3.2 พันธะไอออนิก

พันธะไอออนิก

พันธะไอออนิก(Ionic bond) คือ แรงยึดเหนี่ยวที่เกิดในสาร โดยที่อะตอมของธาตุที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำ ให้เวเลนต์อิเล็กตรอนแก่อะตอมของธาตุที่มีค่าพลังงานไอออนไนเซชันสูง กลายเป็นไอออนที่มีประจุบวกและประจุลบ เมื่อไอออนทั้งสองเข้ามาอยู่ใกล้กันจะเกิดแรงดึงดูดทางไฟฟ้าที่แข็งแรงระหว่างประจุไฟฟ้าตรงข้ามเหล่านั้น ทำให้ไอออนทั้งสองยึดเหนี่ยวกันด้วย พันธะเคมีที่เรียกว่า “พันธะไอออนิก”

การเกิดพันธะไอออนิก
          นักวิทยาศาสตร์พบว่าแก๊สเฉื่อยสามารถอยู่เป็นอะตอมอิสระและมีเสถียรภาพสูง ธาตุหมู่นี้มีการจัดอิเล็กตรอนเป็น ซึ่งมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 ยกเว้นฮีเลียมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2 ส่วนธาตุอื่นๆ มักทำปฏิกิริยากันเกิดเป็นสารประกอบเพื่อจะปรับให้มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเป็น 8 เท่ากับเวเลนซ์อิเล็กตรอนของแก๊สเฉื่อย แสดงว่าอะตอมที่มีจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 เป็นสภาพที่เสถียรที่สุด การที่อะตอมของธาตุต่างๆ รวมกันด้วยสัดส่วนที่ทำให้อะตอมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 นี้เรียกว่า กฎออกเตต

โครงสร้างของสารประกอบไอออนิก
          สารประกอบไอออนิกที่ปรากฎอยู่ในสถานะของแข็งมีการจัดเรียงตัวของไอออนบวกและไอออนลบเกิดเป็นผลึกที่มีโครงสร้างหลากหลายมีไอออนบวกและไอออนลบล้อมรอบซึ่งกันและกันแต่อาจมีจำนวนแตกต่างกัน จะเป็นเท่าใดขึ้นอยู่กับสัดส่วนของจำนวนประจุ ขนาดของไอออนและโครงสร้างผลึก

การเขียนสูตรและเรียกชื่อสารประกอบไอออนิก
          เราทราบแล้วว่าสารประกอบไอออนิกประกอบด้วยไอออนบวกกับไอออนลบยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงดึงดูดระหว่างประจุไฟฟ้า ในการเขียนสูตรสารประกอบไอออนิกจึงต้องทราบว่าแต่ละธาตุที่ทำปฏิกิริยากันนั้นจะเกิดเป็นไอออนชนิดใด และมีจำนวนประจุเท่าใด ซึ่งพิจารณาได้จากการจัดอิเล็กตรอนของธาตุ

พลังงานกับการเกิดสารประกอบไอออนิก
          การเกิดปฏิกิริยาเคมีจะมีการเปลี่ยนแปลงพลังงานเกิดขึ้นด้วย นักเรียนคิดว่าเมื่อโลหะโซเดียมทำปฏิกิริยากับแก๊สคลอรีนเกิดเป็นโซเดียมคลอไรด์จะเกิดการเปลี่ยนแปลงพลังงานอย่างไร
          การศึกษาการเปลี่ยนแปลงพลังงานในการเกิดสารประกอบไอออนิก วิธีการหนึ่งอาจพิจารณาจากวัฎจักรบอร์น-ฮาร์เบอร์ ซึ่งพัฒนาโดยแมกซ์ บอร์น และฟริตซ์ฮาเบอร์ โดยการตั้งสมมติฐานว่าการเกิดสารประกอบไอออนิกชนิดหนึ่งๆ มีหลายขั้น ในแต่ละขั้นจะมีการเปลี่ยนแปลงพลังงานเกิดขึ้นด้วย เราจะพิจารณาการเกิดโซเดียมคลอไรด์จากปฏิกิริยาระหว่างโลหะโซเดียมกับแก๊สคลอรีน ซึ่งมีขั้นตอนต่างๆ ดังนี้

