บทที่ 1 ความปลอดภัยและทักษะในการปฏิบัติการเคมี

 

บทที่ 1 ความปลอดภัยและทักษะในปฏิบัติการเคมี

 1.1 ความปลอดภัยในการทำงานกับสารเคมี

การทำปฏิบัติการเคมีส่วนใหญ่ต้องมีความเกี่ยวข้องกับสารเคมีอุปกรณ์และเครื่องมือต่างๆ ซึ่งผู้ทำการปฏิบัติการต้องตระหนักถึงความปลอดภัยของตนเองและผู้อื่นและสิ่งแวดล้อมโดยผู้ทำการปฏิบัติการควรทราบเกี่ยวกับประเภทของสารเคมีที่ใช้ข้อควรปฏิบัติในการทำการปฏิบัติการเคมีและการกำจัดสารเคมีที่ใช้แล้วหลังเสร็จสิ้นการปฏิบัติการเพื่อให้สามารถทำปฏิบัติการเคมีได้อย่างปลอดภัย

1.1.1 ประเภทของสารเคมี
สารเคมี มีหลายประเภทแต่ละประเภทก็จะแตกต่างกันออกไป สารเคมีจึงจำเป็นต้องมีฉลากที่มีข้อมูลเกี่ยวกับความอันตรายของสารเคมีเพื่อความปลอดภัยในการจัดเก็บ โดย ฉลากของสารเคมีที่ใช้ในห้องปฏิบัติการควรมีข้อมูลดังนี้

1 ชื่อผลิตภัณฑ์

2 รูปสัญลักษณ์แสดงความเป็นอันตรายของสารเคมี
3 คำเตือนข้อมูลความเป็นอันตรายและข้อควรระวัง
4 ข้อมูลของบริษัทผู้ผลิตสารเคมี

บนฉลากบรรจุภัณฑ์จะมีสัญลักษณ์ แสดงความเป็นอันตราย ที่สื่อความหมายได้ชัดเจนในที่นี้จะกล่าวถึงสองระบบ ได้แก่ Globally Harmonized System of classification and labelling of chemicals (GHS) ซึ่งเป็นระบบที่ใช้สากล และ National fire protection association hazard identification system (NFPA) เป็นระบบที่ใช้ในสหรัฐอเมริกา

สำหรับ สัญลักษณ์แสดงความเป็นอันตรายในระบบ NFPA จะ ใช้สีแทนความเป็นอันตรายในด้านต่างๆ

ได้แก่สีแดง แทนความไวไฟ สีน้ าเงินแทนความเป็นอันตรายต่อสุขภาพสีเหลืองแทนความว่องไวในการ

เกิดปฏิกิริยาเคมี โดยเศษตัวเลข 0-4 เพื่อระบุระดับความเป็นอันตรายจากน้อยไปหามากและช่องสีขาวใช้ใส่อักษรหรือสัญลักษณ์ที่แสดงสมบัติที่เป็นอันตรายด้านอื่นๆ  นอกจากฉลากว่าสัญลักษณ์แสดงความเป็นตายต่างๆที่ต้องมีบนบรรจุภัณฑ์แล้วยังต้องมีเอกสารความปลอดภัยด้วย

1.1.2ข้อควรปฎิบัติในการทำปฎิบัติการเคมี
ก่อนทำปฏิบัติการ 1) ศึกษาขั้นตอนวิธีการให้เข้าใจ 2) ศึกษาข้อมูลของสารเคมีและเทคนิคเครื่องมือต่างๆ 3) แต่งกายให้เหมาะสม ขณะทำปฎิบัติ 1) ข้อปฏิบัติโดยทั่วไป 1.1 สอบแว่นตานิรภัยสมรักษ์ห้องปฏิบัติการและสวมผ้าปิดปาก 1.2 ห้ามรับประทานอาหารและเครื่องดื่มที่ไม่เกี่ยวข้องกับการปฎิบัติการ 1.3 ไม่ทำการทดลองเพียงคนเดียว 1.4 ไม่เล่นขณะที่ ทำปฏิบัติการ 1.5 ทำ ตามขั้นตอนและวิธีการอย่างเคร่งครัด 1.6 ไม่ปล่อยให้อุปกรณ์มีความร้อน 2) ข้อปฏิบัติในการใช้สารเคมี 2.1 อ่านชื่อสารให้แน่ใจก่อนนำไปใช้ 2.2 เคลื่อนย้ายสารเคมีด้วยความระมัดระวัง 2.3 หันปากหลอดทดลองจากตัวเองและผู้อื่นเสมอ 2.4 ห้ามชิมสารเคมี 2.5 ห้ามเทน้ำลงกรดต้องให้กรดลงน้ำ 2.6 ไม่เก็บสารเคมีที่เหลือเข้าขวดเดิม 2.7 ทำสารเคมีหกให้เช็ด หลังทำปฏิบัติการ 1) ทำความสะอาดอุปกรณ์ต่างๆ 2) ก่อนออกจากห้องให้ถอดอุปกรณ์ป้องกันอันตราย

1.1.3 การกำจัดสารเคมี

การกำจัดสารเคมีแต่ละประเภทสามารถปฏิบัติได้ดังนี้ 1) สารเคมีที่เป็นของเหลวไม่อันตรายเป็นกลาง ปริมาณไม่เกิน 1 ลิตร สามารถเทลงอ่างน้ำได้ เลย 2) สารละลายเข้มข้นบางชนิด ควรเจือจางก่อนเทลงอ่างน้ำ 3) สารเคมีที่เป็นของแข็งไม่อันตราย ใส่ในภาชนะที่ปิดมิดชิด ก่อนทิ้งในที่จัดเตรียมไว้ 4) สารไวไฟ สารประกอบของโลหะเป็นพิษห้ามทิ้งลงอ่างน้ำ

1.2 อุบัติเหตุจากสารเคมี
ในการทำปฏิกิริยาเคมีต่างๆจากการใช้สารเคมีได้ ซึ่งหากผู้ทำการปฏิบัติการมีความรู้ในการปฐมพยาบาลเบื้องต้น จะสามารถลดความรุนแรง แล้วความเสียหายที่เกิดขึ้นได้ เบื้องต้นจากอุบัติเหตุจากการใช้สารเคมี มีข้อปฏิบัติดังนี้
การปฐมพยาบาลเมื่อร่างกายสัมผัสสารเคมี
1.ถอดเสื้อผ้าบริเวณที่เปื้อนสารเคมีออก และใช้สารเคมีออกจากร่างกายให้มากที่สุด
2.กรณีที่เป็นสารเคมีที่ละลายน้ำได้ให้ล้านบริเวณที่สัมผัสสารเคมีด้วยการเปิดน้ำไหลผ่านในปริมาณมาก
3.กรณีเป็นสารเคมีที่ไม่ละลายน้ำ ให้ร้านบริเวณที่สัมผัสสารเคมีด้วยน้ำสบู่
4.อยากทราบว่าสารเคมีที่สัมผัสร่างกายคือสารใด ให้ปฏิบัติตามข้อกำหนดในเอกสารความปลอดภัยของสารเคมี
กรณีที่นั่งการสัมผัสสารเคมีในปริมาณมากหรือมีความเข้มข้นสูงให้ปฐมพยาบาลเบื้องต้นแล้วนำส่งแพทย์
การปฐมพยาบาลเมื่อสารเคมีเข้าตา
ตะแคงศีรษะให้ตาด้านที่สัมผัสสารเคมีอยู่ด้านล่างรายการเปิดน้ำเบาเบาๆไหลผ่านดั้งจมูก ให้น้ำไหลผ่านตาข้างที่โดยสารเคมีพยายามลืมตาและขอบตาในน้ำอย่างน้อย 10 นาทีหรือจนกว่าจะแน่ใจว่าฉันล้างสารออกหมดแล้ว ระวังไม่ให้น้ำเข้าตาอีกข้างหนึ่งและนำส่งแพทย์ในทันที

การปฐมพยาบาลเมื่อสูดดมแก๊สพิษ

1.เมื่อมีแก๊สพิษเกิดขึ้น ต้องรีบออกจากบริเวณในบริเวณที่มีอากาศถ่ายเทสะดวกทันที
2.หากมีผู้ที่สูดดมแก๊สผิดจนหมดสติหรือไม่สามารถช่วยตนเองได้ ต้องลิ้มเคลื่อนย้ายออกจากบริเวณนั้นทันที โดยที่ผู้ช่วยเหลือต้องส่งอุปกรณ์ป้องกันที่เหมาะสมเช่นหน้ากากป้องกันแก๊สพิษหรือผ้าปิดปาก
3.ปลดเสื้อผ้า เพื่อให้ผู้ประสบอุบัติเหตุหายใจได้สะดวกถ้าหมดสติให้จับนอนคว่ำแล้วตะแคงหน้าไปทางด้านใดด้านหนึ่งเพื่อป้องกันโคลน กีดขวางทางเดินหายใจ
การปฐมพยาบาลเมื่อโดนความร้อน
แช่น้ำเย็นหรือปิดแผลด้วยผ้าชุบน้ำจนกว่าจะหายปวดแสบปวดร้อนและทายาขี้ผึ้งสำหรับไฟไหม้และน้ำร้อนลวก ถ้าเกิดบาดแผลใหญ่ให้นำส่งแพทย์
กรณีที่สารเคมีเข้าตาให้ปฏิบัติตามคำแนะนำตามเอกสารความปลอดภัยแล้วนำส่งแพทย์ทุกกรณี

1.3 การวัดปริมาณสาร

ในปฏิบัติการเคมีจำเป็นต้องมีการชั่ง ตวง และวัดปริมาณสารซึ่งการชั่ง ตวง วัดมีความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากอุปกรณ์ ที่ใช้หรือผู้ทำปฏิบัติการที่จะส่งผลให้ผลการทดลองที่ได้มีความมากกว่าหรือน้อยกว่าค่าจริง ความน่าเชื่อถือของข้อมูลสามารถพิจารณาได้ 2 ส่วนด้วยกันคือความเที่ยง และความแม่นของข้อมูลโดยความเที่ยงคือ ความใกล้เคียงของข้าวที่ได้จากการวัดส่วนความแม่นคือความใกล้เคียงของค่าเฉลี่ยจากการวัดซ้ำเทียบกับค่าจริง
1.3.1 อุปกรณ์วัดปริมาตร อุปกรณ์วัดปริมาณสารเคมีที่เป็นของเหลวที่ใช้ในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์มีหลายชนิด แต่ละชนิดมีขีดและตัวเลขแสดงปริมาตรที่ได้จากการตรวจสอบมาตรฐานและกำหนดความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้บางชนิดมีความคลาดเคลื่อนน้อย บางชนิดมีความคาดเคลื่อนมาก ปริมาตรและระดับความหน้าที่ต้องการอุปกรณ์วัดปริมาตรบางชนิดที่นักเรียนได้ใช้ในงานในการทำปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ที่ผ่านมา เช่นบีกเกอร์ ขวดรูปกรวยกระบอกตวงเป็นอุปกรณ์ที่ไม่สามารถบอกปริมาตรได้แม่นมากพอสำหรับการทดลองในการปฏิบัติการบางการปฏิบัติการ
- บีกเกอร์ มีลักษณะเป็นทรงกระบอกปากว่ามีขีดบอกปริมาตรในระดับมิลลิลิตร

- ขวดรูปกรวย มีลักษณะคล้ายขนชมพู่มีขีดบอกปริมาตรในระดับมิลลิลิตร มีหลายขนาด มีหลายขนาด

- กระบอกตวง มีลักษณะเป็นทรงกระบอกมีขีดบอกปริมาตรในระดับ มิลลิลิตร มีหลายขนาด

นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ที่สามารถวัดปริมาตรของของเหลวได้มากกว่าอุปกรณ์ ข้างต้น เช่น
- ปิเปตต์ เป็นอุปกรณ์วัดปริมาตรที่มีความแม่นยำสูง ใช้สำหรับถ่ายเทของเหลว มี 2 แบบแบบปริมาตรที่มีกระเปาะตรงกลางมีขีดบอกปริมาตร เพียงค่ายเดียวและแบบใช้ตวงมีขีดบอกปริมาตรหลายค่า

- บิวเรตต์ เป็นอุปกรณ์สำหรับถ่ายเทของเหลวในปริมาตรต่างๆตามต้องการ มีลักษณะเป็นทรงกระบอกที่มีขีดบอกปริมาตรและมีอุปกรณ์ควบคุมการไหลของของเหลวที่เรียกว่า ก๊อกปิดเปิด ขวดกำหนดปริมาตรเป็นอุปกรณ์สำหรับวัดปริมาตรของของเหลวที่บรรจุอยู่ภายในใช้สำหรับเตรียมสารละลายที่ต้องการความเข้มข้นแน่นอนมีขีดบอกปริมาตรเพียงขีดเดียวมีจุกปิดสนิทขวดกำหนดปริมาตรมีหลายขนาด

การใช้อุปกรณ์วัดปริมาตรเหล่านี้ให้ได้ค่าที่น่าเชื่อถือ จะต้องมีการอ่านปริมาตรของของเหลวให้ถูกวิธี โดยต้องให้อยู่ในระดับสายตา
1.3.2 อุปกรณ์วัดมวล
เครื่องชั่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับวัดมวลทั้งที่เป็นของแข็งและของเหลวความน่าเชื่อถือของค่าวัดมวลที่ได้ขึ้นอยู่กับความละเอียดของเครื่องชั่งและวิธีการใช้เครื่องชั่ง เครื่องชั่งมี 2 แบบแบบเครื่องชั่งสามคานและเครื่องชั่งไฟฟ้า

