็กตรอน เป็น 2 , 8 , 7
Cl = 2 8 7 ดังนั้น คลอรีนมีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 7 จึงต้องการอิเล็กตรอนอีก 1 ตัว เพื่อให้เวเลนต์อิเล็กตรอนครบ 8 อะตอมจึงจะเสถียร
อิเล็กตรอนที่อะตอมใช้ร่วมกัน เรียกว่า อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ
อิเล็กตรอนตัวอื่นๆที่ไม่ได้ใช้ร่วมในพันธะ เรียกว่า อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว หรืออิเล็กตรอนคู่อิสระ



 

 

 


 
กราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงพลังงานในการเกิดโมเลกุลไฮโดรเจน
 จากการศึกษาสารโคเวเลนต์จะพบว่า ธาตุที่จะสร้างพันธะโคเวเลนต์ส่วนมากเป็นธาตุอโลหะกับอโลหะ ทั้งนี้เนื่องจากโลหะมีพลังงานไอออไนเซชันค่อนข้างสูง จึงเสียอิเล็กตรอนได้ยาก เมื่ออโลหะรวมกันเป็นโมเลกุลจึงไม่มีอะตอมใดเสียอิเล็กตรอน มีแต่ใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ อย่างไรก็ตามโลหะบางชนิดก็สามารถเกิดพันธะโคเวเลนต์กับอโลหะได้ เช่น Be เกิดเป็นสารโคเวเลนซ์คือ BeCl2 เป็นต้น

2.2 ชนิดของพันธะโคเวเลนต์
         
อะตอมที่เกิดพันธะ นักเคมีนิยมใช้การเขียนสัญลักษณ์แบบจุดของลิวอิส โดยประกอบด้วยสัญลักษณ์แทนนิวเคลียสกับอิเล็กตรอนในชั้นถัดจากเวเลนซ์ อิเล็กตรอนเข้าไป และจุดรอบสัญลักษณ์แทนจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนของธาตุนั้น ๆ  
         ชนิดของพันธะโคเวเลนต์ พิจารณาจากจำนวนอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันของอะตอมคู่ร่วมพันธะ ดังนี้
                                                                                   ก. พันธะเดี่ยว

เป็นพันธะโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมคู่สร้างพันธะทั้งสองใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน
1 คู่ ใช้เส้น ( - ) แทนพันธะเดี่ยว เช่น


 

 

 

 

ข. พันธะคู่      เป็นพันธะโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมคู่สร้างพันธะทั้งสองใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน
2 คู่ ใช้เส้น 2 เส้น (= ) แทน 1 พันธะคู่ เช่น พันธะระหว่าง O ใน O2 , O กับ C ใน CO2 , C กับ H ใน C2H4

 

 

ค. พันธะสาม 

       เป็น พันธะโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมคู่สร้างพันธะทั้งสองใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 3 คู่ ใช้เส้น 3 เส้น แทน 1 พันธะสาม เช่น พันธะระหว่าง N กับ N ใน N2, N กับ C ใน HCN

 

 

 

 

 

  

พันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์

            คือ พันธะโคเวเลนต์ที่เกิดจากการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันของอะตอมโดยอิเล็กตรอนคู่ นี้มาจากอะตอมใดอะตอมหนึ่งไม่ได้มาจากทั้ง 2 อะตอม การเกิดพันธะจะเกิดเมื่อเกิดพันธะโคเวเลนต์ตามปกติ แล้วยังมีอะตอมใดอะตอมหนึ่งที่เวเลนซ์อิเล็กตรอนยังไม่ครบตามกฎออกเตต  


 

 

2.3 โมเลกุลที่ไม่เป็นไปตามกฎออกเตด
1. อิเล็กตรอนรอบอะตอมกลางน้อยกว่า 8 ในสารประกอบบางชนิด จำนวนอิเล็กตรอนที่ล้อมรอบอะตอมกลางมีจำนวนน้อยกว่าแปด เช่น เบอร์ริลเลียม ซึ่งเป็นธาตุหมู่ 2A ซึ่งมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 1s2 2s2 มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 2 ตัว อยู่ที่ออร์บิตัล 2s ในสภานะแก๊ส เบอริลเลียมไฮไดรด์ (BeH2)เป็นโมเลกุลที่เสถียรโดยมีโครงสร้างลิวอิสดังรูป


         

 เห็นได้ว่า ที่อะตอมกลางมีเพียง 4 อิเล็กตรอนเท่านั้น ส่วนโบรอนซึ่งเป็นธาตุหมู่ 3A ที่อะตอมกลางของ BF3 ก็มีเพียง 6 อิเล็กตรอนเท่านั้น
2โมเลกุล บางชนิดมีจำนวนอิเล็กตรอนเป็นเลขคี่ เช่น nitric oxide (NO) และ nitrogen dioxide (NO2)

