เเรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์
สารโคเวเลนต์มีทั้งที่เป็นของแข็ง ของเหลว หรือแก๊สที่อุณหภูมิห้อง
ในสถานะของแข็งอนุภาคของสารจะอยู่ชิดกันและมีแรงยึดเหนี่ยวต่อกันสูง
แต่ในสถานะของเหลวอนุภาคจะอยู่ห่างกัน แรงยึดเหนี่ยวที่มีต่อกันน้อยลง
และในสถานะแก๊สจะมีแรงยึดเหนี่ยวต่อกันน้อยมาก โมเลกุลของแก๊สจึงอยู่ห่างกัน
เมื่อให้ความร้อนแก่สารจนถึงจุดหลอมเหลวหรือจุดเดือด
อนุภาคของสารจะมีพลังงานสูงพอที่จะหลุดออกจากกัน
และเกิดการเปลี่ยนสถานะได้จากปริมาณความร้อนที่ใช้เพื่อการเปลี่ยนสถานะของสาร
ทำให้เราทราบว่าสารในสถานะของแข็งมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคสูงกว่าสารชนิดเดียวกันในสถานะของเหลว
และสารในสถานะของเหลวมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคสูงกว่าในสถานะแก๊สดังนั้น
จุดหลอมเหลวและจุดเดือดของสารจึงเป็นข้อมูลใช้พิจารณาเปรียบเทียบแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคของสารได้จุดหลอมเหลวและจุดเดือดของสารบางชนิดแสดงดังตาราง
2.15
จากข้อมูลในตาราง 2.15 สังเกตได้ว่าแก๊สเฉื่อยและสารโคเวเลนต์ไม่มีขั้วมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำมากแสดงว่าโมเลกุลของสารดังกล่าวนี้ยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงอย่างอ่อนซึ่งเป็นแรงที่มีปรากฎอยู่ในสารทั่วๆ
ไป นอกจากนี้ข้อมูลในตารางยังแสดงให้เห็นว่าจุดหลอมเหลวและจุดเดือดของสารกลุ่มนี้เพิ่มขึ้นตามมวลโมเลกุล
จึงตั้งข้อสังเกตได้ว่าขนาดของแรงยึดเหนี่ยวระหว่าง
โมเลกุลไม่มีขั้วขึ้นอยู่กับมวลโมเลกุล แต่สารบางชนิด เช่น และHF มีมวลโมเลกุลใกล้เคียงกันแต่มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดแตกต่างกัน
เป็นโมเลกุลโคเวเลนต์ไม่มีขั้ว ส่วน และ HF เป็นโมเลกุลโคเวเลนต์มีขั้วรวมทั้งมีชุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงกว่า แสดงว่าการมีขั้วหรือไม่มีขั้วของโมเลกุลเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลแตกต่างกัน โดยทั่วไปโมเลกุลโคเวเลนต์ไม่มีขั้ว เช่น F2 Cl2 CH4 และแก๊สเฉื่อย สามารถทำให้เป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิต่ำ ภายใต้ความดันสูงเพียงพอ แสดงว่าสารเหล่านี้มีแรงยึดเหนี่ยวซึ่งกันและกันอย่างอ่อนๆ ที่เรียกว่า แรงลอนดอน แรงชนิดนี้เกิดจากการกระจายของอิเล็กตรอนในอะตอมขณะใดขณะหนึ่งซึ่งอาจไม่เท่ากันจึงทำให้เกิดเป็นโมเลกุลมีขั้วขึ้น ขั้วของโมเลกุลที่เกิดขึ้นนี้จะเหนี่ยวนำให้โมเลกุลที่อยู่ใกล้กันเกิดเป็นโมเลกุลมีขั้วขึ้นอีกและเกิดแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน แรงลอนดอนมีค่าสูงขึ้นตามมวลโมเลกุลหรือขนาดของโมเลกุล สำหรับโมเลกุลโคเวเลนต์มีขั้วจะมีแรงกระทำระหว่างขั้วซึ่งเกิดจากอำนาจไฟฟ้าค่อนข้างบวกกับอำนาจไฟฟ้าค่อนข้างลบของโมเลกุลที่อยู่ใกล้กันเกิดเป็น แรงดึงดูดระหว่างขั้ว นอกเหนือจากแรงลอนดอนที่มีอยู่ เป็นผลให้โมเลกุลเหล่านี้ยึดเหนี่ยวกันไว้อย่างแข็งแรง