เครื่องชั่งสามคาน

เครื่องชั่งไฟฟ้า

1.3.3 เลขนัยสำคัญ

การนับเลขนัยสำคัญ มีหลักการดังนี้
1.ตัวเลขที่ไม่ใช่ 0 ทั้งหมด ถือว่าเป็นเลขนัยสำคัญ
2.เลข 0 ที่อยู่ระหว่างตัวอื่นถือว่าเป็นเลขนัยสำคัญ
3.เลข ที่อยู่หน้าตัวเลขอื่นไม่ถือว่าเป็นเลขนัยสําคัญ
4.เลข 0 ที่อยู่หลังตัวเลขอื่นที่เป็นอยู่หลังทศนิยม ถือว่าเป็นเลขนัยสำคัญ
5.เลข 0 ที่อยู่หลังเลขที่ไม่มีทศนิยมอาจนับเป็นเลขนัยสำคัญ หรือไม่นับก็ได้
6.ตัวเลขที่แม่นตรงเป็นตัวเลขที่ซ้ำเข้าแน่นอนมีเลขนัยสำคัญเป็น อนันต์
7.ข้อมูลที่มีค่าน้อยมากๆหรือเขียนในรูปของสัญกรณ์วิทยาศาสตร์ ตัวเลข สัมประสิทธิ์ ทุกตัวนับเป็นนัยสำคัญ
การปัดตัวเลข พิจารณาจากตัวเลขที่อยู่ถัดจากตำแหน่งที่ต้องการดังนี้
1.กรณีที่ตัวเลขถัดจากตำแหน่งที่ต้องการมีค่าน้อยกว่า 5 ให้ตัดตัวเลขที่ อยู่ถัดไปทั้งหมด
2.กรณีที่ตัวเลขถัดจากตำแหน่งที่ต้องการมีค่ามากกว่า 5 ให้เพิ่มค่าของตัวเลขตำแหน่งสุดท้ายที่ต้องการอีก 1
3.กรณีที่ตัวเลขถัดจากตำแหน่งที่ต้องการมีค่าเท่ากับ 5 และมีตัวเลขอื่นที่ไม่ใช่ศูนย์ต่อจากเลข 5 ให้เพิ่มค่าของตัวเลขตำแหน่งสุดท้ายอีก 1
4.กรณีที่ตัวเลขถัดจากตำแหน่งที่ต้องการมีค่าเท่ากับ 5 และไม่มีตัวเลขอื่นต่อจากเลข 5 ต้องพิจารณาตัวเลขที่อยู่ หน้าเลข 5 ดังนี้
4.1 ภาคตัวเลขที่อยู่หน้าเลข 5 เป็นเลขคี่ ให้ตัวเลขดังกล่าวบวกค่าเพิ่มอีก 1 แล้วแต่ตัวเลขตั้งแต่เลข 5 ไปทั้งหมด
4.2 หาตัวเลขที่อยู่หน้าเลข 5 เป็นเลขคู่ให้ตัวเลขดังกล่าวเป็นเลขตัวเดิมตัว แล้วแต่ตัวเลขตั้งแต่เลข 5 ไปทั้งหมด
การบวกและการลบ ในการบวกและการลบผลที่ได้จะมีจำนวนตัวเลขที่อยู่หลังจุดทศนิยมเท่ากับข้อมูลที่มีจำนวนตัวเลขที่อยู่หลังจุดทศนิยมน้อยที่สุด
การคูณและการหาร ในการคูณและการหารผลที่ได้จะมีจำนวนเลขนัยสำคัญเท่ากับข้อมูลที่มีเลขนัยสำคัญน้อยที่สุด
1.4 หน่วยวัด
การระบุหน่วยของการวัดปริมาตรต่างๆ ในชีวิตประจำวันไม่ว่าจะเป็นความยาวมวลอุณหภูมิอาจแตกต่างกันแต่ละประเทศ และในบางกรณี นำไปสู่ความเข้าใจผิดที่ทำให้เกิดความเสียหายดังนั้นเพื่อให้การสื่อสารข้อมูลของการวัดเป็นการเข้าใจตรงกันมากขึ้นจึงมีการตกลงร่วมกันให้มีหน่วยมาตรฐานสากลขึ้น
1.4.1 หน่วยในระบบ SI
เป็นหน่วยที่ดัดแปลงจากหน่วยในระบบเมทริกซ์ โดยแบ่งเป็นหน่วยพื้นฐานมี 7 หน่วยคือ
มวล มีหน่วยเป็นกิโลกรัม อุณหภูมิ มีหน่วยเป็นเคลวิน
ความยาว มีหน่วยเป็นเมตร ปริมาตรของสาร มีหน่วยเป็นโมล
เวลา มีหน่วยเป็นวินาที กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมแปร์
ความเข้มแห่งการส่องสว่าง มีหน่วยเป็นแคนเดลา
เป็นหน่วย SI อนุพันธ์อีก 3 หน่วย

ปริมาตร มีหน่วยเป็นลูกบาศก์เมตร ความเข้มข้นมีหน่วยเป็นโมลต่อลูกบาศก์เมตร

ความหนาแน่น มีหน่วยเป็นกิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร

หน่วยนอกระบบ SI ในเคมียังมีหน่วยอื่นที่ได้รับการยอมรับและมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย
เช่น ปริมาตร มีหน่วยเป็นลิตร มวล มีหน่วยเป็นกรัมหรือดอลตันหรือหน่วยมวลอะตอม ความดัน มีหน่วยเป็นบาร์ มิลลิเมตรปรอท หรือบรรยากาศ
ความยาว มีหน่วยเป็นอังสตรอม พลังงาน มีหน่วยเป็นแคลอรี อุณหภูมิ มีหน่วยเป็นองศาเซลเซียส
1.4.2 แฟกเตอร์เปลี่ยนหน่วย
เป็นอัตราส่วนระหว่างหน่วยที่แตกต่างกันสองหน่วยที่มีปริมาณเท่ากัน ตัวอย่างดังนี้

จากความสัมพันธ์พลังงาน 1 cal = 4.2 J เมื่อใช้1 cal หารทั้งสองข้างจะได้เป็น 1 cal / 1 cal = 4.2 J / 1 cal 1 = 4.2 J / 1 cal หรือถ้าใช้ 4.2 J หารทั้งสองข้างจะได้เป็น

1 cal / 4.2 J = 4.2 J / 4.2 J
1 cal / 4.2 J = 1
ดังนั้นแฟกเตอร์เปลี่ยนหน่วยเขียนได้เป็น 1 cal / 4.2 J หรือ 4.2 J / 1 cal
วิธีการเทียบหน่วย
ทำได้โดยการคูณปริมาณในหน่วยเริ่มต้นด้วยแฟกเตอร์เปลี่ยนหน่วยที่มีหน่วยที่ต้องการอยู่ด้านบนตามสมการ
ปริมาณและหน่วยที่ต้องการ = ปริมาณและหน่วยเริ่มต้น * หน่วยที่ต้องการ / หน่วยเริ่มต้น
1.5 วิธีการทางวิทยาศาสตร์
การทำปฏิบัติการเคมีนอกจากจะต้องมีการวางแผนการทดลองการทำการทดลองการบันทึกข้อมูลการสรุปและวิเคราะห์ข้อมูลการนำเสนอข้อมูลและการเขียนรายงานการทำการทดลองที่ถูกต้องแล้วต้องคำนึงถึงวิธีการทางวิทยาศาสตร์ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์และจิตวิทยาศาสตร์วิธีการทางวิทยาศาสตร์เป็นกระบวนการศึกษาหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่มีแบบแผนขั้นตอนโดยภาพรวมสามารถทำได้ดังนี้
1.การสังเกตเป็นจุดเริ่มต้นของการได้ข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งที่ต้องศึกษาโดยอาศัยประสาทสัมผัสทั้ง 5 คือการมองเห็นการฟังเสียงการได้กลิ่นการรับรสและการสัมผัส
2.การตั้งสมมติฐาน ในการคาดคะเนคําตอบของปัญหาหรือคำตอบของ คำถาม โดยมีพื้นฐานจากการสังเกตความรู้หรือประสบการณ์เดิมโดยทั่วไปสมมุติฐานจะเขียนอยู่ในรูปของข้อความที่แสดงเหตุ ผลหรืออีกนัยหนึ่งจะเป็นความสัมพันธ์ของตัวแปรต้นและตัวแปรตาม
3.การตรวจสอบสมมติฐานเป็นกระบวนการการหาคำตอบของสมมติฐานโดยมีการออกแบบทดลองให้มีการควบคุมปัจจัยต่างๆ
4.การรวบรวมข้อมูลและการวิเคราะห์ผลเป็นการนำข้อมูลที่ได้จากการ สังเกตการตรวจสอบสมมติฐานมารวบรวมวิเคราะห์และอธิบายข้อเท็จจริง
5.การสรุปผลเป็นการสรุปความรู้หรือข้อเท็จจริงที่ได้จากการตรวจสอบสมมติฐานและมีการเปรียบเทียบกับสมมติฐานที่ตั้งไว้ก่อนหน้า
ทั้งนี้ในการศึกษาความรู้ทางวิทยาศาสตร์นั้นไม่มีรูปแบบที่ตายตัวด้วยอาจจะมีรายละเอียดที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับคำถามบริบท หรือวิธีการที่ใช้ในการตรวจสอบคำถาม

บทที่2 อะตอมและสมบัติของธาตุ

 บทที่ 2 อะตอมและสมบัติของธาตุ

            แนวคิดที่ว่าสิ่งต่างๆประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กที่ ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าได้เริ่มขึ้นในสมัยกรีกโบราณโดยดิโมคริตุสนักปราชญ์ชาวกรีกผู้หนึ่งได้เสนอแนวคิดว่าถ้าแบ่งสิ่งต่างๆให้มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ จะได้หน่วยย่อยซึ่งไม่สามารถแบ่งให้เล็กได้อีกเรียกว่าอะตอมซึ่งอะตอมในภาษากรีกแปลว่าแบ่งแยกอีกไม่ได้ 

2.1 แบบจำลองอะตอม

           2.1.1 แบบจำลองอะตอมของดอลตัน

                     ในปีพ.ศ 2346 จอห์นดอลตัน นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้เสนอทฤษฎีอะตอมเพื่อใช้อธิบายเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของมวลของสารก่อนและหลังทำปฏิกิริยาเคมีรวมทั้งอัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่รวมกันเป็นสารประกอบหนึ่งหนึ่งซึ่งมีสาระสำคัญดังนี้ 

                     1.ประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กๆเหล่านี้เรียกว่าอะตอมซึ่งแบ่งแยกและทำให้สูญหายไม่ได้ 

                     2.อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีสมบัติเหมือนกันเช่นมีมวลเท่าแต่จะมีสมบัติแตกต่างจาก อะตอมของธาตุอื่น

                     3.สารประกอบเกิดจากอะตอมของธาตุมากกว่าหนึ่งชนิดทำปฏิกิริยาเคมีกันในอัตราส่วนที่เป็นเลขลงตัวน้อยๆ    

                    ทฤษฎีอะตอมของดอลตันช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นสามารถอธิบายลักษณะและสมบัติของอะตอมได้เพียงระดับหนึ่งต่อมาได้มีการศึกษาเกี่ยวกับอะตอมเพิ่มขึ้นและค้นพบว่ามีข้อมูลแบบประกันไม่สอดคล้องกับแนวคิดของดอลตัน เช่นคำว่าต่อมของธาตุชนิดเดียวกันมีมวลแตกต่างกันได้อะตอมสามารถแบ่งแยกได้อีกแนวคิดเกี่ยวกับทฤษฎีอะตอมของดอลตันจึงไม่ถูกต้อง 

แบบจําลองอะตอมตามทฤษฎีอะตอมของดาลตัน

2.1.2 แบบจําลองอะตอมของทอมสัน 

                    นักวิทยาศาสตร์หลายคนได้ศึกษาการนำไฟฟ้าของแก๊สโดยทดลองเกี่ยวกับผลของการใช้ความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงต่อกับการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าของอะตอมแก๊สเพื่อให้ได้ข้อมูลที่ให้รายละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้างภายในอะตอมโดยผ่านกระแสไฟฟ้าตรงเข้าไปในหลอดแก้วบรรจุแก๊สความดันต่ำซึ่งที่ภาวะนี้มีจำนวนอะตอมของแก๊สไม่หนาแน่นประจุไฟฟ้าสามารถเดินทางผ่านได้ไกลและพบว่าเมื่อเพิ่มความต่างศักย์ระหว่างขั้วไฟฟ้าให้สูงขึ้นจะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตลอด ขณะเดียวกันจะมีรังสีออกจากแคโทดไปยังแอโนดรังสีนี้เรียกว่ารังสีแคโทดเรียกหลอดแก้วชนิดนี้ว่าหลอดรังสีแคโทด นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดลอง เพื่อศึกษาการเคลื่อนที่ของรังสีแคโทดโดยให้เคลื่อนที่ผ่านสนามไฟฟ้าดังรูป

พบว่าแนวการเคลื่อนที่เบนไปจากเดิมโดยเบนเข้าหาขั้วบวกของสนามไฟฟ้าเนื่องจากรังสีแคโทดเบนเข้าหาขั้วบวกของสนามไฟฟ้าจึงสรุปได้ว่า รังสีแคโทดประกอบด้วยอนุภาค ที่มีประจุไฟฟ้าลบ จากข้อมูลการทดลองร่วมกับทฤษฎีทางแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้ทอมสันนำมาใช้คำนวณอัตราส่วนของประจุต่อมวลของรังสีแคโทดได้ทอมสันได้ทดลองเพื่อศึกษาอัตราส่วนของประจุต่อมวลของรังสีแคโทดซ้ำหลายครั้งโดยเปลี่ยนชนิดของแก๊สและชนิดของโลหะที่ใช้ทำเป็นขั้วแคโทดปรากฏว่าอัตราส่วนของประจุต่อมวลของรังสีแคโทดมีค่าโดยประมาณเท่ากันคือ 1.76 × 10^8 คูลอมบ์/กรัมจึงสรุปได้ว่าอนุภาครังสีแคโทดที่ออกมาจากโลหะต่างชนิดกันเป็นอนุภาคเดียวกันซึ่งต่อมาได้ด้วยอนุภาคนี้ว่า อิเล็กตรอน

                     รู้หรือไม่? ในปีพ.ศ 2429 ออยเกนโกลด์ชไตน์ ได้ศึกษาหลอดรังสีแคโทดและได้ค้นพบรังสีแอโนดหรือรังสีแคแนล ซึ่งมีประจุบวกแต่ยัง ลงรายละเอียดไม่ได้ในยุคนั้น จากการค้นพบของโกลด์สไตน์ และการศึกษาเพิ่มเติมของนักวิทยาศาสตร์อีกหลายคนในยุคต่อมาทำให้ได้ข้อสรุปว่าในอะตอมนอกจากจะมีอิเล็กตรอนแล้วยังมีอนุภาคที่เป็นประจุบวกอีกด้วยทำให้อะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้า

                     การค้นพบอิเล็กตรอนของทอมสันทำให้สรุปได้ว่าอะตอมทุกชนิดมีอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบซึ่งลบล้างแนวคิดที่ว่าอะตอมแบ่งแยกไม่ได้และเนื่องจากสารต่างๆที่อยู่ในสภาวะปกติจะเป็นกลางทางไฟฟ้านักวิทยาศาสตร์จึงสรุปว่าอะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้าซึ่งจากข้อมูลดังกล่าวทำให้ทอมสันเสนอแบบจำลองของอะตอมว่า อะตอมเป็นรูปทรงกลมประกอบด้วยเนื้ออะตอมซึ่งมีประจุบวกและอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบกระจายอยู่ทั่วดังรูป

แบบจําลองโครงสร้างอะตอมของทอมสัน

 2.1.3 แบบจำลองของรัทเทอร์ฟอร์ด

                    เมื่อปีพ.ศ 2454 รัทเทอร์ฟอร์ดนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ และ ฮันส์ ไกเกอร์ นักวิทยาศาสตร์ ชาวเยอรมัน ได้ที่สุดแบบจำลองของอะตอมของทอมสันโดยการยิงอนุภาคแอลฟาไปยังแผ่นทองคำบางๆ

ผลการทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองอะตอมของทอมสันรัทเทอร์ฟอร์ดอธิบายลักษณะภายในอะตอมว่าการที่รังสีแอลฟาส่วนใหญ่ผ่านแผ่นทองคำไปได้แสดงว่าภายในแผ่นทองคำต้องมีที่ว่างอยู่เป็นบริเวณกว้างการที่รังสีแอลฟาบางอนุภาคเบี่ยงเบนหรือสะท้อนกลับมาบริเวณด้านในของฉากเรืองแสงแสดงว่าภายในอะตอมน่าจะมีกลุ่มอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากมีมวลสูงมากกว่ารังสีแอลฟาและมีประจุบวกและทดสอบจึงได้เสนอแบบจำลองใหม่ว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีขนาดเล็กอยู่ภายในและมีประจุไฟฟ้าโดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่รอบรอบดังรูป

แบบจำลองของรัทเทอร์ฟอร์ด

   แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด ไม่ได้อธิบายว่าอิเล็กตรอนอยู่รอบนิวเคลียสในลักษณะใดนักวิทยาศาสตร์จึงได้ทำการทดลองเพื่อรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับตำแหน่งของอิเล็กตรอน เพื่อนำมาสร้างเป็นแบบจำลองที่มีความสมบูรณ์แบบยิ่งขึ้น

