สมบัติของสารประกอบไอออนิก
สารประกอบไอออนิกมีสมบัติบางประการ ดังนี้
1. สารประกอบไอออนิกประกอบด้วยไอออนบวกและไอออนลบยึดเหนี่ยวกันอย่างแข็งแรง เมื่อทุบผลึกของสารไอออนิกจะเกิดการลื่นไถลของไอออนตามระนาบผลึก เป็นผลให้ไอออนชนิดเดียวกันเลื่อนไปอยู่ตรงกัน จึงเกิดแรงผลักระหว่างอน ทำให้ผลึกแตกออก เราจึงสังเกตพบว่าสารไอออนิกเปราะและแตกได้ง่าย
2. มีขั้ว (Polar nature) สารประกอบไอออนิกไม่ได้เกิดขึ้นเป็นโมเลกุลเดี่ยว แต่จะเป็นของแข็งซึ่งประกอบด้วยไอออนจำนวนมากซึ่งยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงยึดเหนี่ยวทางไฟฟ้า
3.นำไฟฟ้าได้ เมื่อใส่สารประกอบไอออนิกลงในน้ำ ไอออนจะแยกออกจากกัน ทำให้สารละลายนำไฟฟ้าได้ ในทำนองเดียวกัน สารประกอบที่หลอมเหลวจะนำไฟฟ้าได้ด้วย เนื่องจากเมื่อหลอมเหลวไอออนจะเป็นอิสระจากกัน เกิดการไหลเวียนอิเลคตรอน ทำให้อิเลคตรอนเคลื่อนที่จึงเกิดการนำไฟฟ้า
4. มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงเพราะต้องการพลังงานความร้อนในการทำลายแรงดึงดูดระหว่างไอออนให้กลายเป็นของเหลวหรือกลายเป็นไอตามที่ต้องการ
ตารางสมบัติบางประการของสารประกอบไอออนิก
จากข้อมูลในตารางจะพบว่า สารประกอบไอออนิกทุกสารมีสถานะเป็นของแข็ง มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง สารประกอบไอออนิกบางชนิดมีค่าสภาพละลายได้สูง บางชนิดมีค่าสภาพละลายได้ต่ำมาก และบางชนิดไม่ละลายน้ำ 5. สมบัติไม่แสดงทิศทางของพันธะไอออนิก สารประกอบไอออนิกเกิดจากไอออนที่มีประจุตรงกันข้ามรอบ ๆ ไอออนแต่ละไอออนจะมีสนามไฟฟ้าซึ่งไม่มีทิศทาง จึงทำให้เกิดสมบัติไม่แสดงทิศทางของพันธะไอออนิก
พลังงานกับการละลายของสารประกอบไอออนิก
ขั้นที่ 1 เมื่อให้สารประกอบไอออนิกละลายน้ำ จะเกิดการเปลี่ยนแปลง 2 ขั้นตอน ดังนี้
ของแข็งไอออนิกสลายตัวออกเป็นไอออนบวกและไอออนลบในสภาวะก๊าซ ขั้นนี้เป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทดูดพลังงาน เพราะต้องใช้พลังงานเพื่อสลายแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวกกับไออออนลบ พลังงานที่ใช้ในขั้นนี้ เรียกว่า พลังงานแลตทิช หรือ พลังงานโครงร่างผลึก (Lattice Energy)
ขั้นที่ 2 ไอออนบวกและไอออนลบในภาวะก๊าซรวมตัวกับโมเลกุลของน้ำ กลายเป็นไอออนที่ถูกไฮเดรต เนื่องจากขั้นนี้เกิดแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวก และไอออนลบกับโมเลกุลของน้ำ ขั้นนี้จึงเป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทคายพลังงาน พลังงานที่คายออกมาเรียกว่า พลังงานไฮเดรชัน เช่น เมื่อ โซเดียมคลอไรด์ ละลายน้ำ จะเกิดการเปลื่ยนแปลง 2 ขั้นดังนี้