 

 

  1. อิเล็กตรอนรอบอะตอมกลางมากกกว่า 8 เกิดในกรณีที่อะตอมกลางเป็นธาตุในคาบที่สามป็นต้นไปซึ่งธาตุเหล่านี้มี 3d ออร์บิตัลที่ว่าง สามารถรับอิเล็กตรอนเพื่อสร้างพันธะได้ด้วย ตัวอย่างเช่น SF6 ซึ่งอะตอมกลางมีอิเล็กตรอน 12 ตัว ล้อมรอบ

 

 

2.4 การเขียนสูตรและเรียกชื่อสารโคเวเลนซ์ 
         สูตรเคมี หมายถึง สัญลักษณ์ที่ใช้เพื่อแสดงว่าสารประกอบนั้นมีธาตุอะไรบ้างเป็นองค์ประกอบ อย่างละกี่อะตอม สูตรเคมีแบ่งออกเป็น 3ประเภทคือ
         1. สูตรโมเลกุล เป็นสูตรเคมีที่แสดงให้ทราบว่าสารนั้นประกอบด้วยธาตุอะไรบ้างอย่างละกี่อะตอม เช่น สูตรโมเลกุลของน้ำตาลกลูโคส คือ C6H12O6 แสดงว่ากลูโคสประกอบด้วยธาตุ C , H และ O จำนวน 6 , 12 และ 6 อะตอมตามลำดับ
          สำหรับ สูตรโมเลกุล ของสารโคเวเลนต์โดยทั่วไป จะเขียนสัญลักษณ์ของธาตุในโมเลกุล เรียงลำดับคือ B , Si, C , P , H , S , I , Sr , Cl , O และ F เช่น ClF OF2 , CO2 เป็น ต้น

         2. สูตรอย่างง่าย เป็นสูตรเคมีที่แสดงให้ทราบว่าสารนั้นประกอบด้วยธาตุอะไรบ้าง มีอัตราส่วนของจำนวนอะตอมเป็นเท่าใด เช่น สูตรอย่างง่ายของกลูโคสคือ CH2O ซึ่งแสดงว่ากลูโคสประกอบด้วยธาตุ C, H และ O โดยมีอัตราส่วนอะตอมของ C : H : O = 1: 2 : 1

         3. สูตรโครงสร้าง เป็นสูตรเคมีที่แสดงให้ทราบว่าสารนั้นประกอบด้วยธาตุอะไรบ้าง อย่างละกี่อะตอมและแต่ละอะตอมยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะเคมีอย่างไร จะเห็นได้ว่าสูตรโครงสร้างของสารให้ราบละเอียดเกี่ยวกับองค์ประกอบของธาตุ ต่าง ๆ ในโมเลกุลมากกว่าสูตรอย่างง่ายและสูตรโมเลกุล
         สูตรโครงสร้างสามารถเขียนได้ 2 แบบคือ สูตรโครงสร้างแบบจุด (electron dot formula) หรือสูตรโครงสร้างแบบลิวอิส (Lwwis formula) และสูตรโครงสร้างแบบเส้น (graphic formula) สูตรโครงสร้างทั้ง 2 แบบจะแสดงเฉพาะเวเลนต์อิเล็กตรอนของอะตอมคู่ร่วมพันธะ

สูตรโครงสร้างแบบจุด

          ใช้สัญลักษณ์เป็นจุด ( . ) แทนเวเลนต์อิเล็กตรอนโดยเขียนไว้รอบ ๆ สัญลักษณ์ของธาตุ หรืออาจจะใช้สัญลักษณ์เป็น x แทนเวเลนต์อิเล็กตรอนก็ได้เพื่อให้เห็นความแตกต่างระหว่างอิเล็กตรอนของธาตุ คู่ร่วมพันธะต่างชนิดกัน

โดยทั่ว ๆ ไปการเขียนสูตรแบบจุดจะมีข้อกำหนดดังนี้
          1. อะตอมของธาตุก่อนเขียน ให้เขียนแยกกัน และเขียนจุด ( . ) แสดงเวเลนต์อิเล็กตรอนล้อมรอบสัญลักษณ์ของธาตุ โดยมีจำนวนจุดเท่ากับจำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอน เช่น
          2. เมื่ออะตอม 2 อะตอมสร้างพันธะโคเวเลนต์ ให้เขียนสูตรแบบจุดของอะตอมทั้งสองไว้ด้วยกัน สำหรับอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน ให้เขียนจุด ( . ) ไว้ในระหว่างสัญลักษณ์ของอะตอมคู่ร่วมพันธะ ส่วนอิเล็กตรอนที่ไม่ได้ร่วมกัน หรืออิเล็กตรอนที่ไม่ได้ใช้ในการสร้างพันธะ ให้เขียนด้วยจุดไว้บนอะตอมเดิม
          จะเห็นได้ว่าการเขียนสูตรแบบจุดจำเป็นที่จะต้องทราบจำนวนเวเลนต์ อิเล็กตรอนของธาตุคู่ร่วมพันธะก่อนซึ่งอาจจะทราบจากเลขอะตอมของธาตุ หลังจากนั้นจึงจะนำมาเขียนเป็นสูตรแบบจุด
สูตรโครงสร้างแบบเส้น

