ทำไมอะตอมถึงพันธะกัน?

ปฏิกิริยาการรวมกัน

ปฏิกิริยาที่ ทำให้เกิดสารประกอบเคมี สามารถเกิดขึ้นได้สองวิธี ขึ้นอยู่กับอะตอม:

1. ผ่านปฏิกิริยาที่น่ารังเกียจ ซึ่งเป็นผลมาจากการทับซ้อนกันของเปลือกอิเล็กตรอนและปฏิกิริยาทางไฟฟ้าสถิตของประจุขั้วเดียว
2. โดยการกระทำของแรงดึงดูด ที่เกิดจากอันตรกิริยาทางไฟฟ้าสถิตของประจุที่ไม่เหมือนกัน เช่น อันตรกิริยาระหว่างอิเล็กตรอนกับนิวเคลียสของอะตอม หรืออันเป็นผลจากการเปลี่ยนแปลงการกระจายตัวของความหนาแน่นของประจุ

ปรากฎว่ามีแนวโน้มในธรรมชาติที่จะ มุ่งมั่นเพื่อให้ได้พลังงานน้อยที่สุด นอกจากนี้ยังใช้กับอะตอมซึ่งสะท้อนให้เห็นโดยตรงอย่างแม่นยำในการผลิต พันธะเคมี – อะตอมจะรวมตัวกันหากพวกมันได้เปรียบอย่างมีพลังสำหรับพวกมัน องค์ประกอบส่วนใหญ่สร้างพันธะอะตอมกับอะตอมอื่นหรือต่อกันตามธรรมชาติ

พันธะเคมี

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น อะตอมสามารถรวมกับ อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีเดียวกันหรือองค์ประกอบอื่น ได้ พันธะเคมีเรียกว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมที่ทำให้พวกมันเกิดพันธะกันอย่างถาวร วาเลนซ์อิเล็กตรอน ซึ่งอยู่ที่เปลือกนอกสุดของอะตอม มีส่วนเกี่ยวข้องในการก่อตัวของพันธะเคมี

พันธะเคมีในไฮโดรเจนสองอะตอม H ₂

ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมีและเป็นสารที่อะตอมไม่เคยมีอยู่ในสถานะอิสระ อะตอมของมันถูกจับคู่ด้วยพันธะเคมีจำเพาะเสมอ มันเกี่ยวข้องกับอะตอมไฮโดรเจนแต่ละอะตอมในปัจจุบันโดยให้เวเลนซ์อิเล็กตรอนหนึ่งตัวเพื่อแบ่งปัน สิ่งนี้ทำให้แต่ละคนสามารถเข้าถึงสถานะพลังงานที่เหมาะสมที่สุดและได้รับการกำหนดค่าอิเล็กตรอนของก๊าซมีตระกูลที่อยู่ใกล้กับก๊าซมากที่สุดในตารางธาตุนั่นคือฮีเลียม อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันดังกล่าวเรียกว่าคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันหรือคู่พันธะอิเล็กตรอน พันธะประเภทนี้ที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมไฮโดรเจนสามารถแสดงเชิงสัญลักษณ์เป็น H:H

พันธะโควาเลนต์

ตัวอย่างที่ดีของการเกิด พันธะโควาเลนต์ คือไฮโดรเจนสองอะตอมที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ มันมีคู่อิเล็กตรอนร่วมกันซึ่งมีความจำเพาะต่อพันธะประเภทนี้ มันเกี่ยวข้องกับความเหมือนกันของอิเล็กตรอนและการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนที่มีผลผูกพันซึ่งมีความเท่าเทียมกันหรือต่างกันของอะตอมทั้งสอง

พันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้ว

พันธะโควาเลนต์ดังกล่าวซึ่งคู่อิเล็กตรอนที่มีผลผูกพันเป็นของทั้งสองอะตอมเท่ากัน เรียกอีกอย่างว่าพันธะโควาเลนต์แบบอะตอมหรือไม่มีขั้ว และส่วนใหญ่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของอโลหะชนิดเดียวกัน โครงสร้างดังกล่าวซึ่งเกิดขึ้นจากการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้วเรียกว่าโมเลกุลแบบโฮโมอะตอมมิก

อิเล็กตรอนของโมเลกุลไดอะตอมมิกคลอรีน Cl ₂

พันธะโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้วยังเป็นลักษณะเฉพาะของโมเลกุล คลอรีน เช่นกัน โดยที่อะตอมของคลอรีน 2 อะตอมใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกันอย่างละ 1 ตัว ทำให้ได้ออคเต็ตอิเล็กตรอนและโครงร่างอิเล็กตรอนแบบอาร์กอน เมื่อพิจารณาถึงอิเล็กตรอนที่มีอยู่ในอะตอมของคลอรีนทั้งสองในโมเลกุล จะเห็นได้ว่านอกจากคู่อิเล็กตรอนที่มีผลผูกพันแล้ว ยังมีอิเล็กตรอนที่ไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการก่อตัวของพันธะเคมีอีกด้วย อิเล็กตรอนหรือคู่อิเล็กตรอนดังกล่าวเรียกว่าอิเล็กตรอนที่ไม่มีพันธะ

โมเลกุลไนโตรเจนมีโครงสร้างอย่างไร?