  2.1.4 แบบจำลองอะตอมของโบร์ 

                  สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นต่างกันและมีความถี่ต่อเนื่องกันเป็นช่วงกว้างมีทั้งที่มองเห็นได้และมองเห็นไม่ได้มีชื่อเรียกต่างกันแสงที่ประสาทตาของมนุษย์สามารถรับรู้ได้เรียกว่าแสงที่ตามองเห็นมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400 ถึง 700 นาโนเมตร ซึ่งประกอบด้วยแสงสีต่างๆแต่ประสาทตาของมนุษย์ไม่สามารถแยกแสงที่มองเห็นเป็นสีต่างๆได้เองทำให้มองเห็นสีรวมกันซึ่งเรียกว่าแสงขาวและเมื่อแสงขาว ส่องผ่านปริซึม แสงขาวจะแยกออกเป็นแสงสีรุ้งต่อเนื่องกันเรียกว่าแถบสเปกตรัมของแสงขาว

มักซ์ พลังค์ นักวิทยาศาสตร์ ชาวเยอรมันได้ศึกษาพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและได้ข้อสรุปเกี่ยวกับความสำคัญระหว่างพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับความถี่ของคลื่นนั้นว่าพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะแปรผันตามความถี่ของคลื่นและแปรผกผันกับความยาวของคลื่นดังความสัมพันธ์ต่อไปนี้

E แปรผันตรงกับ v

                                                                       หรือ E = hv 

เนื่องจาก E = c/แลมดาร์

ดังนั้น E = hc/แลมดาร์ช

เมื่อ E คือพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีหน่วยเป็นจูล

h คือค่าคงตัวของพลังค์ มีค่า 6.626 × 10^-34 จูลต่อวินาที

v คือความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีหน่วยเป็นเฮิรตซ์

c คือความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เท่ากับ 3 × 10^8 เมตรต่อวินาที

และ แลมดาร์ คือ ความยาวคลื่นมีหน่วยเป็นเมตร

ความสัมพันธ์ดังกล่าว เมื่อนำมาคำนวณพลังงานของแถบสีต่างๆในสเปกตรัมของแสงขาวซึ่งมีความยาวคลื่นต่างๆจะได้ดังนี้

                จากการทดลองการใช้เกรตติงส่องดูแสงอาทิตย์และแสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ สังเกตสิ่งที่ปรากฏแล้ว พบว่าสเปกตรัมจากแสงอาทิตย์มีสีต่อเนื่องกันเป็น แถบสเปกตรัม เส้นสเปกตรัมที่มองเห็นจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ นอกจากจะมองเห็นเป็นแถบสเปกตรัมของสีชนิดต่างๆแล้วพื้นยังมีเส้นสีต่างๆปรากฏในแถบสเปกตรัมอีกด้วยและจากการสังเกตสเปกตรัมของไฮโดรเจนฮีเลียม นีออน และปรอท เพราะว่าถ้าแต่ละชนิดให้สเปกตรัมที่มีแสงสีต่างกันและมีจำนวน  เส้นสีเฉพาะตัวเส้นสีนี้เรียกว่า เส้นสเปกตรัม

               ธาตุต่างๆ เมื่อได้รับพลังงานจะเปล่งแสงเป็นสีต่างๆหลายสีเมื่อสีเหล่านั้นรวมกันแล้วจะสังเกตเห็นเป็นสีเดียวกันซึ่งทางเราไม่สามารถบอกความแตกต่างได้แต่เมื่อใช้แผ่นเกรตติงส่องดูจะเห็นเส้นสเปกตรัมของแต่ละธาตุที่มีลักษณะเฉพาะเช่นจำนวนสี จำนวนเส้น หรือตำแหน่งที่เกิดต่างกันไปการเกิดเส้นสเปกตรัมของธาตุอธิบายได้ว่าอิเล็กตรอนซึ่งเคลื่อนที่อยู่รอบบริเวณนิวเคลียสมีพลังงานเฉพาะตัวที่ต่ำหรือกล่าวได้ว่าอะตอมอยู่ใน สถานะพื้น เมื่ออะตอมได้รับ พลังงานเพิ่มขึ้นทำให้อิเล็กตรอนถูกกระตุ้นให้มีพลังงานสูงขึ้นหรือ อะตอมอยู่ใน สถานะกระตุ้น ที่สถานะอะตอมจะไม่เสถียรเนื่องจากมีพลังงานสูงอิเล็กตรอนจึงคายพลังงานออกมาส่วนหนึ่งทำให้อะตอมมีพลังงานลดลงและกลับเข้าสู่สภาพที่มีพลังงานต่ำลงเพื่อให้อะตอมมีความเสถียรมากขึ้นพลังงานส่วนใหญ่ที่ขายออกมาจะปรากฏในรูปพลังงานแสงและสามารถคำนวณได้โดยใช้ความสัมพันธ์ตามสมการของพลังค์ ซึ่งได้กล่าวไว้แล้วในข้างต้นถ้าแสงสีเหล่านี้แยกออกจากกันอย่างชัดเจนจะปรากฏเป็นเส้นสเปกตรัมแต่ถ้าแสงสีที่ปรากฏออกมามีลักษณะต่อเนื่องกันเป็นเส้นเดียวอย่างกับรุ้งหรือจากไส้หลอดไฟฟ้า ซึ่งเป็นโลหะร้อนและมีอะตอมอยู่กันอย่างหนาแน่นจะให้สเปกตรัมเป็นแถบสเปกตรัมซึ่งยากแก่การวิเคราะห์และแปลผลต่อภาวะอิเล็กตรอนที่มีพลังงานต่างๆเรียกว่า ระดับพลังงานของอิเล็กตรอน การเปลี่ยนแปลงพลังงาน ของอิเล็กตรอนระหว่างสถานะการ์ตูนและสถานะพื้นสามารถ อุปมานได้กับการกลิ้งลงบันไดของลูกบอลจากรูปจะเห็นว่าพลังงานศักย์หน้าบันไดแต่ละท่านมีค่าไม่เท่ากันโดยลูกบอลที่อยู่บันไดขั้นต่ำจะมีพลังงานศักย์ต่ำกว่าบันไดขั้นสูงและผลต่างของพลังงานระหว่างบันได 2 ขั้นมีค่าเฉพาะตัวที่แน่นอนโดยบันไดที่อยู่ห่างกันมากๆจะมีผลต่างของพลังงานมากกว่าบันไดที่อยู่ติดกัน

                จากการศึกษาเส้นสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจนทำให้สรุปได้ว่า 

                           1.เมื่ออิเล็กตรอนได้รับพลังงานในปริมาณที่เหมาะสม อิเล็กตรอนจะขึ้นไปอยู่ในระดับพลังงานที่สูงกว่าระดับพลังงานเดิมแต่จะอยู่ในระดับใดขึ้นอยู่กับปริมาณพลังงานที่ได้รับการที่เล็กตามขึ้นไปอยู่ในระดับพลังงานใหม่ทำให้ อะตอมไม่เสถียรอิเล็กตรอนจะกลับมาอยู่ในระดับพลังงานที่ต่ำกว่าซึ่งการเปลี่ยนตำแหน่งของแต่ละระดับพลังงานนี้อิเล็กตรอนจะคายพลังงานออกมาในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยความถี่เฉพาะค่าหนึ่งหรือกล่าวได้ว่าการดูดหรือคายพลังงานของอิเล็กตรอนในอะตอมต้องมีค่าเฉพาะตามทฤษฎีของคลังโดยมีค่าเท่ากับความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั้นคุณด้วยค่าคงที่ของพลังค์ดังกล่าวมาแล้ว 

                          2.การเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของอิเล็กตรอนไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนไประดับพลังงานที่อยู่ติดกันอาจมีการเปลี่ยนข้ามระดับพลังงานได้และจะอยู่ระหว่างระดับพลังงานไม่ได้ 

                          3.ผลต่างระหว่างพลังงานของระดับพลังงานต่ำจะมีค่ามากกว่าผลต่างของระดับพลังงานที่สูงขึ้นไป สร้างความรู้เรื่องการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของอิเล็กตรอนและการเกิดสเปกตรัมช่วยให้โบร์นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก สร้างแบบจำลองอะตอมเพื่อใช้อธิบายพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในอะตอมดังกล่าวโดยกล่าวว่าอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสเป็นวงกลมคล้ายกับวงโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์แต่ละวงจะมีระดับพลังงานเฉพาะตัวระดับพลังงานของอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้นิวเคลียสที่สุดมีระดับพลังงานต่ำที่สุดเรียกว่าระดับเขตและระดับพลังงานที่อยู่ถัดออกมาเรียกเป็น L M N … ตามลำดับ  

              ต่อมาได้มีการใช้ตัวเลขแสดงถึงระดับพลังงานของอิเล็กตรอนคือ n = 1 หมายถึงระดับพลังงานที่ 1 ซึ่งอยู่ใกล้กับบริเวณนิวเคลียสและฉันผ่านมา n = 2 หมายถึงระดับพลังงานที่ 2 ต่อจากนั้น N = 3 4 … หมายถึงระดับพลังงานที่ 3 4 และสูงขึ้นไปตามลำดับ

           2.1.5 แบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก 

                       แบบจำลองอะตอมของโบร์มีข้อจำกัดคือไม่สามารถใช้อธิบายสเปกตรัมของอะตอมที่มีลายเล็กตรอนได้นักวิทยาศาสตร์จึงได้ศึกษาเพิ่มเติมจนได้รับข้อมูลเพียงพอที่เชื่อถือว่าอิเล็กตรอนมีสมบัติเป็นทางอนุภาพและคลื่นโดยเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสบริเวณที่พบอิเล็กตรอนมีหลายลักษณะเป็นรูปทรงต่างๆกันตามระดับพลังงานของอิเล็กตรอนจากการประยุกต์ใช้สมการทางคณิตศาสตร์และใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการคำนวณเพื่อหาโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนในระดับพลังงานต่างๆพบว่าสามารถอธิบายเส้นสเปกตรัมของธาตุได้ถูกต้องกว่าแบบจำลองของโบร์  และสามารถอธิบายได้ว่าอิเล็กตรอนมีขนาดเล็กมาก และเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วตลอดเวลาไปทั่วทั้งอะตอมจึงไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนของอิเล็กตรอนได้อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์พบว่ามีโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสบางบริเวณเท่านั้นทำให้สามารถมโนภาพได้ว่าอะตอมประกอบด้วยกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสบริเวณที่กลุ่มออกหรือแสดงว่ามีโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนได้มากกว่าบริเวณที่มีกลุ่มออกจากเรื่องแบบจำลองนี้ว่าแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอกดังรูป

2.2 อนุภาคในอะตอมและไอโซโทป 

             ในหัวข้อที่ผ่านมานักเรียนได้ทราบแล้วว่าทอมสันค้นพบอิเล็กตรอนและค่าประจุต่อมวลในหัวข้อนี้นักเรียนจะได้รู้ เกี่ยวกับอนุภาคชนิดอื่นที่เป็นองค์ประกอบของอะตอม 

            2.2.1 อนุภาคในอะตอม

                        ในปีพ.ศ 2451 โรเบิร์ตแอนดรูส์มิลลิแกน นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันได้ทำการหาค่าประจุของอิเล็กตรอนโดยการอาศัยสังเกตหยดน้ำมันในสนามไฟฟ้าดังรูป

   เมื่อไรน้ำมันที่ร่วงผ่านรูบนขั้วไฟฟ้าบวกกระทบรังสีจะมีประจุไฟฟ้าเกิดขึ้นทำให้ละอองน้ำมันบังหมดเคลื่อนที่เข้าหาขั้วไฟฟ้าบวกบางหยดเคลื่อนที่เข้าหาขั้วไฟฟ้าล็อคและปลดลอยนิ่งอยู่ระหว่างสนามไฟฟ้าขนาดของหยดน้ำมันที่ลอยนิ่งอยู่ระหว่างสนามไฟฟ้าสามารถสังเกตได้จากกล้องจุลทรรศน์และนำมาคำนวณหามวลของหยดน้ำมันที่สร้างความหนาแน่นของน้ำมันและจากความสำคัญของน้ำหนักของหยดน้ำมันที่ลอยนิ่งเท่ากับแรงที่เกิดจากสนามไฟฟ้าทำให้สามารถคำนวณค่าประจุไฟฟ้าบนหยดน้ำมันได้ ซึ่งพบว่าค่าประจุไฟฟ้าบนหยดน้ำมันมีค่าเป็นจำนวนเท่ากับ 1.60 × 10^-19 คูลอมบ์ มิลลิแกนจึงสรุปว่าประจุของอิเล็กตรอนมีค่าเท่ากับ 1.60 × 10^-19  คูลอมบ์ ไม่นำมาใช้คำนวณร่วมกับค่าประจุต่อมวลที่รายงานไว้โดยทอมสันจะได้หมดอิเล็กตรอนเท่ากับ 9.11 × 10^-28 กรัม

                     ในปีพศ. 2429 ออยเกนโกลด์ ชไตน์ ได้ทำการดัดแปลงหลอดรังสีแคโทดโดยการสลับตำแหน่งของแคโทดแอโนดซึ่งเมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปพบว่าจะเกิดการเรืองแสงแสดงว่ามีรังสีจากแอโนดซึ่ง เรียกรังสีนี้ว่ารังสีแคแนลหรือรังสีแอโนดซึ่งมีประจุบวก

    ออยเกนโกลด์ชไตน์ได้ทำการทดลองกับแก๊สหลายชนิดพบว่ารังสีเอกซ์มีค่าประจุต่อมวลไม่คงที่จนกระทั่งกลุ่มนักวิจัยนำทีมโดยรัฐศาสตร์และทอมสันได้ทำการศึกษาหล่อในลักษณะเดียวกันที่บรรจุแก๊สไฮโดรเจนทำให้ได้ข้อสรุปว่าอนุภาคบวกมีค่าประจุเท่ากับอิเล็กตรอนและหาค่ามวลของประจุได้เป็น 1.673 × 10^-24 กรัมซึ่งมากกว่ามวลอิเล็กตรอนประมาณ 1840 เท่าที่อนุภาคนี้ว่าโปรตอน

                      ในปีพศ 2475 เจมส์แชดวิก นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้ทดลองยิงอนุภาคแอลฟาเพลงอะตอมของธาตุต่างๆและทดสอบผลการทดลองด้วยเครื่องมือที่มีความเสี่ยงสูงทำให้ทราบว่าในนิวเคลียสมีอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าและเรียกว่านิวตรอนซึ่งมีมวลใกล้เคียงกับมวลของโปรตอนการค้นพบนิวตรอนช่วยอธิบายและสนับสนุนข้อมูลเกี่ยวกับมวลของอะตอมซึ่งคำว่ามีค่ามากกว่ามวลรวมของโปรตอนเสื้อผ้าคาร์บอนมีมวลของโปรตอนรวมกัน 6 หน่วยประมวลของอะตอมมีค่า 12 หน่วยและมวลของธาตุส่วนใหญ่มีค่าเป็น 2 เท่าหรือมากกว่า 2 เท่าของมวลโปรตอนทั้งหมดรวมกันดังนั้นอิเล็กตรอนโปรตอนและนิวตรอนจึงเป็นอนุภาคในอะตอมซึ่งอนุภาคแต่ละชนิดมีรายละเอียดดังนี้