          เป็นการเขียนสูตรโครงสร้างของโมเลกุลโค เวเลนต์อีกแบบหนึ่งซึ่งแตกต่างจากสูตรแบบจุดเล็กน้อย โดยกำหนดให้ใช้เส้นตรง ( - ) แทนอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ 1 คู่ หรือแทนพันธะโคเวเลนต์ 1 พันธะ ทั้งนี้ให้เขียนไว้ในระหว่างสัญลักษณ์ของธาตุคู่ร่วมพันธะ สำหรับอิเล็กตรอนที่ไม่ใช่อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะจะเขียนไว้หรือไม่เขียนก็ ได้ (ปกติจะไม่เขียน) สูตรแบบเส้นจึงเป็นการกำหนดขึ้นมาเพื่อให้เขียนสูตรโครงสร้างได้สะดวก และง่ายขึ้น ทั้งนี้เพราะไม่จำเป็นต้องแสดงเวเลนต์อิเล็กตรอนทั้งหมดของธาตุคู่ร่วมพันธะ
          • ให้ใช้เส้นตรง 1 เส้น ( - ) แทนอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน 1 คู่
          • ให้ใช้เส้นตรง 2 เส้น ( = ) แทนอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน 2 คู่
          • ให้ใช้เส้นตรง 3 เส้น ( =_) แทนอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน 3 คู่
การเขียนสูตรสารประกอบโคเวเลนซ์

          1. ให้เรียงลำดับธาตุให้ถูกต้องตามหลักสากล ดังนี้คือ Si , C , Sb , As , P , N , H , Te , Se , S ,
At , I , Br , Cl , O , F ตามลำดับ
          2. ในสารประกอบโคเวเลนซ์ ถ้าอะตอมของธาตุมีจำนวนอะตอมมากกว่าหนึ่งให้เขียนจำนวนอะตอมด้วย
ตัวเลขแสดงไว้มุมล่างทางขวา ในกรณีที่ธาตุในสารประกอบนั้นมีเพียงอะตอมเดียวไม่ต้องเขียนตัวเลขแสดง
จำนวนอะตอม

 

 

3. หลักการเขียนสูตรสารประกอบโคเวเลนซ์ที่มีอะตอมของธาตุจัดเวเลนซ์อิเล็กตรอน เป็นไปตามกฎออกเตต ใช้จำนวนอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะของแต่ละอะตอมของธาตุคูณไขว้ เช่น
               • สูตรของสารประกอบของธาตุ H กับ S ; H และ S มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 1 และ 6 ตามลำดับ ดังนั้น H และ S ต้องการอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะจำนวน 1 และ 2 ตามลำดับ เพื่อให้แต่ละอะตอมของธาตุมีการจัดอิเล็กตรอนแบบก๊าซเฉื่อย

 

 

 

• สูตรของสารประกอบของธาตุ S กับ C ; S และ C มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 6 และ 4 ตามลำดับ ดังนั้น S และ C ต้องการอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะจำนวน 2 และ

 

4ตามลำดับเพื่อให้แต่ละอะตอมของธาตุมีการจัดอิเล็กตรอนแบบก๊าซเฉื่อย

 


 

 

 • สูตรของสารประกอบของธาตุ N กับ Cl ; N และ Cl มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 5 และ 7 ตามลำดับ ดังนั้น N และ Cl ต้องการอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะจำนวน 3 และ 1ตามลำดับเพื่อให้แต่ละอะตอมของธาตุมีการจัดอิเล็กตรอนแบบก๊าซเฉื่อย

 

การเรียกชื่อสารประกอบโคเวเลนซ์

           1.สารประกอบของธาตุคู่ ให้อ่านชื่อธาตุที่อยู่ข้างหน้าก่อนแล้ว ตามด้วยชื่อธาตุที่อยู่หลังโดยเปลี่ยนเสียงพยางค์ท้ายเป็น ไอด์ ( ide)

