พันธะเคมี

ในชีวิตประจำวันทั่ว ๆ ไปจะพบว่าสารชนิดหนึ่ง ๆ มักจะอยู่รวมกันเป็นกลุ่มก้อน และเมื่อต้องการทำให้แยกออกจากกันจะต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่ง
ตัวอย่างเช่น น้ำ ซึ่งมีสูตรโมเลกุล H2O ที่อุณหภูมิห้องจะอยู่รวมกันเป็นกลุ่มก้อนในรูปของของเหลว เมื่อต้องการแยกโมเลกุลของน้ำออกจากกันจะต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่ง เช่น โดยการต้น ซึ่งเมื่อน้ำได้รับความร้อนจะระเหยกลายเป็นไอ ไอน้ำก็คือโมเลกุลของน้ำที่แยกตัวออกมาจากน้ำนั่นเอง ทั้งน้ำและไอน้ำมีสูตรโมเลกุลอย่างเดียวกันคือ H2O การที่ต้องใช้พลังงานเพื่อทำให้น้ำกลายเป็นไอแสดงว่าน้ำอยู่รวมกันเป็นของเหลวจะต้องมีแรงชนิดหนึ่งยึดเหนี่ยวโมเลกุลเข้าไว้ด้วยกัน เมื่อต้องการแยกโมเลกุลออกจากกันจึงต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่งใส่เข้าไปเพื่อทำลายแรงยึดเหนี่ยวนั้น แรงยึดเหนี่ยวดังกล่าวนี้เรียกว่า แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล
นอกจากนี้ถ้าต้องการทำให้โมเลกุลของน้ำสลายตัวเป็นก๊าซ H2 และ O2 ก็จะต้องใช้พลังงานอีกจำนวนหนึ่ง การที่น้ำซึ่งประกอบด้วยธาตุ H และ O ต้องใช้พลังงานเพื่อทำให้สลายตัวก็ย่อมแสดงว่าในระหว่าง H กับ O ที่รวมตัวกันเป็น H2O จะต้องมีแรงยึดเหนี่ยวอีกประเภทหนึ่งยึดอะตอมเข้าไว้ด้วยกัน การทำให้สลายตัวจึงต้องใช้พลังงานเพื่อทำลายแรงยึดเหนี่ยวนั้น แรงยึดเหนี่ยวดังกล่าวเรียกว่าแรงยึดเหนี่ยวภายในโมเลกุล จากตัวอย่างของน้ำพอที่จะสรุปได้ว่าสารชนิดต่าง ๆ นั้นควรจะมีแรงซึ่งยึดเหนี่ยวอนุภาคของสารเข้าไว้ด้วยกัน โดยแบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลซึ่งทำให้โมเลกุลของสารอยู่รวมกันเป็นกลุ่มก้อน และแรงยึดเหนี่ยวภายในโมเลกุลซึ่งทำให้อะตอมสามารถอยู่รวมกันเป็นโมเลกุลได้

พันธะเคมี คือ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมกับอะตอมภายในโมเลกุล เป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมที่ทำให้เกิดโมเลกุลของสาร

พันธะโคเวเลนต์
พันธะโคเวเลนต์ (Covalent bond) มาจากคำว่า co + valence electron ซึ่งหมายถึง พันธะที่เกิดจากการใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน ดังเช่น ในกรณีของไฮโดรเจน ดังนั้นลักษณะที่สำคัญของพันธะโคเวเลนต์ก็คือการที่อะตอมใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกันเป็นคู่ ๆ
สารประกอบที่อะตอมแต่ละคู่ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ เรียกว่า สารโคเวเลนต์
โมเลกุลของสารที่อะตอมแต่ละคู่ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ เรียกว่า โมเลกุลโคเวเลนต์

การเกิดพันธะโคเวเลนต์

ดังที่ได้กล่าวไว้แล้วว่าพันธะโคเวเลนต์ เกิดจากการใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกัน ซึ่งอาจจะใช้ร่วมกันเพียง 1 คู่ หรือมากกว่า 1 คู่ก็ได้
อิเล็กตรอนคู่ที่อะตอมทั้งสองใช้ร่วมกันเรียกว่า “อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ”
อะตอมที่ใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเรียกว่า อะตอมคู่ร่วมพันธะ
ถ้าอะตอมคู่ร่วมพันธะใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่จะเกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ที่เรียกว่า พันธะเดี่ยว เช่น ในโมเลกุลของไฮโดรเจน
ถ้าอะตอมคู่ร่วมพันธะใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 2 คู่จะเกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ที่เรียกว่า พันธะคู่ เช่น ในโมเลกุลของออกซิเจน
ถ้าอะตอมคู่ร่วมพันธะใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 3 คู่จะเกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ที่เรียกว่า พันธะสามเช่น ในโมเลกุลของไฮโดรเจน
จากการศึกษาสารโคเวเลนต์จะพบว่า ธาตุที่จะสร้างพันธะโคเวเลนต์ส่วนมากเป็นธาตุอโลหะกับอโลหะ ทั้งนี้เนื่องจากโลหะมีพลังงานไอออไนเซชันค่อนข้างสูง จึงเสียอิเล็กตรอนได้ยาก เมื่ออโลหะรวมกันเป็นโมเลกุลจึงไม่มีอะตอมใดเสียอิเล็กตรอน มีแต่ใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ อย่างไรก็ตามโลหะบางชนิดก็สามารถเกิดพันธะโคเวเลนต์กับอโลหะได้ เช่น Be เกิดเป็นสารโคเวเลนต์คือ BeCl2 เป็นต้น