การละลายน้ำของสารประกอบไอออนิก อาจเป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทดูดความร้อนหรือคายความร้อนก็ได้ ขึ้นอยู่กับค่าพลังงานแลตทิช และพลังงานไฮเดรชัน พิจารณาได้ดังนี้
1. ถ้าพลังงานแลตทิชมากกว่าพลังงานไฮเดรชัน การละลายน้ำของสารประกอบไอออนิกนั้นเป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทดูดความร้อน
2. ถ้าพลังงานแลตทิชน้อยว่าพลังงานไฮรเดรชัน การละลายน้ำของสารประกอบไอออนิกนั้นเป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทคายความร้อน
3. ถ้าพลังงานแลตทิชเท่ากับพลังงานไฮเดรชัน การะลลายน้ำของสารประกอบไอออนิกนั้นไม่มีการเปลี่ยนแปลงพลังงาน
4. ถ้าพลังงานแลตทิชมากกว่าพลังงานไฮเดรชันมาก ๆ สารประกอบไอออนิกนั้นละลายน้ำได้น้อยมาก จนถึอว่าไม่ละลาย เหตุที่ไม่ละลายเพราะว่า แรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวกกับไอออนลบแข็งแรงมาก โมเลกุลของน้ำจึงไม่สามารถดึงให้แยกออกจากันได้ หรือกล่าวได้ว่า แรงดึงดูดระหว่างไอออนบวกกับไอออนลบแข็งแรงกว่าแรงดึงดูดระหว่างไอออนกับโมเลกุลของน้ำมาก
เหตุที่ไม่ละลายเพราะว่า แรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวกกับไอออนลบแข็งแรงมาก โมเลกุลของน้ำจึงไม่สามารถดึงให้แยกออกจากันได้ หรือกล่าวได้ว่า แรงดึงดูดระหว่างไอออนบวกกับไอออนลบแข็งแรงกว่าแรงดึงดูดระหว่างไอออนกับโมเลกุลของน้ำมาก
การละลายน้ำของสารประกอบไอออนิก
เกณฑ์การละลายของสาร
- ไม่ละลายน้ำ (ละลายได้นิดหน่อย) คือ ละลายได้น้อยกว่า 1 กรัม/น้ำ 1000 cm3 ที่ 25oc (อุณหภูมิห้อง)
- ละลายได้เล็กน้อย คือ ละลายได้ 1 - 10 กรัม/น้ำ 1000 cm3ที่ 25oc
- ละลายได้ดี คือ ละลายได้มากกว่า 10 กรัม/น้ำ 1000 cm3ที่ 25oc
สารประกอบไอออนิกที่ละลายน้ำได้
- สารประกอบของโลหะหมู่ 1 ทุกตัว เช่น NaCl, Li2CO3, K2SO4
- สารประกอบของแอมโมเนียมไอออนทุกตัว เช่น NH4Cl , (NH4)3PO4
- สารประกอบของไนเตรตไอออนทุกตัว เช่น Cu(NO3)2, Al(NO3)3
- สารประกอบของคลอเรตไอออนทุกตัว เช่น LiClO3, Mg(ClO3)2
- สารประกอบของเปอร์คลอเรตไอออนทุกตัว ยกเว้น KClO4
- สารประกอบแอซีเตตไอออนทุกตัว ยกเว้น CH3COOAg
สารประกอบไอออนิกที่ไม่ละลายน้ำ
- สารประกอบของโลหะหมู่ 2 กับ CO32-, Po43-, SO42- ยกเว้น MgSO4
- สารประกอบของอโลหะหมู่ 7 กับ Ag+, Hg22+ และ Pb2+ เช่น *AgCl, PbI2
- สารประกอบออกไซด์ ซัลไฟล์ และ ไฮดรอกไซด์ของโลหะทุกชนิด ยกเว้นโลหะหมู่ 1 และ หมู่ 2 บางตัว เช่น Ca2+, Sr2+, Ba2+
* ไม่ละลายในน้ำ แต่ละลายได้ดีใน NH3
ปฏิกิริยาของสารประกอบไอออนิก
