สมดุลไอออนของสารละลายอิเล็กโทรไลต์อ่อน (Ion Equilibrium of Weak Electrolyte Solutions)

บทนำ(Introduction)

การแบ่งสารละลายตามสมบัติการนำไฟฟ้า

นิยามของกรด-เบส(Definition of Acids and Bases)

        

                  ในอดีตมีการค้นคว้าเกี่ยวกับนิยามของกรดและเบสอย่างจริงจังและมีนักวิทยาศาสตร์หลายคนได้ตั้งทฤษฎีและนิยามของกรดและเบสขึ้น โดยมีนิยามที่สำคัญทั้งหมด 3 แบบ ดังนี้

1. นิยามของอาร์เรเนียส

Svante August Arrhenius

                   ค.ศ. 1884 S.Arrhenius ชาวสวีเดน ให้นิยามของกรดและเบสไว้ว่า " กรด คือสารละลายลิเล็กโทรไลต์ที่ละลายน้ำแล้วให้โปรตอน(H⁺)และเบส คือสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ละลายน้ำแล้วให้ไฮดรอกไซด์ไอออน>OH^-) "

ตัวอย่างเช่น

ข้อจำกัดของนิยามของอาร์เรเนียส

1.ตรวจสอบความเป็นกรด-เบส ได้เฉพาะสารที่ละลายน้ำได้เท่านั้น
2.ไม่สามารถตรวจสอบความเป็นกรด-เบสของสารที่ไม่มี H หรือ OH อยู่ในโมเลกุล 
 

2.นิยามของเบรินสเตด-ลาวรี   

Johannes Nicolaus Bronsted

 

Thomas Martin Lowry

              ค.ศ.1923 J. Bronsted ชาวเดนมาร์ก และ T.Lowry ชาวอังกฤษ ได้เสนอนิยามของกรด-เบสขึ้นมาว่า "กรด คือสารทีให้โปรตอน(Proton donor) และเบส คือสารที่รับโปรตอน(Proton acceptor) และเรียกปฏิกิริยาระหว่างกรด-เบสว่า )ฏิกิริยาถ่ายโอนโปรตอน(Proton transfer)     

ตัวอย่าง

คู่กรด-เบส(Conjugated acid-base pair) คือ สารที่มีจำนวนโปรตอนต่างกันอยู่ 1 โปรตอน จากตัวอย่างข้างต้นจะเห็นว่า CH₃COOH  เป็นคู่กรดของ  CH₃COO^- และ H₂O เป็นคู่เบสของ H₃O⁺ สังเกตว่า H₂O มีทั้งคู่กรดและคู่เบส กล่าวคือ H₂O สามารถให้และรับโปรตอนได้ เราจะเรียกสารที่มีสมบัติดังกล่าวว่่า แอมโฟเทอริก (Amphoteric species)

ข้อจำกัดของนิยามของเบรินสเตด-ลาวรี
1.ตรวจสอบความเป็นกรด-เบส ได้เฉพาะสารที่มี H อยู่ในโมเลกุล

3.นิยามของลิวอีส

Gilbert Newton Lewis

                 
                   ค.ศ.1923 G.Lewis ได้เสนอนิยามของกรด-เบส จากการถ่ายโอนอิเล็กตรอน(Electron transfer) ว่า " กรด คือสารที่รับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวและ เบส คือสารที่ให้อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว"

ประเภทของกรดและเบส(Type of acids and bases)       

กรด(Acid)อาจแบ่งตามแหล่งกำเนิดเป็น 2 ประเภท
   
1. กรดอินทรีย์(Organic Acid) หมายถึงกรดที่มีหมู่คาร์บอกซิล( COOH) หรือซัลโฟนิล ( -SO₃H)

            เช่น กรดฟอร์มิก( HCOOH) , กรดแอซิติก(CH₃COOH) , กรดเบนซีลซัลโฟนิก 

(C₆H₅SO₃H)

 2. กรดอนินทรีย์(Inorganic Acid) หมายถึงกรดที่เกิดจากสิ่งไม่มีชีวิต แบ่งได้ 2 ประเภท

   2.1 กรดไฮโดร (Hydro acid ) คือ กรดที่ประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจนกับอโลหะอื่นที่ไม่ใช่ออกซิเจน

