อาหาร 5 หมู่

 

พันธะเคมี infographic

 

พันธะเคมีของอะตอม

 

ทุกสิ่งที่อยู่บนโลกใบนี้เกิดจากหน่วยเล็ก ๆ ที่เรียกว่า อะตอม (Atom) อันที่จริงมันมีสิ่งที่เล็กมากกว่านี้แต่ด้วยระดับความรู้ที่เข้าใจได้ง่าย จับต้องได้ง่ายกว่า ส่วนใหญ่แล้วเราจึงเรียนรู้อยู่ในระดับอะตอม มันอาจจะเป็นอะตอมของธาตุเดี่ยว ๆ หรืออาจจะเกิดการจับคู่ของอะตอมตั้งแต่ 2 อะตอมขึ้นไป และสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอม เรียกว่า พันธะเคมี (Chemical Bond)

 

พันธะเคมีของอะตอม คือ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม ซึ่งเป็นสิ่งที่สำคัญพอ ๆ กับตัวอะตอมเอง เพราะหากมันไม่เกิดการจับตัวกันระหว่างอะตอม ก็อาจจะไม่มีโมเลกุล สสาร สารประกอบ เนื้อเยื่อ อวัยวะ ร่างกาย หรือหน่วยของสิ่งมีชีวิตและไม่มีชีวิตต่าง ๆ ที่อยู่บนโลกนี้เกิดขึ้นได้เลย มันคงจะเป็นแค่อะตอมซึ่งล่องลอยอย่างอิสระไปทั่ว เมื่ออะตอมจับตัวอยู่ด้วยกันจะได้เป็นโมเลกุล โดยแต่ละโมเลกุลก็จะจับตัวกันมากขึ้น เป็นโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้น

                                                            

พันธะเคมีของอะตอม (Atomic Bonds) ประกอบไปด้วย พันธะไอออนิก พันธะโคเวเลนต์ พันธะโลหะ โดยไม่รวมถึงพันธะระหว่างโมเลกุลซึ่งมีความแตกต่างกันออกไปอีก

 

พันธะไอออนิก (Ionic Bond)

เป็นพันธะที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมซึ่งมีประจุตรงข้ามกัน และดึงดูดเข้าหากันจากการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนหนึ่งตัวหรือมากกว่า จำนวนอิเล็กตรอนซึ่งอยู่วงนอกสุดของอะตอมหนึ่งไปอยู่ร่วมกับกลุ่มอิเล็กตรอนวงนอกสุดของอีกหนึ่งอะตอม เพื่อให้จำนวนอิเล็กตรอนวงนอกสุดของทั้งสองอะตอมครบออกเตต (Octet)

 

การจับคู่พันธะแบบไอออนิกนี้เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของโลหะกับอะตอมของอโลหะ โดยอะตอมโลหะให้อิเล็กตรอนแก่อะตอมของอโลหะ ยกตัวอย่างเช่น อะตอมโซเดียม (Na) และอะตอมคลอรีน (Cl) กลายเป็นโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) หรือเกลือ โซเดียมมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 1 ตัว จึงยกอิเล็กตรอนตัวนี้ให้แก่อะตอมคลอรีน ทำให้อะตอมโซเดียมเองมีประจุเป็นบวก เนื่องจากมีจำนวนอิเล็กตรอนน้อยกว่าโปรตอน 1 ตัว ในฝั่งของอะตอมคลอรีนมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 7 ตัว เมื่อได้รับอิเล็กตรอนเข้ามาเพิ่มอีก 1 ตัวทำให้มีจำนวนอิเล็กตรอนมากกว่าโปรตอนในอะตอมของตัวเองอยู่ 1 และทำให้มันมีประจุเป็นลบ

                                          

พันธะโลหะ (Metallic Bond)

