สมบัติของสารประกอบไอออนิก 

                สารไอออนิกเกิดจากไอออนบวกและไอออนลบเรียงตัวสลับที่ล้อมรอบซึ่งกันและกัน  โดยแต่ละไอออนของสารไอออนิกแต่ละชนิด  จะมีตำแหน่งประจำที่อยู่ ณ จุดใดจุดหนึ่งของผลึก  ทำให้เกิดรูปผลึกเฉพาะตัว  การทุบหรือบีบอัดอย่างแรงจะทำให้ไอออนเกิดการเคลื่อนที่  หรือเลื่อนตำแหน่งไปจากเดิม  ถ้าไอออนที่มีประจุเดียวกันเลื่อนไปอยู่ตรงกันก็จะเกิดแรงผลักอย่างรุนแรง  ทำให้สารไอออนิกแตกออกจากกัน  สารไอออนิกที่เป็นของแข็งจึงเปราะและแตกหักง่าย

                สารไอออนิกขณะเป็นของแข็งจะไม่นำไฟฟ้าเนื่องจากไอออนไม่มีการเคลื่อนที่  แต่เมื่อหลอมเหลวหรืออยู่ในรูปของสารละลายจะนำไฟฟ้าได้เพราะไอออนเคลื่อนที่ได้

                สารไอออนิกจะมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง เนื่องจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่างไอออนบวกกับไอออนลบมีกำลังมาก  จึงต้องใช้ความร้อนมากในการทำให้ไอออนแยกออกจากกัน

การละลายของสารไอออนิก 

                สารไอออนิกเกิดจากการรวมตัวกันระหว่างไอออนบวกกับไอออนลบ  ซึ่งโดยทั่วไปแล้วไอออนทั้งสองจะมีแรงดึงดูดกันมาก(พันธะไอออนิก)    การละลายเป็นการทำให้ไอออนแยกตัวออกจากกัน   จึงต้องใช้พลังงานจำนวนมากเช่นกันไอออนจึงจะแยกตัวออกจากกันได้   ขณะที่ไอออนเข้ามารวมตัวกันป็นสารไอออนิกนั้น  จะมีการคายพลังงานออกมาจำนวนหนึ่งที่เรียกว่าพลังงานโครงร่างผลึก (lattce energy)  สารไอออนิกชนิดใดคายพลังงานโครงร่างผลึกออกมามาก  พันธะไอออนิกก็จะมีความแข็งแรงมาก  ถ้าจะทำให้ไอออนแยกออกจากกันก็จะต้องใช้พลังงานมากด้วย  พลังงานดังกล่าวนี้มีผลต่อการละลายของสารไอออนิก  การที่สารไอออนิกแต่ละชนิดมีสภาพการละลาย  (solubility)  แตกต่างกันก็ขึ้นอยู่กับพลังงานส่วนนี้    การละลายของสารไอออนิกจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อต้องให้พลังงานจำนวนเท่ากับพลังงานโครงร่างผลึกกลับเข้าไป  ไอออนจึงจะแยกตัวออกจากกัน   แต่เรามักจะเรียกสั้น ๆ ว่าพลังงานโครงร่างผลึก   ดังสมการ

                Na⁺(g) + Cl^-(g)  →  NaCl(s)  ;  ΔH₅  =  -787  kJ/mol  

หมายความว่าแรงดึงดูดระหว่าง Na⁺ กับ Cl^- ที่รวมตัวกันอยู่ใน  NaCl  เมื่อคิดเป็นพลังงานจะมีค่าเท่ากับ  787  kJ/mol  ฉะนั้นถ้าจะทำให้ผลึก NaCl จำนวน  1  โมล   แยกตัวออกไปเป็น  Na⁺  และ  Cl^-  ในสภาวะก๊าซอย่างเดิมจึงต้องดูดพลังงาน  787  kJ/mol  กลับเข้าไป  ดังสมการ
                                NaCl(s)  →  Na⁺(g) + Cl^-(g)  ;  ΔH₅  =  +787  kJ/mol  

พลังงานนี้ถ้าจะเรียกชื่อให้ถูกจะต้องเรียกว่า  พลังงานเท่าพลังงานโครงร่างผลึก  แต่มักจะเรียกสั้น ๆ ว่าพลังงานโครงร่างผลึกดังกล่าวมาแล้ว  พลังงานนี้จะเป็นตัวบ่งชี้ว่าสารไอออนิกละลายง่ายหรือยาก  คือถ้ามีพลังงานโครงร่างผลึกมาก  สารไอออนิกก็จะละลายยากจนอาจถึงขั้นที่ไม่ละลายก็ได้ (คำว่าไม่ละลายหมายความว่า  ละลายได้น้อยกว่า  0.10  กรัม/น้ำ 100 กรัม) 