         เช่น    HF , HBr , HCl , HCN , H₂S , HI

         2.2 กรดออกซีหรือออกโซ(Oxy acid or Oxo acid ) คือกรดที่ประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจน ออกซิเจนและอโลหะอื่น  

              เช่น H₂CO₃ , H₂SO₄ , HNO₃ , H₂PO₄ 

  

กรด(Acid)อาจแบ่งตาจำนวนโปรตอนใน1โมเลกุลได้เป็น 3 ประเภท

1. กรดโมโนโปรติก (Monoprotic Acid) คือ กรดกที่แตกตัวได้ H⁺ แค่ครั้งเดียว เช่น HBr, HCl เป็นต้น

2. กรดไดโปรติก (Diprotic acid) หมายถึง กรดที่แตกตัวได้ H⁺ สองครั้ง เช่น H₂SO₄, H₂Se เป็นต้น

3. กรดโพลีโปรติก (Polyprotic acid) หมายถึง หมายถึง กรดที่แตกตัวได้ H⁺ ได้หลายครั้ง เช่น H₃PO₄ เป็นต้น 
 

เบส (Base) แบ่งเป็น 2 ประเภท 

  1. อินทรีย์เบส(Organic Base) คือเบสที่ได้จากสิ่งมีชีวิต เช่น NH₃

  2. อนินทรีย์เบส(Inorganic Base) คือเบสที่ได้จากสิ่งไม่มีชีวิต ได้แก่เบสที่เป็นสารประกอบไฮดรอกไซด์ เช่น KOH , NaOH

การแตกตัวของกรด-เบส(Dissociation of Acids and Bases)  

1.ความแรงของกรดและเบส คือ ความยากง่ายในการแตกตัวให้โปนตอน โดยสารละลายอิเล็กโทรไลต์แบ่งออกเป็น

1.1 สารละลายอิเล็กโทรไลต์แก่ ( Strong Electrolyte ) คือ สารที่ใส่ในตัวทำละลายแล้ว แตกตัวออกมาได้มาก จึงนำไฟฟ้าได้ดีตามไปด้วย ไม่เกิดสมดุลไอออน ได้แก่ กรดแก่ เบสแก่ หรือ กรดเบสที่สามารถแตกตัวได้ 100% และเกลือ 

กรดแก่ ได้แก่ HCl , HNO₃ , H₂SO₄ , HBr , HI , HClO₄

เบสแก่ ได้แก่ LiOH , NaOH , KOH , Ca(OH)₂ , Ba(OH)_{2 , RbOH}

1.2 สารละลายอิเล็กโทรไลต์อ่อน ( Weak Electrolyte ) สารที่ใส่ในตัวทำละลายแล้ว แตกตัวออกมาได้ไม่มาก จึงนำไฟฟ้าได้ไม่ดี เกิดสมดุลของการแตกตัวของไอออนเช่น HF, NH₃, CH₃COOH เป็นต้น 

2.การพิจารณาความแรงของกรดและเบส 

2.1 ร้อยละการแตกตัว

                             การเปรียบเทียบร้อยละการแตกตัวของสารจะต้องเปรียบเทียบที่อุณหภูมิเดียวกันโดยอิเล็กโทรไลต์แก่จะแรงกว่าอิเล็กโทรไลต์อ่อน

กรด ที่มีร้อยละการแตกตัวมากกว่าจะเป็นกรดที่มีความแรงมากกว่า(เป็นกรดที่แก่มากกว่า)

 

เบส  เบสที่มีร้อยละการแตกตัวมากกว่าจะเป็นเบสที่มีความแรงมากกว่า(เป็นเบสที่แก่มากกว่า)


2.2 ค่า K_a  และค่า K_b


กรด  ถ้าค่า K_a มากจะเป็นกรดที่มีความแรงมากกว่า หรือเป็นกรดที่แก่มากว่า

เบส  ถ้าค่า K_b มากจะเป็นเบสที่มีความแรงมากกว่าหรือเป็นเบสที่แก่มากกว่า

3. ถ้าไม่ทราบค่าร้อยละการแตกตัว และไม่ทราบค่า K_a และ K_b ให้พิจารณาจากสูตรโมเลกุลของกรดหรือเบส