           2. ให้ระบุจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุด้วยเลขจำนวนในภาษากรีกดังนี้
                     1 = mono- (มอนอ)         2 = di- (ได)
                     3 = tri- (ไตร)                 4 = tetra- (เตตระ)
                     5 = penta- (เพนตะ)       6 = hexa- (เฮกซะ)
                     7 = hepta- (เฮปตะ)       8 = octa- (ออกตะ)
                     9 = mona- (โมนะ)        10 = deca- (เดคะ)

           3. ถ้าสารประกอบนั้น อะตอมของธาตุแรกมีเพียงอะตอมเดียวไม่ต้องระบุจำนวนอะตอมของธาตุนั้น แต่ถ้าธาตุข้างหลังในสารประกอบใด ถึงแม้มีเพียงหนึ่งอะตอมก็ต้องระบุจำนวนอะตอมด้วยคำว่า “มอนอ” เสมอ เช่น
                     N2O3 อ่านว่า ไดไนโตรเจนไตรออกไซด์
                     PCl5 อ่านว่า ฟอสฟอรัสเพนตะคลอไรด์
                     CO อ่านว่า คาร์บอนมอนอกไซด์
4. การเรียกชื่อสารโคเวเลนซ์ที่มีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบบางชนิดไม่เป็นไปตามหลักที่กำหนดไว้ เช่น
                     H2S อ่านว่า ไฮโดรเจนซัลไฟด์
                     HCl อ่านว่า ไฮโดรเจนคลอไรด์
           ไม่มีการระบุจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุ นอกจากนี้ H2O (น้ำ) , NH3 (แอมโมเนีย ) , CH4 (มีเทน) มักเรียกชื่อสารโดยใช้ชื่อสามัญ
2.5 ความยาวพันธะและพลังงานพันธะ

ความยาวพันธะ
            อะตอมบางคู่ เช่น C กับ C O กับ O และ N กับ N เป็นต้น สามารถเกิดพันธะได้มากกว่า 1 ชนิด และพันธะแต่ละชนิดที่เกิดขึ้น จะมีพลังงานพันธะและความยาวพันธะต่างกันคือ พันธะสามจะมีพลังงานพันธะมากว่าพันธะคู่ พันธะคู่จะมีพลังงานพันธะมากกว่าพันธะเดี่ยวตามลำดับ ( พันธะสาม > พันธะคู่ > พันธะเดี่ยว) ส่วนความยาวพันธะ พันธะเดี่ยวจะมีความยาวพันธะมากกว่าพันธะคู่ พันธะคู่มีความยาวพันธะมากกว่าพันธะสาม ( พันธะเดี่ยว > พันธะคู่ > พันธะสาม)
ในการเกิดพันธะเคมีอะตอมจะต้องเข้าใกล้กันด้วยระยะเฉพาะระยะใดระยะหนึ่งเกินกว่าระยะนี้ไม่ได้จะเกิดการผลักกันหรือดึงดูดกันน้อยที่สุด และระยะนี้จะทำให้โมเลกุลมีพลังงานต่ำสุดและเสถียรที่สุด ระยะนี้เรียกว่า ความยาวพันธะ

ความยาวพันธะ หมายถึงระยะทางระหว่างนิวเคลียสของะตอมสองอะตอมที่สร้างพันธะกันในโมเลกุลแต่
เนื่องจากระยะทางระหว่างนิวเคลียสของอะตอมที่เกิดพันธะกันไม่แน่นอนเนื่องจากอะตอมมีการสั่นสะเทือนอยู่
ตลอดเวลานอกจากนั้นความยาวพันธะระหว่างอะตอมคู่หนึ่งที่เกิดพันธะชนิดเดียวกันในโมเลกุลต่างชนิดกันอาจ
จะไม่เท่ากันแต่จะมีค่าใกล้เคียงกันดังนั้นเมื่อกล่าวถึงความยาวพันธะจะหมายถึงความยาวพันธะเฉลี่ย

             ความยาวพันธะของอะตอมชนิดเดียวกัน พันธะเดี่ยว > พันธะคู่ > พันธะสาม เช่น ความยาวพันธะ C - C เท่ากับ 154 พิโกเมตร, C = C เท่ากับ 134 พิโกเมตร, C=C เท่ากับ 120พิโกเมตร




พลังงานพันธะ

           พลังงานพันธะ
คือ พลังงานที่ใช้ไปเพื่อสลายพันธะระหว่าง อะตอมภายในโมเลกุลซึ่งอยู่ในสถานะก๊าซให้แยกออกจากกันเป็นอะตอม ในสถานะก๊าซ
            ในการเกิดพันธะเคมี จะเกี่ยวข้องกับพลังงาน 2 ประเภท คือ

 


 

 

 

ในปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้น จากการให้สารทำปฏิกิริยากันแล้วได้สารใหม่เป็นโมเลกุลโควาเลนต์นั้น จะดูว่าเป็นปฏิกิริยาดูดหรือคายความร้อน ให้พิจารณาค่าของพลังงาน

 


 

 

 

               พลังงานพันธะจะบอกความแข็งแรงของพันธะพันธะที่แข็งแรงมากจะมีพลังงานพันธะมากพันธะที่
แข็งแรงน้อยจะมีพลังงานพันธะน้อย

 

พลังงานของปฏิกิริยาคำนวณได้จากพลังงานพันธะโดยอาศัยหลักการที่ว่าสารตั้งต้นทุกตัวต้องดูด
พลังงานเพื่อใช้ในการสลายพันธะเดิมออกให้หมดและผลิตภัณฑ์ต้องมีการสร้างพันธะขึ้นมาใหม่จะคายพลังงานออกมา

ถ้าระบบดูดพลังงาน > คายพลังงาน ปฏิกิริยาจะดูดพลังงาน = พลังงานที่ดูด - พลังงานที่คาย
             ถ้าระบบคายพลังงาน > ดูดพลังงาน ปฏิกิริยาจะคายพลังงาน = พลังงานที่คาย – พลังงานที่ดูด

 

 

 

 

 

 

 

 

รูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์
รูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์ขึ้นอยู่กับ ทิศทางของพันธะโคเวเลนต์ , ความยาวพันธะ , และมุมระหว่างพันธะโคเวเลนต์รอบอะตอมกลาง
ทิศทางของพันธะขึ้นอยู่กับ
- แรงผลักระหว่างพันธะรอบอะตอมกลาง เพื่อให้ห่างกันมากที่สุด
-แรงผลักของอิเล็กตรอนคู่อิสระของอะตอมกลางที่มีต่อพันธะรอบอะตอมกลางแรงนี้มีค่ามากกว่าแรงที่พันธะผลักกันเอง
รูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์ที่ควรรู้จัก
1.รูปร่างเส้นตรง(Limear) โมเลกุล BeCl2 และสูตรโครงสร้างดังนี้

 

 

 

อะตอมกลาง Be ในโมเลกุล BeCl2 มีอิเล็กตรอนทั้งหมด 2 ตัว และทั้ง 2 ตัวเป็นอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ ซึ่งจะผลักกันให้ห่างกันให้มากที่สุด ทำให้โมเลกุลเป็นรูปเส้นตรง มีมุมระหว่างพันธะ 180๐ ดังรูป

2. รูปร่างสามเหลี่ยมแบนราบ (Trigonal planar)
โมเลกุล BCl3 มีสูตรโครงสร้าง ดังนี้



อะตอมกลาง B ในโมเลกุล BCl3 มีเวเลนต์อิเล็กตรอน 3 ตัว และเป็นอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะทั้งหมด (สร้างพันธะเดี่ยวกับอะตอม Cl 3 พันธะ) พันธะผลักกันให้ห่างกันมากที่สุด ทำให้โมเลกุลเป็นรูปสามเหลี่ยมแบนราบ มีมุมระหว่างพันธะเป็น 120๐ ดังรูป



สรุป โมเลกุลโคเวเลนต์ใดๆ ถ้าอะตอมกลางมี 3 พันธะ (ไม่คำนึงถึงชนิดของพันธะ) และอะตอมกลางไม่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว โมเลกุลจะมีรูปร่างเป็น สามเหลี่ยมแบนราบ
3. รูปร่างทรงสี่หน้า
โมเลกุลมีเธน CH4 มีสูตรโครงสร้างดังนี้



อะตอม C ในโมเลกุล CH4 มีเวเลนต์อิเล็กตรอน 4 ตัว และเป็นอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะทั้งหมด (สร้างพันธะเดี่ยวกับอะตอม H 4 พันธะ) เกิดการผลักกันระหว่างพันธะเพื่อให้ห่างกันมากที่สุด ทำให้โมเลกุลมีรูปร่างเป็นรูปทรงสี่หน้า มีมุมระหว่างพันธะเป็น 109.5๐ ดังรูป



สรุป โมเลกุลโคเวเลนต์ใดๆ ถ้าอะตอมกลางมี 4 พันธะ (โดยไม่คำนึงถึงชนิดของพันธะ) และอะตอมกลางไม่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว โมเลกุลจะมีรูปร่างเป็น ทรงสี่หน้า
4. รูปร่างพีระมิดฐานสามเหลี่ยม (Trigonal bipyramkial)
โมเลกุล PCl5 มีสูตรโครงสร้างดังนี้