การละลายของสารไอออนิกจะเกี่ยวข้องกับพลังงาน  2  ขั้น  คือ

ขั้นที่ 1  ดูดพลังงานเท่าพลังงานโครงร่างผลึก เพื่อทำให้ไอออนบวกกับไอออนลบในผลึกแยกออกจากกัน  เขียนสมการแสดงดังนี้

                NaCl(s)  +  787 kJ/mol  →  Na⁺(g)  +  Cl^-(g)  

แสดงด้วยสัญลักษณ์   ΔH  จะใช้เครื่องหมายบวก  ดังสมการ  
               NaCl(s)  →  Na⁺(g)  +  Cl^-(g)   ;  ΔH₁  =  +787  kJ/mol

ΔH  ในกรณีนี้ใช้เครื่องหมายบวกเนื่องจากเป็นการดูดพลังงาน  มีผลให้  NaCl(s)  แยกออกจากกันกลายเป็น  Na⁺  กับ  Cl^-  อยู่ในภาวะแก๊ส  (g)  แต่ไม่ได้หมายความว่ากลายเป็นไอแล้วฟุ้งกระจายอยู่ในอากาศ  แต่หมายความว่าไอออนทั้งสองแยกตัวออกจากกันเป็นอิสระ  เคลื่อนที่ไปมาได้ด้วยตัวเองเพราะมีพลังงานสูงทำนองเดียวกับโมเลกุลของก๊าซต่าง ๆ   แต่ภาวะดังกล่าวนี้จะเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่สั้นมากแล้วผ่านไปสู่ขั้นตอนต่อไปทันที่ 

พลังงานที่ใช้ในขั้นนี้ดูดเข้าไปจากสิ่งแวดล้อมที่อยู่ใกล้ที่สุด  ได้แก่ความร้อนที่มีอยู่ในตัวทำละลาย  จึงมีผลให้อุณหภูมิของระบบลดลง 

ขั้นที่ 2  คายพลังงานเมื่อโมเลกุลของตัวทำละลายเข้าล้อมรอบไอออน  ถ้าตัวทำละลายคือน้ำ  จะเรียกว่าพลังงานไฮเดรชัน  (Hydration)  ซึ่งสารไอออนิกส่วนมากก็จะละลายในน้ำ  ถ้าตัวทำละลายเป็นสารอื่นจะเรียกพลังงานในขั้นนี้ว่า  พลังงานโซลเวชัน (solvation)  สารไอออนิกจะละลายในตัวทำละลายที่โมเลกุลมีขั้วไฟฟ้า เรียกกันว่าตัวทำละลายมีขั้ว (pola solvent)  เช่น  โมเลกุลของน้ำเป็นโมเลกุลที่มีขั้วไฟฟ้า  ดังรูป

                จากรูปแสดงว่าโมเลกุลของน้ำทางด้านอะตอมของ O มีขั้วไฟฟ้าเป็นขั้วลบ  ส่วนทางด้านอะตอมของ H  มีขั้วไฟฟ้าเป็นขั้วบวก   ฉะนั้น  Na⁺  เมื่ออยู่ในน้ำก็จะถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำ  โดยหันทางด้านอะตอมของ  O  เข้าหา  ส่วน  Cl^-   ก็จะถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำโดยหันด้านอะตอมของ H  เข้าหา  (น้ำมีชื่อเดิมในภาษาละตินว่า aqua  หรือ  aqueous )  ฉะนั้นจึงใช้อักษรย่อ  (aq) แสดงการละลายที่มีน้ำเป็นตัวทำละลาย  เช่น สารละลายของโซเดียมคลอไรด์ในน้ำเขียนดังนี้  NaCl(aq)  หรือ  Na⁺(aq) + Cl^-(aq) 

                โมเลกุลของน้ำซึ่งล้อมรอบ  Na⁺  และ  Cl^-  เกิดขึ้นทั้ง  3  มิติ  ไม่มีจำนวนที่แน่นอนว่าแต่ละไอออนจะถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำจำนวนเท่าใด  ดังรูป

(คลิ้ก  ชมการละลายน้ำของ NaCl)
(คลิ้ก  ชมโมเลกุลของน้ำซึ่งล้อมรอบไอออนบวกและไอออนลบ)
(คลิ้ก ชมการละลายน้ำของ NaCl)

                ขณะที่โมเลกุลของน้ำเข้ามาล้อมรอบไอออนนั้น จะต้องมีการคายพลังงานออกมาจำนวนหนึ่ง เรียกพลังงานที่คายออกมานี้ว่าพลังงานไฮเดรชัน (Hydration)  ดังสมการ 