  เบสที่สามารถรับ OH ^-  ได้ดีจะเป็นเบสที่มีความแรงมากกว่า

กรดที่สามารถให้ H⁺ ได้ดีจะเป็นกรดที่แรงมากกว่า

1. กรดไฮโดร(H_nX) เมื่อ n คือจำนวนอะตอมของ H และ X คือ อโลหะ

                    เช่น HF , HCl , HBr , HI ให้พิจารณาจากค่า EN ของอโลหะ เมื่อเปรียบเทียบค่า EN ของ F , Cl , Br , I จะเห็นได้ว่า ค่า EN ของ F > Cl > Br > I  ดังนั้นกรด HF จึงเป็นกรดที่ให้ H⁺ ได้น้อยที่สุด

 2. กรดออกโซ(H-O-Z) เมื่อ Z คืออโลหะ

                     เช่น HOCl , HOBr  , HOI ความแรงของกรดจะเพิ่มขึ้นเมื่อค่า EN อโลหะเพิ่มขึ้น ดังนั้นเรียงลำดับความแรงของกรดคือ HOCl  > HOBr  > HOI (เพราะ ค่า EN ของ Cl > Br > I)

            กรณีที่กรดออกโซมี  Z เป็นธาตุชนิดเดียวกัน ความแรงของกรดจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนออกซิเจน       เช่น HClO₄  >  HClO₃  > HClO₂  >  HClO

 

3.การแตกตัวของกรดแก่และเบสแก่

กรดแก่และเบสแก่แตกตัวได้ 100 % 

ตัวอย่างเช่น จงหาความเข้มข้นของ H⁺ ที่ได้จาการแตกตัวของ HBr 0.5 M

 4.การแตกตัวของกรดอ่อนและเบสอ่อน

กรดอ่อนและเบสอ่อนเมื่อละลายน้ำจะแตกตัวไม่หมด เกิดสมดุลขึ้น 

จากสมการ  NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH-

ค่าคงที่สมดุล Kc = [NH4⁺][OH-]

                           [NH3][H2O]

เเต่ [H₂O] เปลี่ยนเเปลงน้อยมาก จะได้ว่า     Kb =   [NH4⁺][OH] หรือ ค่าคงที่การเเตกตัว

                                                                             [NH3]

ของเบสอ่อน  กรดอ่อนก็เช่นเดียวกันจะได้  Ka =   [H3O+][CH3COO-] หรือ ค่าคงที่การแตก

                                                                                   [CH₃COOH]

ตัวของกรดอ่อน                                                       
                                                                     
ตัวอย่างเช่น จงหาความเข้มข้นของ OH^- ที่ได้จาการแตกตัวของ NH₃ 0.2 M  กำหนดค่า Kb ของแอมโมเนีย เท่ากับ 1.8x10ˉ⁵

5.การแตกตัวของน้ำ
 น้ำเป็นสารละลายประเภท Amphoteric คือมีสมบัติเป็นได้ทั้งกรดและเบสจากสมการดังนี้

       จากความสัมพันธ์ดังกล่าวจะทำให้สามารถหา ความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์ไอออนจากการแตกตัวของกรดได้ ดังนี้

6.การคำนวนค่า pH และ pOH ของสารละลาย

การหา pH ของสารละลายได้จากกการนำความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออน มา take - log จะได้  pH = -log [H⁺ ]

ส่วนเบสจะมีค่าความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์ไอออน ก็ take - log จะได้เป็น
pOH = -log [OH^- ]   แล้วนำ pOH มาหาค่า pH โดย
pH = 14 - pOH

โดยค่า pH นี่สามารถระบุได้ว่าสารชนิดนั้นมีสมบัติเป็นกรด , เบส หรือ เป็นกลาง
ถ้ามี pH มากกว่า 7 เเสดงว่าสารนั่นเป็นเบส
ถ้ามี pH เท่ากับ 7 เเสดงว่าสารนั่นเป็นกลาง
ถ้ามี pH น้อยกว่า 7 เเสดงว่าสารนั่นเป็นกรด 