  2.2.2 เลขอะตอมเลขมวลและไอโซโทป 

                             อะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนรวมกันเป็นนิวเคลียสของอะตอมและมีอิเล็กตรอนซึ่งมีจำนวนเท่ากับจำนวนโปรตอนเคลื่อนที่อยู่รอบๆอะตอมของธาตุแต่ละชนิดมีจำนวนโปรตอนเฉพาะตัวไม่ซ้ำกับธาตุอื่นตัวเลขที่แสดงจํานวนโปรตอน เรียกว่า เลขอะตอม และเนื่องจากมวลของอิเล็กตรอนมีค่าน้อยมากดังนั้นเมื่อของอะตอมส่วนใหญ่จึงเป็นมวลของนิวเคลียสซึ่งประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน ผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอน ว่า เลขมวล สัญลักษณ์ที่แสดงรายละเอียดเกี่ยวกับสัญลักษณ์ของธาตุเลขอะตอมและเลขมวลของอะตอมเรียกว่า              

 สัญลักษณ์นิวเคลียส   อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากันแต่จำนวนนิวตรอนอาจมีได้หลายค่าทำให้อะตอมของธาตุเดียวกันมีมวลต่างกัน เฟรเดอริก ซอดดี นักเคมีชาวอังกฤษอะตอมของธาตุเดียวกันที่มีเลขมวลต่างกันว่าไอโซโทป นอกจากนี้ยังมี ไอโซโทน ซึ่งหมายถึง ธาตุต่างชนิดกันแต่มีนิวตรอนเท่ากัน ไอโซบาร์ หมายถึง ธาตุต่างชนิดกันเลขมวลเท่ากันแต่ละอะตอมต่างกัน และไอโซอิเล็กทรอนิกส์ หมายถึง ธาตุหรือไอออนที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน 

2.3 การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม

         2.3.1 จำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงาน

                      จากการศึกษาแบบจำลองอะตอมทำให้ทราบว่าอะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนอยู่รวมกันในนิวเคลียสโดยอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่รอบรอบและอยู่ในระดับพลังงานต่างกันเล็กตอนเหล่านั้นอยู่กันอย่างไรและในแต่ละระดับพลังงานจะมีอิเล็กตรอนสูงสุดเท่าไหร่ให้พิจารณาข้อมูลแสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุบางธาตุดังตาราง

เมื่อพิจารณาข้อมูลแล้วจะพบว่าจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานที่ 1 มีได้มากที่สุดคือ 2 อิเล็กตรอนระดับพลังงานที่ 2 มีได้มากที่สุดคือแบบอิเล็กตรอนสำหรับระดับพลังงานที่ 3 จากการสืบค้นข้อมูลเพิ่มเติมทำให้ทราบว่ามีมากที่สุด 18 อิเล็กตรอนด้วยคือจำนวนอิเล็กตรอนมากที่สุดที่มีได้ในแต่ระดับพลังงานจะมีค่าเท่ากับ 2n^2 เมื่อ n คือตัวเลขแสดงระดับพลังงานถ้าพิจารณาตามหลัก 2n^2 การจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุ K และ Ca ควรเป็น 289 และจากการศึกษาพบว่าการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุ K และ Ca เป็น 2 8 8 1 และ 2 8 8 2 ตามลำดับซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนในระดับพลังงานที่ 3 ของธาตุทั้งสองมีเพียง 8 อิเล็กตรอนและอิเล็กตรอนที่เพิ่มมา 1 และ 2 อิเล็กตรอนนั้นเข้าไปอยู่ในระดับพลังงานที่ 4 ทำให้ระดับพลังงานที่ 3 มีอิเล็กตรอนไม่ครบ 18 อิเล็กตรอน

        2.3.2 ระดับพลังงานหลักและระดับพลังงานย่อย

                      นักเรียนทราบมาแล้วว่าโบเสนอแบบจำลองโดยใช้ข้อมูลเกี่ยวกับเส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนซึ่งแสดงให้เห็นว่าอะตอมของไฮโดรเจนมีพลังงานหลายระดับและความแตกต่างระหว่างพลังงานของแต่ละระดับที่อยู่ถัดไปก็ไม่เท่ากันโดยความแตกต่างของพลังงานจะมีค่าน้อยลงเมื่อระดับพลังงานสูงขึ้นการอธิบายเกี่ยวกับเส้นสเปกตรัมของโบว์ได้จุดประกายให้นักวิทยาศาสตร์หลายคนเกิดความสนใจและศึกษาเกี่ยวกับเส้นสเปกตรัมมากขึ้น และพบว่าเส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนที่เปล่งแสงออกมาและมองเห็นเป็นหนึ่งเส้นแท้จริงนั้นประกอบด้วยเส้นสเปกตรัมมากกว่า 1 เส้นซึ่งนำไปสู่ข้อสรุปที่ว่าเส้นสเปกตรัมที่เกิดขึ้นนอกจากเป็นการคายพลังงานของอิเล็กตรอนจากระดับพลังงานหลักซึ่งแทนด้วย n แล้วยังเป็นการ พลังงานของอิเล็กตรอนจากระดับพลังงานย่อยของแต่ละระดับพลังงานหลักอีกด้วยนักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดระดับพลังงานย่อยเป็นตัวอักษร s p d และ f ตามลำดับ

ระดับพลังงานที่ 1 (n = ) มี 1 ระดับพลังงานย่อยคือ s ระดับพลังงานหลักที่ 2 (n = 2) มี 2 ระดับพลังงานย่อยคือ s p ระดับพลังงานที่ 3 (n = 3) มี 3 ระดับพลังงานย่อยคือ s p d และระดับพลังงานหลักที่ 4 (n = 4) มี 4 ระดับพลังงานย่อยคือ s p d f

2.3.3 ออร์บิทัล

                      อิเล็กตรอนมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลาความหนาแน่นของกลุ่มหมอกอิเล็กตรอน ซึ่งอยู่ในรูปของโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนซึ่งมีอาณาเขตและรูปร่างใน 3 มิติแตกต่างกันบริเวณรอบนิวเคลียสซึ่งมีโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนและมีพลังงานเฉพาะนี้เรียกว่าออเรนทอลการศึกษา พบว่าจำนวนออร์บิทัลในแต่ละพลังงานย่อยมีค่าแตกต่างกันซึ่งสรุปได้ดังนี้ระดับพลังงานย่อย s มี 1 ออร์บิทัล ระดับพลังงานย่อย p มี 3 ออร์บิทัล ระดับพลังงานย่อยดีมี 5 ออร์บิทัล รอบพลังงานย่อย f มี 7 ออร์บิทัล

    อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานสูงสุดหรือชั้นนอกสุดของอะตอมเรียกว่า เวเลนซ์อิเล็กตรอน การบรรจุอิเล็กตรอน ตามลำดับระดับพลังงานโดยอาศัยแผนภาพตามหลัก อาฟบาว ดังที่กล่าวมาแล้ว มีบางธาตุที่การบรรจุอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อยไม่ได้เป็นไปตามหลักการนั้น เช่น Cr มีเลขอะตอม 24 Cu มีเลขอะตอม 29 

                     ธาตุที่ได้รับหรือเสียอิเล็กตรอน สามารถเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอนได้ดังนี้ 1.กรณีที่ถ้าได้รับอิเล็กตรอน ให้บรรจุอิเล็กตรอนปกติรวมกับอิเล็กตรอนที่รับเข้ามาตามลำดับระดับพลังงานโดยอาศัยแผนภาพตามหลัก อาฟบาว 2.กรณีที่ถ้าเสียอิเล็กตรอนให้บรรจุอิเล็กตรอน ตามปกติก่อนจากนั้นจึงนำอิเล็กตรอนที่อยู่ชั้นนอกสุดออก

2.4 ตารางธาตุและสมบัติของธาตุหมู่หลัก 

          ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบธาตุแล้วเป็นจำนวนมากถ้าเรานั้นอาจมีสมบัติบางประการคล้ายกัน และบางประการแตกต่างกันจึงยากที่จะจดจำสมบัติต่างๆของแต่ละธาตุได้ทั้งหมดนักวิทยาศาสตร์จึงหาเกณฑ์ในการจัดธาตุที่มีสมบัติคล้ายการให้อยู่ในกลุ่มเดียวกันเพื่อง่ายต่อการศึกษา 

          2.4.1 วิวัฒนาการของตารางธาตุ

                       เมื่อมีการค้นพบธาตุและศึกษาสมบัติของธาตุเหล่านี้แล้วเราวิทยาศาสตร์ได้หาความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติต่างๆ ของธาตุและนำมาใช้จัดตารางธาตุเป็นกลุ่มได้หลายแบบ

                       ในปีพศ. 2360 โยฮันน์เดอเบอไรเนอร์ เต้นนักเคมีคนแรกที่พยายามจัดตารางธาตุเป็นกลุ่มกลุ่มกลุ่มละ 3 ช่าตอนสมบัติที่คล้ายคลึงกันเรียกว่าชุดสาม โดยพบว่าท่าทางจะมีมวลอะตอมเป็นค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของอีก 2 ธาตุที่เหลือ ดังรูป

        ในปีพ.ศ. 2427 จอห์นนิวแลนด์ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้เสนอในการจัดธาตุเป็นหมวดหมู่ว่า ถ้าเรียนต่างชาติหมดอะตอมจากน้อยไปมากพบว่าถ้าที่ 8 จะมีสมบัติเหมือนท่าที่หนึ่งเสมอ โดยไม่รวมค่าไฮโดรเจนและแก๊สมีสกุล การจัดเรียงธาตุตามแนวคิดของนิวตันใช้ได้ถึงธาตุแคลเซียมเท่านั้นกดนี้ไม่สามารถอธิบายได้เพราะว่า เหตุใดมวลอะตอมจึงเกี่ยวข้องกับสมบัติที่คล้ายคลึงกันของธาตุทำให้ไม่เป็นที่ยอมรับในเวลาต่อมา ดังรูป

    ในปีพศ 2412 ยูลิอุส โลทาร์ ไมเออร์ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันและ ดิมิทรี เมนเดเลเอฟ นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียศึกษารายละเอียด ของทอดต่างๆมากขึ้นทำให้มีข้อสังเกตว่าถ้าท่านเองตามมวลอะตอมจากน้อยไปมากจะพบว่าท่านมีสมบัติคล้ายกันเป็นช่วงช่วงการที่ธาตุต่างๆมีสมบัติคล้ายกันเป็นช่วงช่วงเช่นนี้ จึงต้องเป็นกรดเรียกว่ากฎพิริออดิก การจัดธาตุเป็นหมวดหมู่ของเมนเดเลเอฟ ไม่ได้หยุดการเรียงลำดับตามมวลอะตอมจากน้อยไปมากเพียงอย่างเดียวแต่ได้นำสมบัติที่คล้ายคลึงกันของธาตุที่ปรากฏซ้ำกันเป็นช่วงๆมาพิจารณาด้วยนอกจากนี้ยังได้เว้นช่องว่างไว้โดยคิดว่าน่าจะเป็นตำแหน่งของธาตุที่ยังไม่ได้มีการค้นพบโดยที่ตำแหน่งของธาตุในตารางธาตุมีความสัมพันธ์ กับสมบัติของธาตุเมนเดเลเอฟ จึงได้ทำนายสมบัติของธาตุ ที่ยังไม่ได้มีการค้นพบ 3 ธาตุและให้ชื่อว่า เอคา-โบรอน เอคา-อะลูมิเนียม และ เอคา-ซิลิกอน ในเวลาต่อมา ก็ได้ค้นพบธาตุสแกนเดียม แกลเลียม และเจอร์เมเนียมตามลำดับ ซึ่งสมบัติใกล้เคียงกับที่ได้ทำนายไว้

                  ในปีพ. ศ. 2456 เฮนรี โมสลีย์ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เสนอให้จัด ธาตุเรียงตามเลขอะตอม เนื่องจากสมบัติต่างๆของธาตุมีความสัมพันธ์กับประจุบวกในนิวเคลียสหรือเลขอะตอมมากกว่ามวลอะตอม ตารางธาตุในปัจจุบันจึงได้ปรับปรุงมาจากตารางธาตุของเมนเดเลเอฟแต่เรียงธาตุตามเลขอะตอมจากน้อยไปมาก ดังรูป

    แบ่งธาตุในแนวตั้งเป็น 18 แถวโดยเรียกแถวในแนวตั้งว่าหมู่และแบ่งธาตุในแนวนอนเป็น 7 แถวโดยเรียกแถวในแนวนอนว่าคาบ

           2.4.2 กลุ่มของธาตุในตารางธาตุ 

                     การที่นักวิทยาศาสตร์จัดธาตุในตารางธาตุเป็นหมู่และคาบเพื่อให้ง่ายต่อการศึกษาสมบัติของธาตุต่างๆถ้าแบ่งกลุ่มของธาตุตามสมบัติความเป็นโลหะจะแบ่งได้ 3 กลุ่มคือธาตุโลหะเป็นธาตุที่นำไฟฟ้าและความร้อนได้ดีธาตุกึ่งโลหะเป็นธาตุที่นำไฟฟ้าได้ไม่ดีที่อุณหภูมิห้องจะจะนำไฟฟ้าได้ดีเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นและธาตุอโลหะซึ่งเป็นธาตุที่ไม่นำไฟฟ้าเลยยกเว้นคาร์บอนและฟอสฟอรัสดำเมื่อพิจารณาตำแหน่งของธาตุพบว่าธาตุโลหะอยู่ทางซ้ายมือของตารางธาตุ ธาตุอโลหะจะอยู่บริเวณที่เป็นขั้นบันไดและธาตุอโลหะจะอยู่ขวามือของตารางธาตุยกเว้นไฮโดรเจนอยู่ทางซ้ายมือของตารางธาตุ

ถ้าแบ่งกลุ่มธาตุในตารางธาตุโดยพิจารณาการจัดเรียงอิเล็กตรอน ในออร์บิทัล s p d f ที่มีพลังงานสูงสุด และมีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่จะแบ่งธาตุได้เป็น 4 กลุ่มใหญ่คือถ้ากลุ่ม  s ได้แก่ธาตุในหมู่ที่ 1 และ 2 ธาตุกลุ่ม p ได้แก่ธาตุในหมู่ที่ 13 ถึง 18 ยกเว้นฮีเลียมธาตุกลุ่มดีได้แก่ธาตุในหมู่ที่ 3 ถึง 12  ส่วนธาตุในกลุ่ม f ได้แก่กลุ่มธาตุที่อยู่ด้านล่างของตารางธาตุที่นิยมมาจากหมู่ 3 คาบที่ 6 และ 7

              ธาตุกลุ่ม s และธาตุกลุ่ม p เรียกรวมกันว่า ถ้ากลุ่ม a ซึ่งเป็นกลุ่มของธาตุเรพรีเซนเททีฟ หรืออาจเรียก กลุ่มธาตุหมู่หลัก เมื่อพิจารณาการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุกลุ่มเอพบว่าถ้าในแนวตั้งที่อยู่ในกลุ่มเอจะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนและจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอน เท่ากัน จะตรงกับเลขหมู่ธาตุบางหมู่มีการกำหนดชื่อที่เป็นสากลเช่น 5 หมู่ IA มีชื่อเรียกว่าโลหะแอลคาไล ธาตุหมู่ IIA มีชื่อเรียกว่าโลหะแอลคาไลน์เอิร์ท ธาตุหมู่ VIIA มีชื่อเรียกว่า ธาตุแฮโลเจน และธาตุหมู่ VIIIA ยกเว้น Og เรียกว่าแก๊สมีสกุล กลุ่ม d และ f เรียกรวมกันว่าธาตุกลุ่ม B หรือกลุ่มแทรนซิชัน ซึ่งแบ่งเป็นทรานซิชันชั้นนอกและธาตุแทรนซิชันชั้นในได้แก่กลุ่ม d และ f ตามลำดับ ยังสามารถแบ่งได้เป็น 2 กลุ่มย่อยกลุ่มได้อยู่คาบที่ 6 และมีเลขอะตอมตั้งแต่ 57 ถึง 71 เมื่อกลุ่มนี้ว่าแลนทานอยด์ กลุ่มที่ 2 อยู่คาบที่ 7 และมีเลขอะตอมตั้งแต่ 89 ถึง 130 กลุ่มนี้ว่ากลุ่มธาตุแอกทินอยด์ เมื่อพิจารณา การจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุแทรนซิชันพบว่าจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนส่วนใหญ่เท่ากับ 2 เมื่อพิจารณาธาตุกลุ่มนี้ตามแนวนอนพบว่าจำนวนระดับพลังงานจะตรงกับเลขที่คาบเช่นเดียวกับธาตุในกลุ่มธาตุหมู่หลัก จากการศึกษาการจัดเรียงธาตุในตารางธาตุช่วยให้ทราบถึงตารางธาตุในปัจจุบันจัดธาตุเป็นหมู่และคาบโดยอาศัยสมบัติบางประการที่คล้ายกันสมบัติของธาตุหมู่หลักตามหมู่และตามคาบซึ่งได้แก่ขนาดอะตอม รัศมีไอออน พลังงานไอออไนเซชัน อิเล็กโทรเนกาติวิตี สัมพันธภาพอิเล็กตรอน