ลักษณะสำคัญของพันธะโคเวเลนต์
1. พันธะโคเวเลนต์ เป็นพันธะที่เกิดจากการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันของอะตอมที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูง กับอะตอมที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูงด้วยกัน
2. ธาตุที่เกิดพันธะโคเวเลนต์ได้เป็นอโลหะ เพราะอโลหะมีพลังงานไอออไนเซชัน (IE) ค่อนข้างสูง จึงเสียอิเล็กตรอนได้ยาก จึงไม่มีฝ่ายใดเสียอิเล็กตรอน แต่จะใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน

พันธะไอออนิก
ความหมายและการเกิดพันธะไอออนิก
พันธะไอออนิก (Ionic bond) คือ แรงยึดเหนี่ยวที่เกิดในสาร โดยที่อะตอมของธาตุที่มีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำ ให้เวเลนต์อิเล็กตรอนแก่อะตอมของธาตุที่มีค่าพลังงานไอออนไนเซชันสูง กลายเป็นไอออนที่มีประจุบวกและประจุลบ เมื่อไอออนทั้งสองเข้ามาอยู่ใกล้กันจะเกิดแรงดึงดูดทางไฟฟ้าที่แข็งแรงระหว่างประจุไฟฟ้าตรงข้ามเหล่านั้น ทำให้ไอออนทั้งสองยึดเหนี่ยวกันด้วย พันธะเคมีที่เรียกว่า “พันธะไอออนิก”
ตัวอย่างเช่น โครงสร้างของผลึกโซเดียมคลอไรด์เป็นของแข็ง รูปลูกบาศก์ ใสไม่มีสีในผลึก มีโซเดียมไอออนสลับกับคลอไรด์ไอออน เป็นแถว ๆ ทั้งสามมิติ มีลักษณะคล้ายตาข่าย โดยที่แตละไอออนจะมีไอออนต่างชนิดล้อมรอบอยู่ 6 ไอออน ดังรูป 2 รูป ข้างล่างดังนี้

โครงผลึกของสารประกอบโซเดียมคลอไรด์

เนื่องจากโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่ำ และอโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันสูง ดังนั้นพันธะไอออนิกจึงเกิดระหว่างธาตุโลหะ และอโลหะได้ดี กล่าวคือ อะตอมของโลหะให้เวเลนต์อิเล็กตรอนกับอะตอมของอโลหะ แล้วเกิดไอออนบวกของโลหะ และไอออนลบของอโลหะ ไอออนทั้งสองจะส่งแรงดึงดูดระหว่างประจุบวกและลบ เกิดเป็นพันธะไอออนิก และการที่โลหะให้เวเลนต์อิเล็กตรอนแก่อโลหะ เพื่อปรับให้มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเป็นแปด แบบก๊าซเฉื่อย ส่วนอโลหะรับเวเลนต์อิเล็กตรอนมานั้นก็เพื่อปรับตัวเองให้เสถียรแบบก๊าซเฉื่อยเช่นกัน ไอออนบวกกับไอออนลบจึงดึงดูดกันด้วยแรงดึงดูดระหว่างประจุไฟฟ้าเกิดเป็นสารประกอบไอออนิก (Ionic compound)

พันธะโลหะ
พันธะโลหะ (Metallic bond) คือ พันธะที่เกิดเนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างไอออนบวกซึ่งเรียงชิดกันกับเวเลนต์อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่อยู่โดยรอบทั้งก้อนโลหะ และการที่เวเลนต์อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ เพราะโลหะเป็นธาตุที่มีเวเลนต์อิเล็กตรอนน้อยและมีค่าพลังงานไอออนไนเซชันต่ำ จึงทำให้เกิดกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนและไอออนบวกได้ง่าย อนึ่ง พันธะโลหะมีเวเลนต์อิเล็กตรอนที่ยึดกับไอออนบวกไม่ได้เป็นของอะตอมใดอะตอมหนึ่งเพียงอะตอมเดียว แต่เวเลนต์อิเล็กตรอนทุกตัวสามารถเคลื่อนที่ไปยังอะตอมอื่น ๆ ได้ ซึ่งแตกต่างจากพันธะโคเวเลนต์ ทั้งนี้เพราะในก้อนโลหะแต่ละอะตอมจะมีอะตอมอื่นล้อมรอบ 8 หรือ 12 อะตอม อะตอมจึงมีเวเลนต์อิเล็กตรอนไม่พอที่จะทำให้เกิดคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมพันธะระหว่างอะตอมแต่ละอะตอมเข้าด้วยกันทั้งหมดได้ ดังแบบจำลองของกลุ่มหมอกอิเล็กตรอน (Electron-sea model) ของก้อนโลหะ