                       Na⁺(g)  +  Cl^-(g)  →  Na⁺(aq)  +  Cl^-(aq)  + 769  kJ/mol 

 แสดงด้วยสัญลักษณ์  ΔH₂  จะใช้เครื่องหมายลบ   ดังสมการ 

                        Na⁺(g)  +  Cl^-(g)  →  Na⁺(aq)  +  Cl^-(aq)  ;  ΔH₂  =  -769  kJ/mol

เมื่อนำพลังงานทั้ง 2 ขั้นตอนมารวมกัน (นำเครื่องหมายมาด้วย) ค่าที่ได้  เรียกว่าพลังงานของการละลาย  (Heat of solution  ; ΔH_sol )  ดังนี้

                ขั้นที่  1  NaCl(s)  →  Na+(g)  +  Cl-(g)   ;  ΔH₁  =  + 787 kJ/mol

                ขั้นที่  2  Na⁺(g)  +  Cl^-(g)  →  Na+(aq)  +  Cl^-(aq)  ;  ΔH₂  =  -769  kJ/mol

      ΔH_sol   =  ΔH₁ +  ΔH₂

                =  +787 +(-769)

                =  + 18  kJ/mol

                สมการรวม  Na(s) + Cl₂(g)  →  NaCl(s)    ;   ΔH_sol  =    + 18   kJ/mol

                จากตัวอย่างจะเห็นได้ว่า ΔH₁ มีค่ามากกว่า ΔH₂  ทำให้ค่า  ΔH_sol ของ  NaCl = +18 kJ/mol  หมายความว่าเมื่อมีการละลายของ  NaCl  จำนวน  1  โมล  จะดูดพลังงานจากสิ่งแวดล้อมเข้าไป  18  kJ  พลังงานดังกล่าวนี้จะดูดจากตัวทำละลายเพราะอยู่ใกล้ที่สุด  ทำให้ขณะละลายอุณหภูมิจะลดลง  พลังงานจำนวนนี้ถือว่าน้อยฉะนั้นจะพบว่าเมื่อ  NaCl  ละลายน้ำอุณหภูมิจะลดลงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น    

การละลายของสารไอออนิกจะเป็นชนิดดูดความร้อนหรือคายความร้อน  ขึ้นอยู่กับพลังงานโครงร่างผลึกกับพลังงานไฮเดรชัน  ว่าพลังงานใดจะมากกว่ากัน

ถ้าพลังงานงานโครงร่างผลึกมากกว่าพลังงานไฮเดรชัน  การละลายจะเป็นชนิดดูดความร้อน  ขณะละลายอุณหภูมิจะลดลง  ถ้าต้องการให้ละลายได้เร็วต้องให้ความร้อน

ถ้าพลังงานไฮเดรชันมากกว่าพลังงานโครงร่างผลึก  การละลายจะเป็นชนิดคายความร้อน  ขณะละลายอุณหภูมิจะสูงขึ้น  ถ้าต้องการให้ละลายเร็วต้องช่วยระยายความร้อนออกไป  แต่ไม่ได้หมายความว่าต้องแช่ในน้ำแข็งหรือทำให้เย็นจัด  เพราะถ้าเย็นมากก็จะไม่ละลาย  จึงควรใช้วิธีรักษาอุณหภูมิขณะละลายเอาไว้ไม่ให้สูงมาก

  **  การละลายของสารไอออนิกเป็นสมบัติเฉพาะตัว  บางชนิดละลายได้มาก  บางชนิดละลายได้น้อย   

                จำแนกการละลายเป็น  3  ระดับ    เปรียบเทียบกันที่ใช้น้ำ  100  กรัม  เท่ากัน ณ อุณหภูมิ  25  ^oC   ถ้าละลายได้มากกว่า 1.00  กรัมขึ้นไป  จัดว่าละลายได้ดี  ถ้าอยู่ระหว่า  0.1  - 1.0  กรัม  จัดว่าละลายได้เล็กน้อย  แต่ถ้าละลายได้น้อยกว่า  0.1  กรัม  จัดว่าไม่ละลาย  แต่ความจริงละลาย)

เอนทัลปี (enthalpy) คือ ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทเข้าหรือออกระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อม  ในกระบวนการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ ได้แก่การเปลี่ยนสถานะ  การละลายและการเกิดปฏิกิริยาเคมี  เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์   H   ถ้าเราเปรียบเทียบปริมาณความร้อนระหว่างก่อนการเปลี่ยนแปลง  กับปริมาณความร้อนหลังการเปลี่ยนแปลงใด ๆ  จะพบว่ามีปริมาณความร้อนเปลี่ยนแปลงไป  เรียกปริมาณความร้อนส่วนที่เปลี่ยนแปลงว่า  การเปลี่ยนแปลงเอนทัลปี  ใช้สัญลักษณ์ว่า  ΔH   อาจแสดงในรูปสมการได้ว่า ;  