1.การระเหิดของโซเดียม โลหะโซเดียมสถานะของแข็งระเหิดกลายเป็นอะตอมในสถานะแก๊ส ใช้พลังงาน 107 กิโลจูลต่อโมลของโซเดียมอะตอม เรียกพลังงานในขั้นนี้ว่า พลังงานการระเหิด

2.การสลายพันธะของแก๊สคลอรีน โมเลกุลของแก๊สใช้พลังงาน 122 กิโลจูลต่อโมลอะตอมของคลอรีน เรียกพลังงานในขั้นนี้ว่า พลังงานการสลายพันธะ

3.การแตกตัวเป็นไอออนของโซเดียม  อะตอมของโซเดียมในสถานะแก๊สเสียอิเล็กตรอนออกไปกลายเป็น ใช้พลังงาน  496  กิโลจูลต่อโมลอะตอมของโซเดียม เรียกพลังงานในขั้นนี้ว่า พลังงานไอออไนเซชัน

4.  การเกิดคลอไรด์ไอออน  อะตอมของคลอรีนในสถานะแก๊สรับอิเล็กตรอนที่หลุดออกจากอะตอมของโซเดียมกลายเป็น  คายพลังงาน  349  กิโลจูลต่อโมลของคลอไรด์ไอออน พลังงานในขั้นนี้เรียกว่า สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน

5.  การเกิดโซเดียมคลอไรด์  โซเดียมไอออนกับคลอไรด์ไอออนในสถานะแก๊สรวมตัวกันเป็นผลึกโซเดียมคลอไรด์และคายพลังงานออกมา 787 กิโลจูลต่อโมลของโซเดียมคลอไรด์ เรียกพลังงานในขั้นนี้ว่า พลังงานโครงผลึกหรือพลังงานแลตทิซ

สมบัติของสารประกอบไอออนิก
สารประกอบไอออนิกประกอบด้วยไอออนบวกกับไอออนลบ เมื่อทุบผลึกของสารไอออนิกจะเกิดการเลื่อนไถลของไอออนไปตามระนาบผลึก เป็นผลให้ไอออนชนิดเดียวกันเลื่อนไปอยู่ตรงกัน จึงเกิดแรงผลักระหว่างไอออน ทำให้ผลึกแตกออก ดังรูป  2.5  เราจึงสังเกตพบว่าสารไอออนิกเปราะและแตกได้ง่าย

สภาพละลายได้ของสาร
เป็นความสามารถของสารที่จะละลายในสารอื่นจนเป็นสารละลายอิ่มตัวสภาพละลายได้ส่วนใหญ่หมายถึงการละลายของสารในน้ำ
*  การบอกสภาพละลายได้โดยทั่วไปมี 3 ระดับคือ
    -  ละลายได้ดี หมายถึงละลายได้มากกว่า  1  กรัมในน้ำ 100กรัม
    -  ละลายได้เล็กน้อยหรือละลายได้บางส่วน หมายถึงละลายได้มากกว่า 0.1 กรัม แต่ไม่เกิน 1 กรัมในน้ำ 100 กรัม
    -  ไม่ละลาย หมายถึงละลายได้น้อยกว่า 0.1 กรัมในน้ำ 100กรัม
                  การละลายของสารเป็นการกระจายของตัวละลายเข้าไปอยู่ระหว่างอนุภาคของตัวทำละลาย ขณะที่สารเกิดการละลาย แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคในตัวละลายและตัวทำละลายจะถูกทำลาย ในขณะเดียวกันก็มีการสร้างแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคของตัวทำละลายกับอนุภาคของตัวละลาย

พลังงานแลตทิซ  คือพลังงานที่คายออกเมื่อไอออนบวกกับไอออนลบในสถานะแก๊สรวมตัวกันเกิดเป็นโครงผลึกส่วนการทำให้ไอออนบวกและไอออนลบในโครงผลึกหลุดออกมาเป็นกระบวนการย้อนกลับ จึงต้องใช้พลังงานเท่ากับพลังงานแลตทิซ