Embed Size (px)
Citation preview
แผนการจดการเรยนรกลมสาระการเรยนรเพมเตม รายวชาเคมแผนการจดการเรยนรท 15 เรอง แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลโคเวเลน
ตและโครงผลกรางตาขาย
ภาคเรยนท 1/2551 เวลา 1/2 คาบวชา วทยาศาสตรเคม ว 40221 ชนมธยมศกษาปท 4
มาตรฐานการเรยนร
มาตรฐาน ว 3.1 เขาใจสมบตของสาร ความสมพนธระหวางสมบตของสารกบโครงสรางและแรงยดเหนยวระหวางอนภาค มกระบวนการสบเสาะหาความรและจตวทยาศาสตร สอสารสงทเรยนรและนำาความรไปใชประโยชน
จดหมายหลกสตร1. เพอพฒนาผเรยน ใหมความรความสามารถทางดานวทยาศาสตร2. ใหนกเรยนสามารถ คดเปน ทำาเปน แกปญหาเปน โดยใชทกษะ
กระบวนการทางวทยาศาสตร3. สงเสรมใหนกเรยนตระหนกถงความสำาคญของวทยาศาสตร
เทคโนโลยและสงแวดลอม4. สงเสรมและสนบสนนใหผสอนคดคนวจย เพอพฒนาคณภาพการ
ศกษา และเผยแพรองคความรใหกบสถาบนการศกษาอนๆ
คณลกษณะทพงประสงค ของโรงเรยน 1. นกเรยนมทกษะดานการคด วเคราะห สงเคราะห แกปญหาและ
จดการอยางมระบบ รวธการแสวงหาความรเพมเตมจากสอและแหลงการศกษาตางๆ
2. นกเรยนมความรและทกษะพนฐานดานคณตศาสตร วทยาศาสตร เทคโนโลยและสงแวดลอมเพยงพอตอการแสวงหาความรดวยตนเองหรอศกษาตอในระดบอดมศกษา รวมทงรจกเลอกใชวทยาศาสตรและเทคโนโลยในชวตประจำาวนอยางเหมาะสมและตระหนกถงความสำาคญของการรกธรรมชาตและสงแวดลอม
ผงความคด เรอง สภาพขวของโมเลกลโคเวเลนต
สาระพนฐานสาระท 3 สารและสมบตของสาร
มาตรฐานการเรยนร
พนธะโคเวเลนต
แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลโคเวเลนต
1. แรงแวนเดอวาลส- แรงลอนดอน- แรงดงดดระหวางขว- แรงดงดดระหวางขวถาวรกบขวทถกเหนยวนำา
2. พนธะไฮโดรเจน- พนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกล- พนธะไฮโดรเจนภายในโมเลกล
พนธะโคเวเลนตกบโครงผลกรางตาขาย- เพชร (Diamond) - แกรไฟต (Graphite)
มาตรฐาน ว 3.1 เขาใจสมบตของสาร ความสมพนธระหวางสมบตของสารกบโครงสรางและแรงยดเหนยวระหวางอนภาค มกระบวนการสบเสาะหาความรและจตวทยาศาสตร สอสารสงทเรยนรและนำาความรไปใชประโยชน
มาตรฐานการเรยนรชวงชน ม .4- ม .6 3. สำารวจตรวจสอบวเคราะหขอมล อภปรายและอธบายการเกดพนธะ
เคมในโมเลกลหรอในโครงสรางของสาร ความสมพนธระหวางสมบตของสาร ในเรองจดเดอดจดหลอมเหลว และสถานะกบแรงยดเหนยวระหวางอนภาคของสาร
ผลการเรยนรทคาดหวง1. อธบายความสมพนธระหวางแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลกบ
จดเดอดและจดหลอมเหลวของสารได2. อธบายเหตผลททำาใหสารโคเวเลนตทมโครงสรางแบบโครงผลก
รางตาขายมจดหลอมเหลวและจดเดอดสงกวาสารโคเวเลนตชนดอนได
สาระการเรยนรแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลโคเวเลนต1. แรงแวนเดอวาลส
ในป ค.ศ. 1873 Johannes van der wals ไดอธบายแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของสารโคเวเลนต ซงปจจบนแรงแวนเดอวาลส จะประกอบดวยแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลแบบตาง ๆ ดงน
1) แรงลอนดอน (Induced dipole - induced dipole forces หรอ Lond force)
2) แรงดงดดระหวางขว (Dipole -pole forces)
3) แรงดงดดระหวางขวถาวรกบขวทถกเหนยวนำา (dipole - induced dipole forces)
2. พนธะไฮโดรเจนพนธะไฮโดรเจน (Hydrogen bond) คอ แรงดงดดระหวาง
โมเลกลทเกดจากไฮโดรเจนอะตอมสรางพนธะโคเวเลนตกบอะตอมของธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตสงและมขนาดเลก (เชน F , O และ N) แลวเกดพนธะโคเวเลนตมขวชนดทมสภาพมขวแรงมากทงนเนองจากพนธะทเกดขนนอเลกตรอนครวมพนธะถกดงเขามาใกลอะตอมของธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตสง มากกวาทางดานอะตอมของไฮโดรเจนมาก และอะตอมของธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตสงสรางพนธะกบอะตอมไฮโดรเจนแลวยงมอเลกตรอนคโดดเดยวเหลออยางนอย 1 ค เมอโมเลกลของสารเหลานเขาใกลกนหนดานไฮโดรเจนทมอำานาจไฟฟาบวกสงเกดแรงดงดดกบอเลกตรอนคโดดเดยวและขวไฟฟาลบของอะตอมทมคาอเลกโตรเนกาตวตสงของอกโมเลกล ทำาใหเกดเปน พนธะไฮโดรเจน
ลกษณะสำาคญของพนธะไฮโดรเจน1. สารประกอบทจะเกดพนธะไฮโดรเจนไดนน ตองเปนโมเลกลทพนธะ
มขวแรง ๆ และมไฮโดรเจนสรางพนธะกบอะตอมของธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตสง และมขนาดเลก มอเลกตรอนคโดดเดยวเหลออยางนอย 1 ค เชน F , O , N
2. เนองจากพนธะไฮโดรเจนมความแรงมากกวาแรงลอนดอนและแรงดงดดระหวางขวมาก ดงนนไมจดพนธะไฮโดรเจนเปนพวกแรงแวนเดอรวาลส
3. พนธะไฮโดรเจนนอกจากจะเปนแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลแลวยงเปนแรงยดเหนยวทเกดขนภายในโมเลกลบางชนด และเกดขนในผลกสารประกอบไอออนกบางชนดไดอกดวย
4. พนธะไฮโดรเจนเปนแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของกรดบางชนด5. ระบบทมการเกดพนธะไฮโดรเจนเปนแบบคายพลงงาน ความแขง
แรงของพนธะไฮโดรเจนของสารทวไปคดเปนคาพลงงานประมาณ 20 - 40 kJ/mol เมอเปรยบเทยบกบความแขงแรงของพนธะโคเวเลนตทวไป คดเปนพลงงานระหวาง 150 - 900 kJ/mol ดงนนคดอตราสวนโดยพลงงานของแรงยดเหนยวของโมเลกลตาง ๆ โดยประมาณจะไดวา
แรงแวนเดอรวาลส : พนธะไฮโดรเจน : พนธะโคเวเลนต = 1 : 10 : 100
เมอนำามาเรยงลำาดบ ความแขงแรงของแรงยดเหนยวของโมเลกลตาง ๆ จากนอยไปหามาก เปน
แรงแวนเดอรวาลส < พนธะไฮโดรเจน < พนธะโคเวเลนตแตความแขงแรงของพนธะไฮโดรเจนคดเปน 5 - 10 % ของคาเฉลย
ของความแขงแรงของพนธะไอออนก และพนธะโคเวเลนต หรอความแขงแรงของพนธะไฮโดรเจนคดเปน 1/10 ของความแขงแรงของพนธะโคเวเลนต
6. พนธะไฮโดรเจนทเกดกบธาต F , O , N เปนพนธะไฮโดรเจนทแรง (Strong hydrogen bond)
7. พนธะไฮโดรเจนจะมความแขงแรงมากนอยแคไหนขนอยกบคาอเลกโตรเนกาตวตของธาตทมขนาดอะตอมเลกนน กลาวคอ ธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตสงเกดพนธะกบไฮโดรเจนกจะมสภาพมขวแรงไดพนธะไฮโดรเจนทแขงแรงกวา ธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตตำากวาสรางพนธะกบไฮโดรเจน
ดงนนถาเรยงลำาดบความแรงของพนธะไฮโดรเจนจากนอยไปมากดงนN - H---------N < O - H ---------- O < F - H
------------- F8. โดยทวไป ความยาวพนธะไฮโดรเจนจะยาวกวาความยาวพนธะโคเว
เลนตทเกดจากคอะตอมของธาตคเดยวกน เชน
F H
101 pm
HF 150 pm
9. สารโคเวเลนตทเกดพนธะไฮโดรเจนไดจะมจดเดอดจดหลอมเหลวสงกวาสารโคเวเลนตทมแตแรงแวนเดอรวาลสเทานน เชน PH3 มจดเดอด -87.7 0C และ NH3 มจดเดอด -33 0C จะพบวา NH3 มจดเดอดสงกวามาก เพราะแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของ NH3 เปนพนธะไฮโดรเจนซงมความแขงแรงมากกวา แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของ PH3 ซงเปนแรงแวนเดอรวาลสชนดแรงลอนดอนและแรงดงดดระหวางขว
เนองจากสารประกอบของไฮโดรเจนทเกดจากธาตหม 5A , 6A , 7A ทกสารเปนโมเลกลมขว แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลนอกจากจะมแรง
ลอนดอน แลวยงมแรงดงดดระหวางขวอกดวย แตจากกราฟแนวโนมของจดเดอดจะคอย ๆ สงขน ตามมวลโมเลกลของสารทสงขนและตามแรงลอนดอนทเพมขนดวย เชนเดยวกนกบจดเดอดของกาซเฉอย (ธาตหม 8A)
แตในกรณท H2O , HF , NH3 มจดหลอมเหลวและจดเดอดสงกวาสารประกอบของไฮโดรเจนของธาตแตละหม ทงนเพราะสารดงกลาวสามารถเกดพนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกลได ซงเปนแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลแขงแรง
10. พนธะไฮโดรเจนในนำาแขง นำาแขงมโครงสรางเปนโครงผลกรางตาขาย โดยโมเลกลของนำาแตละโมเลกลเกดพนธะไฮโดรเจนไดถง 4 พนธะ ในลกษณะทรงสหนา ทำาใหโครงผลกของนำาแขงเปนโพรงและมความหนาแนนนอย
สวนนำาทเปนของเหลว 1 โมเลกลอาจจะเกดพนธะไฮโดรเจนไดนอยกวา 4 พนธะและไมเปนโครงผลกรางตาขาย แตโมเลกลของนำาทเปนของเหลวอยชดกน ดงนนนำาทเปนของเหลวจงมความหนาแนนมากกวานำาแขง
11. พนธะไฮโดรเจนในผลกไฮโดรเจนฟลออไรด (HF) ยดกนเปนรปซกแซกเปนสายยาวโดยโมเลกลของไฮโดรเจนฟลออไรด 1 โมเลกลจะเกดพนธะไฮโดรเจนได 2 พนธะ
12. การทจดเดอดของนำา (H2O ; b.p = 100 0C) สงกวาจดเดอดของไฮโดรเจนฟลออไรด (HF ; b.p = 19 0C) มาก ทง ๆทมความแรงของพนธะไฮโดรเจนทเกดจาก H - F - - - - - H แรงกวาพนธะไฮโดรเจนทเกดจาก H - O - - - - - H เพราะจำานวนโมเลกลของ H2O และของ HF ทเทากน นำา (H2O) มโอกาสเกดจำานวนพนธะไฮโดรเจนมากกวา จงเปนผลใหเกดแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของนำาทงหมดรวม ๆ กนแรงกวาของไฮโดรเจนฟลออไรด ดงนนนำาจงมจดเดอดสงกวา
ชนดของพนธะไฮโดรเจน1. พนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกล (Intermolecular hydrogen
bond) เปนพนธะไฮโดรเจนทเกดจากแรงดงดดทางไฟฟาระหวางโมเลกลกบโมเลกล เชน
1) พนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกลชนดเดยวกน2) พนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกลตางชนดกน
2. พนธะไฮโดรเจนภายในโมเลกล (Intramolecular hydrogen bond) เปนพนธะไฮโดรเจนทเกดจากแรงดงดดทางไฟฟาภายในโมเลกลทมขนาดใหญและยาว เชน
พนธะไฮโดรเจนในกรดมาลอก (maleic acid) สตรเคม (HOOCH = CHOOH)
O OC
CCC OO
H
H HH
พนธะไฮโดรเจน
CC C C
CC
N OHO
O
HHH
H
พนธะไฮโดรเจน
พนธะไฮโดรเจนใน 2 - ไนโตร ฟนอล– พนธะไฮโดรเจนในกรดนวคลอก
พนธะโคเวเลนตกบโครงผลกรางตาขายสารโคเวเลนตสวนใหญมจดเดอด จดหลอมเหลวตำา ไมนำาไฟฟาทงใน