ปรากฎว่า อโลหะสามารถใช้คู่อิเล็กตรอนร่วมกันได้มากกว่าหนึ่งคู่ ตัวอย่างเช่น โมเลกุลไนโตรเจนประกอบด้วยอะตอมไนโตรเจนสองอะตอม พวกมันแต่ละตัวมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัวบนเปลือกสุดท้าย ทำให้จำเป็นต้องมีอิเล็กตรอนเพิ่มเติมมากถึง 3 ตัวเพื่อสร้างออคเต็ต เพื่อให้บรรลุการกำหนดค่าอิเล็กตรอนที่ต้องการ อะตอมไนโตรเจนแต่ละอะตอมจะปล่อยอิเล็กตรอนสามตัวเพื่อใช้ร่วมกัน ซึ่งส่งผลให้เกิดพันธะอิเล็กตรอนสามคู่ระหว่างอะตอม พันธะเฉพาะดังกล่าวมีชื่อเป็นของตัวเอง – พันธะสาม นอกจากคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันแล้ว อะตอมไนโตรเจนแต่ละอะตอมยังมีคู่อิเล็กตรอนที่ไม่มีพันธะหนึ่งคู่ พันธะสามคือค่าสูงสุดที่เป็นไปได้ที่อะตอมจะก่อตัวได้ ไม่พบสารประกอบทางเคมีในธรรมชาติซึ่งมีพันธะมากกว่า 3 พันธะในโมเลกุล

แล้วโมเลกุลเฮเทอโรอะตอมมิกล่ะ?

เช่นเดียวกับอะตอมที่เป็นองค์ประกอบทางเคมีเดียวกัน อะตอมของอโลหะที่แตกต่างกันสามารถพันธะซึ่งกันและกันผ่านการผลิตคู่อิเล็กตรอนที่มีพันธะร่วมกัน ตัวอย่างโครงสร้างดังกล่าวที่เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางที่สุดคือไฮโดรเจนคลอไรด์ ซึ่งเป็นสารประกอบทางเคมีที่เกิดจากการรวมกันของอะตอมของไฮโดรเจนและคลอรีน อะตอมแต่ละอะตอมที่ประกอบเป็นโมเลกุลต้องมีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวเพื่อให้ได้โครงร่างอิเล็กตรอนที่เหมาะสมที่สุดสำหรับตัวมันเอง

พันธะโควาเลนต์ในโมเลกุลไฮโดรเจนคลอไรด์

เพื่อให้บรรลุถึงการกำหนดค่าอิเล็กตรอนของ ก๊าซมีตระกูล ที่ใกล้ที่สุด ทั้งไฮโดรเจนและคลอรีนจะบริจาคเวเลนซ์อิเล็กตรอนอย่างละ 1 ตัวเพื่อสร้างคู่อิเล็กตรอนที่มีพันธะ การรักษานี้ส่งผลให้เกิดการกำหนดค่าอิเล็กตรอนถาวร 2 รูปแบบ โดยไฮโดรเจนจะใช้รูปแบบฮีเลียม และอะตอมของคลอรีนจะใช้รูปแบบอาร์กอน ดังนั้นบนเปลือกวาเลนซ์จึงมีออ คเต็ตสองเท่าและอิเล็กตรอน ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม เราสามารถสังเกตเห็นปฏิสัมพันธ์ที่แตกต่างออกไปเล็กน้อยในกรณีของโมเลกุลไฮโดรเจน ปรากฎว่าคู่อิเล็กตรอนที่สร้างขึ้นระหว่างอะตอมของไฮโดรเจนและคลอรีนไม่เท่ากัน มันถูกเลื่อนไปทางอันที่มีความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนมากกว่า ในกรณีนี้คืออะตอมของคลอรีน ดังนั้นคู่อิเล็กตรอนที่มีผลผูกพันจึงเลื่อนไปทางนั้น พันธะประเภทนี้ก็เป็นพันธะโควาเลนต์เช่นกัน แต่เรียกเพิ่มเติมว่า ‘ขั้ว’

พันธะโควาเลนต์มีขั้ว

พันธะดังกล่าวเกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่เป็นของอโลหะต่างๆ พวกมันเคลื่อนที่ในลักษณะเฉพาะของพันธะโควาเลนต์ – พวกมันแบ่งปันอิเล็กตรอนบางส่วน แต่เมื่อเปรียบเทียบกับพันธะโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้ว คู่อิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นในกรณีนี้จะถูกเลื่อนไปยังอะตอมตัวใดตัวหนึ่ง สิ่งที่ดึงดูดอิเล็กตรอนได้แรงกว่า โดยปกติแล้วอะตอมจะมีจำนวนอิเล็กตรอนบนเปลือกเวเลนซ์มากกว่า มันเป็นอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูงกว่าเสมอ

โครงสร้างอิเล็กตรอนของโมเลกุลแอมโมเนีย

แอมโมเนีย เป็นโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมไนโตรเจนหนึ่งอะตอมและอะตอมไฮโดรเจนสามอะตอม มีพันธะโควาเลนต์มีขั้ว เมื่อรู้ว่าไนโตรเจนอยู่ในกลุ่ม 15 ของ ตารางธาตุ เรารู้ว่าไนโตรเจนมีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัว ในทางตรงกันข้าม ไฮโดรเจนแต่ละอะตอมมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว สำหรับการจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบถาวร ไนโตรเจนจำเป็นต้องมีอิเล็กตรอนสามตัว ซึ่งสามารถได้มาจากการมีอยู่ของอะตอมไฮโดรเจน แต่ละคู่จะสร้างคู่อิเล็กตรอนที่มีพันธะกับอะตอมไนโตรเจนหนึ่งคู่ เพื่อให้แน่ใจว่าแต่ละอะตอมในปัจจุบันมีโครงสร้างอิเล็กตรอนที่เหมาะสมที่สุดสำหรับตัวมันเอง เนื่องจากอะตอมไนโตรเจนมีความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนมากกว่าอะตอมไฮโดรเจน คู่อิเล็กตรอนที่จับกันทั้งสามคู่จึงเลื่อนเข้าหาอะตอมนั้น

โครงสร้างอิเล็กตรอนของโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์

อะตอมของคาร์บอนอยู่ในหมู่ 14 ของตารางธาตุ จึงมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัวอยู่บนเปลือกเวเลนซ์ ในทางตรงกันข้าม อะตอมออกซิเจนทั้งสองอะตอมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนหกตัว เนื่องจากอะตอมปัจจุบันมุ่งเป้าไปที่ออคเต็ตเท่านั้น อะตอมออกซิเจนจึงปล่อยอิเล็กตรอนสองตัวเพื่อใช้ร่วมกัน และอะตอมของคาร์บอนใช้อิเล็กตรอนร่วมกันสองตัวในแต่ละอะตอม รวมเป็นวาเลนซ์อิเล็กตรอนทั้งสี่ตัวที่จะใช้ร่วมกัน ส่งผลให้มีคู่อิเล็กตรอนที่จับกันมากถึงสี่คู่ – สองคู่ระหว่างอะตอมของคาร์บอนและอะตอมของออกซิเจนแต่ละอะตอม เมื่อเปรียบเทียบค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมของคาร์บอนและออกซิเจน เราทราบว่าออกซิเจนนี่แหละที่มีแนวโน้มดึงดูดอิเล็กตรอนมากขึ้น ดังนั้นคู่อิเล็กตรอนที่มีผลผูกพันทั้งสี่คู่จึงเลื่อนไปทางอะตอมออกซิเจน

จะตรวจสอบชนิดของพันธะที่มีอยู่ในโมเลกุลได้อย่างไร?

ปัจจัยสำคัญในการกำหนดประเภทของพันธะที่มีอยู่ในโมเลกุลคืออิเลคโตรเนกาติวีตี้ขององค์ประกอบของอะตอม เป็นความสามารถของอะตอมในการดึงดูดอิเล็กตรอน และในกรณีของพันธะโควาเลนต์ก็คือความสามารถในการดึงดูดคู่อิเล็กตรอนที่มีผลผูกพันซึ่งกันและกัน ยิ่งค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้มีค่ามาก อะตอมก็จะยิ่งดึงดูดอิเล็กตรอนได้แรงมากขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้ความแตกต่างระหว่างอิเลคโตรเนกาติวิตี้ของอะตอมที่มีอยู่ในโมเลกุลบอกเราว่าเรากำลังเผชิญกับพันธะเคมีประเภทใด หากในโมเลกุล ความแตกต่างในอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่สร้างโมเลกุลนั้น ซึ่งแสดงเป็น ΔE เท่ากับ 0.0 หรือไม่เกิน 0.4 พันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้ว ถ้า ΔE อยู่ระหว่าง 0.4 ถึง 1.6 แสดงว่าโมเลกุลมีพันธะโควาเลนต์มีขั้ว ในทางกลับกัน หากความแตกต่างของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมเกิน 1.6 แสดงว่ามีพันธะไอออนิกอยู่