อะตอมของ P ในโมเลกุล PCl5 มีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 5 สร้างพันธะเดี่ยวกับอะตอมของ Cl ทั้ง 5 ต้ว ไม่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว พันธะผลักกันให้ห่างกันมากที่สุด ทำให้โมเลกุลมีรูปร่างพีระมิดคู่ฐานสามเหลี่ยม มีมุมระหว่างพันธะเป็น 120๐ และ 90๐ ดังรูป



5. ทรงแปดหน้า (Octahedral)
โมเลกุล SF6 มีสูตรโครงสร้างดังนี้



อะตอมของ S มีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 6 อิเล็กตรอนทั้ง 6 ตัวสร้างพันธะเดี่ยวกับอะตอมของ F ทั้ง 6 ตัว (ไม่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว) อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ(พันธะ) เกิดการผลักกันให้ห่างกันมากที่สุด จึงทำให้มีรูปร่างโมเลกุลเป็นรูปทรงแปดหน้า มีมุมระหว่างพันธะ 90๐ ดังรูป



สรุป โมเลกุลโคเวเลนต์ใดๆ ถ้าอะตอมกลางมี 6 พันธะ (ไม่คำนึงถึงชนิดของพันธะ) และอะตอมกลางไม่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว รูปร่างโมเลกุลเป็น ทรงแปดหน้า

อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวกับรูปร่างโมเลกุล
ตามปกติอิเล็กตรอนแต่ละคู่จะออกแรงผลักกัน แรงผลักของอิเล็กตรอนแต่ละคู่จะไม่เท่ากัน ซึ่งสามารถเขียนแรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนคู่ต่างๆ จากมากไปหาน้อยได้ดังนี้ อิเล็กตรอนคู่โดเดี่ยวกับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว > อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวกับอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ > อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะกับอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ
6. รูปร่างพีระมิดฐานสามเหลี่ยม
โมเลกุล NH3 มีสูตรโครงสร้างดังนี้



อะตอม N ในโมเลกุล NH3 มีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 5 สร้างพันธะเดี่ยวกับอะตอมของ H 3 พันธะ เหลืออิเล็กตรอนไม่ได้ร่วมพันธะ 1 คู่ (อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว) อิเล็กตรอนทั้ง 4 คู่รอบอะตอมกลาง ( N ) จะผลักกันให้ห่างกันมากที่สุด แต่เนื่องจากแรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวกับอิเล็กตรอนคู่ร่วม พันธะ มีค่ามากกว่าแรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะผลักกันเอง จึงทำให้มุมระหว่างพันธะ H – N ลดลงเหลือ 107๐ และรูปร่างโมเลกุลเป็น รูปพีระมิดฐายสามเหลี่ยม ดังรูป



7. รูปร่างมุมงอ
โมเลกุล H2O มีสูตรโครงสร้างดังนี้



อะตอมกลาง O ในโมเลกุลของ H2O มีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 6 สร้างพันธะเดี่ยวกับอะตอมของ H 2 พันธะ จึงมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว 2 คู่ (4 ตัว) ซึ่งอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว 2 คู่นี้ จะมีแรงผลักอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ มากกว่าแรงผลักกันของอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ ทำให้มุมระหว่างพันธะ H – O – H มีค่าลดลงเหลือ 105๐ รูปร่างโมเลกุลจึงไม่เป็นเส้นตรง แต่เป็นรูปมุมงอหรือตัววี ดังรูป

สภาพมีขั้วของโมเลกุล
ในพันธะโคเวเลนต์ อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะจะเคลื่อนที่อยู่ระหว่างอะตอมทั้งสองที่สร้างพันธะ กัน ถ้าพบว่าอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะเคลื่อนที่อยู่ตรงกลางระหว่างอะตอมพอดี แสดงว่าอะตอมคู่นั้นมีความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะเท่ากัน แต่ถ้าพบว่าอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะเคลื่อนที่อยู่ใกล้อะตอมใดอะตอมหนึ่ง มากกว่าอีกอะตอมหนึ่ง แสดงว่าอะตอมคู่นั้น มีความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะไม่เท่ากัน ดังภาพ



อิเล็กตรอนถูกดึงดูดเท่าๆกัน


อิเล็กตรอนถูกดึงดูดไม่เท่ากัน


อิเล็กตรอนถ่ายเทจากอะตอมหนึ่งไปสู่อีกอะตอมหนึ่ง
ค่าที่บอกให้ทราบถึงความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนของธาตุที่สร้างพันธะกันเป็นสารประกอบเรียกว่า อิเล็กโทรเนกาติวิตี ( Electronegativity )
ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี จะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับจำนวนประจุในนิวเคลียส และระยะระหว่างเวเลนต์อิเล็กตรอนกับนิวเคลียส ธาตุ ที่มีจำนวนประจุในนิวเคลียสมาก แต่มีระยะระหว่างเวเลนต์อิเล็กตรอนกับนิวเคลียสห่างกันน้อย จะมีค่าค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่าธาตุที่มีมีจำนวนประจุในนิวเคลียสน้อย แต่มีระยะระหว่างเวเลนต์อิเล็กตรอนกับนิวเคลียสห่างกันมาก
ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี (EN)

ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีนำไปใช้อธิบายสมบัติบางประการของสารได้ เช่น ขั้วของพันธะโคเวเลนต์

  1. ถ้าพันธะโคเวเลนต์เกิดจากอะตอมที่มีค่าค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีเท่ากัน เช่นพันธะในโมเลกุลของ H2 , O2 , N2 , F2 , Br2 , I2 , P4 อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะจะอยู่ตรงกลางระหว่างอะตอมทั้งสองเป็นส่วนใหญ่ หรืออาจกล่าวได้ว่าอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะจะถูกนิวเคลียสของอะตอมทั้งสองดึงดูดด้วยแรงเท่าๆกัน เราเรียกพันธะโคเวเลนต์ที่เกิดขึ้นในลักษณะนี้ว่า พันธะโคเวเลนต์ไม่มีขั้ว

สรุป พันธะที่เกิดจากอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันเป็นพันธะไม่มีขัว

  1. ถ้าพันธะโคเวเลนต์เกิดจากอะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่างกัน อะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่า จะดึงอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะเข้ามาใกล้ตัวมันเอง อะตอมนี้จะแสดงอำนาจไฟฟ้าเป็นลบ และอะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อยกว่าจะถูกดึงอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะไป อะตอมนี้จะแสดงอำนาจไฟฟ้าบวก เราเรียกพันธะโคเวเลนต์ชนิดนี้ว่า พันธะโคเวเลนต์มีขั้ว

การแสดงขั้วของพันธะโคเวเลนต์ ใช้สัญลักษณ์

 

(อ่านว่า เดลตาลบ และเดลตาบวกตามลำดับ) ตัวอย่างเช่น



และความแรงของขั้วของพันธะขึ้นกับผลต่างของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมคู่สร้างพันธะ โดยถ้าค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีแตกต่างกันมากกว่า สภาพขั้วจะแรงกว่า เช่น H – F มีสภาพขั้วแรงกว่า H – Cl

สรุป พันธะที่เกิดจากอะตอมต่างชนิดกันเป็นพันธะมีขั้ว
ขั้วของโมเลกุล
วิธีพิจารณาว่าโมเลกุลใดมีขั้วหรือไม่มีขั้วมีหลักดังนี้
1.โมเลกุลใดที่มีแต่พันธะที่ไม่มีขั้วทั้งสิ้น จัดเป็นโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว เช่น H2 , O2 , N2 , F2 , Br2 , I2 , P4
2.โมเลกุลใดที่มีพันธะมีขั้ว โมเลกุลนั้นอาจมีขั้วหรือไม่มีขั้วก็ได้ ขึ้นกับการเขียนเวกเตอร์ แล้วดูการหักล้างกันของทิศทางของขั้วของพันธะรอบอะตอมกลาง ถ้าหักล้างกันหมดโมเลกุลนั้นจะไม่มีขั้ว แต่ถ้าหักล้างกันไม่หมดโมเลกุลนั้นจะมีขั้ว โดยทิศทางของขั้วลบของโมเลกุลชี้ไปทางทิศทางของผลลัพธ์

 

แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์
การเปลี่ยนสถานะของสารต้องมีการให้ความร้อนแก่สาร เพื่อให้อนุภาคของสารมีพลังงานจลน์สูงพอที่จะหลุดออกจากกัน แสดงว่าสารแต่ละสถานะมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล ซึ่งเรียงลำดับจากมากไปน้อยดังนี้ ของแข็ง > ของเหลว > ก๊าซ
การเปลี่ยนสถานะของสารโคเวเลนต์ มีการทำลายแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเท่านั้น ไม่มีการทำลายพันธะเคมี ดังนั้นสารที่มีจุดเดือดจุดหลอมเหลวสูง แสดงว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลสูง
ประเภทของแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์ มีดังนี้

  1. แรงลอนดอน ( london foece ) เป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงอ่อนๆ ซึ่งเกิดขึ้นในสารทั่วไป และจะมีค่าเพิ่มขึ้นตามมวลโมเลกุลของสาร
  2. แรงดึงดูดระหว่างขั้ว ( dipole – dipole force ) เป็นแรงดึงดูดทางไฟฟ้าอันเนื่องมาจากแรงกระทำระหว่างขั้วบวกกับขั้วลบของโมเลกุลที่มีขั้ว

