3.2 พันธะไอออนิก

พันธะไอออนิก ( Ionic bond )

     หมายถึง พันธะระหว่างอะตอมที่อยู่ในสภาพอิออนที่มีประจุตรงกันข้ามกัน ซึ่งเกิดจากการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอน 11 ตัว หรือมากกว่า จากอิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง เพื่อให้จำนวนอิเล็กตรอนวงนอกสุด ครบออกเตต ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างอะตอมของโลหะกับอโลหะ โดยที่โลหะเป็นฝ่ายจ่ายอิเล็กตรอนในระดับพลังงานชั้นนอกสุดให้กับอโลหะ

     เนื่องจากโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำ และอโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูง ดังนั้นพันธะไอออนิกจึงเกิดขึ้นระหว่างโลหะกับอโลหะได้ดี กล่างคือ อะตอมของโลหะให้เวเลนต์อิเล็กตรอนแก่อโลหะ แล้วเกิดเป็นไอออนบวกและไอออยลบของอโลหะ เพื่อให้เวเลนต์อิเล็กตรอนเป็นแปด แบบก๊าซเฉื่อย ส่วนอโลหะรับเวเลนต์อิเล็กตรอนมานั้นก็เพื่อปรับตัวเองให้เสถียรแบบก๊าซเฉื่อยเช่นกัน ไอออนบวกกับไอออนลบจึงดึงดูดระหว่างประจุไฟฟ้าต่างกันเกิดเป็น สารประกอบ

ไอออนิก( Ionic compuond) ดังนี้

 การเกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ ( NaCl ) จากโซเดียม (Na) อะตอมกับคลอรีน (Cl) อะตอม

    โซเดียมเสียอิเล็กตรอนให้แก่คลอรีน 1 ตัว ทำให้อะตอมของโซเดียมมีเวเลนต์อิเล็กตรอน= 8 (อะตอมจะเสถียรเป็นไปตามกฎออกเตต)และทำให้มีจำนวนอิเล็กตรอนน้อยกว่าโปรตอน1ตัวทำให้อะตอมโซเดียมแสดงอำนาจไฟ เป็นประจุบวก(+) ส่วนอะตอมคลอรีนรับอิเล็กจากโซเดียมมา 1 ตัวทำให้อะตอมของคลอรีนมีเวเลนต์อิเล็กตรอน=8(อะตอมเสถียรเป็นไปตามกฎออกเตต) และทำให้มีจำนวนอิเล็กตรอนมากกว่าโปรตรอน 1 ตัว ทำให้อะตอมคลอรีนแสดงอำนาจไฟฟ้าเป็นประลบ(-)

โซเดียมอิออนบวก(+) และคลอไรด์อิออน (-) จะดึงดูดกัน เพราะมีประจุไฟฟ้าทีต่างกัน เกิดเป็น "พันธะไอออนิก"

  การเกิดสารประกอบแมกนีเซียมคลอไรด์ จากแมกนีเซียมอะตอม(Mq) และคลอรีนอะตอม(Cl)

     อะตอมแมกนีเซียมมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น Mg = 2, 8, 2 แมกนีเซียมมีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 2 ดังนั้น แมกนีเซียมจะจ่ายอิเล็กตรอนให้แก่คลอรีนอะตอม 2 ตัว เพื่อให้เวเลนต์อิเล็กตรอนเป็น 8 จึงจะเสถียรเหมือนก๊าซเฉื่อย ทำให้อะตอมของแมกนีเซียมมีจำนวนอิเล็กตรอนน้อยกว่าโปรตอน 2 ตัว จึงแสดงอำนาจไฟฟ้าเป็นประจุ 2+

     แมกนีเซียมไอออนบวก(Mq 2+)และคลอไรด์ไอออนลบ(Cl -) จะเกิดแรงดึงดูดกัน เพราะมีประจุไฟฟ้าต่างกันเป็นโมเลกุลของแมกนีเซียมคลอไรด์