ขนาดของแรงดึงดูดระหว่างขั้วขึ้นอยู่กับความแรงของสภาพขั้วที่เพิ่มขึ้นตามความแตกต่างของอิเล็กโทรเนกาติวิตีของธาตุ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์ทั้งแรงลอนดอนและแรงดึงดูดระหว่างขั้วรวมเรียกว่า แรงแวนเดอร์วาลส์ โดยทั่วไปเมื่อกล่าวถึงแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์มักกล่าวถึงแรงที่สำคัญหรือแรงที่มีความแข็งแรงมากกว่า เช่น ในโมเลกุลโคเวเลนต์มีขั้วมักจะกล่าวถึงเฉพาะแรงดึงดูดระหว่างขั้วเท่านั้น แต่ไม่กล่าวถึงแรงลอนดอน
โมเลกุลไม่มีขั้วขึ้นอยู่กับมวลโมเลกุล แต่สารบางชนิด เช่น และHF มีมวลโมเลกุลใกล้เคียงกันแต่มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดแตกต่างกัน
เป็นโมเลกุลโคเวเลนต์ไม่มีขั้ว ส่วน และ HF เป็นโมเลกุลโคเวเลนต์มีขั้วรวมทั้งมีชุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงกว่า แสดงว่าการมีขั้วหรือไม่มีขั้วของโมเลกุลเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลแตกต่างกัน โดยทั่วไปโมเลกุลโคเวเลนต์ไม่มีขั้ว เช่น F2 Cl2 CH4 และแก๊สเฉื่อย สามารถทำให้เป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิต่ำ ภายใต้ความดันสูงเพียงพอ แสดงว่าสารเหล่านี้มีแรงยึดเหนี่ยวซึ่งกันและกันอย่างอ่อนๆ ที่เรียกว่า แรงลอนดอน แรงชนิดนี้เกิดจากการกระจายของอิเล็กตรอนในอะตอมขณะใดขณะหนึ่งซึ่งอาจไม่เท่ากันจึงทำให้เกิดเป็นโมเลกุลมีขั้วขึ้น ขั้วของโมเลกุลที่เกิดขึ้นนี้จะเหนี่ยวนำให้โมเลกุลที่อยู่ใกล้กันเกิดเป็นโมเลกุลมีขั้วขึ้นอีกและเกิดแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน แรงลอนดอนมีค่าสูงขึ้นตามมวลโมเลกุลหรือขนาดของโมเลกุล สำหรับโมเลกุลโคเวเลนต์มีขั้วจะมีแรงกระทำระหว่างขั้วซึ่งเกิดจากอำนาจไฟฟ้าค่อนข้างบวกกับอำนาจไฟฟ้าค่อนข้างลบของโมเลกุลที่อยู่ใกล้กันเกิดเป็น แรงดึงดูดระหว่างขั้ว นอกเหนือจากแรงลอนดอนที่มีอยู่ เป็นผลให้โมเลกุลเหล่านี้ยึดเหนี่ยวกันไว้อย่างแข็งแรง ขนาดของแรงดึงดูดระหว่างขั้วขึ้นอยู่กับความแรงของสภาพขั้วที่เพิ่มขึ้นตามความแตกต่างของอิเล็กโทรเนกาติวิตีของธาตุ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์ทั้งแรงลอนดอนและแรงดึงดูดระหว่างขั้วรวมเรียกว่า แรงแวนเดอร์วาลส์ โดยทั่วไปเมื่อกล่าวถึงแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์มักกล่าวถึงแรงที่สำคัญหรือแรงที่มีความแข็งแรงมากกว่า เช่น ในโมเลกุลโคเวเลนต์มีขั้วมักจะกล่าวถึงเฉพาะแรงดึงดูดระหว่างขั้วเท่านั้น แต่ไม่กล่าวถึงแรงลอนดอน
นอกจากนี้ยังมีแรงดึงดูดระหว่างขั้วอีกชนิดหนึ่ง
ซึ่งมีความแข็งแรงมากและเป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่มีขนาดเล็ก แรงดังกล่าวจะเป็นแรงชนิดใดเราจะพิจารณาจากโมเลกุลของสารประกอบไฮโดรเจนแฮไลด์
ดังรูป 2.18
การที่ HF มีแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลสูงกว่าไฮโดรเจนแฮไลด์อื่นๆ
อธิบายได้ว่าเพราะฟลูออรีนมีขนาดอะตอมเล็กและมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงที่สุด
