พันธะไอออนิก ( Ionic bond )
เป็นพันธะที่เกิดจากการที่อะตอมหนึ่งเป็นฝ่ายให้อิเล็กตรอนระดับนอก และอีกอะตอมหนึ่งเป็นฝ่ายรับอิเล็กตรอนเข้ามาสู่ระดับนอก แล้วทำให้อะตอมทั้งสองฝ่ายอยู่ในสภาพเสถียร (ครบ 8 ตามกฎออกเตต) เช่น ธาตุในหมู่ 1A ซึ่งมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1 ถ้าเอาอิเล็กตรอนตัวนี้ออกไปเสีย อิเล็กตรอนในระดับถัดเข้าไปจะมีจำนวนเท่ากับ 8 ซึ่งเป็นโครงสร้างที่เสถียรเหมือนแก๊สเฉื่อย เช่น Na มีโครงสร้างอิเล็กตรอนเป็น 1s2 2s22p6 3s1 ถ้าเอาอิเล็กตรอน 3s1 ออกไป จะเกิดเป็น Na+ จะมีโครงสร้างอิเล็กตรอนเป็น 1s2 2s2 2p6 ซึ่งมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 ซึ่งเป็นโครงสร้างที่เสถียรเหมือนแก๊สเฉื่อย คือ Ne ซึ่งมีโครงสร้างอิเล็กตรอนคือ 1s2 2s22p6 ส่วนธาตุในหมู่ 7A มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 7 ต้องการอีก 1 ตัว จะครบ 8 เช่น Cl มีโครงสร้างอิเล็กตรอนเป็น 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 ถ้ารับอิเล็กตรอนเข้ามาหนึ่งตัวจะกลายเป็น Cl – โครงสร้างอิเล็กตรอนจะเปลี่ยนเป็น 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 ซึ่งเหมือนโครงสร้างอิเล็กตรอนของ Ar ซึ่งเป็นธาตุเฉื่อย
มีหลายกรณีที่ไอออนบวกกับไอออนลบในสารประกอบมีประจุต่างกัน เช่น เผาลิเทียม (Li) ในอากาศได้เป็นลิเทียมออกไซด์ (Li2O) ดังสมการ
สัญลักษณ์ลิวอิสแสดงการเกิด LiO2 สามารถเขียนได้ดังนี้
พันธะไอออนิกไม่มีทิศทางที่แน่นอน เพราะเกิดจากแรงดึงดูดทางไฟฟ้าระหว่างไอออนบวกกับไอออนลบ
สารประกอบไอออนิกสารประกอบไอออนิก เป็นสารประกอบที่ประกอบด้วยไอออนที่มาอยู่รวมกันยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะไอออนิกคือแรงดึงดูดทางไฟฟ้าระหว่างไอออนที่มีประจุตรงข้ามกัน การที่ไอออนรวมกันอยู่เป็นกลุ่มทำให้สารประกอบไอออนิกมีสมบัติ ดังนี้
- การละลาย สารประกอบไอออนิก ส่วนมากละลายน้ำได้ ไม่ละลายในตัวทำละลายที่เป็นสารอินทรีย์อื่น ๆ จากความสามารถละลายน้ำได้ จะพบสารประกอบไอออนิกละลายอยู่ในน้ำทะเลและมหาสมุทร เช่น NaCl เป็นต้น
- การนำไฟฟ้า สารประกอบไอออนิกในสภาพของแข็ง มีการนำไฟฟ้าต่ำมาก เพราะไอออนเกาะกันแน่นในโครงสร้างของผลึก จึงไม่สามารถเคลื่อนที่อย่างอิสระได้ แต่เมื่อละลายน้ำเป็นสารละลาย หรืออยู่ในสภาวะหลอมเหลวจะนำไฟฟ้าได้ดี ทั้งนี้เนื่องจากเกิดการแตกตัวเป็นไอออน และไอออนเหล่านี้เคลื่อนที่ได้เป็นอิสระภายใต้สนามไฟฟ้า เช่น การทำอิเล็กโทรไลซิสเกลือชนิดต่าง ๆ