การเกิดพันธะไอออนิกในสารประกอบ แบเรียมออกไซด์ ( BaO )

     การจัดเรียงอิเล็กตรอนของแบเรียม Ba = 2, 8, 18, 18, 8, 2

( Ba มีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 2) และการจัดเรียงอิเล็กตรอนของออกซิเจน O = 2, 6

( O มีเวเลนต์อิเล็กตรอน = 6 ) Ba เสียอิอล็กตรอนให้ O จำนวน 2 ตัว Ba จึงมีประจุเป็น 2+ ส่วน O ได้รับอิเล็กตรอนมา2 ตัว จึงมีประจุไฟฟ้าเป็น 2- เกิดแรงยึดเหนี่ยวด้วยประจุไฟฟ้าต่างกัน เป็นโมเลกุลของแบเรียมออกไซด์

 ลักษณะสำคัญของสารประกอบไอออนิก

     1. พันธะไอออนิกเป็นพันธะที่เกิดจาก ไอออนของโลหะ + ไอออนของอโลหะ เช่น NaCl, MgO, KI

     2. พันธะไอออนิก อาจเป็นพันธะเคมีที่เกิดจากธาตุที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำกับธาตุที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูง

     3. พันธะไอออนิก อาจเป็นพันธะที่เกิดจากไอออบวกที่เป็นกลุ่มอะตอมของอโลหะ เช่น

     4. สารประกอบไอออนิกไม่มีสูตรโมเลกุล มีแต่สตรเอมพิริคัล ( สูตรอย่างง่าย )

     5.สารประกอบไอออนิกมีจุดดือดและจุดหลอมเหลวสูง

     6. สารประกอบไอออนิกในภาวะปกติเป็นของแข็ง ประกอบไอออนบวกและไอออนลบ ไอออนเหล่านี้ไม่เคลื่อนที่ ดังนั้นจึงไม่นำไฟฟ้า แต่เมื่อหลอมเหลวหรือละลายน้ำ จะแตกตัวเป็นอิออนและเคลื่อที่ได้ เกิดเป็นสารอิเล็กโทรไลดต์จึงนำไฟฟ้าได้

โครงสร้างของสารประกอบไอออนิก

     โครงสร้างของสารประกอบไอออนิกมีลักษณะเป็นโครงผลึกร่างตาข่าย ประกอบด้วยไอออนบวกและไอออนลบสลับกัน ไม่สามารถแบ่งแยกเป็นโมเลกุลเดี่ยวๆได้ ดังนั้นจึงไม่สามารถทราบขอบเขตของไอออนของธาตุต่างๆใน 1 โมเลกุลได้ แต่สามารถหาอัตราส่วนอย่างต่ำของไอออนที่เป็นองค์ประกอบเท่านั้น จึงไม่สามารถเขียนสูตรโมเลกุลของสารประกอบไอออนิกได้ ใช้สูตรเอมพิริคัลแทนสูตรเคมีของสารประกอบไอออนิก

สารประกอบไอออนิก

     เมื่อโลหะทำปฏิกิริยากับอโลหะ ธาตุทั้งสองจะรวมกันด้วยพันธะไอออนิกเกิดเป็นสารประกอบไอออนิก โดยอะตอมของโลหะจะให้(จ่าย,เสีย)เวเลนต์อิเล็กตรอนแก่อะตอมของอโลหะ ดังนั้นธาตุหมู่ 1A ซึ่งมีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1 จึงเกิดเป็นไอออนที่มีประจุ +1 ธาตุหมู่ 2 ซึ่งมีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2 เมื่อเกิดเป็นไอออนจะมีประจุ +2 เป็นต้น ส่วนอโลหะซึ่งมีจำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอนใกล้เคียงกับก๊าซเฉื่อยจะรับอิเล็กตรอนมาให้ครบแปด เช่น ธาตุหมู่ 7A จะรับอิเล็กตรอน 1 ตัว เมื่อกลายเป็นไอออนจะมีประจุ -1 สำหรับธาตุหมู่ 5 และหมู่ 6 เมื่อเกิดเป็นไอออนจะมีประจุ -3 และ -2ตามลำดับ เนื่องจากสามารถรับอิเล็กตรอนได้ 3 และ 2 อิเล็กตรอนแล้วมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนตามกฎออกเตต

การเขียนสูตรและการเรียกชื่อสารประกอบไอออนิก

ธาตุหมู่

I

II

II

IV

V

VI

VII

ประจุบนไอออน

+1

+2

+3

-4

-3

-2

-1

     ก. การเขียนสูตรสารประกอบไอออนิก ใช้หลักดังนี้

     1. เขียนไอออนบวกของโลหะหรือกลุ่มไอออนบวกไว้ข้างหน้า ตามด้วยไอออนลบของอโลหะหรือกลุ่มไอออนลบ

     2. ไอออนบวกและไอออนลบ จะรวมกันในอัตราส่วนที่ทำให้ผลรวมของประจุเป็นศูนย์ ดังนั้นจึงต้องหาตัวเลขมาคูณกับจำนวนประจุบนไอออนบวกและไอออนลบให้มีจำนวนเท่ากัน แล้วใส่ตัวเลขเหล่านั้นไว้ที่มุมขวาล่างของแต่ละไอออน ซึ่งทำได้โดยใช้จำนวนประจุบนไอออนบวกและไอออนลบคูณไขว้กัน

     3. ถ้ากลุ่มไอออนบวกหรือไอออนลบมีมากกว่า 1 กลุ่ม ให้ใส่วงเล็บ ( ) และใส่จำนวนกลุ่มไว้ที่มุมล่างขวาล่าง ดังตัวอย่าง

จงเขียนสูตรของสารประกอบไอออนิกต่อไปนี้ ก. Na+ กับ O2- ข. Ca2+ กับ Cl- ค. NH4+ กับ SO42-

    ข. การอ่านชื่อสารประกอบไอออนิก

 1. สารประกอบธาตุคู่ ถ้าสารประกอบเกิดจาก ธาตุโลหะที่มีไอออนได้ชนิดเดียวรวมกับอโลหะ ให้อ่านชื่อโลหะที่เป็นไอออนบวก แล้วตามด้วยชื่อธาตุอโลหะที่เป็นไอออนลบ โดยเปลี่ยนเสียงพยางค์ท้ายเป็น ไอด์ (ide) เช่น

     -ออกซิเจน เปลี่ยนเป็น ออกไซด์ (oxide)

     -ไฮโดรเจน เปลี่ยนเป็น ไฮไดรด์ (hydride)

     -คลอรีน เปลี่ยนเป็น คลอไรด์ (chloride)

     -ไอโอดีน เปลี่ยนเป็น ไอโอไดด์ (iodide)

NaCl อ่านว่า โซเดียมคลอไรด์ (Sodium chloridr)

CaI2 อ่านว่า แคลเซียมไอโอไดด์ (Calcium iodide)

KBr อ่านว่า โพแทสเซียมโบรไมด์ (Potascium bromide)

CaCl2 อ่านว่า แคลเซียมคลอไรด์ (Calcium chloride)

ตัวอย่างการอ่านชื่อสารประกอบไอออนิกธาตุคู่

     ถ้าสารประกอบที่เกิดจากธาตุโลหะเดีนวกันที่มีไอออนได้หลายชนิด รวมตัวกับอโลหะ ให้อ่านชื่อโลหะที่เป็นไอออนบวกแล้วตามด้วยค่าประจุของไอออนของโลหะโดยวงเล็บเป็นเลขโรมัน แล้วตามด้วยอโลหะที่เป็นไอออนลบ โดยเปลี่ยนเสียงพยางค์ท้ายเป็น ไอด์ (ide) เช่น Fe เกิดไอออนได้ 2 ชนิดคือ Fe 2+ และ Fe 3+ และCu เกิดอิออนได้ 2 ชนิดคือ Cu + และ Cu 2+ สารประกอบที่เกิดขึ้นและการอ่านชื่อ ดังนี้