สถานะของแขง ของเหลว และกาซ แตมสารโคเวเลนตบางอยางมจดเดอด จดหลอมเหลวสง เพราะภายในโครงสรางเปนแบบโครงผลกรางตาขาย (Network covalent solids) เชน แกรไฟต เพชร หนควอทซ(SiO2) และคารบอรนดม (SiC)
1. เพชร (Diamond) เปนรปหนงของธาตคารบอน มโครงสรางเปนผลกสามมต คารบอน 1 อะตอมมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 4 จงสามารถเกดพนธะโคเวเลนตกบอะตอมคารบอนขางเคยงอก 4 อะตอม จากการวดความยาวพนธะระหวางอะตอมระหวางอะตอมคารบอนกบคารบอนเทากบ 154.45 pm ยาวเทากบพนธะเดยวพอด เพชรมลกษณะโครงสรางเปนรปทรงสหนาเชอมโยงกนเปนตาขาย 3 มต อะตอมของคาณบอนจงถกยดไวแนน เพชรจงมความแขงมาก และเนองจากคารบอนแตละอะตอมใชเวเลนตอเลกตรอนสรางพนธะโคเวเลนตหมด ไมมอเลกตรอนอสระทจะใชเคลอนท ดงนนเพชรจงไมนำาไฟฟา
แบบจำาลองแสดงโครงสรางของเพชร
2. แกรไฟต (Graphite) เปนรปหนงของธาตคารบอน มโครงสรางเปนชน ๆ ภายในชนเดยวกนคารบอนแตละอะตอมสรางพนธะโคเวเลนตกบอะตอมขางเคยงอก 3 อะตอม จากการวดความยาวพนธะแตละพนธะภายในชนเดยวกนของแกรไฟตยาว 141.5 pm และจากขอมลทราบวาพนธะเดยวระหวางอะตอมคารบอนมความยาว 154 pm สวนพนธะคระหวางอะตอมคารบอน มความยาว 134 pm ดวยเหตนพนธะโคเวเลนตของอะตอมคารบอนในชนเดยวกนของแกรไฟตมลกษณะกำากงระหวางพนธะเดยวกบพนธะค แสดงวาคารบอนในชนเดยวกนของแกรไฟตสามารถเกดเรโซแนนซไดเชนเดยวกบ SO2
การทคารบอนแตละอะตอมสรางพนธะโคเวเลนตกบคารบอนอะตอมอนอก 3 อะตอมทอยใกลเคยงกนภายในชนเดยวกน ดงนนคารบอนแตละอะตอมจะมเวเลนตอเลกตรอนเหลออก อเลกตรอนไมอยกบท เคลอนทไดอสระทวไปภายในชนเดยวกน แกรไฟตจงนำาไฟฟาไดดเฉพาะในทศทางทขนานกบชนเทานน
ในผลกแกรไฟตระหวางชนของแกรไฟตยดกนดวยแรงแวนเดอรวาลส ชนของคารบอนแตละชนหาง 335 pm ซงเปนระยะทยาวกวาพนธะระหวางคารบอนกบคารบอนในชนเดยวกน ผลกแกรไฟตจงแตกออกจากกนไดงาย สามารถใชเปนสารหลอลน และใชทำาไสดนสอได
รปท 22 แบบจำาลองแสดงโครงสรางของแกรไฟต
โครงสรางของเพชรและกรไฟตทอะตอมจดเรยงตวเปนรางแหคลายตาขาย เรยกวาโครงผลกรางตาขาย (Network covalent solid) สารเหลานไมมสตรโมเลกล เนองจากไมสามารถบอกตำาแหนงเรมตนและสนสดได จงเขยนแสดงดวยสตรแอมพรคลแทนเปนสตรเคมของสาร เชน เพชรและแกรไฟต เขยนแทนดวย C ผลกซลคอนไดออกไซด หรอหนควอทซ เขยนแทนดวย SiO2 ผลกซลคอนคารไบดหรอคารบอนรนดม เขยนแทนดวย SiC
ลกษณะสำาคญของสารโคเวเลนตทมสตรโครงสรางเปนแบบโครงผลกรางตาขาย
1. เปนผลกของแขง2. เกดกบสารโคเวเลนตได 2 แบบ คอ ธาต เชน แกรไฟต เพชร ,
สารประกอบ เชน ซลคอนไดออกไซด , ซลคอนคารไบด3. มจดเดอด และจดหลอมเหลวสง เชน เพชรมจดหลอมเหลว
3550 0C แกรไฟตมจดหลอมเหลว 3652 0C4. ไมละลายนำา5. ไมมสตรโมเลกล มแตสตรแอมพรคล (สตรอยางงาย)
กจกรรมการเรยนการสอนรปแบบการเรยนการสอน : รปแบบการเรยนการสอนโดยการสราง
เรอง (Storyline Methode)
ขนท 1 การกำาหนดเสนทางเรองใหเหมาะสม1. ครทบทวนความรเกยวกบแรงยดเหนยวระหวางอนภาคของสาร
ในสถานะตาง ๆ เพอใหไดแนวความคดวาจดหลอมเหลวและจดเดอดเปนขอมลประการหนงทแสดงถงแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของสาร ขนท 2 การดำาเนนกจกรรมการเรยนการสอน
1. ครและนกเรยนรวมกนพจารณาสมบตของสารในใบความร เพอใหไดขอสรปดงน
1) จดหลอมเหลวและจดเดอดของสารมความสมพนธโดยตรงกบแรงยดเหนยวระหวางโมเลกล
2) แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของแกสเฉอยและสารโคเวเลนตชนดไมมขวมคาตำา
3) แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมขวมคาสงกวาแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลไมมขว
2. ครใหความรนกเรยนเกยวกบแรงลอนดอน แรงดงดดระหวางขว แรงแวนเดอรวาลสและพนธะไฮโดรเจนตามรายละเอยดในใบความรและรวมกนอภปรายเพอใหไดขอสรปดงน
1) แรงลอนดอนเปนแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลโคเวเลนตทกชนด ซงเปนแรงออนๆ และจะมคาเพมขนตามมวลโมเลกลหรอขนาดโมเลกล
2) แรงยดเหนยวระหวางขวเปนแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมขว ซงเกดจากแรงกระทำาระหวางขวทมอำานาจไฟฟาคอนขางบวกกบขวทมอำานาจไฟฟาคอนขางลบของโมเลกลทอยใกลกน
3) แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลโคเวเลนตทงแรงลอนดอนและแรงดงดดระหวางขวรวมเรยกวา แรงแวนเดอรวาลส
4) พนธะไฮโดรเจนเปนแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลโคเวเลนตทมความแขงแรงมากกวาแรงดงดดระหวางขวทว ๆ ไป เกดจากอะตอมของไฮโดรเจนยดเหนยวกบอะตอมของธาตทมขนาดเลกและมคาอเลกโทรเนกาตวตสง ไดแก F O และ N