            2.4.3 ขนาดอะตอม 

                      ตามแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนที่อยู่รอบนิวเคลียสจะเคลื่อนที่ตลอดเวลาด้วยความเร็วสูงและไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนรวมทั้งไม่สามารถกำหนดขอบเขตที่แน่นอนของอิเล็กตรอนได้นอกจากนี้อะตอมโดยทั่วไปไม่อยู่เป็นอะตอมเดียวแต่จะมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมไว้ด้วยกันถึงเป็นเรื่องยากที่จะวัดขนาดอะตอมที่อยู่ในสภาวะอิสระหรือเป็นอะตอมเดี่ยวในทางปฏิบัติจึงบอกขนาดอะตอมด้วยรัศมีอะตอมซึ่งกำหนดให้มีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของระยะทางระหว่างนิวเคลียสของอะตอมทั้ง 2 ที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมไว้ด้วยกันหรือที่อยู่ชิดกัน เพื่อศึกษา รัศมีอะตอมของธาตุทำให้ทราบขนาดอะตอมของธาตุและสามารถเปรียบเทียบขนาดอะตอมของธาตุที่อยู่ในคาบเดียวกันหรือหมู่เดียวกันได้ดังรูป

                   เมื่อพิจารณาขนาดอะตอมของธาตุที่อยู่ในคาบเดียวกันพบว่า ขนาดอะตอมมีแนวโน้มลดลงหมายเลขอะตอมเพิ่มขึ้นอธิบายได้ว่าเนื่องจากธาตุในคาบเดียวกันมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงานเดียวกันแต่มีจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสต่างกันเท่าที่มีจำนวนโปรตอนมากจะดึงดูดเวเลนซ์อิเล็กตรอนด้วยอะไรที่มากกว่าธาตุที่มีจำนวนโปรตอนน้อยเวเลนซ์อิเล็กตรอนจึงเข้าใกล้นิวเคลียสได้มากกว่าทำให้อิเล็กตรอนมีขนาดเล็กลงส่วนธาตุในหมู่เดียวกันเมื่อใดอะตอมเพิ่มขึ้นจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสและจำนวนระดับพลังงานที่มีต่ออีก 1 ตอนเพิ่มขึ้นด้วยอิเล็กตรอนที่อยู่ในชั้นในจึงเป็นคล้ายฉากกั้นแรงดึงดูดระหว่างโปรตอนในนิวเคลียสกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนทำให้แรงดึงดูดต่อ เวเลนซ์อิเล็กตรอน มีน้อยเป็นผลให้ธาตุในหมู่เดียวกันมีขนาดอะตอมใหญ่ขึ้นตามเลขอะตอม

           2.4.4 ขนาดไอออน

                      อะตอมซึ่งมีจำนวนโปรตอนเท่ากับอิเล็กตรอนเมื่อรับอิเล็กตรอนเพิ่มเข้ามาหรือเสียอิเล็กตรอนออกไปอะตอมจะกลายเป็นไอออนการบอกขนาดของไอออนทำได้เช่นเดียวกับการบอกขนาดของอะตอม กล่าวคือ จะบอกเป็นค่ารัศมีไอออนซึ่งพิจารณาจากระยะทางระหว่างนิวเคลียสของไอออนคู่หนึ่งหนึ่งที่ยึดเหนี่ยวซึ่งกันและกันในโครงผลึก

               เมื่อโลหะ ทำปฏิกิริยากับอโลหะอะตอมของโลหะจะเสียเวลาแต่เล็กจนกลายเป็นไอออนบวกจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมจึงลดลงทำให้แรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนลดลงด้วยหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือแรงดึงดูดระหว่าง ประจุในนิวเคลียสกับอิเล็กตรอนจากเพิ่มมากขึ้น Iron ห่วงจึงมีขนาดเล็กกว่าอะตอมเดิม ส่วนอะตอมของอโลหะนั้นส่วนใหญ่จะรับอิเล็กตรอนเพิ่มเข้ามาและเกิดเป็นไอออนลบเนื่องจากมีการเพิ่มขึ้นของจำนวนอิเล็กตรอนขอบเขตของกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนจะขยายออกไปจากเดิมไอออนลบจึงมีขนาดใหญ่กว่าอะตอมเดิม ดังรูป

         2.4.5 พลังงานไอออไนเซชัน 

                    พลังงานปริมาณน้อยที่สุดที่ทำให้อิเล็กตรอนหลุดจากอะตอมในสถานะแก๊สเรียกว่าพลังงานไอออไนเซชัน โดยค่า IE แสดงถึงความยากง่ายในการทำให้ อะตอมในสถานะแก๊สกลายเป็นไอออนบวก โดยอีน้อยแสดงว่าทำให้เป็นไอออนบวกได้ง่ายแต่ถ้า IE มากแสดงว่าทำให้เป็นไอออนบวกได้ยากก็ทำให้ไฮโดรเจนอะตอมในสถานะแก๊สกลายเป็นไรโดยเช่นไอออนและสถานะแก๊สเขียนได้ดังนี้                                                                    

                                                      H(g) ----> H^+(g) + e^- 

                     การทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอมของไฮโดรเจนจะต้องใช้พลังงานอย่างน้อยที่สุด 1318 กิโลจูลต่อโมล นั่นคือ พลังงานไอออไนเซชันของไฮโดรเจนอะตอมเท่ากับ 1318 กิโลจูลต่อโมล ธาตุไฮโดรเจน มี 1 อิเล็กตรอนจึงมีค่าพลังงานไอออไนเซชันเพียงค่าเดียวถ้าธาตุที่มีหลายอิเล็กตรอน ก็จะมีพลังงานไอออไนเซชันหลายค่าพลังงานที่น้อยที่สุดที่ทำให้อิเล็กตรอนตัวแรกหลุดออกมาจากอะตอม ที่อยู่ในสถานะแก๊สเรียกว่าพลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 1 เขียนย่อเป็น IE 1 พลังงานที่ทำให้อิเล็กตรอนในลำดับต่อๆมาหลุดออกมาจากอะตอมเรียกว่าพลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 2 3 ... และเขียนย่อเป็น IE 2 IE 3 ตามลำดับ

         2.4.6 สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน 

                     พลังงานที่ถูกคายออกมาเมื่ออะตอมในสถานะแก๊สได้รับอิเล็กตรอน 1 อิเล็กตรอนเลขว่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนเขียนสมการการเปลี่ยนแปลงได้ดังนี้ 

                                                      A(g) + e^- ---> A^-(g)

                     หาค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน มีค่าเป็นบวกหมายความว่าอะตอมคายพลังงานเมื่อได้รับอิเล็กตรอนแสดงว่าอะตอมของธาตุนั้นมีแนวโน้มที่จะได้รับอิเล็กตรอนได้ดี ถ้าค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนเป็นลบแปลว่าต้องใช้พลังงานเพิ่มเข้าไปเพื่อให้และรับอิเล็กตรอนได้เพิ่มขึ้น 1 อิเล็กตรอน เมื่อพิจารณาตามข้อพบว่าค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนของธาตุอโลหะยกเว้น หมู่ VIIIA มีค่ามากกว่าธาตุโลหะแสดงว่าธาตุอโลหะมีแนวโน้มที่จะได้รับอิเล็กตรอนได้ดีกว่าถ้าโลหะเมื่อพิจารณาโดยภาพรวมทั้งหมดจะพบว่าธาตุหมู่ VIIA มีค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนสูงที่สุดแสดงว่ามีแนวโน้มในการรับอิเล็กตรอนได้ดีกว่าท่านผู้อื่นที่เป็นเช่นนี้อาจอธิบายได้ว่าการรับ 1 อิเล็กตรอนของธาตุในหมู่นี้จะทำให้มีอะตอมที่มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุหมู่ VIIA หรือแก๊สมีสกุลซึ่งมีความเสถียรมาก

          2.4.7 อิเล็กโทรเนกาติวิตี

                อิเล็กโทรเนกาติวิตีความสามารถของอะตอมในการดึงดูดอีเล็คตรอนคู่ที่ใช้ร่วมกันในโมเลกุลของสารแนวโน้มค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของธาตุในตารางเป็นดังนี้

เมื่อพิจารณาค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของธาตุในคาบเดียวกันพบว่ามีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามเลขอะตอมเนื่องจากในคาบเดียวกันอะตอมของธาตุหมู่ IA มีขนาดใหญ่ที่สุดและหมู่ VIIA มีขนาดเล็กที่สุด ความสามารถในการดึงดูดอีเล็คตรอนตามข้ามจึงเพิ่มขึ้นจากหมู่ IA ไปหมู่ VIIA ดังนั้นในคาบเดียวกันธาตุหมู่ IA จึงมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่ำที่สุดควรธาตุหมู่ VIIA มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงที่สุดธาตุในหมู่เดียวกันมีแนวโน้มของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี ลดลงเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้นเนื่องจากขนาดของอะตอมที่เพิ่มขึ้นเป็นผลให้นิวเคลียสดึงดูดอิเล็กตรอนลดลง

บทที่ 3 พันธะเคมี

 บทที่ 3 พันธะเคมี

สารในชีวิตประจำวันเช่นแก๊สออกซิเจนและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการหายใจของสิ่งมีชีวิตน้ำเป็นของเหลวที่ใช้ในการอุปโภคและบริโภคเกลือแกงเป็นของแข็งที่ใช้ในการประกอบอาหารสารเหล่านี้ส่วนใหญ่ไม่อยู่ในรูปอะตอมเดี่ยวแต่ประกอบด้วยหลายอะตอมซึ่งอาจเป็นอะตอมชนิดเดียวกันหรือต่างชนิดกันการยึดเหนี่ยวกันของอะตอมหรือไอออนในสารเรียกว่าพันธะเคมี 3.1 ลักษณะแบบจุดของลิวอิสและกฎออกเตต
จากการศึกษาเรื่องอะตอมและสมบัติของธาตุทำให้ทราบว่าเวเลนซ์อิเล็กตรอนเป็นอิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานสูงสุดหรือชั้นนอกสุดของอะตอมธาตุคาร์บอนมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อยเป็น 1s^2 2s^2 2p^2 ดังนั้น คาร์บอนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 4 ทั้งนี้การเกิดพันธะเคมีเกี่ยวข้องกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมที่ร่วมสร้างพันธะกัน
เวเลนซ์อิเล็กตรอนของธาตุอาจแสดงด้วยจุดสัญลักษณ์ที่แสดงธาตุและเวเลนซ์อิเล็กตรอนของธาตุเรียกว่า สัญลักษณ์แบบจุดของลิวอิสซึ่งเสนอโดย กิลเบิร์ต นิวตัน ลิวอิส สัญลักษณ์แบบจุดของลิวอิสใช้จุดแสดงจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนรอบสัญลักษณ์ของธาตุดังรูป

ธาตุต่างๆส่วนใหญ่ไม่เสถียรในรูปอะตอมเดี่ยวยกเว้นเพื่อนในหมู่ 18 หรือเรียกว่าแก๊สมีสกุลที่ผมอยู่ในรูปอะตอมเดี่ยวซึ่งมีจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 ยกเว้นฮีเลียมซึ่งมี 2 เวเลนซ์อิเล็กตรอนนอกจากนี้นักเคมี ยังพบว่าอะตอมของธาตุอื่นๆมีแนวโน้มที่จะรวมตัวกัน เพื่อที่จะทำให้แต่ละอะตอมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 จึงมีการสรุปเป็นหลักการที่เกี่ยวกับกฎออกเตต ศาลที่ไม่อยู่ในรูปอะตอมเดี่ยวมีพันธะเคมีระหว่างอะตอมหรือไอออนโดยที่อะตอมของธาตุจะมีการให้อิเล็กตรอนรับอิเล็กตรอนหรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันทำให้เกิดพันธะเคมีสารประเภทได้แก่พันธะไอออนิกพันธะโคเวเลนต์และพันธะโลหะ 3.2 พันธะไอออนิก
สารที่เกิดจากธาตุโลหะกับธาตุอโลหะ มีสมบัติบางประการทางการและสารเหล่านี้มีการยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคที่เหมือนกัน
3.2.1 การเกิดพันธะไอออนิก
ธาตุโลหะมีพลังงานไอออไนเซชันต่ำจึงเสียอิเล็กตรอนเกิดเป็นไอออนบวกได้ง่ายส่วนธาตุอโลหะมีค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนสูง จึงรับอิเล็กตรอนเกิดเป็นไอออนลบ ไอออนบวกและไอออนลบมีประจุไฟฟ้าต่างกันจึงยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงดึงดูดระหว่างประจุไฟฟ้าเรียกการยึดเหนี่ยวนี้ว่าพันธะไอออนิกและสารที่เกิดขึ้นจากพันธะไอออนิกว่าสารประกอบไอออนิกชื่อสารประกอบไอออนิกที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่เป็นไปตามกฎออกเตตดังตัวอย่าง

                         

สารประกอบไอออนิกในสถานะของแข็งอยู่ในรูปของผลึกที่มีไอออนบวกและไอออนลบยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะไอออนิกอย่างต่อเนื่องกันไปทั้ง 3 มิติเป็นโครงผลึก และไม่อยู่ในรูปโมเลกุล

3.2.2 สูตรเคมีและชื่อของสารประกอบไอออนิก สารประกอบไอออนิกประกอบด้วยไอออนบวกและไอออนลบที่มีประจุต่างกัน ซึ่งมีผลต่ออัตราส่วนการรวมของไอออนและสูตรของสารประกอบไอออนิกด้วยประจุของไอออน 5 มูลหลักเป็นบวกตามจำนวนและการที่ให้หรือเป็นโรคตามจำนวนอิเล็กตรอนที่รับเพื่อทำให้มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนของไอออนเป็นไปตามกฎออกเตต