FeCl2 อ่านว่า ไอร์ออน (II) คลอไรด์ ( Iron (II) chloride )

CuS อ่านว่า คอปเปอร์ (I) ซัลไฟด์ ( Cupper (I) sunfide )

FeCl3 อ่านว่า ไอร์ออน (III) คลอไรด์ ( Iron (III) chloride )

Cu2S อ่านว่า คอปเปอร์ (II) ซัลไฟด์ ( Copper (II) sunfide )

     2. สารประกอบธาตุสามหรือมากกว่า ถ้าสารประกอบเกิดจากไอออนบวกของโลหะ หรือกลุ่มไอออนบวกรวม

ตัวกับกลุ่มไอออนลบ ให้อ่านชื่อไอออนบวกของโลหะหรือชื่อกลุ่มไอออนบวก แล้วตามด้วยกลุ่มไอออนลบ เช่น

CaCO3 อ่านว่า แคลเซียมคาร์บอนเนต (Calcium carbonatX

KNO3 อ่านว่า โพแทสเซียมไนเตรต (Potascium nitrae)

Ba(OH)2 อ่านว่า แบเรียมไฮดรอกไซด์ (Barium hydroxide)

(NH4)3PO4 อ่านว่า แอมโมเนียมฟอสเฟต (Ammomium pospate)

การละลายของสารประกอบไอออนิก

สารประกอบไอออนิกบางชนิดละลายน้ำได้ดีและบางชนิดไม่ละลายน้ำ การที่สารประกอบไอออนิกละลายน้ำได้เนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำกับไอออนมีค่ามากกว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวกกับไอออนลบ เช่น เมื่อนำโซเดียมคลอไรด์มาละลายในน้ำ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำกับโซเดียมไอออน และน้ำกับคลอไรด์ไอออนมีค่าสูงกว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนทั้งสอง โซเดียมคลอไรด์จึงละลายน้ำได้ เมื่อไอออนเหล่านี้หลุดออกจากโครงสร้างเดิม แต่ละไอออนจะถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำหลายๆโมเลกุล โดยน้ำจะหันขั้วที่มีประจุตรงกันข้ามเข้าไอออนที่ล้อมรอบ

        ในการละลายน้ำของสารประกอบไอออนิก จะมีขั้นย่อยๆของการเปลี่ยนแปลง 2 ขั้นตอน ดังนี้

     ขั้นที่ 1 ผลึกของสารประกอบไอออนิกสลายตัวออกเป็นไอออนบวกและลบในภาวะก๊าซ ขั้นนี้ต้องใช้พลังงานเพื่อสลายผลีก พลังงานนี้เรียกว่า พลังงานโครงร่างผลึก ( latece energy ) , E1

     ขั้นที่ 2 ไอออนบวกและไอออนลบในภาวะก๊าซรวมตัวกับน้ำ ขั้นนี้มีการคายพลังงาน พลังงานที่คายออกมาเรียกว่า พลังงานไฮเดรชัน (Hydration energy ) , E2

     พลังงานของการละลาย ( D E) มีค่า = E1 + E2 พลังงานของการละลายพิจารณาจากพลังงานโครงร่างผลึก ( E1 ) และพลังงานไฮเดรชัน( E2 ) ดังนี้

     1.ถ้าค่า D E< 0 ( E1 < E2 ) การละลายจะเป็นแบบคายพลังงาน

     2.ถ้าค่าD E > 0 ( E1 > E2 ) การละลายจะเป็นแบบดูดพลังงาน

     3.ถ้าD E = 0 ( E1 = E2 ) การละลายจะไม่คายพลังงาน

     4.ถ้า พลังงานโครงร่างผลึกมีค่ามากกว่าพลังงานไฮเดรชันมากๆ ( E1 >>>> E2 ) จะไม่ละลายน้ำ