5) พนธะไฮโดรเจนตางจากพนธะในโมเลกลของแกสไฮโดรเจน เนองจากพนธะไฮโดรเจนเปนแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลโคเวเลนต สวน
พนธะในโมเลกลของแกสไฮโดรเจนเปนพนธะโคเวเลนต ซงเกดจากการทอะตอมของไฮโดรเจน 2 อะตอมใชอเลกตรอนรวมกน
3. ครนำาอภปรายและใหความรเพมเตม เกยวกบการเกดและธรรมชาตของแรงแวนเดอรวาลสชนดตาง อธบายไดดงน
1) แรงแวนเดอรวาลสระหวางโมเลกลโคเวเลนตทกชนด มชอเฉพาะวาแรงลอนดอน เกดจากอเลกตรอนในโมเลกลซงเคลอนทอยตลอดเวลาไมไดกระจายอยางสมำาเสมอในลกษณะทสมมาตร แตหนาแนนอยดานใดดานหนงของโมเลกล ทำาใหดานนนมอำานาจไฟฟาลบสงกวาปกต มผลทำาใหดานตรงขามมความหนาแนนของอเลกตรอนลดลงจงแสดงอำานาจไฟฟาคอนขางบวก หรอกลาวไดวาทำาใหโมเลกลนนกลายเปนโมเลกลมขวชวคราว ขวของโมเลกลทเกดขนนจะไปเหนยวนำาโมเลกลขางเคยง เชน ถาโมเลกลหนขวอำานาจไฟฟาคอนขางบวกไปทางโมเลกลใดกจะเหนยวนำาใหโมเลกลนนเกดขวอำานาจไฟฟาคอนขางลบขนทางดานทตดกน โดยวธนโมเลกลจะเกดการเหนยวนำาตอๆกนไปจนเกดแรงดงดดระหวางโมเลกลทมขวจากการเหนยวนำา
นอกจากแรงลอนดอนจะมคาเพมขนตามมวลโมเลกลแลว รปรางของโมเลกลยงมอทธพลตอแรงลอนดอนดวย เชน เพนเทนและนโอเพนเทน ซงมจดเดอดเทากบ 36 °C และ 9.5 °C ตามลำาดบสารทงสองตางมสตรโมเลกลเปน C5H12 แตจดเดอดของเพนเทนสงกวานโอเพนเทน เนองจากโมเลกลของเพนเทนมลกษณะยาวและมสวนสมผสกนไดตลอดแนวยาวของโมเลกล จงเกดการเหนยวนำาไดงาย ทำาใหมแรงลอนดอนมากกวานโอเพนเทนซงมลกษณะกลมและมสวนทสมผสกนนอย
2) แรงแวนเดอรวาลสระหวางโมเลกลโคเวเลนตมขวกบไมมขว มชอเฉพะวาแรงเหนยวนำา (induction force) หรอแรงเดอบาย (Debye force) เกดเมอโมเลกลมขวเขาใกลโมเลกลไมมขว แลวเหนยวนำาใหโมเลกลไมมขวกลายเปนโมเลกลมขวอยางชวคราว เกดแรงดงดดระหวางขวทเกดจากการเหนยวนำา (dipole - induced dipole attraction) แรงนจะมคามากขนตามความสามารถการเกดมขวของโมเลกลทถกเหนยวนำา โดยทวไปอะตอมหรอโมเลกลขนาดใหญจะมความสามารถในการเกดมขวดกวาอะตอมหรอโมเลกลขนาดเลก
3) แรงแวนเดอรวาลสระหวางโมเลกลโคเวเลนตมขวกบมขว มชอเฉพาะเรยกวาแรงดงดดระหวางขว เกดจากโมเลกลมขวแสดงอำานาจไฟฟาคอนขางบวกทดานหนงและอำานาจไฟฟาคอนขางลบทดานตรงขาม เมอโมเลกลเขาใกลกนอำานาจไฟฟาคอนขางบวกกบลบจะดงดดกน (dipole - dipole attraction) เกดเปนแรงดงดดระหวางขว ในขณะทโมเลกล เกดแรงดงดดระหวางขวทแสดงอำานาจไฟฟาตางชนดกน จะเกดแรงผลกระหวางขวทแสดงอำานาจไฟฟาชนดเดยวกนดวย ดงนนโมเลกลของสารสถานะของแขงซงมการจดเรยงตวอยางเปนระเบยบ จงมแรงดงดดระหวางขวมากกวาโมเลกลของสารในสถานะของเหลวและแกสซงมการจดเรยงตวอยางไมเปนระเบยบ เนองจากโมเลกลเคลอนทไปมาได
4. ครใหนกเรยนศกษาโครงสรางของเพชรและแกรไฟตจากแบบจำาลองหรอหรอรปในแบบเรยนประกอบคำาอธบายในบทเรยน แลวรวมกนสรปโครงสรางสมบตของเพชรและแกรไฟตวาเปนโมเลกล โคเวเลนตทมการจดอะตอมภายในเปนผลกรางตาขาย สมบตของสารกลมนมจดเดอดและจดหลอมเหลวสงกวาสารโคเวเลนตทวไป จากนนยกตวอยางสารโครงผลกรางตาขายชนดอนๆ ตามรายละเอยดในบทเรยน/ใบความร
5. ครใหนกเรยนศกษาความรเพมเตมเกยวกบ แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลโคเวเลนต ในใบความรท 15
6. ครเปดโอกาสใหนกเรยนสอบถามเนอหา เรอง แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลโคเวเลนต พนธะโคเวเลนตกบโครงผลกรางตาขาย วามสวนไหนทไมเขาใจและใหความรเพมเตมในสวนนนขนท 3 การประเมน
1. ครมอบหมายใหนกเรยนสรปความคดรวบยอดเกยวกบเนอหาทไดเรยนในวนน
2. ครใหนกเรยนทำาแบบฝกหดในหนงสอเรยน
สอ / แหลงการเรยนร
1. ใบความรท 15 เรอง แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลโคเวเลนตและโครงผลกรางตาขาย
2. สอ Powerpoint เรอง แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลโคเวเลนตและโครงผลกรางตาขาย
3. หนงสอประกอบการสอนวชาเคม ม.4 อาจารยเสกสรร กะชามาศ4. กระดานดำา5. หนงสอเรยนวชาเคม 1 ของ สสวท.6. http://satitcom.swu.ac.th/ ของวชาเคม ม.4
การวดและประเมนผล1. สงเกตจากพฤตกรรมการเรยนภายในหองเรยน เชน
-การเขาเรยนสมำาเสมอและตรงตอเวลา-การถามตอบและแสดงความคดเหน-สงงานครบและตรงตามกำาหนดเวลา-การแตงกาย การมวนยในหองเรยน เพอใชในการใหคะแนนจตพสย
2. ตรวจแบบฝกหดในหนงสอเรยน
เครองมอวดและประเมนผล1. แบบประเมนพฤตกรรม2. แบบฝกหดในหนงสอเรยน
เกณฑการวดผลประเมนผล1. ประเมนพฤตกรรม ผานเกณฑรอยละ 602. ประเมนรายงานการสบคนขอมลผานเกณฑรอยละ 603. ตรวจแบบฝกหด ผานเกณฑรอยละ 60
ชอ.........................................................................เลขท....................กลมท....................ชน....................
แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลโคเวเลนต1. แรงแวนเดอวาลส
ในป ค.ศ. 1873 Johannes van der wals ไดอธบายแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของสารโคเวเลนต ซงปจจบนแรงแวนเดอวาลส จะประกอบดวยแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลแบบตาง ๆ ดงน
1) แรงลอนดอน (Induced dipole - induced dipole forces หรอ Lond force)
2) แรงดงดดระหวางขว (Dipole -pole forces)
3) แรงดงดดระหวางขวถาวรกบขวทถกเหนยวนำา (dipole - induced dipole forces)
แรงลอนดอน (London force) ใน ป ค.ศ. 1928 Fritz London ไดอธบายทฤษฎเกยวกบแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลชนดนดงน
สารโคเวเลนตไมมขว โมเลกลประกอบดวยอเลกตรอนเคลอนทตลอดเวลา ในขณะใดขณะหนงกลมหมอกอเลกตรอนในโมเลกลเสยสมดลเอยงไปดานใดดานหนง ทำาใหดานนนมอำานาจขวไฟฟาลบมากขนกวาปกต และอกดาน
ใบความรท 15เรอง แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลโคเวเลนตและโครง
ผลกรางตาขายวชา ว 40221 วทยาศาสตรเคม
ชนมธยมศกษาปท 4
หนงจะมอำานาจขวไฟฟาบวก เกดโมเลกลมขวชวคราว (Induced dipole) ขน และโมเลกลมขวชวคราวน จะไปเหนยวนำาโมเลกลขางเคยงใหกลายเปนโมเลกลมขวชวคราว โดยเกดขวลบชวคราวทางดานทตดกบขวบวกชวคราวในโมเลกลตางกน เมอโมเลกลมขวชวคราวนเขามาใกลกนจะสงแรงดงดดกน เรยกวา แรงลอนดอน
รปท 1 แสดงการเกดแรงลอนดอนของโมเลกลโคเวเลนตลกษณะสำาคญของแรงลอนดอน1. แรงลอนดอนเปนแรงทเกดขนชวงสน ๆ และจะเกดเฉพาะสวนของ
โมเลกลทเขาใกลชดกนเทานน โดยเกดขนระหวางพนผวของโมเลกลตอโมเลกล
2. แรงลอนดอนมความแขงแรงประมาณ ถง ของความแรงของพนธะโคเวเลนต
3. สารโคเวเลนตใดทมแตแรงลอนดอนจะพบวา แรงลอนดอนจะมผลตอสมบตกายภาพบางประการของสาร เชน จดเดอด จดหลอมเหลว กลาวคอ สารโคเวเลนตทมแรงลอนดอนมากจดเดอด และจดหลอมเหลวสงกวาสารโคเวเลนตทมแรงลอนดอนนอย
ปจจยทมผลตอแรงลอนดอนของสารโคเวเลนต1. มวลโมเลกล ถาสารเหลานนมมวลโมเลกลทตางกนมากพอ แรง
ลอนดอนจะเพมตามมวลโมเลกลของสาร กลาวคอ สารทมมวลโมเลกลมากขน จะมขนาดโมเลกลใหญ มจำานวนอเลกตรอนมาก เมอกลมหมอกอเลกตรอนมากและความหนาทำาใหเกดอำานาจขวไฟฟาลบและบวกชวคราวไดแรง จงเปนผลทำาใหมแรงลอนดอนสงขน เชน CH4 (มวลโมเลกล 16) และ CO2 (มวลโมเลกล 44) ซงตางเปนโมเลกลไมมขว เนองจาก CO2 มมวลโมเลกลสงกวา ดงนน CO2 จงมแรงลอนดอนมากกวา ดงนนจดเดอด จดหลอมเหลวสงกวา
รปท 2 จดเดอดของกาซเฉอยและสารประกอบไฮไดรดของธาตหมท 4A2. ขนาด รปราง และพนทผวของโมเลกล ในกรณทสารเหลานนม
มวลโมเลกลเทากนหรอใกลเคยงกน แรงแรงลอนดอนเพมตามขนาดและพนทผวของโมเลกลของสาร กลาวคอ สารทมมวลโมเลกลเทากนหรอใกลเคยงกน สารทมขนาดโมเลกลใหญ และมพนทผวของโมเลกลมาก จะเกดแรงลอนดอนมากกวาสารทมขนาดโมเลกลเลก และมพนทผวของโมเลกลนอย
รปท 3 สารทมขนาดโมเลกลใหญ มกลมหมอกอเลกตรอนหนาทบสามารถเกดแรงลอนดอนสงกวาสารทมขนาดโมเลกลเลก มกลมหมอกอเลกตรอนบาง
สำาหรบสารประกอบไฮโดรคารบอนถอวาเปนโมเลกลไมมขว แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลเปนแรงลอนดอนอยางเดยว เชน อลเคน ทมโมเลกลเลก จะมแรงลอนดอนนอยจงมจดเดอดตำา แตถาโมเลกลมขนาดใหญขน แรงลอนดอนจะมากขน เปนผลทำาใหจดเดอดสงขนดวย
รปท 4 จดเดอดของสารประกอบไฮโดรคารบอนสายตรงทม C1 ถง C7
แรงลอนดอนของสารโคเวเลนตนอกจากขนกบมวลโมเลกล พนทผวและขนาดโมเลกลแลว ยงขนอยกบรปรางโมเลกลดวย กลาวคอโมเลกลทไมซบซอน กลมหมอกอเลกตรอนเสยสมดลเอยงไปดานใดดานหนงไดงาย การเหนยวนำาใหเกดขวขนทโมเลกลจงเกดไดงาย ทำาใหแรงลอนดอนสง แตถาโมเลกลมรปรางสลบซบซอน กลมหมอกอเลกตรอนทจะถกเหนยวนำาจะเกดการบดบงกน ทำาใหเอยงไปดานใดดานหนงยาก สภาพขวจงนอยทำาใหเกดแรงดงดดนอยตามไปดวย
รปท 5 นโอเพนเทน (รป ก) เกดการเอยงกลมหมอกอเลกตรอนในโมเลกลใหเสยสมดล เพอเกดแรงลอนดอนไดยากกวาเพนเทน (รป ข.)