เป็นพันธะซึ่งเกิดขึ้นกับอะตอมของธาตุที่เป็นโลหะ เกิดขึ้นเมื่ออะตอมของโลหะแบ่งกันใช้อิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอม โดยที่อิเล็กตรอนที่แบ่งกันใช้นี้ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของอะตอมใดอะตอมหนึ่งโดยสมบูรณ์ และนั่นทำให้มีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอยู่ตลอดเวลา ทุก ๆ อะตอมของโลหะจึงอยู่ใกล้กับอะตอมอื่นยาวไปอย่างไม่สิ้นสุด และนั่นทำให้ธาตุโลหะไม่มีสูตรโมเลกุล

 

ยกตัวอย่างเช่น อะตอมของเหล็ก (Fe) อยู่รวมกันเป็นจำนวนมากจนกลายเป็นแผ่นเหล็กหรือแท่งเหล็กได้ โดยไม่มีการกำหนดตัวเลขจำนวนอะตอมในหนึ่งโมเลกุล และการเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระของอิเล็กตรอนนี้เองที่ทำให้โลหะสามารถนำประจุไฟฟ้าได้ดี เพราะอิเล็กตรอนที่ถูกเติมเข้ามาในโลหะสามารถไหลจากจุดหนึ่งไปยังจุดใด ๆ ได้อย่างอิสระ ดังนั้น หากมีแท่งเหล็กและมีการต่อไฟฟ้าเข้าที่จุดใดจุดหนึ่งของแท่งเหล็ก เมื่อคุณจับหรือสัมผัสส่วนใดของแท่งเหล็กก็จะช็อตได้ทั้งสิ้น เช่นเดียวกับการถ่ายโอนความร้อนด้วยการนำความร้อนให้กระจายไปทั่ว การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่เป็นอิสระนี้เองก็ทำให้โลหะมีลักษณะมันวาว เนื่องจากความสามารถในการสะท้อนแสงได้ดี นอกจากนั้นการที่แต่ละอะตอมใช้อิเล็กตรอนวงนอกสุดร่วมกัน ทำให้อะตอมอยู่ใกล้ชิดกันอย่างเหนียวแน่นและนั่นทำให้ธาตุโลหะส่วนใหญ่มีจุดหลอมเหลวสูงอีกด้วย

                                         

พันธะโคเวเลนต์ (Covalent Bond)

เป็นการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันของอะตอมคู่หนึ่ง ซึ่งอะตอมคู่นี้เป็นอะตอมของธาตุอโลหะ คุณสมบัติของอะตอมธาตุอโลหะคือ มีค่าพลังงานไอออไนเซชั่น (Ionization) สูง กล่าวคือ ความสามารถในการยึดเหนี่ยวอิเล็กตรอนเอาไว้ ไม่ยอมปล่อยให้อะตอมอื่นเอาไปใช้ได้ จึงทำให้อะตอมที่มาจับเข้าคู่กันจำเป็นต้องแบ่งปันอิเล็กตรอนกันโดยไม่มีอะตอมไหนสูญเสียอิเล็กตรอนออกไป โดยหลักแล้วคือ การแบ่งปันโดยยอมให้อะตอมอื่นใช้อิเล็กตรอนได้จำนวนเท่า ๆ กันกับที่ดึงดูดอิเล็กตรอนจากอะตอมอื่น นั่นก็เพื่อให้อิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอมครบจำนวนตามกฎออกเตต

 

พันธะโคเวเลนต์ยังสามารถแบ่งย่อยออกไปได้อีก 3 แบบ ตามจำนวนคู่ของอะตอมที่แบ่งปันกัน ได้แก่ 1 คู่ 2 คู่ และ 3 คู่ และนั่นทำให้ธาตุอโลหะไม่สามารถอยู่เป็นอะตอมเดี่ยว ๆ ได้ แต่จำเป็นต้องจับตัวคู่กันเป็นอย่างน้อยเพื่อให้เป็นโมเลกุลที่เสถียร โดยยิ่งแบ่งคู่อิเล็กตรอนระหว่างกันมากเท่าไร ก็จะยิ่งมีความยาวพันธะน้อยลง แต่มีพลังงานของพันธะมากขึ้น

                                                

แบบจำลองอะตอม

 