ผลต่างของอิเล็กโทรเนกาติวิตีระหว่างไฮโดรเจนกับฟลูออรีนมีค่ามากความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในโมเลกุลของไฮโดรเจนฟลูออไรด์จึงอยู่ทางด้านอะตอมฟลูออรีนนานกว่าเป็นผลให้ด้านนี้มีอำนาจไฟฟ้าค่อนข้างลบสูง
ส่วนไฮโดรเจนมีอำนาจไฟฟ้าค่อนข้างบวกสูง
ด้วยเหตุนี้โมเลกุลจึงมีสภาพขั้วสูงมากทำให้แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของไฮโดรเจนฟลูออไรด์ด้วยกันเองมีค่าสูงมาก
แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่เกิดจากอะตอมไฮโดรเจนกับอะตอมของธาตุที่มีขนาดเล็กและมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงเช่นนี้เรียกว่า พันธะไฮโดรเจน พันธะไฮโดรเจนเป็นแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลมีขั้วที่มีความแข็งแรงมากกว่าแรงดึงดูดระหว่างขั้วทั่วๆไป
ประมาณ 5-10 เท่า
นอกจากไฮโดรเจนฟลูออไรด์แล้วยังมีสารชนิดอื่นที่สามารถเกิดจากไฮโดรเจนได้พิจารณาจากรูป
แสดงจุดเดือดของสารโคเวเลนต์ที่เกิดจากการรวมตัวระหว่างไฮโดรเจนกับธาตุหมู่ IVA VA
VIA และ VIIA ว่าสารใดเกิดพันธะไฮโดรเจนได้
จากกราฟจะพบว่าจุดเดือดของสารประกอบของไฮโดรเจนกับธาตุหมู่ IVA
VA VIA และ VIIA มีแนวโน้มเหมือนกัน
กล่าวคือจุดเดือดสูงขึ้นเมื่อมวลโมเลกุลเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะ และ ซึ่งมีจุดเดือดสูงเช่นเดียวกับ HF และสูงกว่าสารอื่นๆ ในหมู่เดียวกัน และ น่าจะมีพันธะไฮโดรเจนเหมือนกับ HF หรือไม่
โมเลกุลของ H2O และ NH3 มีสภาพขั้วของพันธะ O - H และ N - H ในโมเลกุลสูงมาก อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะจึงถูกดึงให้เข้ามาใกล้อะตอมของ O และ N นานมากกว่าทางด้านอะตอมของ H เมื่อโมเลกุลของสารแต่ละชนิดเข้าใกล้กัน ไฮโดรเจนซึ่งมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนน้อยและมีอำนาจไฟฟ้าค่อนข้างบวกสูง จะดึงดูดกับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวของอะตอมที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนมากและมีอำนาจไฟฟ้าค่อนข้างลบของอีกโมเลกุลหนึ่งเกิดเป็นพันธะไฮโดรเจน แสดงว่าในโมเลกุลที่ประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจนกับธาตุ F O และ N สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล
โมเลกุลของ H2O และ NH3 มีสภาพขั้วของพันธะ O - H และ N - H ในโมเลกุลสูงมาก อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะจึงถูกดึงให้เข้ามาใกล้อะตอมของ O และ N นานมากกว่าทางด้านอะตอมของ H เมื่อโมเลกุลของสารแต่ละชนิดเข้าใกล้กัน ไฮโดรเจนซึ่งมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนน้อยและมีอำนาจไฟฟ้าค่อนข้างบวกสูง จะดึงดูดกับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวของอะตอมที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนมากและมีอำนาจไฟฟ้าค่อนข้างลบของอีกโมเลกุลหนึ่งเกิดเป็นพันธะไฮโดรเจน แสดงว่าในโมเลกุลที่ประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจนกับธาตุ F O และ N สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น