จากตาราง 3.1 ถ้าโซเดียมซึ่งเป็นธาตุหมู่ IA เมื่อเกิดเป็นไอออนบวกจะมีประจุเป็นบวก 1 5 แคลเซียมซึ่งเป็นธาตุหมู่ IIIA เมื่อเกิดเป็นไอออนบวกจะมีประจุเป็นบวก 2 และธาตุอะลูมิเนียมซึ่งเป็นธาตุหมู่ IIIA เมื่อเกิดเป็นไอออนบวกจะมีประจุเป็นบวก 3 ดังนั้นธาตุหมู่ IA IA และ IIA เมื่อเป็นไอออนจะเป็นไอออนที่มีประจุตามเลขหมู่ 5 กรณีซึ่งเป็นธาตุหมู่ VIIA เมื่อเกิดเป็นไอออนลบจะมีประจุเป็น -1 ให้ออกซิเจนซึ่งเป็นธาตุหมู่ VIIA เมื่อเกิดเป็นไอออนลบจะมีประจุเป็น -2 และธาตุไนโตรเจนซึ่งเป็นธาตุหมู่ VA เมื่อเกิดเป็นไอออนลบจะมีประจุเป็น -3 ดังนั้นธาตุหมู่ VA VIA และ VIIA เมื่อเป็นไอออน จะเป็นไอออนลบที่มีประจุ X-8 เมื่อ X คือเลขหมู่ของธาตุอโลหะ

การที่โครงสร้างของสารประกอบไอออนิกที่มีไอออนบวกและไอออนลบยึดเหนี่ยวกันอย่างต่อเนื่องกันไปทั้ง 3 มิติเป็นโครงผลึกไม่สามารถแยกเป็นโมเลกุลได้ดังนั้นจึงใช้สูตรเอมพิริคัล แสดงอัตราส่วนอย่างต่ำของจำนวนไอออนที่เป็นองค์ประกอบซึ่งทำให้ได้ผลรวมประจุเป็นศูนย์

การเขียนสูตรสารประกอบไอออนิกจะเขียนสัญลักษณ์ของธาตุที่เป็นไอออนบวกไว้ข้างหน้าตามด้วยไอออนลบและแสดงอัตราส่วนอย่างต่ำของไอออนที่เป็นองค์ประกอบโดยเขียนตัวเลขอารบิกให้ทายไอออนทั้งนี้กรณีที่จำนวนไอออนเป็นหนึ่งไม่ต้องเขียนเช่นสารประกอบไอออนิกที่เกิดจากแคลเซียมไอออนกับฟลูออไรด์ไอออนมีอัตราส่วนประจุของ Ca^2+ ต่อ F^- เป็น 2 ต่อ 1 ซึ่งเมื่อทำให้ผลรวมของประจุเป็นศูนย์จะได้อัตราส่วนอย่างต่ำของจำนวน Ca^2+ ต่อ F^- เป็น 1:2 ดังนั้นสูตรสารประกอบเป็น CaF^2

ไอออนบางชนิดเกิดจากกลุ่มอะตอมการเขียนสูตรสารประกอบจะใช้หลักการเดียวกับไอออนบวกและไอออนลบที่เกิดจากธาตุ เช่นสูตรสารประกอบไอออนิกที่เกิดจากมีไอออนกับซัลเฟตไอออนมีอัตราส่วนประจุของ NH^4+ ต่อ SO4^2- เป็น 1 ต่อ 2 ซึ่งเมื่อทำให้ผลรวมของประจุเป็นศูนย์ จะได้อัตราส่วนอย่างต่ำของจำนวน NH^4+ ต่อ SO4^2- เป็น 2:1 ดังนั้นสูตรสารประกอบเป็น (NH4)2SO4

สารประกอบไอออนิกเกิดจากไอออนบวกและไอออนลบดังนั้นการเรียกชื่อสารประกอบไอออนิกจึงจำเป็นต้องสร้างชื่อของไอออนบวกและไอออนลบโดยชื่อของไอออนบวกเรียกตามชื่อถ้าเราลงท้ายด้วยคำว่าไอออนส่วนไอออนลบเรียกตามชื่อธาตุโดยเปลี่ยนท้ายเสียงเป็น i-de

จากตารางจะเห็นว่าชื่อไอออนลบของธาตุไฮโดรเจนออกซิเจนและไนโตรเจนมีการตัดคำว่าเช่นออกก่อนจะเปลี่ยนท้ายเป็นเสียง i-de ไอออนที่เป็นกลุ่มอะตอมมีชื่อเรียกเฉพาะโดยกลุ่มอะตอมที่เป็นไอออนบวกลงท้ายด้วย -ium ส่วนกลุ่มอะตอมที่เป็นไอออนลบอาจจะลงท้ายด้วยเสียง -ide -ite -ate

ชื่อสารประกอบไอออนิกได้จากการเรียกชื่อไอออนบวกแล้วตามด้วยชื่อไอออนลบโดยตัดคำว่าไอออนออก ดังตาราง

ชื่อสารประกอบที่เกิดจากโลหะที่มีเลขออกซิเดชันมากกว่า 1 ค่า ต้องระบุตัวเลขประจุหรือเลข ออกซิเดชันของไอออนนั้นเป็นเลขโรมันในวงเล็บดังตาราง

3.2.3 พลังงานกับการเกิดสารประกอบไอออนิก

ปฏิกิริยาเคมีนอกจากจะเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของสารเคมีแล้วส่วนใหญ่ยังเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานอีกด้วยซึ่ง พลังงานการเกิดของสารประกอบ สามารถหาได้จากการทดลองในการทำปฏิกิริยาระหว่างธาตุ เช่นการเกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์จากโลหะโซเดียมทำปฏิกิริยากับแก๊สคลอรีนเกิดเป็นโซเดียมคลอไรด์มีการคายพลังงาน 412 กิโลจูลต่อโมล

Na(s) + 1/2Cl2(g) ---> NaCl(s) -412kJ/mol

ปฏิกิริยาเคมีเกี่ยวข้องกับการสลายพันธะและการสร้างพันธะ ซึ่งการสลายพันธะ เป็นกระบวนการดูดพลังงาน ในขณะที่การสร้างพันธะเป็นกระบวนการคายพลังงานดังนั้นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจากการรวมตัวกันของไอออนบวกและไอออนลบเกิดเป็นสารประกอบไอออนิกเป็นปฏิกิริยาคายพลังงานเนื่องจากมีการสร้างพันธะไอออนิก

พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการรวมตัวกันของไอออนบวกและไอออนลบในสารประกอบไอออนิกเรียกว่าพลังงานโครงผลึกซึ่งในทางปฏิบัติไม่สามารถทำการทดลองได้โดยนำไอออนบวกและไอออนลบที่บริสุทธิ์มาทำปฏิกิริยากันได้ค่าพลังงานดังกล่าวจึงได้จากการคำนวณโดยอาศัยขั้นตอนการเกิดปฏิกิริยาย่อยๆหลายขั้นตอนตามวัฏจักรบอร์น-ฮาเบอร์ โดยมีสมมติฐานว่าพลังงานรวมในแต่ละขั้นตอนจะเท่ากับพลังงานในการเกิดสารประกอบไอออนิกเช่นการเกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ 1 โมล ประกอบด้วยขั้นตอนต่างๆดังนี้

1.โลหะโซเดียมสถานะของแข็งระเหิดกลายเป็นแก๊ส ดูดพลังงาน 107 กิโลจูลต่อโมล เรียกพลังงานที่ใช้ในขั้นนี้ว่าพลังงานการระเหิด

Na(s) ---> Na(g) 107kJ/mol

2.อะตอมของโซเดียมในสถานะแก๊สเสียอิเล็กตรอนกลายเป็น Na^+ ดูดพลังงาน 496 กิโลจูลต่อโมล เรียกพลังงานที่ใช้ในขั้นนี้ว่า พลังงานไอออไนเซชัน

Na(g) ---> Na^+(g) + e^- 496kJ/mol

3.โมเลกุลแก๊สคลอรีนสลายพันธะ Cl-Cl ได้อะตอมคลอรีน 2 อะตอมในสถานะแก๊ส ดูดพลังงานเท่ากับ 242 กิโลจูลต่อโมล เรียกพลังงานที่ใช้ในขั้นนี้ว่า พลังงานพันธะ

Cl2(g) ---> 2Cl(g) 242kJ/mol

แต่เนื่องจาก NaCl 1 โมลประกอบด้วย Cl^- 1โมลไอออน ดังนั้นพลังงานที่ใช้ในขั้นนี้จะเป็นครึ่งหนึ่งของพลังงานการสลายพันธะต่อโมลของ Cl2 นั่นคือจะใช้พลังงานเพียง 121 กิลโลจูล

1/2Cl2(g) ---> Cl(g) 121kJ

4.อะตอมคลอรีนในสถานะแก๊สเมื่อรับอิเล็กตรอนที่หลุดออกจากอะตอมโซเดียมแล้วกลายเป็น Cl^- จะคายพลังงาน 349 กิโลจูลต่อโมล พลังงานที่ได้ในขั้นนี้เรียกว่า สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน

Cl(g) + e^- ---> Cl^-(g) -349kJ/mol

5.เมื่อโซเดียมไอออนกับคลอไรด์ไอออนในสถานะแก๊สกันเป็นผลึกโซเดียมคลอไรด์จะคายพลังงานออกมาพลังงานที่ได้ในครั้งนี้เรียกว่า พลังงานของผลึก หรือ พลังงานแลตทิซ

Na^+ + Cl^- (g) ---> NaCl(s) พลังงานโครงผลึก

เมื่อรวมสมการของปฏิกิริยาย่อยทั้ง 5 ขั้นจะเหลือ Na และ Cl2 เป็นสารตั้งต้น และเหลือ NaCl เป็นผลิตภัณฑ์โดยสารอื่นๆและอิเล็กตรอนจะหักล้างกันหมดดังนี้

ซึ่งปฏิกิริยารวมที่ได้เหมือนกับปฏิกิริยาการเกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ดังสมการ

Na(s) +1/2Cl2(g) ---> NaCl(s)

และมีค่าพลังงานรวม = 107 + 496 + 121 + (-349) + พลังงานแลตทิซ

เนื่องจากพลังงานการเกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ซึ่งสามารถหาได้จากการทดลองมีค่าเป็น -412 kJ/mol ดังนั้นสามารถคำนวณหาค่าพลังงานแลตทิซดังนี้

-412 = 107 + 496 + 121 + (-349) + พลังงานแลตทิซ

พลังงานแลตทิซ = -787kJ/mol

ค่าพลังงานแลตทิซที่คำนวณได้มีค่าเป็นลบแสดงว่าการรวมตัวกันของโซเดียมไอออนและคลอไรด์ไอออนทำให้เกิดการคายพลังงานในทางตรงกันข้ามการสลายพันธะระหว่างโซเดียมไอออนและคลอไรด์ไอออนในโครงผลึกของโซเดียมคลอไรด์จะเป็นกระบวนการดูดพลังงานซึ่งจะมีเครื่องหมายและค่าพลังงานเป็นบวก

วัฏจักรบอร์นฮาเบอร์ ของการเกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์แอนด์เขียนเป็นแผนภาพเพื่อแสดงการเปลี่ยนแปลงพลังงานได้ดังรูป

  จากรูปจะสังเกตเห็นได้ว่าพลังงานที่ได้จากขั้นตอนการพลังงานมีค่ามากกว่าพลังงานที่ได้จากขั้นตอนดูดพลังงานจึงทำให้เกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์เป็นปฏิกิริยาคายพลังงาน

          3.2.4 สมบัติของสารประกอบไอออนิก

                      สารประกอบไอออนิกส่วนใหญ่เป็นผลึกที่แข็งเนื่องจากการยึดเหนี่ยวที่แข็งแรงระหว่างไอออนบวกและไอออนลบและผลึกของสารประกอบไอออนิกมีความเปราะ แตกหักได้ง่ายเนื่องจากการเลื่อนตำแหน่งเพียงเล็กน้อยของไอออนเมื่อมีแรงกระทำอาจทำให้ไอออนชนิดเดียวกันลื่นไถลไปอยู่ตำแหน่งตรงกลางจึงเกิดแรงผลักระหว่างกันดังรูป

    จากรูปจะสังเกตเห็นได้ว่าพลังงานที่ได้จากขั้นตอนการพลังงานมีค่ามากกว่าพลังงานที่ได้จากขั้นตอนดูดพลังงานจึงทำให้เกิดสารประกอบโซเดียมคลอไรด์เป็นปฏิกิริยาคายพลังงาน              

สารประกอบไอออนิกสถานะของแข็งไม่นำไฟฟ้าเนื่องจาก ไอออนที่เป็นองค์ประกอบยึดเหนี่ยวกันอย่างแข็งแรงไม่สามารถเคลื่อนที่ได้แต่เมื่อหลอมเหลวหรือละลายน้ำจะนำไฟฟ้าได้ดีเนื่องจากไอออนที่เป็นองค์ประกอบยึดเหนี่ยวกันอย่างแข็งแรงไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ แต่เมื่อหลอมเหลวหรือละลายน้ำจะนำไฟฟ้าได้เนื่องจากไอออนสามารถเคลื่อนที่ได้ สารประกอบไอออนิกมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงส่วนใหญ่ละลายน้ำได้และสารละลายของสารประกอบไอออนิกในน้ำส่วนใหญ่มีสมบัติเป็นเบสหรือกลางโดยสารละลายของสารประกอบออกไซด์มีสมบัติเป็นเบสและสารละลายของสารประกอบคลอไรด์มีสมบัติเป็นกลาง ดังตาราง

การละลายน้ำของสารประกอบไอออนิกเกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ไอออนบวกและไอออนลบแยกออกจากโครงผลึกและเป็นกระบวนการที่โมเลกุลของน้ำล้อมรอบไอออนแต่ละชนิดโดยสารที่เมื่อละลายน้ำแล้วแตกตัวเป็นไอออนเรียกสามีว่าสารละลายอิเล็กโทรไลต์

กระบวนการที่ไอออนบวกและไอออนลบแยกออกจากโครงผลึกเป็นกระบวนการดูดพลังงานที่มีค่าเท่ากับพลังงานและแลตทิซ ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ส่วนกระบวนการที่โมเลกุลของน้ำล้อมรอบไอออนแต่ละชนิดเป็นกระบวนการคายพลังงานที่เรียกว่า พลังงานไฮเดรชัน

ถ้าค่าพลังงานแลตทิซ น้อยกว่าค่าพลังงานไฮเดรชันการละลายจะเป็นกระบวนการคายพลังงานซึ่งจะทำให้อุณหภูมิของสารละลายสูงขึ้นและสารละลายจะละลายได้ดีที่อุณหภูมิต่ำในทางกลับกันถ้าค่าพลังงานแลตทิซมากกว่าค่าพลังงานไฮเดรชันการละลายจะเป็นกระบวนการดูดพลังงานซึ่งจะทำให้อุณหภูมิของสารละลายลดลงและสารจะละลายได้ดีที่อุณหภูมิสูงในกรณีที่มีค่าพลังงานแลตทิซมากกว่าพลังงานไฮเดรชันมากๆ สารอาจจะละลายได้น้อยมากหรือไม่ละลาย

จากที่ทราบแล้วว่าสารประกอบไอออนิกเมื่อละลายน้ำไอออนบวกและไอออนลบจะแยกออกจากกันถ้าการผสมสารละลายของสารประกอบไอออนิกทำให้เกิดตะกอนแสดงว่าไอออนในสารละลายผสมทำปฏิกิริยากันเกิดเป็นสารใหม่ที่ไม่ละลายน้ำ ดังรูป

ปฏิกิริยาการเกิดตะกอนของสารประกอบไอออนิกในน้ำอาจเขียนแทนด้วยสมการไอออนิก ที่แสดงไอออนในสารละลายครบทุกชนิดเช่นปฏิกิริยาระหว่างสารละลายซิลเวอร์ไนเตรตกับสารละลายโซเดียมคลอไรด์เขียนสมการไอออนิกได้ดังนี้

Ag^+(aq) + NO3^-(aq) + Na^+(aq) + Cl^-(aq) ---> AgCl(s) + NO3^-(aq) + Na^+(aq)