สารโคเวเลนต์ที่มีขั้ว มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล 2 ชนิดรวมอยู่ด้วยกันคือ แรงลอนดอนกับแรงดึงดูดระหว่างขั้ว และเรียกแรง 2 แรงรวมกันว่า แรงแวนเดอร์วาลส์
3. พันธะไฮโดรเจน (hydrogen bond , H – bond ) คือ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่เกิดจากไฮโดรเจนอะตอมสร้างพันธะโคเวเลนต์ กับอะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงๆและมีขนาดเล็ก ได้แก่ F , O และ N แล้วเกิดพันธะโคเวเลนต์มีขั้วชนิดมีสภาพขั้วแรงมาก ทั้งนี้เนื่องจากพันธะที่เกิดขึ้นนี้อิเล็กตรอนคู่รวมพันธะจะถูกดึงเข้ามา ใกล้อะตอมของธาตุที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูง มากกว่าทางด้านอะตอมของไฮโดรเจนมาก และอะตอมของธาตุที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูง ยังมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว จึงเกิดดึงดูดกันระหว่างอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวกับอะตอมของไฮโดรเจนชึ่งมี อำนาจไฟฟ้าบวกสูงของอีกโมเลกุลหนึ่ง ทำให้เกิดเป็นพันธะไฮโดรเจน

 

 

 

 

แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลทั้ง 3 ชนิดนี้ พันธะไฮโดรเจนจัดเป็นแรงยึดเหนี่ยวที่แข็งแรงที่สุด ขณะที่แรงลอนดอนจัดเป็นแรงยึดเหนี่ยวที่แข็งแรงน้อยที่สุด และทั้ง 3 แรงนี้แข็งแรงน้อยกว่าพันธะโคเวเลนต์ พันธะไออนิก และพันธะโลหะมาก

สมบัติของสารโคเวเลนต
1. มีจุดเดือดจุดและหลอมเหลวต่ำ เพราะจะทำให้เดือดหรือหลอมเหลวต้องใช้พฃังงานไปในการทำลายแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล ( ไม่ได้ทำลายพันธะโคเวเลนต์ ยกเว้นโครงผลึกร่างตาข่าย ) อาจจะแบ่งสารโคเวนต์ตามจุดเดือด จุดหลอมเหลว จะได้ 4 พวกดังนี้
1.1 สารโคเวเลนต์ไม่มีขั้ว พวกนี้จะมีจุดเดือดจุดหลอมเหลวต่ำกว่าพวกอื่นๆ เพราะโมเลกุลยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงลอนดอนอย่างเดียวเท่านั้น
1.2 สารโคเวเลนต์มีขั้ว พวกนี้จะมีจุดเดือดจุดหลอมเหลวสูงกว่าพวกไม่มีขั้ว เพราะยึดเหนี่ยวโมเลกุลด้วยแรง 2 แรง คือแรงลอนดอลและแรงดึงดูดระหว่างขั้ว
1.3 สารโคเวเลนต์ที่สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้ เช่น HF , NH3 , H2O พวกนี้จะมีจุดเดือดจุดหลอมเหลวสูงกว่าสารโคเวเลนต์ที่มีขั้ว เพราะโมเลกุลยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์และพันธะไฮโดรเจน
1.4 พวกที่มีโครงสร้างเป็นโครงผลึกร่างตาข่าย เช่น เพชร แกรไฟต์ คาร์บอรันดัม ซิลิกอนไดออกไซด์ พวกนี้มีจุดเดือดจุดหลอมเหลวสูงมาก ซึ่งโดยทั่วไปสารโคเวเลนต์มีจุดเดือดจุดหลอมเหลวต่ำ ที่เป็นเช่นนี้เพราะการจัดเรียงอะตอมภายในผลึก
2. สารโคเวเลนต์จะไม่นำไฟฟ้าไม่ว่าจะอยู่ในสถานะใด ( ยกเว้น แกรไฟต์ ) เนื่องจากไม่มีอิเล็กตรอนอิสระ และเมื่อหลอมเหลวไม่แตกตัวเป็นอิออน
3. โมเลกุลที่มีขั้วสามารถละลายในตัวทำละลายที่โมเลกุลมีขั้วได้ และโมเลกุลที่ไม่มีขั้วสามารถละลายในตัวทำละลายที่ไม่มีขั้วได้ (มีขั้วกับมีขั้ว , ไม่มีขั้วกับไม่มีขั้ว= ละลายกันได้ แต่มีขั้วกับไม่มีขั้วไม่ละลายกัน )

แหล่งอ้างอิง

www.krumontree.com/science/bond/index.html