7.การแตกตัวของกรดหลายโปรตอน


กรดหลายโปรตอนคือกรดที่สามารถแตกตัวให้โปรตอนได้มากกว่า 1 ครั้ง เพราะในแต่ละครั้งจะแตกได้ 1 โปรตอน การแตกตัวครั้งที่ 2 หลังจากการแตกตัวครั้งแรกจะแตกตัวได้ยากกว่า เพราะ กรดจะพยายามรักษาโปรตอนที่เหลือเอาไว้ ทำให้ Ka ครั้งที่ 2 น้อยกว่าครั้งที่1 คำนวนได้ดังตัวอย่างต่อไปนี้

ปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบส(Reaction of Acids and Bases)

1. ปฏิกิริยาระหว่างกรดแก่กับเบสแก่ เช่น ปฏิกิริยาระหว่างกรดแก่ HCl กับเบสแก่ KOH ได้เกลือ KCl และน้ำ ดังนี้

HCl (aq) + KOH (aq) --> KCl (aq) + H₂O (l)

 

2. ปฏิกิริยาระหว่างกรดแก่กับเบสอ่อน เช่น ปฏิกิริยาระหว่างกรดแก่ HCl กับเบสอ่อน NH ₄OH ได้เกลือ NH₄Cl และน้ำ

HCl (aq) + NH₄OH (aq) --> NH₄Cl (aq) + H₂O (l)

 

3. ปฏิกิริยาระหว่างกรดอ่อนกับเบสแก่ เช่น ปฏิกิริยาระหว่างกรด CH₃COOH และเบส NaOH ได้เกลือโซเดียมแอซิเตต (CH 3COONa) และน้ำ

CH₃COOH (aq) + NaOH (aq) --> CH₃COONa (aq) + H₂O (l)

 

4. ปฏิกิริยาระหว่างกรดอ่อนกับเบสอ่อน เช่น ปฏิกิริยาระหว่างกรด HCN กับเบส NH₄OH ได้เกลือ NH 4CN และน้ำ

HCN (aq) + NH₄OH (aq) --> NH4CN (aq) + H₂O (l) 

       ปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบสในน้ำนี้จะทำให้สารละลายที่ได้แสดงสมบัติเป็นกรด เบส หรือกลางได้ ซึ่งพิจารณาได้เป็น 2 กรณี

1. ในกรณีกรดและเบสทำปฏิกิริยากันแล้วมีกรดหรือเบสเหลืออยู่ ถ้ามีกรดเหลืออยู่สารละลายแสดงสมบัติเป็นกรด ถ้ามีเบสเหลืออยู่สารละลายก็จะแสดงสมบัติเป็นเบส

2. ถ้ากรดกับเบสทำปฏิกิริยากันหมดพอดี ได้เกลือกับน้ำ สารละลายของเกลือที่ได้จากปฏิกิริยา จะแสดงสมบัติเป็นกรด เบส หรือกลาง ขึ้นอยู่กับชนิดของเกลือนั้นว่ามาจากกรดและเบสประเภทใด ทั้งนี้เพราะเกลือแต่ละชนิดจะเกิดการแตกตัวและทำปฏิกิริยากับน้ำ เรียกว่า ไฮโดรไลซีส(Hydrolysis) ซึ่งจะทำให้สารละลายแสดงสมบัติกรด- เบสต่างกัน

เกลือและปฏิกิริยาไฮโดรไลซีส(Salts and Hydrolysis reaction)

1. เกลือจากปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบส

กรดแก่ + เบสแก่    ได้ เกลือกลาง

กรดแก่ + เบสอ่อน   ได้ เกลือกรด

กรดอ่อน + เบสแก่   ได้ เกลือเบส

กรดอ่อน + เบสอ่อน ได้ เกลือกรด หรือ เกลือเบส ขึ้นอยู่กับค่า Ka และ Kb ของกรดอ่อนหรือเบสอ่อนจะมากกว่า

2.ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส


            เกลือที่ได้จากการทำปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบส เมื่่ออยู่ในน้เกลือจะแตกตัวออกมา แล้วไอออนที่แตกตัวออกมาจากเกลือจะไปรวมตัวกับน้ำทำให้น้ำแตกตัวแล้วทำปฏิกิริยากลายเป็นกรดและเบสตัวเดิม แต่ถ้าเป็นไอออนที่แตกตัวมาจากเกลือกลาง หรือ ไอออนที่เป็นไออนของกรดแก่และเบสแก่ จะไม่สามารถทำปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสได้ เพราะเป็นไอออนที่ละลายน้ำ สามารถเขียนสมการได้ดังนี้