ไอออนในสมการของปฏิกิริยาที่มีน้ำเป็นตัวทำละลายแสดงสถานะไอออนเป็น aq ซึ่งมาจากคำว่า a queous solution เนื่องจากในสมการไอออนิกมีไอออนที่ไม่ทำปฏิกิริยาการปรากฏอยู่ทางด้านซ้ายและด้านขวาของสมการที่สามารถตัดออกจากสมการให้เหลือเฉพาะไอออนที่ทำปฏิกิริยากันได้เป็นผลิตภัณฑ์เรียกว่า สมการไอออนสุทธิ

Ag^+(aq) + Cl^-(aq) ---> AgCl(s)

การอธิบายหรือการทำนายปฏิกิริยาการเกิดตะกอนของสารละลายของสารประกอบไอออนิก สามารถพิจารณาได้จากสมบัติการละลายน้ำตามหลักการเบื้องต้นดังนี้

สารประกอบที่ละลายน้ำ

-สารประกอบของโลหะแอลคาไลและแอมโมเนียทุกชนิด

-สารประกอบไนเทรต คลอเรต เปอร์คลอเรต แอซีเตต

-สารประกอบคลอไรด์ โบรไมด์ ไอโอไดด์

-สารประกอบคอร์บอเนต ฟอสเฟต ซัลไฟด์ และซัลไฟต์

-สารประกอบซัลเฟต

สารประกอบที่ไม่ละลายน้ำ

-สารประกอบออกไซด์ของโลหะ

-สารประกอบไฮดรอกไซด์

3.3 พันธะโคเวเลนต์

สารที่เกิดจากธาตุอโลหะรวมตัวกันเช่นแก๊สออกซิเจนแก๊สไนโตรเจนและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ การยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมของธาตุในสารเหล่านี้เป็นพันธะไอออนิกหรือไม่เพราะเหตุใด

3.3.1 การเกิดพันธะโคเวเลนต์

ธาตุอโลหะมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงดังนั้นเมื่อรวมตัวกันจะไม่มีอะตอมใดยอมเสียอิเล็กตรอน อะตอมจึงยึดเหนี่ยวกันโดยใช้เวเลนซ์เล็กตรอนร่วมกันเรียกการยึดเหนี่ยวในว่าพันธะโคเวเลนต์แล้วนะสารที่อะตอมยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ว่าสารโคเวเลนต์ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในรูปโมเลกุลโดยการเกิดพันธะในโมเลกุลโคเวเลนต์ส่วนใหญ่เป็นไปตามกฎออกเตตดังตัวอย่าง

คลอรีนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 7 ดังนั้นข้อดีทั้ง 2 อะตอมจะใช้เวลาดิจิตอลร่วมกัน 1 คู่เพื่อให้มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนครบ 8 ตามกฎออกเตต เขียนแผนภาพและสัญลักษณ์แบบจุดของลิวอิสแสดงการเกิดพันธะได้ดังนี้

พันธะโคเวเลนต์ในโมเลกุลแก๊สคลอรีนเกิดจากการใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่พันธะนี้เรียกว่าพันธะเดี่ยว ด้วยอิเล็กตรอนคู่ที่ใช้ร่วมกันในการเกิดพันธะเรียกว่าอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะส่วนอิเล็กตรอนคู่ที่ไม่ได้เกิดพันธะเรียกว่าอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวซึ่งในโมเลกุลแก๊สคลอรีนมีอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ 1 คู่และมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว 6 คู่

อีกทั้งยังมีการเกิดพันธะในโมเลกุล ออกซิเจนแต่ละอะตอมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 6 ดังนั้นออกซิเจนทั้ง 2 อะตอมจะใช้เวทีเล็กตอนร่วมกัน 2 คู่เพื่อให้เป็นไปตามกฎออกเตต เกิดพันธะโคเวเลนต์แบบพันธะคู่ นอกจากนี้พันธะโคเวเลนต์ยังอาจเป็นพันธะสาม เช่นในโมเลกุลแก๊สไนโตรเจนไนโตรเจนแต่ละอะตอมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 5 ดังนั้นไนโตรเจนทั้ง 2 อะตอมจะใช้เวลาที่เล็กตอนร่วมกัน 3 คู่เพื่อให้เป็นไปตามกฎออกเตต

ในโครงสร้างลิวอิส อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะสามารถแสดงได้ด้วยเส้นพันธะในขณะที่อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวแสดงด้วยจุดคู่เสมอเช่นโมเลกุลแอมโมเนียมีเส้นพันธะ N-H 3 พันธะ แทนอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ 3 คู่ ในขณะที่อีเล็คตรอนคู่โดดเดี่ยว 1 คู่แสดงด้วยจุดคู่บนอะตอมไนโตรเจนอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวนี้สามารถสร้างพันธะกับ H^+ เกิดเป็นแอมโมเนียมไอออน จำนวนอิเล็กตรอนรอบอะตอมกลางยังคงเป็นไปตามกฎออกเตต ในกรณีที่พันธะโคเวเลนต์ที่เกิดขึ้นมาจากอะตอมไนโตรเจนเท่ากัน แสดงดังนี้

สารโคเวเลนต์บางชนิดอาจมีอะตอมกลางที่มีจำนวนอิเล็กตรอนล้อมรอบไม่เป็นไปตามกฎออกเตต

3.3.2 สูตรโมเลกุลและชื่อของสารโคเวเลนต์

สูตรโมเลกุลของสารโคเวเลนต์โดยทั่วไปเขียนสัญลักษณ์ของธาตุองค์ประกอบโดยเรียงลำดับจากค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อยไปมากพร้อมทั้งระบุจำนวนอะตอมของธาตุที่มีจำนวนอะตอมมากกว่า 1 อะตอมยกเว้นสามารถชนิดเช่น NH3 และ CH4 ทั้งที่ถ้าไนโตรเจนและธาตุคาร์บอนมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่าธาตุไฮโดรเจน

การเรียกชื่อสารโคเวเลนต์มีหลักการดังนี้

1.สารโคเวเลนต์ที่ประกอบด้วยธาตุชนิดเดียวกันเรียกตามชื่อท่านนั้นซึ่งท่านเหล่านี้ส่วนใหญ่มีสถานะเป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้องจึงนิยมเรียกชื่อโดยระบุสถานะด้วยเพื่อให้ทราบว่าเป็นการกล่าวถึงโมเลกุลที่ไม่ใช่อะตอมของธาตุเช่นแก๊สออกซิเจน

2.สารโคเวเลนต์ที่ประกอบด้วยธาตุ 2 ชนิดให้เรียกชื่อธาตุตามลำดับที่ปรากฏในสูตรโมเลกุลโดยเปลี่ยนพยางค์ท้ายเป็น -ide และระบุจำนวนอะตอมองค์ประกอบ ในโมเลกุลด้วยคำภาษากรีก ดังตาราง

ยกเว้นกรณีที่ธาตุและมีเพียงอะตอมเดียวไม่ต้องระบุจำนวนอะตอมของธาตุนั้น

การเรียกชื่อสารโคเวเลนต์ที่เป็นสารประกอบออกไซด์นอกจากเรียกชื่อสารตามหลักการข้างต้นแล้วยังนิยมเรียกชื่อสารโดยแต่ละตัวสุดท้ายของคำที่ระบุจำนวนอะตอมออก เช่น CO นิยมเรียกว่าคาร์บอนมอนอกไซด์ นอกจากนี้สารบางชนิดยังมีเพียงชื่อเล่นโดยไม่เป็นไปตามหลักการข้างต้นครบทุกประการเช่น HCl นิยมเรียกว่าไฮโดรเจนคลอไรด์ แทนที่จะเรียกว่าไฮโดรเจนมอนอคลอไรด์

3.3.3 ความยาวพันธะและพลังงานพันธะของสารโคเวเลนต์

อะตอมไฮโดรเจน 2 อะตอมเคลื่อนที่เข้ากันจะเกิดแรงดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนของอะตอมหนึ่งกับโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอมหนึ่งขณะเดียวกันก็มีแรงผลักระหว่างโปรตอนกับโปรตอนและอิเล็กตรอนกับอิเล็กตรอนของอะตอมทั้งสองด้วย แรงดึงดูดทำให้พลังงานศักย์ลดลงแต่แรงผลักทำให้พลังงานศักย์เพิ่มขึ้น ทำให้พลังงานศักย์รวมลดลงแล้วเพิ่มขึ้นตามระยะห่างระหว่างนิวเคลียสโดยมีผลรวมพลังงานศักย์ต่ำที่สุดเมื่อระยะทางระหว่างนิวเคลียสทั้งสองเท่ากับ 74 พิโกเมตร ถ้าอะตอมเคลื่อนที่เข้าใกล้กันมากกว่านี้และหากจะมีมากกว่าแรงดึงดูดซึ่งทำให้พลังงานศักย์รวมเพิ่มขึ้น

       จากรูประยะห่างระหว่างนิวเคลียสที่ทำให้พลังงานศักย์รวมต่ำที่สุดเรียกว่าความยาวพันธะ ในทางปฏิบัติความยาวพันธะได้จากการศึกษาการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ เมื่อผ่านโครงผลึกของสารหรือจากการวิเคราะห์สเปกตรัมของโมเลกุลสาร ซึ่งพบว่าความยาวพันธะมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามขนาดอะตอมคู่ร่วมพันธะและการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันทำให้ความยาวพันธะโคเวเลนต์สั้นกว่าผลรวมของรัศมีอะตอมอิสระที่มาสร้างพันธะกันสำหรับอะตอมคู่ร่วมพันธะเดียวกันความยาวพันธะจะลดลงจากพันธะเดี่ยวพันธะคู่และพันธะสามตามลำดับอย่างไรก็ตามความยาวพันธะชนิดเดียวกันระหว่างอะตอมคู่เดียวกันอาจจะไม่เท่ากันในสารต่างชนิดกัน

                         ในการประมาณความยาวพันธะระหว่างอะตอมคู่หนึ่ง โดยทั่วไปนิยมใช้ความยาวพันธะเฉลี่ย การศึกษาความยาวพันธะของโมเลกุลโคเวเลนต์นำไปสู่การอธิบายการเกิดพันธะในโมเลกุลของสารโคเวเลนต์บางชนิดที่สามารถเขียนโครงสร้างลิวอิสตามกฎออกเตตได้มากกว่า 1 โครงสร้างเช่นโมเลกุลโอโซนมีโครงสร้างลิวอิส 2 โครงสร้างซึ่งประกอบด้วยพันธะเดี่ยวและพันธะคู่ระหว่างออกซิเจนที่ควรมีค่าความยาวพันธะไม่เท่ากัน แต่จากการศึกษาพบว่าความยาวพันธะระหว่างออกซิเจนมีค่าเท่ากับ 128 พิโกเมตรเพียงค่าเดียว ซึ่งเป็นค่าที่อยู่ระหว่างความยาวพันธะ O-O (148 พิโกเมตร) และพันธะ O=O (121 พิโกเมตร) แสดงว่าพันธะทั้งสองในโมเลกุลโอโซนเป็นพันธะชนิดเดียวกันที่อาจอธิบายได้โดยทฤษฎี เรโซแนนซ์ ว่าอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ 1 คู่เคลื่อนย้ายไปมาระหว่างอะตอมทั้ง 3 ทำให้เกิดโครงสร้างผสมระหว่าง 2 โครงสร้างการเคลื่อนย้ายตำแหน่งของอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะในโมเลกุลที่เขียนโครงสร้างลิวอิสได้มากกว่าหนึ่งแบบเรียกว่า เรโซแนนซ์ และเรียกโครงสร้างลิวอิสแต่ละแบบว่า โครงสร้างเรโซแนนซ์ โดยแสดงการเกิดเรโซแนนซ์ระหว่างโครงสร้างด้วยลูกศร 2 หัวและเรียกโครงสร้างผสมของโครงสร้างเรโซแนนซ์ทุกโครงสร้างว่าโครงสร้างเรโซแนนซ์ผสม ดังรูป

นอกจากความยาวพันธะแล้ว กราฟที่แสดงการเปลี่ยนแปลงพลังงานในการเกิดโมเลกุลแก๊สไฮโดรเจนและแสดงให้เห็นว่าโมเลกุลแก๊สไฮโดรเจนมีพลังงานต่ำกว่าอะตอมไฮโดรเจน 436 กิโลจูลต่อโมล หมายความว่าการทำให้โมเลกุลแก๊สไฮโดรเจน 1 โมเลกุลแยกออกเป็นอะตอมไฮโดรเจน 2 อะตอมต้องใช้พลังงานอย่างน้อย 436 กิโลจูลต่อโมลในการสลายพันธะ ระหว่างอะตอมไฮโดรเจนดังสมการ

H2(g) + 436 kJ/mol ---> 2H(g)

ในทางกลับกัน อะตอมไฮโดรเจน 2 อะตอมสร้างพันธะระหว่างกันเกิดเป็นโมเลกุลแก๊สไฮโดรเจน 1 โมเลกุลจะคายพลังงาน 436 กิโลจูลต่อโมล ดังนี้

2H(g) ---> H2(g) + 436 kJ/mol

พลังงานปริมาณน้อยที่สุดที่ใช้ในการสลายพันธะระหว่างอะตอมคู่ร่วมพันธะในโมเลกุลในสถานะแก๊สให้เป็นอะตอมเดี่ยวในสถานะแก๊สเรียกว่าพลังงานพันธะซึ่งส่วนใหญ่ใช้หน่วยเป็นกิโลจูลต่อโมล

การประมาณพลังงานพันธะระหว่างอะตอมคู่หนึ่งโดยทั่วไปนิยมใช้พลังงานพันธะเฉลี่ยดังตาราง

                          จากตาราง จะเห็นว่าพันธะระหว่างคาร์บอนมีทั้งพันธะเดี่ยวพันธะคู่และพันธะสามซึ่งมีค่าพลังงานพันธะเป็น 346 614 และ 839 กิโลจูลต่อโมลตามลำดับ แสดงว่าพันธะสามแข็งแรงกว่าพันธะคู่และพันธะคู่แข็งแรงกว่าพันๆเดี่ยวและถ้าพิจารณาอะตอมคู่ร่วมพันธะๆเดียวกันของแท้ที่มีค่าพลังงานน้อยจะมีความยาวพันธะมาก นอกจากอะตอมคู่ร่วมพันธะเดียวกันแล้วความสัมพันธ์นี้ยังสามารถใช้เปรียบเทียบพันธะของธาตุในหมู่เดียวกันได้อีกด้วย

                         ปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสลายพันธะในสารตั้งต้นและการสร้างพันธะเกิดเป็นผลิตภัณฑ์โดยการสลายพันธะเป็นกระบวนการดูด (E1) พลังงานซึ่งมีค่าเป็นบวกและการสร้างพันธะจะมีค่าเป็นลบเป็นกระบวนการคายพลังงาน (E2) และพลังงานของปฏิกิริยา (เดลต้า H) คำนวณได้จากผลรวมของ

 E1 และ E2 เดลต้า H = E1 + E2 

                         ถ้าพลังงานที่ใช้สลายพันธะมีค่ามากกว่าพลังงานที่ใช้สร้างพันธะจะได้ เดลต้า H มีเครื่องหมายเป็นบวก แสดงว่าปฏิกิริยานั้นเป็นปฏิกิริยาดูดพลังงานในทางกลับกันถ้าพลังงานที่คายออกมาจากการสร้างสรรค์ๆมีค่ามากกว่าพลังงานที่ต้องใช้สลายพันธะ จะได้เดลต้า H มีเครื่องหมายเป็นลบ แสดงว่าปฏิกิริยานั้นเป็นปฏิกิริยาคายพลังงาน