แบบจำลองอะตอมของดอลตัน อะตอมมีทรงกลมมีขนาดเล็กที่สุด ซึ่งแบ่งแยกไม่ได้ และไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่หรือทำให้สูญหายได้ อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันย่อมมีสมบัติเหมือนกัน มีมวลเท่าๆ กัน แต่มีสมบัติแตกต่างจากอะตอมของธาตุอื่น ๆ สารประกอบเกิดจากอะตอมของธาตุมากกว่า 1 ชนิด ทำปฏิกิริยากันในอัตราส่วน แบบจำลองอะตอมของทอมสัน อะตอม ประกอบด้วย อนุภาคโปรตอนและอิเล็กตรอนกระจายอยู่ทั่วไปอย่างสม่ำเสมอ  อะตอมในสภาพที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีจำนวนประจุบวกเท่ากับประจุลบ เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสันได้หาค่าอัตราส่วนประจุต่อมวลของอิเล็กตรอน  โดยใช้หลอดรังสีแคโทด มีค่าเท่ากับ คูลอมบ์ต่อกรัม หลอดรังสีแคโทด ของ เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด                                          อะตอม ประกอบด้วย นิวเคลียสที่มีโปรตอนรวมอยู่ตรงกลาง มีขนาดเล็ก และมีมวลมาก                                    และมีอิเล็กตรอนซึ่งมีมวลน้อยวิ่งอยู่รอบ ๆ นิวเคลียส  ลอร์อเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ดได้ทำการทดลอง                                                              ยิงอนุภาคแอลฟา  ไปยังแผ่นทองคำบาง ๆ                        จากผลการทำลองพบว่า  อนุภาคแอลฟาส่วนใหญ่วิ่งเป็นแนวเส้นตรงทะลุแผ่นทองคำบาง                            อนุภาคแอลฟาบางส่วนวิ่งเบี่ยงเบนไปจากแนวเส้นตรงและบางส่วนสะท้อนกลับ จึงเชื่อว่า   น่าจะมีอนุภาคอีกชนิดหนึ่งอยู่ภายในนิวเคลียส ซึ่งไม่มีประจุ แต่มีมวลใกล้เคียงกับโปรตอน                                   เซอร์เจมส์ แชดวิก ได้ทำการทดลองยิงอนุภาคแอลฟา ไปยังอะตอมของธาตุต่าง ๆ และได้สรุปว่า ในนิวเคลียสของอะตอมมีอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า เรียกว่า นิวตรอน แบบจำลองอะตอมของนีลส์ โบร์ นีลส์ โบร์ นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก ได้ทำการศึกษาการเกิดสเปกตรัมของก๊าซไฮโดรเจน  และได้สร้างแบบจำลองอะตอมเพื่อใช้อธิบายลักษณะการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบ ๆ นิวเคลียสเป็นวง แบบจำลองอะตอมของกลุ่มหมอก                                       อะตอมจะประกอบด้วย กลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนรอบ ๆ นิวเคลียส โดยมีทิศทางไม่แน่นอน         โอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนบริเวณใกล้นิวเคลียสมีมากกว่าบริเวณที่อยู่ห่างจากนิวเคลียส         เนื่องจากแบบจำลองอะตอมของโบร์ใช้อธิบายได้ดีเฉพาะธาตุไฮโรเจนซึ่งมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว        ดังนั้นถ้าธาตุมีหลายอิเล็กตรอน ทฤษฏีของโบร์ไม่สามารถอธิบายได้ แบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก ซึ่งมีลักษณะดังนี้ อิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสด้วยความเร็วสูง วงโคจรไม่จำเป็นต้องเป็นวงกลมเสมอ ไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนของอิเล็กตรอนได้ บริเวณกลุ่มหมอกหนาทึบ แสดงว่ามีโอกาสพบอิเล็กตรอนบริเวณนั้นมาก และบริเวณที่กลุ่มหมอกจาง  แสดงว่ามีโอกาสพบอิเล็กตรอนน้อย