แรงลอนดอนนอกจากจะเกดกบโมเลกลโคเวเลนตไมมขวแลว ยงสามารถเกดกบโมเลกลโคเวเลนตมขวไดอกดวย และแรงแวนเดอวาลสนอกจากจะมแรงลอนดอนแลวยงม แรงดงดดระหวางขว (Dipole-dipole forces) ซงเปนแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลมขว โดยหนขวบวกและขวลบของตางโมเลกลยดเหนยวกน และแรงดงดดระหวางโมเลกลมขวอยางถาวร
กบโมเลกลไมมขวโดยเกดจาก โมเลกลมขวถาวรเหนยวนำาใหโมเลกลทถกเหนยวนำาเปนโมเลกลมขวชวคราว แลวดานทมขวตรงขามดงดดกน เรยกแรงนวา dipole-induced forces
รปท 6 แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลโคเวเลนตมขว
แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของสารโคเวเลนต1. สารโคเวเลนตไมมขว แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลเปนแรง
ลอนดอนชนดเดยว2. สารโคเวเลนตมขว แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลนอกจากจะม
แรงดงดดระหวางขวแลวยงมแรงลอนดอนอกดวย
รปท 7 แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลคลอรนมอนอฟลออไรด ClFแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลโคเวเลนตกบสมบตของสาร
สาร มวลโมเลกล
สภาพขวของโมเลกล
จดหลอมเหลว (0C)
จดเดอด (0C)
HeNeArCH4NH3H2OHF
4204016171820
ไมมขวไมมขวไมมขวไมมขวไมมขว
-272-249-189-182-780-83
-269-246-186-161-3310019
SiH4PH3H2SHCl
32343436
มขวมขวไมมขวมขวมขวมขว
-185-133-85.5-114
-111.8-87.7-60.7-85
ตารางท 1 จดเดอด และจดหลอมเหลวของสารโคเวเลนตบางชนด จากตารางท 1 สารโคเวเลนตไมมขว เชน CH4 มจดเดอดและจดหลอมเหลวตำาแสดงวาแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลเปนแรงออน ๆ เรยกวา แรงลอนดอน ซงเปนแรงทเกดขนกบสารทว ๆ ไปดวย สวนสารโคเวเลนตมขว เชน HCl และ H2S มจดเดอด และจดหลอมเหลวสงกวา แสดงวามแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลอก เรยกวา แรงดงดดระหวางขว เปนแรงกระทำากนระหวางขวบวก-ขวลบของโมเลกลตาง ๆ
จากขอมลในตารางท 1 SiH4 กบ PH3 มมวลโมเลกลใกลเคยงกน แต PH3 มจดเดอดและจดหลอมเหลวสงกวา แสดงวาสารทมมวลโมเลกลใกลเคยงกน สารโคเวเลนตมขวจะมแรงยดเหนยวสงกวา เพราะมทงแรงลอนดอนและแรงดงดดระหวางขว จงทำาใหมจดหลอมเหลวและจดเดอดสง แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลทเปน แรงลอนดอนหรอแรงดงดดระหวางขนเรยกรวม ๆ กนวา แรงแวนเดอวาลส
พจารณาโมเลกล CH4 และ NH3 ซงมมวลโมเลกลใกลเคยงกน CH4 เปนโมเลกลไมมขวแต NH3 เปนโมเลกลมขว NH3 มจดเดอดจดหลอมเหลวสงกวามาก แสดงวามแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของ NH3
สงมาก แรงยดเหนยวทมคามากนเรยกวา พนธะไฮโดรเจนจากตารางขางตนยงสามารถสรปไดวาสารโคเวเลนตใดทมแรงยด
เหนยวระหวางโมเลกลมาก กจะเปนผลทำาใหสารนนมจดเดอดและจดหลอมเหลวสง โดยทวไปสารทมมวลโมเลกลใกลเคยงกน สารใดทมแรงดงดดระหวางโมเลกลเปนแรงดงดดระหวางขว จะมความแขงแรงมากกวาสารทมแรงดงดดระหวางโมเลกลเปนแรงลอนดอน
สมบตของสารทเปนโมเลกลมขวและโมเลกลไมมขว
สมบตของสารโคเวเลนตโมเลกลมขวและโมเลกลไมมขวจะสรปเปนตารางเปรยบเทยบดงน
สมบต โมเลกลมขว โมเลกลไมมขว1.การละลาย ละลายไดในตวทำาละลายท
เปนโมเลกลมขว เชน นำา เอทานอล
ละลายไดในตวทำาละลายทเปนโมเลกลไมมขว เชน อเทอร อะซโตน คารบอนเตตระคลอไรด
2. แรงยดเหนยวระหวางโมเลกล
มคาสง เพราะเปนแรงดงดดทางไฟฟา ระหวางอำานาจขวไฟฟาบวกกบลบตางโมเลกลกน ซงเปนแรงดงดดระหวางขว
มคาตำา เพราะเปนแรงแวนเดอรวาลส ชนดแรงลอนดอนเพยงอยางเดยว
3. จดหลอมเหลวและจดเดอด
คอนขางสง คอนขางตำา
ตารางท 2 แสดงการเปรยบเทยบสมบตบางประการของสารโคเวเลนตมขวและไมมขว
การละลายนำาของสารโคเวเลนตการละลายนำาใช Thumb’s Rule คอ หลก “Like dissolves
like” อธบายไดดงน สารโคเวเลนตมขว จะละลายในสารโคเวเลนตมขว เชน แอมโมเนย (NH3) ละลายนำา (H2O) ได และสารโคเวเลนตไมมขว จะละลายในสารโคเวเลนตไมมขว เชน เฮกเซน (C6H14) ละลายในคารบอนเตตระคลอไรด (CCl4) ได สำาหรบสารโคเวเลนตมขว และสารโคเวเลนตไมมขวจะไมละลายกน เชน เฮกเซน (C6H14) ไมละลายนำา (H2O)
การละลายของสารโคเวเลนตในนำาเกดได 2 ลกษณะดงน
1. สารประกอบโคเวเลนตทละลายนำาแลวไมแตกตวเปนไอออน ไดแก โมเลกลโคเวเลนตมขวทมสภาพมขวไมแรงพอ โมเลกลโคเวเลนตมขวพวกนเมอละลายนำาแลวโมเลกลของนำาและตวถกละลาย (โคเวเลนตมขว) จะหนขวทมอำานาจไฟฟาตรงขามเขาดงดดกนได
รปท 8 การละลายของสารประกอบโคเวเลนตมขวในนำาแลวไมแตกตวเปนไอออน
เนองจากสภาพมขวของโมเลกลโคเวเลนตมขวไมมาก ดงนน จงเกดแรงดงดดระหวางโมเลกลของนำากบขวของโมเลกลมขวนน นอยกวาแรงยดเหนยวภายในโมเลกลมขว ซงเปนพนธะโคเวเลนต ดงนนโมเลกลโคเวเลนตมขวทละลายนำาแลวจงไมแตกเปนไอออน
2. สารประกอบโคเวเลนตทละลายนำาแลวแตกเปนไอออน ไดแก โมเลกลโคเวเลนตมขวทมสภาพมขวแรงมาก เมอละลายนำาแลวจะเกดแรงดงดดระหวางโมเลกลของนำากบขวของโมเลกลมขวนน ซงถามคาสงพอทจะทำาใหโมเลกลมขวนนแตกตวเปนไอออนทมนำาลอมรอบเชนเดยวกบสารประกอบไอออนกได
รปท 9 การละลายของสารประกอบโคเวเลนตมขวในนำาแลวแตกเปนไอออน
2. พนธะไฮโดรเจนพนธะไฮโดรเจน (Hydrogen bond) คอ แรงดงดดระหวาง
โมเลกลทเกดจากไฮโดรเจนอะตอมสรางพนธะโคเวเลนตกบอะตอมของธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตสงและมขนาดเลก (เชน F , O และ N) แลวเกดพนธะโคเวเลนตมขวชนดทมสภาพมขวแรงมากทงนเนองจากพนธะทเกดขนนอเลกตรอนครวมพนธะถกดงเขามาใกลอะตอมของธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตสง มากกวาทางดานอะตอมของไฮโดรเจนมาก และอะตอมของธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตสงสรางพนธะกบอะตอมไฮโดรเจนแลวยงมอเลกตรอนคโดดเดยวเหลออยางนอย 1 ค เมอโมเลกลของสารเหลานเขาใกลกนหนดานไฮโดรเจนทมอำานาจไฟฟาบวกสงเกดแรงดงดดกบอเลกตรอนคโดดเดยวและขวไฟฟาลบของอะตอมทมคาอเลกโตรเนกาตวตสงของอกโมเลกล ทำาใหเกดเปน พนธะไฮโดรเจน
รปท 11 พนธะไฮโดรเจนทเกดกบนำา
รปท 12 พนธะไฮโดรเจนทเกดกบกาซแอมโมเนย เมธานอล และไฮโดรเจนฟลออไรด
ลกษณะสำาคญของพนธะไฮโดรเจน1. สารประกอบทจะเกดพนธะไฮโดรเจนไดนน ตองเปนโมเลกลทพนธะ
มขวแรง ๆ และมไฮโดรเจนสรางพนธะกบอะตอมของธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตสง และมขนาดเลก มอเลกตรอนคโดดเดยวเหลออยางนอย 1 ค เชน F , O , N
2. เนองจากพนธะไฮโดรเจนมความแรงมากกวาแรงลอนดอนและแรงดงดดระหวางขวมาก ดงนนไมจดพนธะไฮโดรเจนเปนพวกแรงแวนเดอรวาลส
3. พนธะไฮโดรเจนนอกจากจะเปนแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลแลวยงเปนแรงยดเหนยวทเกดขนภายในโมเลกลบางชนด และเกดขนในผลกสารประกอบไอออนกบางชนดไดอกดวย
4. พนธะไฮโดรเจนเปนแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของกรดบางชนด
รปท 13 พนธะไฮโดรเจนทเกดในกรดอะซตก (รป ก.) และกรดซลฟวรก (รป ข.)
