3.2 พันธะไอออนิก

 

3.2.1 การเกิดพันธะไอออนิก

      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

     อะตอมที่มีอิเล็กตรอนระดับนอกจำนวนน้อย  มีพลังงานการแตกตัวเป็นไอออนต่ำและมีสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนต่ำ  มีแนวโน้มที่จะเสียอิเล็กตรอนระดับนอกไปแล้วกลายเป็นไอออนบวก  ส่วนธาตุที่มีอิเล็กตรอนระดับนอกมากมีพลังงานการแตกตัวเป็นไอออนสูง  มีสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนสูง มีแนวโน้มจะรับอิเล็กตรอนได้ง่ายและกลายเป็นไอออนลบ  เมื่ออะตอมเหล่านี้ถ่ายโอนอิเล็กตรอนให้แก่กันแล้วเกิดเป็นไอออนบวกและไอออนลบ  ซึ่งมีประจุไฟฟ้าต่างกันจึงเกิดแรงดึงดูดกันทางไฟฟ้ายึดเหนี่ยวให้ไอออนทั้งสองอยู่ด้วยกัน พันธะระหว่างไอออนบวกและไอออนลบนี้เรียกว่า  พันธะไอออนิก  หรือพันธะอิเล็กโทรเวเลนซ์ และเรียกสารประกอบที่เกิดขึ้นว่า  สารประกอบไอออนิก

3.2.2 สูตรเคมีและชื่อของสารประกอบไออนิก

     เนื่องจากสารประกอบไอออนิกมีลักษณะการสร้างพันธะต่อเนื่องกันเป็นผลึก ไม่ได้อยู่ในลักษณะของโมเลกุลเหมือนในสารประกอบโคเวเลนต์ ดังนั้นสารประกอบไอออนิกจึงไม่มีสูตรโมเลกุลที่แท้จริง แต่จะมีการเขียนสูตรเพื่อแสดงอัตราส่วนอย่างต่ำของจำนวนธาตุต่าง ๆ ที่เป็นองค์ประกอบ เช่น โซเดียมคลอไรด์ เกิดจากอะตอมของธาตุโซเดียม (Na) อย่างน้อยที่สุด 1 อะตอม และอะตอมของธาตุคลอรีน (Cl) อย่างน้อยที่สุด 1 อะตอม จึงสามารถเขียนสูตรได้เป็น NaCl โดยการเขียนสูตรของสารประกอบไอออนิกจะเขียนนำด้วยธาตุที่เกิดเป็นไอออนบวกก่อน จากนั้นจึงเขียนตามด้วยธาตุที่เกิดเป็นไอออนลบตามลำดับ
     วิธีการอ่านชื่อสารประกอบไอออนิกให้อ่านตามลำดับของธาตุที่เขียนในสูตร คือ เริ่มจากธาตุแรกซึ่งเกิดเป็นไอออนบวก (ธาตุโลหะ) แล้วตามด้วยธาตุหลังซึ่งเป็นไอออนลบ (ธาตุอโลหะ) ดังนี้
     1.  เริ่มจากอ่านชื่อไอออนบวก (ธาตุโลหะ) ก่อน
     2.  อ่านชื่อธาตุไอออนลบ (ธาตุอโลหะ) โดยเปลี่ยนเสียงสุดท้ายเป็น -ไอด์ (-ide) ดังตัวอย่างเช่น
           NaCl              อ่านว่า      โซเดียมคลอไรด์
           MgO              อ่านว่า      แมกนีเซียมออกไซด์
           Al2O3            อ่านว่า      อะลูมิเนียมออกไซด์
     3.  หากไอออนลบมีลักษณะเป็นกลุ่มธาตุ จะมีชื่อเรียกเฉพาะที่แตกต่างกัน เช่น No3- เรียกว่า ไนเดรต, CO32-เรียกว่า คาร์บอเนต, SO42- เรียกว่า ซัลเฟต OH- เรียกว่า ไฮดรอกไซด์ เป็นต้น ดังตัวอย่างเช่น
           CaCO3           อ่านว่า       แคลเซียมคาร์บอเนต
           Na2SO4          อ่านว่า      โซเดียมซัลเฟต

     อัตราส่วนระหว่างไอออนบวกกับไอออนลบที่จะรวมตัวกันเป็นสารไอออนิกนั้น  จะใช้อัตราส่วนที่ทำให้ประจุบวกกับประจุลบหักล้างกันหมดพอดี  โดยเราสามรถใช้ค่าของประจุบวกไปเขียนไว้ทางด้านล่างขวาของอนุภาคที่เป็นไอออนลบ  และใช้ค่าประจุลบไปเขียนไว้ทางด้านล่างขวาของอนุภาคที่เป็นไอออนบวก  ดังรูป

                          

สารประกอบไอออนิกประกอบด้วยไอออนบวกและไอออนลบยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงดึงดูดระหว่างประจุไฟฟ้าในการเขียนสูตรสารประกอบไอออนิกจึงต้องทราบว่าแต่ละธาตที่ทำปฏิกิริยากัน นั้นจะเกิดเป็นไอออนชนิดใด และมีจำนวนประจุเท่าใด ซึ่งพิจารณาได้จากการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุ 

3.2.3 พลังงานกับการเกิดสารประกอบไอออนิก

1.โลหะโซเดียมที่อยู่ในสถานะของแข็งระเหิดกลายเป็นไอ (กลายเป็นอะตอมในสถานะก๊าซ) ขั้นนี้ต้องใช้พลังงาน หรือดูดพลังงานเท่ากับ 109 kJ/mol เรียกพลังงานที่ใช้ในขั้นนี้ว่าพลังงานการระเหิด (Heat of siblimation) สัญลักษณ์ "Hs" หรือ "S"

Na(s)+ 109 kJ---------------->Na(g).........(1)

   

 2.โมเลกุลของคลอรีน (Cl2(g)) ซึ่งอยู่ในสถานะก๊าซแตกตัวออกเป็นอะตอมในสถานะก๊าซ (Cl(g))

Cl(g) + 242 kJ -------------------> 2Cl(g) 

แต่ในการเกิด NaCl(s) 1 mol ต้องใช้ Cl(g) เพียง 1 mol ดังนั้น

Cl2(g) +121 kJ-------------------->Cl(g).........(2)

     

     ขั้นนี้ต้องใช้พลังงานหรือดูดพลังงานเท่ากับ 121 kJ เรียกพลังงานที่ใช้ในขั้นนี้ว่า พลังงานสลายพันธะ หรือพลังงานการแตกตัว (Bond Dissociation energy) สัญลักษณ์ "Hdis" หรือ "d"

3.อะตอมของโซเดียมในสถานะก๊าซ เสีย 1 เวเลนซ์อิเลคตรอน กลายเป็นโซเดียมไอออนในสถานะก๊าซ ขั้นนี้ต้องใช้พลังงานหรือดูดพลังงาน 494 kJ/mol เรียกพลังงานที่ใข้ในขั้นนี้ว่า พลังงานไอออไนเซชั่น(Ionization Energy) สัญลักษณ์ "IE" หรือ "I"

Na(g)+494 kJ----------------->Na(g) + e.........(3)

 4.คลอรีนอะตอมในสถานะก๊าซรับอิเลคตรอนกลายเป็นคลอไรด์ไอออนในสถานะก๊าซ(Cl-(g)) ขั้นนี้คายพลังงานออกมา 347 kJ/mol พลังงานที่คายออกมาในขั้นนี้เรียกว่า อิเลคตรอนอัฟฟินิตีหรือสัมพรรคภาพอิเลคตรอน (Electron Affinity) สัญลักษณ์ E หรือ EA

Cl(g)+e- -----------------> Cl-(g)+347 kJ...........(4)

5.โซเดียมไอออนในสถานะก๊าซ และคลอไรด์ไอออนในสถานะก๊าซรวมตัวกันด้วยพันธะไอออนิกได้ผลึกโซเดียมครอไรด์ (NaCl(s)) ขั้นนี้คายพลังงานออกมา 787 kJ/mol พลังงานที่คายออกมาในขั้นนี้เรียกว่าพลังงานแลคทิซ หรือพลังงานโครงร่างผลึก (Lattic Energy) สัญลักษณ์ U หรือ Ec

Na+(g) + Cl-(g) ---------------------->NaCl(s)+787 kJ.........(5)

เมื่อเอาสมการ (1)+(2)+(3)+(4)+(5) จะได้สมการรวมหรือปฏิกิริยารวมดังนี้

Na(s)+Cl(g)-----------------------> NaCl(s)+410 kJ..........(6)

         แสดงว่าในการเกิด NaCl(s) เป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทคายพลังงาน คือ เมื่อเกิด NaCl 1 mol จะคายพลังงานเท่ากับ 410 kJ
พลังงานที่คายออกมาเรียกว่า พลังงานของปฏิกิริยาหรือความร้อนของปฏิกิริยาหรือความร้อนของการเกิดสาร สัญลักษณ์ "Hf"

3.2.4 สมบัติของสารประกอบไอออนิก

1. มีขั้ว เพราะสารประกอบไอออนิกไม่ได้เกิดขึ้นเป็นโมเลกุลเดี่ยว แต่จะเป็นของแข็งซึ่งประกอบด้วยไอออนจำนวนมาก ซึ่งยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงยึดเหนี่ยวทางไฟฟ้า

2. ไม่นำไฟฟ้าเมื่ออยู่ในสภาพของแข็ง แต่จะนำไฟฟ้าได้เมื่อใส่สารประกอบไอออนิกลงในน้ำ ไอออนจะแยกออกจากกัน ทำให้สารละลายนำไฟฟ้าในทำนองเดียวกันสารประกอบที่หลอมเหลวจะนำไฟฟ้าได้ด้วยเนื่องจากเมื่อหลอมเหลวไอออนจะเป็นอิสระจากกัน เกิดการไหลเวียนอิเล็กตรอนทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จึงเกิดการนำไฟฟ้า

3 . มีจุหลอมเหลวและจุดเดือดสูง    ความร้อนในการทำลายแรงดึงดูดระหว่างไอออนให้กลายเป็นของเหลวต้องใช้พลังงานสูง

4 . สารประกอบไอออนิกทำให้เกิดปฏิกิริยาไอออนิก คือ ปฏิกิริยาระหว่างไอออนกับไอออน ทั้งนี้เพราะสารไอออนิกจะเป็นไอออนอิสระในสารละลาย ปฏิกิริยาจึงเกิดทันที
5 . สมบัติไม่แสดงทิศทางของพันธะไอออนิก สารประกอบไอออนิกเกิดจากไอออนที่มีประจุตรงกันข้ามรอบ ๆ ไอออนแต่ละไอออนจะมีสนามไฟฟ้าซึ่งไม่มีทิศทาง จึงทำให้เกิดสมบัติไม่แสดงทิศทางของพันธะไอออนิก
6. เป็นผลึกแข็ง แต่เปราะและแตกง่าย

3.2.5 สมการไอออนิกและสมการไออนิกสุทธิ

เมื่อผสมสารละลายของสารประกอบไอออนิกบางชนิดเข้าด้วยกัน  จะได้สารละลายที่มีไอออนของสารทั้งสองปนกันอยู่

ปรากฏเป็นสารละลายใส   เช่น

ผสม  NaCl (aq)  กับ  KNO₃ (aq)  เขียนสมการเคมีที่เกิดขึ้นได้ดังนี้

                    = NaCl (aq)  +  KNO₃ (aq)   --------->  NaNO₃ (aq)  +  KCl (aq)   หรือ 

                        Na⁺ (aq)  + Cl^-(aq) + K⁺(aq) +NO₃^-(aq) ------------> Na⁺ (aq)  + NO₃^-(aq) + K⁺(aq) + Cl^-(aq)

                  เมื่อผสมกัน จะมีไอออนอยู่ในสารละลายทั้ง  4  ชนิด  แสดงว่า ไม่เกิดผลิตภัณฑ์ที่เป็นของแข็ง จึงอยู่ใน

สภาพไอออน (มีน้ำล้อมรอบ)  แต่เมื่อผสมสารละลายของสารประกอบไอออนิกบางชนิดเข้าด้วยกัน จะได้ผลิตภัณฑ์เป็นตะกอน

เกิดขึ้น  เช่น

ผสม  NaCl (aq)  กับ  AgNO₃ (aq) เขียนสมการเคมีที่เกิดขึ้นได้ดังนี้

                    = NaCl (aq)  +  AgNO₃ (aq) -----------------> NaNO₃ (aq) + AgCl (s)  หรือ

                       Na⁺ (aq)  + Cl^-(aq) + Ag⁺(aq) +NO₃^-(aq) ---------------> Na⁺ (aq)  + NO₃^-(aq) + AgCl(s)

 เมื่อผสมกันจะเกิดตะกอนของ AgCl(s)  เขียนสมการแสดงการเกิดตะกอน  AgCl  ดังนี้

                    = Ag⁺(aq) + Cl^-(aq)    --------------->     AgCl(s)   เรียกสมการนี้ว่า สมการไอออนิก

                  สมการไอออนิก (Ionic  equation ) คือ  สมการเคมีที่เขียนเฉพาะไอออนหรือโมเลกุลของสารที่มีส่วน

ในการเกิดปฏิกิริยา ส่วนไอออนหรือโมลกุลของสารใดไม่มีส่วนในการเกิดปฏิกิริยาไม่ต้องเขียน สมการไอออนิก จะต้องเป็น

สมการที่มีสารใดสารหนึ่งเป็นไอออนร่วมอยู่ด้วยในปฏิกิริยานั้น  เช่น

                     Zn (s)  +  2H⁺ (aq)  --------------->  Zn²⁺ (aq)   +  H₂ (g)

                    H⁺ (aq)  +  OH^- (aq)  -------------------->  H₂O (l)

หลักการเขียนสมการไอออนิก

ที่มา:https://sites.google.com/a/samakkhi.ac.th/chemical-bond/smkar-xi-xx-nik
https://sites.google.com/site/luckzynam/smbati-khxng-sarprakxb-xi-xx-nik-1
https://sites.google.com/site/chunyarat47158/phlangngan-kab-kar-keid-sarprakxb-xi-xx-nik

http://www.trueplookpanya.com/learning/detail/3050

https://chemistryprosite.wordpress.com/2017/03/16/%E0%B8%9A%E0%B8%97%E0%B8%97%E0%B8%B5%E0%B9%88-5-%E0%B8%88%E0%B8%A5%E0%B8%99%E0%B8%A8%E0%B8%B2%E0%B8%AA%E0%B8%95%E0%B8%A3%E0%B9%8C%E0%B9%80%E0%B8%84%E0%B8%A1%E0%B8%B5%E0%B9%81%E0%B8%A5%E0%B8%B0/