การคำนวนการไฮโดรไลซิสของไอออนนั้น เราจะทราบค่าคงที่การแตกตัวของคู่กรด หรือ คู่เบสของไอออนนั้น อย่างเช่นตัวอย่างข้างบน เราจะทราบ Ka ของ CH3COOH แต่ไม่ทราบ Kb ของ CH3COO- ซึ่งเป็นคู่เบสของ CH3COOH ดังนั้นจึงมีความสัมพันธ์ ของค่า Ka กับ ค่า Kb คู่เบสดังนี้
                     Kw = (Kb)(Ka คู่กรดของเบสตัวนั้น)  
หรือ               Kw = (Ka)(Kb คู่เบสของกรดตัวนั้น)  



สารละลายบัฟเฟอร์ (ฺีBuffer Solutions)

               สารละลายบัฟเฟอร์ (buffer solution)หมายถึงสารละลายของกรดอ่อนกับเกลือของกรดอ่อน หรือคู่เบสของกรดอ่อน หรือหมายถึงสารละลายของเบสอ่อนกับเกลือของเบสอ่อนหรือคู่กรดของเบสอ่อนนั้น

สมบัติของสารละลายบัฟเฟอร์ คือ รักษาสภาพ PH ของสารละลายเอาไว้โดยจะเกิดการเปลี่ยนแปลงน้อยมากเมื่อเติมกรดแก่หรือเบสแก่จำนวนเล็กน้อยลงไปการเตรียม ทำได้โดยการเติมกรดอ่อนลงในสารละลายเกลือของกรดอ่อน หรือการเติมเบสอ่อนลงในสารละลายเกลือของเบสอ่อน

1.การคุมค่า pH ของบัฟเฟอร์

บัฟเฟอร์Aมีสาร CH₃COOH กับ CH₃COO^- อยู่ในระบบ

ถ้าใส่กรดลงไป HCl จะแตกให้ H⁺ แต่จะถูกสะเทินด้วยคู่เบส 

 CH₃COO^- + H⁺↔ CH₃COOH

ถ้าใส่เบสลงไป NaOH จะแตกตัวให้ OH^- แต่จะถูกสะเทินด้วยคู่กรด  

CH₃COOH + OH^-↔ CH₃COO^- + H₂O

2.การผสมสารละลายบัฟเฟอร์

2.1 วิธีตรง

1. นำกรดอ่อน + คู่เบสของกรดอ่อนนั้น

2. นำเบสอ่อน + คู่กรดของเบสอ่อนนั้น

2.2 วิธีอ้อม

1.นำเกลือของกรดอ่อน + กรดแก่ โดย เกลือของกรดอ่อนต้องเหลือในระบบ ส่วน กรดแก่หมด

2.นำเกลือของเบสอ่อน + เบสแก่ โดย เกลือของเบสอ่อนต้องเหลือในระบบ ส่วน เบสแก่หมด

อินดิเคเตอร์สำหรับกรด-เบส (Indicators for Acids and Bases) 

                  อินดิเคเตอร์ คือ สารที่ใช้ทดสอบความเป็นกรด เบสของสารต่าง ๆ และสีของสารนี้จะเปลี่ยนไปเมื่อค่าความเป็นกรด - เบสเปลี่ยนไป
 

Indicator	pH Range	Acid	Base
Thymol Blue	1.2-2.8	red	yellow
Methyl yellow	2.9-4.0	red	yellow
Methyl orange	3.1-4.4	red	orange
Bromphenol blue	3.0-4.6	yellow	blue-violet
Tetrabromphenol blue	3.0-4.6	yellow	blue
Methyl red	4.4-6.2	red	yellow
Bromphenol blue	6.2-7.6	yellow	blue
Phenol red	6.4-8.0	yellow	red
Cresol red	7.2-8.8	yellow	red

ตารางแสดงการเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอร์

การไทเทรต(Titration) 

                 การไทเทรต (Titration) คือ วิธีการทางปริมาณวิเคราะห์ (Quantitative Analysis) ใช้ในการหาปริมาตรของสารละลายมาตรฐาน (สารละลายที่เราทราบความเข้มข้นที่แน่นอนแล้ว) ที่ทำปฏิกิริยาพอดีกับสารละลายอื่นซึ่งทราบปริมาตร แต่ยังไม่ทราบความเข้มข้น(Unknown) เพื่อนำค่าปริมาตรที่ได้มาคำนวณหาความเข้มข้นของสารละลายอื่นนั้น 