เมื่อสารประกอบไอออนิกละลายในน้ำ ไอออนบวก และ ไอออนลบจะแยกออกจากกันและถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำหลายโมเลกุล เมื่อผสมสารละลายแคลเซียมไฮดรอกไซด์ (Ca(OH)2) กับสารละลายโซเดียมคาร์บอเนต (Na2Co3) แล้วพบว่ามีตะกอนสีขาวเกิดขึ้น ตะกอนนี้ไม่ควรเป็นโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) เพราะว่า NaOH ละลายได้ในน้ำและแตกตัวเป็นไอออนอยู่ในของเหลว ดังนั้นจึงเป็นตะกอนของแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) สามารถเขียนสมการได้ ดังนี้
สมการที่แสดงไอออนอิสระของสารประกอบไอออนิกในสารละลายครบทุกชนิดเช่นนี้เรียกว่า " สมการไอออนิก" เนื่องจากปฏิกิริยานี้มี OH และ Na ปรากฏอยู่ทั้ง 2 ด้าน และไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงในปฏิกิริยาจึงตัดออกไปได้ ส่งไอออนที่ทำปฏิกิริยาแล้ว ได้ผลิตภัณฑ์คือ Ca กับ CO3เท่านั้นจึงเขียนสมการได้เป็น ดังนี้
สมการข้างต้นเรียกว่า "สมการไอออนิกสุทธิ"
พันธะโคเวเลนต์(Covelent Bonds)
การเกิดพันธะโคเวเลนต์
เกิดจากธาตุเอาเวเลนต์อิเล็กตรอนมาใช้ร่วมกัน ได้แก่ สารประกอบที่เกิดจากอโลหะกับอโลหะ รวมทั้ง B และ Be หรือเกิดจากสารประกอบที่มีค่า EN และ IE สูง แบ่งออกเป็น 3 ชนิด
1.พันธะเดี่ยว (single bond) เช่น Cl2 หรือ Cl - Cl
2.พันธะคู่(double bond) เช่น O2 หรือ O = O
3.พันธะสาม(triple bond) เช่น N2 หรือ N = N
อิเล็กตรอนที่เกิดพันธะ เรียกว่า "อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ"
อิเล็กตรอนที่ไม่ได้เกิดพันธะ เรียกว่า "อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว"
สมบัติของโมเลกุลโคเวเลนต์
1. จุดเดือด จุดหลอมเหลวต่ำ เพราะการเดือดทำลายแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล
(จุดเดือดของแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล เป็นดังนี้ พันธะไฮโดรเจน > แรงดึงดูดระหว่างขั้ว > แรงลอนดอน)
2. ส่วนใหญ่ไม่นำไฟฟ้า แต่จะนำได้ถ้ามีขั้วและโมเลกุลนั้นสามารถแตกตัวเป็นไอออนได้
3. เขียนสูตรโมเลกุลได้
4. หน่วยเล็กที่สุด เรียกว่า "โมเลกุล"
การอ่านชื่อโมเลกุลโคเวเลนต์
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
4. การเรียกชื่อสารโคเวเลนซ์ที่มีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบบางชนิดไม่เป็นไปตามหลักที่กำหนดไว้ เช่น
H2S อ่านว่า ไฮโดรเจนซัลไฟด์
HCl อ่านว่า ไฮโดรเจนคลอไรด์
ไม่มีการระบุจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุ นอกจากนี้ H2O (น้ำ) , NH3 (แอมโมเนีย ) , CH4 (มีเทน) มักเรียกชื่อสารโดยใช้ชื่อสามัญ
หลักการเขียนสูตรแสดงพันธะของโมเลกุลโคเวเลนต์
1. สารที่มีจำนวนแขนมากที่สุด สารนั้นจะต้องเป็นอะตอมกลาง โดยจำนวนแขนของสารต่างๆ เป็นดังนี้
F , Cl , Br , I , H มี 1 แขน
O , S มี 2 แขน
N มี 3 แขน
C , Si มี 4 แขน
2. สารประกอบไฮโดรคาร์บอน มีหลักดังนี้
อัลเคน CnH2n+n มีพันธะเดี๋ยวทั้งหมด เช่น C2H6, C3H8,C5H12