- ความแข็ง สารประกอบไอออนิกโดยทั่วไปเป็นของแข็ง ภายในผลึกประกอบด้วยแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนที่เกิดจากไฟฟ้าสถิตที่แข็งแรงมากจากการทดลองโดยใช้รังสีเอ็กซ์ ศึกษาโครงสร้างผลึกโซเดียมคลอไรด์ พบว่ามีกลุ่มอิเล็กตรอน 2 กลุ่ม กลุ่มหนึ่งมีอิเล็กตรอน 10 ตัว อีกกลุ่มหนึ่งมีอิเล็กตรอน 18 ตัว ล้อมรอบนิวเคลียสหนึ่ง ๆ จำนวนอิเล็กตรอน 2 กลุ่มนี้ตรงกับจำนวนอิเล็กตรอนของโซเดียมไอออนและคลอไรด์ไอออน ตามลำดับ สมบัติที่เกี่ยวกับความแข็งของสารประกอบไอออนิกเนื่องมาจาก การดึงดูดกันระหว่างไอออนในโครงสร้างของผลึก
- จุดเดือดและจุดหลอมเหลว สารประกอบไอออนิกมีแนวโน้มที่จะมีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง เนื่องจากมีพันธะไอออนิกที่แข็งแรง และมีแรงดึงดูดระหว่างไอออนบวกและไอออนลบทุกทิศทาง เช่น NaCl เมื่อพิจารณาในโครงสร้างของผลึก พบว่า แต่ละ Na+ จะดึงดูดกับ Cl– ไอออน ที่อยู่ล้อมรอบ และขณะเดียวกันแต่ละ Cl– จะดึงดูดกับ Na+ 6 ไอออนการดึงดูดจะเป็นไปในลักษณะเช่นนี้ตลอดทั้งผลึก และเป็นผลให้ NaCl มีจุดหลอมเหลวสูง
พลังงานของการเกิดผลึกที่เกิดจากไอออนบวกและไอออนลบในผลึกเกิดเป็นแลตทิชของผลึกนั้นเรียกพลังงานแลตทิซ ( lattice energy, U ) พลังงานนี้จะถูกคายออกมาเมื่อไอออนในสถานะแก๊สทำปฏิกิริยากันคลายเป็นผลึกของแข็ง และค่าพลังงานแลตทิซนี้จะเป็นค่าที่บอกถึงความเสถียรของผลึกนั้น ในทางกลับกันอาจให้คำจำกัดความของพลังงานแลตทิซได้ว่า คือพลังงานที่ให้กับสารประกอบผลึกของแข็งไอออนิก 1 โมล แล้วเกิดการสลายตัวกลายเป็นไอออนบวกและไอออนลบในสภาพแก๊ส
ปฏิกิริยาของโซเดียมกับคลอรีน เกิดขึ้นเพียงขั้นเดียวมากกว่าที่จะมีหลายขั้นตอนแต่การคำนวณการเปลี่ยนแปลงพลังงาน อาจทำให้สะดวกขึ้นถ้าแบ่งปฏิกิริยาเป็น 5 ขั้นตอน ดังนี้
1. การเปลี่ยนสถานะของโลหะโซเดียมจากของแข็งไปเป็นไอ (การระเหิด)
2. การสลายตัวของคลอรีนโมเลกุลเป็นคลอรีนอะตอม ใช้พลังงาน 243 kJ/mol ของ Cl2
3. การเปลี่ยนโซเดียมอะตอมให้เป็นโซเดียมไอออน (ค่า IE)
4. การเปลี่ยนคลอรีนอะตอมให้เป็นคลอไรด์ไอออน (ค่า EA)
5. การรวมกันของโซเดียมไอออนและคลอไรด์ไอออนเป็น NaCl การเปลี่ยนแปลงพลังงานในขั้นตอนนี้ ขึ้นกับแรงดึงดูดระหว่างประจุ ซึ่งเป็นพลังงานที่ปลดปล่อย มีค่าเท่ากับ -787 kJ/Mol สำหรับ NaCl
รวมปฏิกิริยา 5 ขั้นตอนและการเปลี่ยนแปลงพลังงานได้ ดังนี้
ผลรวมของการเปลี่ยนแปลงพลังงานทั้ง 5 ขั้นตอนเท่ากับการเปลี่ยนแปลงพลังงานสุทธิของปฏิกิริยารวม ซึ่งแสดงเป็นแผนภาพขั้นตอนการเปลี่ยนแปลงพลังงานในปฏิกิริยาระหว่างโซเดียมและคลอรีน เรียกว่า วัฏจักรบอร์น-ฮาเบอร์ (Born-Haber cycle) ดังนี้
ภาพที่ 23 วัฏจักรบอร์น – ฮาเบอร์
จากแผนภาพจะเห็นว่าขั้นตอนที่ 1, 2 และ 3 เป็นขั้นตอนการดูดพลังงาน (การเปลี่ยนแปลงพลังงานมีค่าเป็น +) ในขณะที่ขั้นตอนที่ 4 และ 5 เป็นขั้นตอนการคายพลังงาน โดยเฉพาะขั้นตอนที่ 5 นั้นเป็นการสร้างพันธะไอออนิก
ที่มา :chemistryprosite
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น