1.ปิเปตต์ Unknown มาใส่ในฟลาสก์(ขวดลูกชมพู่) 

2.นำ Unknown ไปไทไทรต 

1.จุดยุติและจุดสมมูล

จุดสมมูล หรือ จุดสะเทิน (Equivalence point) คือ คือจุดที่สารตั้งต้นทำปฏิกิริยากันพอดี

จุดยุติ (End point) คือจุดที่หยุดการไทเทรต ซึ่งก็คือจุดที่อินดิเคเตอร์เปลี่ยนสี ขณะไทเทรตกรด-เบสอยู่ จุดยุติจะใกล้เคียงกับจุดสมมูลได้นั้น จะ ต้องเลือกอินดิเคเตอร์เหมาะสมในทางปฏิบัติถือว่าจุดยุติ เป็นจุดเดียวกับจุดสมมูล 

2.กราฟของการไทเทรต

กราฟการไทเทรตระหว่างกรดแก่กับเบสแก่

กราฟการไทรเทรตระหว่างกรดแก่กับเบสอ่อน

กราฟการไทรเทรตระหว่างกรดอ่อนกับเบสแก่

บันทึกหลังคาบเรียน เทอม2/2553 Organic Chemistry

คาบเรียนที่ 1 วันศุกร์ ที่ 29 ต.ค. 2553 "เปิดบทละคร เรื่อง เคมีอินทรีย์"

เรื่องย่อ : วิชาที่ว่าด้วยสารประกอบของ C อยู่ในธรรมชาติ เป็นองค์ประกอบของ สมชว.
ผู้แต่ง (บิดา Or Chem): เฟรดริค วอเลอร์ (Frieddrick Wohler) *จำนะจ๊ะ
ผลงาน ชิ้นสำคัญ ของผู้แต่ง: สังเคราะห์ Urea(อินทรีย์) ได้จาก Ammonium cyanate(อนินทรีย์) เมื่อปี 1852
พระเอกของเรื่อง : Carbon (C)
พระรอง(เบ๊พระเอก) : Hydrogen (H)
ตัวประกอบ : O,N,S,P,F,Cl,Br,I
เกี่ยวกับละคร : มี 3 ตอน
ตอนที่1 เฉพาะอะตอมของ C และ H
ตอนที่2 C ที่มีหมู่ฟังก์ัชัน
ตอนที่3 สารชีวโมเลกุล

รู้จักกับพระเอก  :

Carbon (C)

-เกาะ(สร้างพันธะ) กับธาตุอื่นได้ 4 พันธะ
-เกาะกันเอง ได้ 3 พันธะ
-ต่อกันเป็นโซ่ยาวๆ(โซ่เปิด) เรียก Chain
-ต่อกันเป็นวง(โซ่ปิด) เรียก Ring
-ต่อกันยาวๆแล้วมีกี่ก้านสาขาออกจากโซ่หลัก เรียก Branch
-มีการจัดเรียงแบ บ 1s² 2s² 2p²


การเกิดพันธะ : เกิดจากความอยากเสถียร(พลังงานต่ำๆ)ของธาตุหมู่ต่างๆ (ยกเว้นหมู่ 8)

การเกิด Hybridization : การจัดเรียงของ e^-และการรวมออร์บิทอลจากชั้น 2s และ 2p กันใหม่เวลาเกิดพันธะ 

มี 3 แบบ

1.แบบ sp³ (Alkanes)

เป็นการรวมออร์บิทอล จาก 2s 1 ออร์บิทอล และ 2p_x 2p_y 2p_z จำนวน 3 ออร์บิทอล เป็น 4 ออร์บิทอล อยู่ในระดับพลังงานเดียวกัน เรียก ทั้ง4 ออร์บิทอลที่สร้างพันธะเดี่ยวว่า พันธะซิกมาและเรียก e^- ที่มาสร้างพันธะ่ว่า อิลเ็ลตรอนซิกมา

ตัวอย่าง Methane ( CH₄)