อัลคีน CnH2nมีพันธะคู่ 1 แห่งเช่น C2H4, C3H6
อัลคายน์ C2H2n-2 มีพันธะสาม 1 แห่ง เช่น C2H2, C5H8, C20H38
(ถ้าเป็นสารประกอบประเภทไดอีนจะมีพันธะคู่ 2 แห่ง)
3. กรดออกซี มีหลักการเขียนดังนี้ ให้เอา H ต่อกับ O แขนของ O อีกด้านหนึ่งต่อกับอะตอมกลาง ส่วน O ที่เหลือจะต่อกับอะตอมกลางแบบพันธะคู่ หรือโคออร์ดิเนตก็ได้ ขึ้นอยู่กับอะตอมกลางนั้น กล่าวคือ ถ้าอะตอมกลางยังไม่ครบ 8 ต้องต่อแบบพันธะคู่ แต่ถ้าอะตอมกลางครบ 8 แล้วให้ต่อแบบโคออร์ดิเนต
4. สารประกอบออกซิเจนล้อมรอบ มีหลักดังนี้ ให้เอา O ล้อมรอบอะตอมกลางว่า ครบ 8 หรือยัง ถ้ายังไม่ครบจะเกิดพันธะคู่ แต่ถ้าครบแล้วเกิดพันธะโคออร์ดิเนต
พันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์
ได้แก่ พันธะที่เกิดจากอะตอมใดอะตอมหนึ่งจ่ายอิเล็กตรอนคู่ไปให้ธาตุตัวใดตัวหนึ่ง เพื่อให้มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน ครบ 8 โดยไม่รับอิเล็กตรอนจากธาตุตัวนั้นกลับมา
รีโซแนนซ์ (Resonance)
รีโซแนนซ์ คือ ปรากฎการณ์ที่สารใดสารหนึ่ง เขียนสูตรที่ถูกต้องหลายแบบ เนื่องจากพันธะคู่เคลื่อนที่ สารใดเกิดปรากฎการณ์รีโซแนนซ์ได้สารนั้นจะเสถียรมาก สารประกอบที่เกิดรีโซแนนซ์ได้ ความยาวพันธะและพลังงานในโมเลกุลจะเท่ากันหมด
กฎออกเตต
กฎออกเตต กล่าวว่า สารประกอบโดยทั่วไปจะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนครบ 8 และสารนั้นจะเสถียรมาก
สารประกอบที่ครบออกเตต ได้แก่
1. สารประกอบไฮโดรคาร์บอนทุกตัว เช่น C2H6 , C5H8 เป็นต้น
2. กรดออกซีทุกตัว
จำนวนพันธะ
1. ถ้าเป็นสารประกอบโคเวเลนต์แท้ๆ จำนวนพันธะ = จำนวนอโลหะทั้งหมด -1 เช่น
CO2 มี 2 พันธะ , C4H9COOH มี 16 พันธะ
2. ถ้าเป็นสารประกอบโคเวเลนต์ที่มีโครงสร้างเป็นวงกลม 1 วง จำนวนพันธะ จำนวนอโลหะทั้งหมด เช่น
S8 มี 8 พันธะ , C6H5CH3 มี 15 พันธะ
3. ถ้าเป็นพันธะไอออนิกผสมโคเวเลนต์ ให้คิดเฉพาะพันธะโคเวเลนต์เท่านั้น เช่น
NaClO3 มี 3 พันธะ , Mg(NO3)2 มี 6 พันธะ
4. ถ้าเป็นสารประกอบ NH4+ ให้แยกคิดของ NH4+ และสารที่มาเป็นส่วนประกอบของNH4+ เช่น
(NH4)2O มี 8 พันธะ (O ไม่ได้เกาะกับใคร) , (NH4)2SO4มี 12 พันธะ
5. ถ้าเป็นสารประกอบไอออนิกแท้ ไม่มีจำนวนพันธะ เช่น
NaCl, MgS, KI, AlCl3, CaF2, Al2O3
รูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์
รูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์ขึ้นอยู่กับ ทิศทางของพันธะโคเวเลนต์ , ความยาวพันธะ , และมุมระหว่างพันธะโคเวเลนต์รอบอะตอมกลาง ส่วนทิศทางของพันธะขึ้นอยู่กับ
- แรงผลักระหว่างพันธะรอบอะตอมกลาง เพื่อให้ห่างกันมากที่สุด
หมายเหตุ สีแดง = อะตอมกลาง
สีน้ำเงิน = อะตอมกลาง
สีเขียว = อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว