พันธะเคมี — ประเภทและตัวอย่าง

พันธะเคมีอธิบายว่าเหตุใดอะตอมจึงยึดติดกันอยู่ในสารต่าง ๆ ในเคมีเบื้องต้น พันธะหลัก 3 ประเภทคือ พันธะไอออนิก, พันธะโคเวเลนต์ และ พันธะโลหะ วิธีแยกความต่างที่เร็วที่สุดคือดูว่าอิเล็กตรอนกำลังทำอะไรเป็นหลัก: ถูกถ่ายโอน ใช้ร่วมกัน หรือกระจายตัวอยู่ทั่วโครงสร้างโลหะ

อะตอมจะเกิดพันธะเมื่อการจัดเรียงแบบที่ยึดติดกันมีพลังงานต่ำกว่าอะตอมที่แยกจากกันภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน แนวคิดนี้มีประโยชน์กว่าการท่องจำชื่อประเภท เพราะชนิดของพันธะจริง ๆ แล้วเป็นแบบจำลองพฤติกรรมของอิเล็กตรอน

พันธะเคมีประเภทหลัก

พันธะไอออนิก

พันธะไอออนิกเป็นแบบจำลองหลักเมื่อมีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนมากพอจนเกิดไอออนที่มีประจุตรงข้ามกัน ในตัวอย่างพื้นฐานหลายกรณี สิ่งนี้มักเกิดระหว่างโลหะกับอโลหะ

ตัวอย่างเช่น โซเดียมสามารถเสียอิเล็กตรอน 1 ตัวเพื่อกลายเป็น $\text{Na}^+$ และคลอรีนสามารถรับอิเล็กตรอน 1 ตัวเพื่อกลายเป็น $\text{Cl}^-$. แรงดึงดูดระหว่างประจุตรงข้ามเหล่านี้ช่วยยึดสารประกอบไอออนิกไว้ด้วยกัน

พันธะโคเวเลนต์

พันธะโคเวเลนต์เป็นแบบจำลองหลักเมื่ออะตอมใช้อิเล็กตรอนคู่ร่วมกัน ซึ่งมักเกิดระหว่างอโลหะด้วยกัน

น้ำ $\text{H}_2\text{O}$ เป็นตัวอย่างที่คุ้นเคย อะตอมเชื่อมกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ แต่การใช้อิเล็กตรอนร่วมกันไม่ได้เท่ากันอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นพันธะจึงเป็น โคเวเลนต์มีขั้ว ไม่ใช่ไม่มีขั้วอย่างสมบูรณ์

พันธะโลหะ

พันธะโลหะใช้อธิบายการยึดเหนี่ยวในโลหะ ซึ่งอิเล็กตรอนเวเลนซ์ไม่ได้ผูกอยู่กับอะตอมเพียงคู่เดียวแบบเดียวกับพันธะโคเวเลนต์อย่างง่าย แต่จะกระจายตัวอยู่ทั่วอะตอมจำนวนมากในโครงสร้างโลหะ

สิ่งนี้ช่วยอธิบายได้ว่าทำไมโลหะอย่างทองแดงจึงนำไฟฟ้าได้ และมักขึ้นรูปได้โดยไม่แตกกระจายเหมือนผลึกไอออนิกหลายชนิด

วิธีระบุชนิดของพันธะอย่างรวดเร็ว

ใช้รูปแบบเหล่านี้เป็นแนวทางสำหรับผู้เริ่มต้น ไม่ใช่กฎตายตัว:

1. โลหะ + อโลหะ มักบ่งชี้ถึงพันธะไอออนิก
2. อโลหะ + อโลหะ มักบ่งชี้ถึงพันธะโคเวเลนต์
3. โลหะบริสุทธิ์มักแสดงพันธะโลหะ

ทางลัดเหล่านี้ใช้ได้ดีในกรณีพื้นฐานหลายแบบ แต่ไม่ใช่นิยามทั้งหมดของพันธะ ในความเป็นจริง การยึดเหนี่ยวควรมองเป็นสเปกตรัมของการกระจายอิเล็กตรอน มากกว่าจะเป็น 3 กล่องที่แยกขาดจากกัน

ตัวอย่างวิเคราะห์: ทำไมโซเดียมคลอไรด์จึงเป็นพันธะไอออนิก

โซเดียมคลอไรด์ $\text{NaCl}$ เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของพันธะไอออนิก โซเดียมมีอิเล็กตรอนเวเลนซ์ 1 ตัวที่เสียออกได้ค่อนข้างง่าย และคลอรีนต้องการอิเล็กตรอนเพิ่มอีก 1 ตัวเพื่อให้ชั้นนอกสุดเต็ม

$$\text{Na} \to \text{Na}^+ + e^-$$ $$\text{Cl} + e^- \to \text{Cl}^-$$

หลังจากการถ่ายโอนนี้ ไอออนที่เกิดขึ้นสามารถจัดเรียงตัวในแบบที่มีพลังงานต่ำกว่าอะตอมเป็นกลางที่แยกจากกันได้ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม นี่คือเหตุผลสำคัญที่แบบจำลองไอออนิกใช้ได้ในกรณีนี้

ในโซเดียมคลอไรด์สถานะของแข็ง คุณไม่ได้มี $\text{Na}^+$ เดี่ยวหนึ่งตัวจับกับโมเลกุล $\text{Cl}^-$ เดี่ยวหนึ่งตัว แต่จะมีโครงผลึกไอออนิกแบบซ้ำ ๆ ที่ประกอบด้วยไอออนบวกและลบจำนวนมากดึงดูดกัน

สิ่งนี้ยังอธิบายสมบัติทั่วไปหลายอย่างของสารประกอบไอออนิกได้ด้วย เช่น มักเกิดเป็นผลึก มักมีจุดหลอมเหลวค่อนข้างสูง และนำไฟฟ้าได้เมื่อไอออนเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ เช่น ในสถานะหลอมเหลวหรือในสารละลายน้ำหลายชนิด

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยเกี่ยวกับพันธะเคมี

คิดว่า "โลหะบวกอโลหะ" คือคำนิยาม

นี่เป็นทางลัดที่มีประโยชน์ แต่ไม่ใช่คำนิยามที่สมบูรณ์ การเกิดพันธะขึ้นอยู่กับการกระจายอิเล็กตรอนและโครงสร้าง ไม่ใช่แค่ชื่อประเภทของธาตุ

คิดว่าพันธะโคเวเลนต์หมายถึงการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันอย่างเท่ากัน

พันธะโคเวเลนต์หมายถึงมีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน แต่การใช้ร่วมกันอาจไม่เท่ากันก็ได้ การใช้ร่วมกันแบบไม่เท่ากันทำให้เกิดพันธะโคเวเลนต์มีขั้ว

เรียกแรงดึงดูดทุกชนิดว่าพันธะเคมี

แรงดึงดูดไม่ได้ทุกแบบจะเป็นหนึ่งในพันธะหลัก ตัวอย่างเช่น พันธะไฮโดรเจนมักจัดเป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล ไม่ใช่พันธะหลักชนิดเดียวกับพันธะไอออนิก โคเวเลนต์ หรือโลหะ

ใช้กฎออกเตตเหมือนกับว่าไม่มีข้อยกเว้นเลย

กฎออกเตตเป็นแบบจำลองพื้นฐานที่มีประโยชน์สำหรับหลายกรณีของธาตุหมู่หลัก แต่ก็มีข้อยกเว้น และไม่ควรมองว่าเป็นกฎสากลที่ใช้ได้เสมอ

เมื่อชนิดของพันธะช่วยให้คุณทำนายสมบัติได้

การรู้ชนิดของพันธะช่วยให้คุณทำนายสิ่งสำคัญเกี่ยวกับสารได้ เช่น

1. สารนั้นมีแนวโน้มจะเกิดเป็นโมเลกุลหรือเป็นโครงผลึกต่อเนื่อง
2. สารนั้นอาจนำไฟฟ้าได้หรือไม่ในสถานะของแข็ง ของเหลว หรือสารละลาย
3. สารนั้นมีแนวโน้มจะเปราะ ยืดหยุ่น หรือขึ้นรูปได้ง่าย
4. ความมีขั้วหรือการเกิดไอออนจะมีผลต่อปฏิกิริยาและการละลายหรือไม่

ลองอีกสักกรณี

ลองวิเคราะห์ด้วยตัวเองกับ $\text{MgO}$, $\text{CO}_2$ หรือทองแดง โดยถามคำถามเดิมทุกครั้งว่า อิเล็กตรอนถูกถ่ายโอนเป็นหลัก ใช้ร่วมกันในโมเลกุล หรือกระจายตัวอยู่ทั่วโครงสร้างโลหะ หากอยากต่อยอดอีกขั้น ให้ศึกษาเรื่องค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีต่อ เพราะจะช่วยอธิบายได้ว่าทำไมรูปแบบการเกิดพันธะที่ต่างกันจึงมีแนวโน้มเกิดขึ้น