โครงสร้างแบบ sp³ มีแต่ Single Bond

Single Bond = 1 ซิกมา

2.แบบ sp² (Alkenes)

เป็นการรวมออร์บิทอล จาก 2s 1 ออร์บิทอล และ 2p_x 2p_y จำนวน 2 ออร์บิทอล เป็น 3 ออร์บิทอล อยู่ในระดับพลังงานเดียวกัน ส่วน 2p_z ไว้สร้างพันธะที่เรียกว่า พันธะไพ และ e^-ที่ใช้สร้างพันธะเรียก อิเล็กตรอนไพ

ตัวอย่าง Ethene ( C₂H₄ )

โครงสร้างแบบ sp² มี Double Bond

Double  Bond = 1 ซิกมา 1 ไพ

 

3 .แบบ sp (Alkynes)      เป็นการรวมออร์บิทอล จาก 2s 1 ออร์บิทอล และ 2p_x จำนวน 1 ออร์บิทอล เป็น 2 ออร์บิทอล อยู่ในระดับพลังงานเดียวกัน ส่วนอีก 2 ออร์บิทอล คือ 2p_y 2p_z ไว้สร้างพันธะที่เรียกว่า พันธะไพ ตัวอย่าง Ethene ( C₂H₂ )

โครงสร้างแบบ sp มี Triple Bond

Triple  Bond = 1 ซิกมา 2 ไพ           

สรุปเล็กๆ  

- พันธะซิกมา ของ C-H สั้นและแข็งแรงกว่า C-C     

- จำนวนพันธะมาก ความแข็งแรงมาก แต่ความยาวจะน้อย 

- พันธะไพ อ่อนแอกว่าพันธะซิกมา

 

ทบทวนแรงระหว่างโมเลกุลจ้าา   

1. แวนเดอร์วาลส์ แบบลอนดอน (แรงของโคเวเลนต์ไม่มีขั้ว)    

2. ไดโพล-ไดโพล (แรงของโคเวเลนต์มีขั้ว)    

3. พันธะไฮโดรเจน (แรงระหว่าง H กับ F,O,N )

  

การเขียนสูตรโครงสร้างของสารอินทรีย์ (ต.ย. หน้า 7)   มี 4 แบบ ได้แก่  

1.สูตรโมเลกุล-บอกว่าประกอบด้วยธาตุอะไร? อย่างละเท่าไหร่?  

2.สูตรแบบจุด-แสดงการจับกันว่า ธาตุตัวไหนจับกับตัวไหน? กี่แขน? ยังไง?    

3.สูตรแบบย่อ-เขียนแบบย่อๆติดกันเป็นแถบ  

4.สูตรแบบเส้นและมุม-เขียนยึกยือขึ้นลง ไม่แสดงอะตอม C กับคู่ขา (H)        

คาบเรียนที่ 2 วันอังคาร ที่ 2 พ.ย. 2553 "Properties-Isomerism-Classification-Reaction-Bond Forming and cleavage"  

   

สมบัติทางกายภาพกับสูตรงโครงสร้าง

1.Melting-Boiling Point

เป็นการกระทำกันภายในตัวเอง(สารอื่นอย่ามายุ่ง) พลังงานที่เข้าไปจะไปทำลาย แรงยึดระหว่างโมเลกุลเท่านั้น ไม่ได้ทำให้พันธะหรือแรงยึดภายในโมเลกุลแตกออก เป็นผลให้สารนั้นยังตงเป็นสารเดิมเปลี่ยนเพียงแค่สถานะเท่านั้น

2.Solubility

การละลายเกิดจาสภาพขั้วเหมือนกัน สรุปได้

1.ไม่มีขั้วละลายกับไม่มีขั้ว

2.มีขั้วละลายกับมีขั้ว

3.ถ้ามีขั้วละลายแล้วเกิดพันธะH ถือว่า ละลายได้ดีมาก

Isomerism

1. Structural Isomer

- สูตรโมเลกุลเหมือน สูตรโครงสร้างต่าง แบ่งเป็น

          - Skeleton isomer

          - Positional isomer

          - Functional isomer

2. Stereo Isomer

- สูตรโมเลกุลเหมือน สูตรโครงสร้างเหมือน การเรียงตัวของ C ต่าง แบ่งเป็น

          -Enantiomer (เป็นเงาซึ่งกันและกัน แต่เงาไม่ทับกัน)