5. ระบบทมการเกดพนธะไฮโดรเจนเปนแบบคายพลงงาน ความแขงแรงของพนธะไฮโดรเจนของสารทวไปคดเปนคาพลงงานประมาณ 20 - 40 kJ/mol เมอเปรยบเทยบกบความแขงแรงของพนธะโคเวเลนตทวไป คดเปนพลงงานระหวาง 150 - 900 kJ/mol ดงนนคดอตราสวนโดยพลงงานของแรงยดเหนยวของโมเลกลตาง ๆ โดยประมาณจะไดวา
แรงแวนเดอรวาลส : พนธะไฮโดรเจน : พนธะโคเวเลนต = 1 : 10 : 100
เมอนำามาเรยงลำาดบ ความแขงแรงของแรงยดเหนยวของโมเลกลตาง ๆ จากนอยไปหามาก เปน
แรงแวนเดอรวาลส < พนธะไฮโดรเจน < พนธะโคเวเลนตแตความแขงแรงของพนธะไฮโดรเจนคดเปน 5 - 10 % ของคาเฉลย
ของความแขงแรงของพนธะไอออนก และพนธะโคเวเลนต หรอความแขงแรงของพนธะไฮโดรเจนคดเปน 1/10 ของความแขงแรงของพนธะโคเวเลนต
6. พนธะไฮโดรเจนทเกดกบธาต F , O , N เปนพนธะไฮโดรเจนทแรง (Strong hydrogen bond)
7. พนธะไฮโดรเจนจะมความแขงแรงมากนอยแคไหนขนอยกบคาอเลกโตรเนกาตวตของธาตทมขนาดอะตอมเลกนน กลาวคอ ธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตสงเกดพนธะกบไฮโดรเจนกจะมสภาพมขวแรงไดพนธะไฮโดรเจนทแขงแรงกวา ธาตทมคาอเลกโตรเนกาตวตตำากวาสรางพนธะกบไฮโดรเจน
ดงนนถาเรยงลำาดบความแรงของพนธะไฮโดรเจนจากนอยไปมากดงนN - H---------N < O - H ---------- O < F - H
------------- F8. โดยทวไป ความยาวพนธะไฮโดรเจนจะยาวกวาความยาวพนธะโคเว
เลนตทเกดจากคอะตอมของธาตคเดยวกน เชน
F H
101 pm
HF 150 pm
9. สารโคเวเลนตทเกดพนธะไฮโดรเจนไดจะมจดเดอดจดหลอมเหลวสงกวาสารโคเวเลนตทมแตแรงแวนเดอรวาลสเทานน เชน PH3 มจดเดอด -87.7 0C และ NH3 มจดเดอด -33 0C จะพบวา NH3 มจดเดอดสงกวามาก เพราะแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของ NH3 เปนพนธะไฮโดรเจนซงมความแขงแรงมากกวา แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของ PH3 ซงเปนแรงแวนเดอรวาลสชนดแรงลอนดอนและแรงดงดดระหวางขว
รปท 14 จดเดอดของสารประกอบของไฮโดรเจนกบธาตหม 5A , 6A , 7A และจดเดอดของ H2O , HF , และ NH3 ซงเกดพนธะ
ไฮโดรเจนได
เนองจากสารประกอบของไฮโดรเจนทเกดจากธาตหม 5A , 6A , 7A ทกสารเปนโมเลกลมขว แรงยดเหนยวระหวางโมเลกลนอกจากจะมแรงลอนดอน แลวยงมแรงดงดดระหวางขวอกดวย แตจากกราฟแนวโนมของจดเดอดจะคอย ๆ สงขน ตามมวลโมเลกลของสารทสงขนและตามแรงลอนดอนทเพมขนดวย เชนเดยวกนกบจดเดอดของกาซเฉอย (ธาตหม 8A)
แตในกรณท H2O , HF , NH3 มจดหลอมเหลวและจดเดอดสงกวาสารประกอบของไฮโดรเจนของธาตแตละหม ทงนเพราะสารดงกลาวสามารถเกดพนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกลได ซงเปนแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลแขงแรง
10. พนธะไฮโดรเจนในนำาแขง นำาแขงมโครงสรางเปนโครงผลกรางตาขาย โดยโมเลกลของนำาแตละโมเลกลเกดพนธะไฮโดรเจนไดถง 4 พนธะ ในลกษณะทรงสหนา ทำาใหโครงผลกของนำาแขงเปนโพรงและมความหนาแนนนอย
สวนนำาทเปนของเหลว 1 โมเลกลอาจจะเกดพนธะไฮโดรเจนไดนอยกวา 4 พนธะและไมเปนโครงผลกรางตาขาย แตโมเลกลของนำาทเปนของเหลวอยชดกน ดงนนนำาทเปนของเหลวจงมความหนาแนนมากกวานำาแขง
รปท 15 โครงผลกของนำาแขงเปนโครงผลกรางตาขาย
11. พนธะไฮโดรเจนในผลกไฮโดรเจนฟลออไรด (HF) ยดกนเปนรปซกแซกเปนสายยาวโดยโมเลกลของไฮโดรเจนฟลออไรด 1 โมเลกลจะเกดพนธะไฮโดรเจนได 2 พนธะ ดงน
FH
FH
FH
FH
รปท 16 การเกดพนธะไฮโดรเจนในผลกไฮโดรเจนฟลออไรด (HF)12. การทจดเดอดของนำา (H2O ; b.p = 100 0C) สงกวาจดเดอด
ของไฮโดรเจนฟลออไรด (HF ; b.p = 19 0C) มาก ทง ๆทมความแรงของพนธะไฮโดรเจนทเกดจาก H - F - - - - - H แรงกวาพนธะไฮโดรเจนทเกดจาก H - O - - - - - H เพราะจำานวนโมเลกลของ H2O และของ HF ทเทากน นำา (H2O) มโอกาสเกดจำานวนพนธะไฮโดรเจนมากกวา จงเปนผลใหเกดแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลของนำาทงหมดรวม ๆ กนแรงกวาของไฮโดรเจนฟลออไรด ดงนนนำาจงมจดเดอดสงกวา
ชนดของพนธะไฮโดรเจน1. พนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกล (Intermolecular hydrogen
bond) เปนพนธะไฮโดรเจนทเกดจากแรงดงดดทางไฟฟาระหวางโมเลกลกบโมเลกล เชน
1) พนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกลชนดเดยวกน
รปท 17 พนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกลของนำา
2) พนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกลตางชนดกน
รปท 18 พนธะไฮโดรเจนระหวางโมเลกลเอธานอล (C2H5OH) กบนำา (H2O)
2. พนธะไฮโดรเจนภายในโมเลกล (Intramolecular hydrogen bond) เปนพนธะไฮโดรเจนทเกดจากแรงดงดดทางไฟฟาภายในโมเลกลทมขนาดใหญและยาว เชน
พนธะไฮโดรเจนในกรดมาลอก (maleic acid) สตรเคม (HOOCH = CHOOH)
O OC
CCC OO
H
H HH
พนธะไฮโดรเจน
CC C C
CC
N OHO
O
HHH
H
พนธะไฮโดรเจน
พนธะไฮโดรเจนใน 2 - ไนโตร ฟนอล– พนธะไฮโดรเจนในกรดนวคลอก
N CN
CCCN
C NH
HH
NH H
C NC
CCNH O
CH3H
O
Adenine Thymine
N CN
CCC
N HH
HH
O C NC
CCN
N CN
HO
NHH
cytosine Guanine
รปท 19 พนธะไฮโดรเจนภายในโมเลกลทเกดในพอลเปปไตด เชน โปรตน
นอกจากนยงมพนธะไฮโดรเจนทเกดในโมเลกลของ RNA DNA และในสารอนทรยชนดทมหมฟงกชน -OH , -NH2 , -COOH ในโมเลกลมากกวา 1 หม เชน (COOH)2 ,
พนธะไฮโดรเจนทเกดในผลกสารไอออนก เชน ผลกจนส CuSO4. 5H2O , CaSO4 . 2H2O
พนธะไฮโดรเจนในผลกจนส (CuSO4. 5H2O)
CuO HHH
H O
HHOOH
H
OHH
SOO O
O
พนธะโคเวเลนตกบโครงผลกรางตาขายสารโคเวเลนตสวนใหญมจดเดอด จดหลอมเหลวตำา ไมนำาไฟฟาทงใน
สถานะของแขง ของเหลว และกาซ แตมสารโคเวเลนตบางอยางมจดเดอด จดหลอมเหลวสง เพราะภายในโครงสรางเปนแบบโครงผลกรางตาขาย (Network covalent solids) เชน แกรไฟต เพชร หนควอทซ(SiO2) และคารบอรนดม (SiC)
1. เพชร (Diamond) เปนรปหนงของธาตคารบอน มโครงสรางเปนผลกสามมต คารบอน 1 อะตอมมเวเลนตอเลกตรอนเทากบ 4 จงสามารถเกดพนธะโคเวเลนตกบอะตอมคารบอนขางเคยงอก 4 อะตอม จากการวดความยาวพนธะระหวางอะตอมระหวางอะตอมคารบอนกบคารบอนเทากบ 154.45 pm ยาวเทากบพนธะเดยวพอด เพชรมลกษณะโครงสรางเปนรปทรงสหนาเชอมโยงกนเปนตาขาย 3 มต อะตอมของคาณบอนจงถกยดไวแนน เพชรจงมความแขงมาก และเนองจากคารบอนแตละอะตอมใชเวเลนตอเลกตรอนสรางพนธะโคเวเลนตหมด ไมมอเลกตรอนอสระทจะใชเคลอนท ดงนนเพชรจงไมนำาไฟฟา
NH2 OH
OH COOHและ
รปท 20 แบบจำาลองแสดงโครงสรางของเพชร
2. แกรไฟต (Graphite) เปนรปหนงของธาตคารบอน มโครงสรางเปนชน ๆ ภายในชนเดยวกนคารบอนแตละอะตอมสรางพนธะโคเวเลนตกบอะตอมขางเคยงอก 3 อะตอม จากการวดความยาวพนธะแตละพนธะภายในชนเดยวกนของแกรไฟตยาว 141.5 pm และจากขอมลทราบวาพนธะเดยวระหวางอะตอมคารบอนมความยาว 154 pm สวนพนธะคระหวางอะตอมคารบอน มความยาว 134 pm ดวยเหตนพนธะโคเวเลนตของอะตอมคารบอนในชนเดยวกนของแกรไฟตมลกษณะกำากงระหวางพนธะเดยวกบพนธะค แสดงวาคารบอนในชนเดยวกนของแกรไฟตสามารถเกดเรโซแนนซไดเชนเดยวกบ SO2
รปท 21 การเกดเรโซแนนซของแกรไฟตในชนเดยวกน
การทคารบอนแตละอะตอมสรางพนธะโคเวเลนตกบคารบอนอะตอมอนอก 3 อะตอมทอยใกลเคยงกนภายในชนเดยวกน ดงนนคารบอนแตละอะตอมจะมเวเลนตอเลกตรอนเหลออก อเลกตรอนไมอยกบท เคลอนทไดอสระทวไปภายในชนเดยวกน แกรไฟตจงนำาไฟฟาไดดเฉพาะในทศทางทขนานกบชนเทานน
ในผลกแกรไฟตระหวางชนของแกรไฟตยดกนดวยแรงแวนเดอรวาลส ชนของคารบอนแตละชนหาง 335 pm ซงเปนระยะทยาวกวาพนธะระหวาง
คารบอนกบคารบอนในชนเดยวกน ผลกแกรไฟตจงแตกออกจากกนไดงาย สามารถใชเปนสารหลอลน และใชทำาไสดนสอได
รปท 22 แบบจำาลองแสดงโครงสรางของแกรไฟต
โครงสรางของเพชรและกรไฟตทอะตอมจดเรยงตวเปนรางแหคลายตาขาย เรยกวาโครงผลกรางตาขาย (Network covalent solid) สารเหลานไมมสตรโมเลกล เนองจากไมสามารถบอกตำาแหนงเรมตนและสนสดได จงเขยนแสดงดวยสตรแอมพรคลแทนเปนสตรเคมของสาร เชน เพชรและแกรไฟต เขยนแทนดวย C ผลกซลคอนไดออกไซด หรอหนควอทซ เขยนแทนดวย SiO2 ผลกซลคอนคารไบดหรอคารบอนรนดม เขยนแทนดวย SiC
ลกษณะสำาคญของสารโคเวเลนตทมสตรโครงสรางเปนแบบโครงผลกรางตาขาย
1. เปนผลกของแขง2. เกดกบสารโคเวเลนตได 2 แบบ คอ ธาต เชน แกรไฟต เพชร ,
สารประกอบ เชน ซลคอนไดออกไซด , ซลคอนคารไบด3. มจดเดอด และจดหลอมเหลวสง เชน เพชรมจดหลอมเหลว
3550 0C แกรไฟตมจดหลอมเหลว 3652 0C4. ไมละลายนำา5. ไมมสตรโมเลกล มแตสตรแอมพรคล (สตรอยางงาย)