               3.3.4 รูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์ 

                       โมเลกุลโคเวเลนต์ที่ประกอบด้วยอะตอมมากกว่า 2 อะตอมนอกจากความยาวพันธะและพลังงานพันธะแล้วข้อมูลที่ใช้ในการอธิบายสมบัติของสารคือ รูปร่างโมเลกุล ในโมเลกุลของน้ำคาร์บอนไดออกไซด์แอมโมเนียและโบรอนไตรฟลูออไรด์มีรูปร่างเป็นโมเลกุลที่ต่างกันหรือไม่อย่างไรเนื่องจากโมเลกุลมีขนาดเล็กมากจึงไม่สามารถพิจารณารูปร่างโมเลกุลได้โดยตรงและสามารถศึกษาเกี่ยวกับรูปร่างโมเลกุลโดยการจำลองตำแหน่งของคู่อิเล็กตรอน ในการทดลอง ดังนี้

คลิกเพื่อเข้าดูการทดลองได้เลย : การจัดตัวของลูกโป่งกับรูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์

จากกิจกรรม ในตอนที่ 1 ลูกโป่งแต่ละลูกซึ่งมีปริมาตรเท่ากันเมื่อนำมาผูกข้อติดกันพบว่าลูกโป่งแต่ละรูปผัดกันเกิดการจับตัวเป็นรูปร่างต่างๆที่สมมาตรในที่มีลูกโป่งเป็นตัวแทนของกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะระหว่างอะตอมกลางและอะตอมล้อมรอบซึ่งอิเล็กตรอนเหล่านี้จะผลักกันด้วยแรงกระทำระหว่างประจุชนิดเดียวกันทำให้ได้คิดค่าของพันธะอยู่ห่างกันมากที่สุดเกิดเป็นรูปร่างโมเลกุลในลักษณะเดียวกันกับการจัดตัวของลูกโป่ง และในกิจกรรมตอนที่ 2 ลูกโป่งต่างสีใช้แทนอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะและอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวซึ่งรูปร่างโมเลกุลพิจารณาจากตำแหน่งของอะตอมทั้งหมดโดยไม่นำตำแหน่งของอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวมาพิจารณา การคาดคะเนรูปร่างโมเลกุลจากโครงสร้างลิวอิสโดยอาศัยการผลักกันของอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะและอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวอาจใช้ทฤษฎีการผลักระหว่างคู่อิเล็กตรอนในวงเวเลนซ์ (VSEPR) โดยทฤษฎีนี้มีหลักการว่าอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวอยู่ใกล้นิวเคลียสมากกว่าอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะดังนั้นรหัสระหว่างอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวด้วยกันจึงมีค่ามากกว่าแรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะกับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว และมากกว่าแรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะด้วยกัน
จากผลการทดลองกิจกรรมการจับตัวของลูกโป่งกับรูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์สรุปรูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์ดังตาราง

                           

                           

                           

3.3.5 สภาพขั้วของโมเลกุลโคเวเลนต์

สารโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมชนิดเดียวกันเช่นแก๊สไฮโดรเจนมีการกระจายของกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะระหว่างอะตอมทั้งสองเท่ากันทั้งๆที่เกิดขึ้นในลักษณะเช่นนี้จะเรียกว่าพันธะโคเวเลนต์ไม่มีขั้วและสารโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมต่างชนิดกันและมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีแตกต่างกันจะมีการกระจายของกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะระหว่างอะตอมไม่เท่ากันเช่นไฮโดรเจนคลอไรด์มีอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะอยู่บริเวณอะตอมคลอรีนมากกว่าอะตอมไฮโดรเจนเพราะอะตอมคลอรีนมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่าอะตอมไฮโดรเจนทำให้อะตอมของดีแสดงประจุไฟฟ้าค่อนข้างรถยนต์อะตอมไฮโดรเจนมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อยกว่าแสดงประจุไฟฟ้าค่อนข้างบวก ที่เกิดขึ้นลักษณะนี้เรียกว่าพันธะโคเวเลนต์มีขั้ว การแสดงขั้วของพันธะอาจใช้สัญลักษณ์ เดลต้าบวก สำหรับอะตอมที่แสดงประจุไฟฟ้าค่อนข้างบวก และเดลต้าลบ สำหรับอะตอมที่แสดงประจุไฟฟ้าค่อนข้างลบหรืออาจใช้เครื่องหมายโดยให้หัวลูกศรหันชี้ไปในทิศของอะตอมที่แสดงประจุไฟฟ้าค่อนข้างลบส่วนท้ายลูกศร ที่มีลักษณะคล้ายเครื่องหมายบวกให้อยู่บริเวณอะตอมที่แสดงประจุไฟฟ้าค่อนข้างบวก

   ของพันธะทำให้โมเลกุลอะตอมคู่ที่ประกอบด้วยธาตุชนิดเดียวกันเป็นโมเลกุลไม่มีขั้วโมเลกุลอะตอมคู่ที่ประกอบด้วยธาตุต่างชนิดกันเป็นโมเลกุลมีขั้วและโมเลกุลโคเวเลนต์ที่ประกอบด้วยอะตอมมากกว่า 2 อะตอม และพันธะระหว่างครูอะตอมเป็นพันธะมีขั้วจะเป็นโมเลกุลมีขั้วหรือไม่อย่างไร สภาพขั้วของโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมมากกว่า 2 อะตอมพิจารณาจากการรวมสภาพขั้วของพันธะแบบเวกเตอร์ ซึ่งถ้าเวกเตอร์ หักหลังกันหมดจะทำให้โมเลกุลไม่มีขั้วแต่ถ้าเวกเตอร์แทนละกันไม่หมดโมเลกุลจะเป็นโมเลกุลที่มีขั้ว

    โมเลกุลที่อะตอมกลางไม่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว และอะตอมล้อมรอบเหมือนกันทุกอะตอมเป็นโมเลกุลไม่มีขั้วถึงแม้ว่าพันธะภายในโมเลกุลจะเป็นพันธะที่มีขั้วแต่เนื่องจากรูปร่างโมเลกุล

    สำหรับโมเลกุลที่อะตอมกลางมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวหรือมีอะตอมล้อมรอบเป็นธาตุต่างชนิดกันส่วนใหญ่เป็นโมเลกุลมีขั้วเนื่องจากเวกเตอร์สภาพขั้วของพันธะหักล้างกันไม่หมด

                      โมเลกุลอะตอมกลางมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวส่วนใหญ่เป็นโมเลกุลแบบมีขั้วและมีบางชนิดอาจเป็นโมเลกุลไม่มีขั้วเนื่องจากมีรูปร่างโมเลกุลแบบสี่เหลี่ยมแบนราบทำให้เวกเตอร์สภาพขั้วหักล้างกันหมดโมเลกุลอะตอมกลางมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวส่วนใหญ่เป็นโมเลกุลแบบมีขั้วและมีบางชนิดอาจเป็นโมเลกุลไม่มีขั้วเนื่องจากมีรูปร่างโมเลกุลแบบสี่เหลี่ยมแบนราบทำให้เวกเตอร์สภาพขั้วหักล้างกันหมด

           3.3.6 แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลและสมบัติของสารโคเวเลนต์

                      ที่อุณหภูมิห้องสารโคเวเลนต์แต่ละชนิดอันอยู่ในสถานะที่แตกต่างกันทั้งนี้ขึ้นอยู่กับแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลหรือแรงแวนเดอร์วาลส์ โดยในสถานะของแข็งโมเลกุลอยู่ชิดกันจนไม่สามารถเคลื่อนที่ได้และมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมากในสถานะของเหลวโมเลกุลสามารถเคลื่อนที่ได้แต่ยังคงอยู่ชิดติดกันและมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อยกว่าในของแข็งส่วนในสถานะแก๊สโมเลกุลอยู่ห่างกันสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระและมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อยมากจนถือว่าไม่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลดังนั้นการเปลี่ยนแปลงสถานะของสารจากของแข็งไปเป็นของเหลว หรือของเหลวไปเป็นแก๊สซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำลายงานยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลโดยไม่มีการทำลายพันธะโคเวเลนต์ ซึ่งแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมีค่าพลังงานน้อยกว่าพันธะโคเวเลนต์มากสามารถทำลายได้ด้วยการให้พลังงานความร้อนแก้สารจนกระทั่งโมเลกุลของสารมีพลังงานจลน์สูงพอที่จะเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะได้ดังนั้นสารแต่ละชนิดซึ่งมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่แตกต่างกันจะมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดที่ต่างกันด้วย

                      นอกจากจุดหลอมเหลวของสารที่จะเกี่ยวข้องกับแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลแล้วยังขึ้นอยู่กับการจัดเรียงโมเลกุลในของแข็งทำให้แนวโน้มของจุดหลอมเหลวอาจไม่สอดคล้องกับแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลโดยตรง

                      แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเกี่ยวข้องกับขนาดของโมเลกุลและสภาพขั้วของโมเลกุลซึ่งแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมีหลายชนิดและมีชื่อเรียกที่ต่างกันซึ่งในที่นี้จะกล่าวถึง 3 ชนิดที่สำคัญดังนี้ 

                      1.และแพร่กระจายลอนดอน แรงแพร่กระจายลอนดอน เป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลไม่มีขั้วหรืออะตอมแก๊สมีสกุลซึ่งเป็นแรงอย่างอ่อนๆที่เกิดขึ้นจากการกระจายของอิเล็กตรอนในอะตอมขณะใดขณะหนึ่งซึ่งอาจไม่เท่ากันจึงทำให้สภาพขั้วชั่วขณะ แล้วเหนี่ยวนำให้โมเลกุลที่อยู่ติดกันเกิดขั้วตรงข้ามและมีแรงดึงดูดชั่วขณะ โดยแรงแผ่กระจายนี้เพิ่มขึ้นตามขนาดของโมเลกุลเนื่องจากโมเลกุลขนาดใหญ่สามารถเกิดสภาพขั้วชั่วขณะได้มากกว่า 

                      2.แรงระหว่างขั้วสำหรับโมเลกุลมีขั้วนอกจากจะมีแรงแผ่กระจายลอนดอนแล้ว ยังมีแรงดึงดูดที่เกิดจากสภาพของขั้วโมเลกุลด้วยโมเลกุลที่อยู่ใกล้กันจะหันส่วนของโมเลกุลที่มีขั้วตรงข้ามกันเข้าหากันเกิดเป็นแรงดึงดูดทางไฟฟ้าจากสภาพขั้วนี้โดยทั่วไปในระหว่างขั้วเพิ่มขึ้นตามสภาพขั้วของโมเลกุลที่มีขนาดใกล้เคียงกัน

                      3.พันธะไฮโดรเจนเมื่อพิจารณาจุดเดือดของสารประกอบไฮโดรเจนกับธาตุหมู่ VIIA จะเห็นว่า HF มีจุดเดือดสูงกว่าสารประกอบอื่นทั้งที่มีขนาดโมเลกุลเล็กที่สุดซึ่งไม่เป็นไปตามแนวโน้มของขนาดโมเลกุลดังที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้นแสดงว่า HF มีแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลมากกว่าสารประกอบของไฮโดรเจนกับธาตุหมู่ VIIA อื่นๆ ทั้งนี้เพราะผลต่างของค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีระหว่างไฮโดรเจนกับฟลูออรีนมีค่ามากทำให้กลุ่มหมอกอิเล็กตรอนอยู่ทางด้านอะตอมฟลูออรีนที่มีขนาดเล็กอย่างหนาแน่นอะตอมฟลูออรีนและไฮโดรเจนมีสภาพขั้วสูงกว่าในกรณีที่ HCl HBr และ HI มาก ทำให้มีแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลมากด้วยแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่เกิดขึ้นจากอะตอมไฮโดรเจนของโมเลกุลหนึ่งกับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวบนอะตอมของธาตุที่มีขนาดเล็กและมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงของอีโมเลกุลหนึ่งเรียกแรงดึงดูดนี้ว่า พันธะไฮโดรเจน

3.4 พันธะโลหะ

โลหะบางชนิดเส้นทองแดง เหล็กอะลูมิเนียมมีสมบัติบางประการคล้ายกับแสดงว่าสารเหล่านี้มีการยึดเหนี่ยวกันระหว่างอนุภาคที่เหมือนกันและอะตอมธาตุโลหะสร้างพันธะเคมีระหว่างกันอย่างไรเหมือนหรือต่างกัน จากพันธะไอออนิกและโคเวเลนต์หรือไม่

3.4.1 การเกิดพันธะโลหะ

จากที่ทราบแล้วว่าโลหะส่วนใหญ่มีสถานะเป็นของแข็งมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงผิวมันวาวสามารถนำไฟฟ้าและความร้อนได้ดีจะสมบัติดังกล่าวจะเห็นว่าโลหะมีสมบัติบางประการของสารประกอบไอออนิกและมีสมบัติบางประการที่แตกต่างจากสารประกอบไอออนิกเช่นการนำไฟฟ้าและการนำความร้อนได้ดีในสถานะของแข็งผิวมันวาวและสมบัติส่วนใหญ่ต่างจากพันธะโคเวเลนต์ซึ่งแสดงว่าโลหะน่าจะยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะที่แตกต่างจากพันธะไอออนิกและพันธะโคเวเลนต์การที่อะตอมของโลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันต่างการยึดเหนี่ยวระหว่างวาเลนอิเล็กตรอนกับโปรตอนในนิวเคลียสจึงน้อยให้เวเลนซ์อิเล็กตรอนของแต่ละอะตอมสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระไปทั่วทั้งชิ้นโลหะและเกิดการยึดเหนี่ยวกับโปรตอนในนิวเคลียสทุกทิศทุกทางการยึดเหนี่ยวนี้เรียกว่าพันธะโลหะการเกิดพันธะโลหะแสดงได้ด้วยแบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน

3.4.2 สมบัติของโลหะ

1.โลหะมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง

2.โลหะมีผิวมันวาวและสามารถสะท้อนแสงได้

3.โลหะนำไฟฟ้าและความร้อนได้ดี นอกจากนี้โลหะยังสามารถตีให้ออกเป็นแผ่นและดึงให้เป็นเส้นด้าย 

3.5 การใช้ประโยชน์ของสารประกอบไอออนิก สารโคเวเลนต์ และโลหะ

จากการที่สารประกอบไอออนิกสารโคเวเลนต์และโลหะมีสมบัติเฉพาะตัวมาว่าการที่ต่างกันจึงสามารถนำมาใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆได้ตามความเหมาะสม เช่น

- แอมโมเนียมคลอไรด์และซิงค์คลอไรด์ เป็นสารประกอบไอออนิกที่สามารถนำไฟฟ้าได้จากการแตกตัวเป็นไอออนเมื่อละลายน้ำจึงนำไปใช้เป็นสารอิเล็กโทรไลต์ในถ่านไฟฉาย

- พอลิไวนิลคลอไรด์หรือ PVC เป็นสารโคเวเลนต์ที่ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้จึงเป็นฉนวนไฟฟ้าที่หุ้มสายไฟฟ้า

- ซิลิกอนคาร์ไบด์ เป็นสารโคเวเลนต์โครงร่างตาข่ายที่มีจุดหลอมเหลวสูงและมีความแข็งแรงมากจึงนำไปใช้ทำเครื่องบด

- ทองแดงและอะลูมิเนียม เป็นโลหะที่นําไฟฟ้าได้ดีจึงนำไปใช้เป็นตัวนำไฟฟ้าอะลูมิเนียมและเหล็กเป็นโลหะที่นําความร้อนได้ดีจึงนำไปทำภาชนะสำหรับประกอบอาหาร เช่น หม้อ กระทะะ