          -Diasteriomer (ไม่เป็นเงาซึ่งกันและกัน)

ประเภทของสารประกอบคาร์บอน

1. ลักษณะของการเกิดปฏิกิริยาเป็นเกณฑ์

- Saturated Hydrocarbon (อิ่มตัว) เป็นพันธะเดี่ยวทั้งหมด

- Unsaturated Hydrocarbon (ไม่อิ่มตัว) มีพันธะ  อย่างน้อย 1 พันธะ

2. ใช้โครงสร้างเป็นเกณฑ์

-Aliphatic Hydrocarbon (โซ่เปิด)

          - Straight Chain Structure (โซ่ตรง)

          - Branch Chain Structure (โซ่กิ่ง)

-Alicyclic Hydrocarbon (โซ่ปิด) C ทุกตัวในวงมีค่าเท่ากัน เมื่อไม่มีหมู่ฟังก์ชันเกาะ

-Aromatic Hydrocarbon (โซ่ปิดพิเศษ) เสถียรสุดๆ เพราะ เกิดเรโซแนนซ์ได้

จากสมการ     จำนวน(e^-  = 4n+2

หาก n  I⁺   สรุปว่า วง C ที่เป็นโซ่ปิดนี้ เป็น Aromatic

-Heterocyclic (ในวงมีอย่างน้อย 1 มุม ที่ไม่ใช่ C)

3. ใช้หมู่ฟังก์ชันเป็นเกณฑ์

          หมู่ฟังก์ชันใช้ในการเรียกชื่อและจัดหมู่สารอินทรีย์

หมู่ฟังชันเรียงตามความสำคัญ

Organic Reaction มี 6 ประเภท ได้แก่

1.ปฏิกิริยาการแทนที่ (Substitution Reaction) พบเฉพาะสารประกอบยคาร์บอนที่อิ่มตัวแล้ว

2.ปฏิกิริยาการเติม (Addition Reaction) พบในสารประกอยคาร์บอนที่ไม่อิ่มตัว เช่น Alkene, Alkyne

3.ปฏิกิริยาการขจัดออก (Elimination Reaction) การดึงเอาอะตอมใดๆออกจากโมเลกุล

4.ปฏิกิริยาการจัดเรียงตัวใหม่ (Rearrangement Reaction) การจัดเรียงตัวใหม่ในสภาวะที่เหมาะสม แต่สูตรโมเลกุลเหมือนเดิม

5.ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน (Polymerization Reaction) ทำให้สารประกอบ C มีโมเลกุลใหญ่ขึ้นโดยมีหมู่ซ้ำกัน

6.ปฏิกิริยาการแตกตัว (Cracking Reaction) การแตกตัวให้สารประกอบ C จากโมเลกุลใหญ่เป็นโมเลกุลเล็ก

การสร้างพันธะและการทำลายพันธะ(Bond Forming and Bond Cleavage)

การสร้างพันธะ

1.สร้างพันธะแบบเสมอภาค(Homolytic Forming) พันธะระหว่าง 2 อะตอม ใช้ e^- อะตอมละ 1 ตัวร่วมกัน เกิด พันธะโคเวเลนต์ 1พันธะ

2.สร้างพันธะแบบไม่เสมอภาค(Heterolytic Forming) พันธะระหว่าง 2 อะตอม โดยอะตอมหนึ่งให้ e^- 2 ตัวกับอีกอะตอมหนึ่งที่มีออร์ยิทอลว่าง เกิด พันธะโคเวเลนต์ 1พันธะ

การสลายพันธะ

1.สลายพันธะแบบเสมอภาค(Homolytic Cleavage) คืน e^- กลับไปที่อะตอม อะตอมละ 1 ตัว เกิด อนุมูลอิสระ (Free Radical)

2.สลายพันธะแบบไม่เสมอภาค(Heterolytic Cleavage) การแตกพันธะโดยอะตอมที่ใช้ e^- ร่วมกันอะตอมใดอะตอมหนึ่งดึง e^- ไปทั้งคู่ เกิด อนุมูลประจุบวก (Cation) และอนุมูลประจุลบ (Anion) ขึ้นอยู่กับ EN เรียกว่าปฏิกิริยาไอออนิก