                    ΔH    =    ΔH₁  +  ΔH₂   ; (ΔH₁  ใช้เครื่องหมายบวก  ΔH₂  ใช้เครื่องหมายลบ)

ถ้า   ΔH₁ มากกว่า     ΔH₂ ปฏิกิริยาจะเป็นแบบดูดความร้อน  (endothermic reaction) ค่า ΔH   จะใช้เครื่องหมาย+
ถ้า   ΔH₂ มากกว่า     ΔH₁ ปฏิกิริยาจะเป็นแบบคายความร้อน (exothermic reaction)  ค่า ΔH   จะใช้เครื่องหมาย  -
                                                                                               (คลิ้ก  ชมปฏิกิริยาดูดความร้อน  คายความร้อนและค่าΔH   )

                กระบวนการเปลี่ยนแปลงมีทั้งการเปลี่ยนสถานะ  การละลายและการเกิดปฏิกิริยาเคมี  การแสดงค่า  เอนทัลปี  หรือ  DH   จึงใช้ตัวอักษรย่อกำกับไว้ด้วย  เพื่อให้ทราบว่าเป็น  DH   ของกระบวนการใด  เช่น
                ΔH_f   =  enthalpy of formation   คือเอนทัลปีของการปฏิกิริยาเคมีของเกิดสารเคมีชนิดนั้น
                ΔH_fus   = enthalpy of  fusion  คือเอนทัลปีของการหลอมเหลว
                DH_sub  =   enthalpy of sublimation  คือเอนทัลปีของการระเหิด
                ΔH_{vap  =}   enthalpy of vaporization  คือเอนทัลปีของการกลายเป็นไอ   

                ΔH_{soln  =}   enthalpy of  solution  คือ  เอนทัลปีของการละลาย

                ถ้าการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในภาวะมาตรฐาน  คือ  อุณหภูมิ  25 ^oC ความดัน 1 atm  จะเรียกว่าเอนทัลปีมาตรฐาน   ใช้สัญสักษณ์ว่า  ΔH⁰  

                (คลิกชม  การทดลองเสมือนจริงแสดงการละลายของสารไอออนิก)

สภาพการละลาย (solubility)

            สารแต่ละชนิดมีสภาพการละลายแตกต่างกัน (ในยุคหนึ่งเคยเรียกว่าความสามารถในการละลาย)  ในการเปรียบเทียบว่าสารแต่ละชนิดมีสภาพการละลายอย่างไร  จะใช้น้ำ  100  กรัม  อุณหภูมิ  25  ^oC  เป็นตัวทำละลายแล้วทดสอบว่า  สารแต่ละชนิดละลายได้กี่กรัม  จำแนกออกเป็น  3  ระดับ  คือ

                1.  ถ้าละลายได้น้อยกว่า  0.10  กรัม  จัดว่าไม่ละลาย

                2.  ถ้าละลายได้ระหว่าง  0.10 ถึง 1.0  กรัม  จัดว่าละลายได้เล็กน้อย

                3.  ถ้าละลายได้มากกว่า 1.0  กรัม  จัดว่าละลายได้ดี

                เมื่อมีการละลายย่อมมีการเปลี่ยนแปลงพลังงาน  ดังที่ทราบในตอนต้นมาแล้วว่าเกี่ยวข้องกับพลังงานโครงร่างผลึกกับพลังงานไฮเดรชัน  ทำให้การละลายเป็นแบบดูดความร้อนหรือคายความร้อนอย่างใดอย่างหนึ่ง  จากกราฟแสดงสภาพการละลาย  (solubility)  ของสารต่าง ๆ ต่อไปนี้จะเห็นว่าสารส่วนใหญ่ละลายได้มากขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น  เป็นลักษณะของการละลายแบบดูดความร้อน  เกิดจากพลังงานโครงร่างผลึกมากกว่าพลังงานไฮเดรชัน  มีอยู่ชนิดเดียวที่ละลายได้น้อยลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น  ได้แก่  Ce₂(SO₄)₃  ;  เซอร์เรียม (III) ซัลเฟต  Ce  เป็นโลหะแทรนซิชัน  มีเลขเชิงอะตอม  58  การละลายลักษณะนี้เป็นการละลายแบบคายความร้อน  เป็นเพราะพลังงานไฮเดรชันมากกว่าพลังงานโครงร่างผลึก

ให้ทำความเข้าใจว่าทุกจุดบนเส้นกราฟที่แสดงสภาพการละลายของสารแต่ละชนิด  สารละลาย ณ จุดนั้น ๆ  จะเป็นสารละลายอิ่มตัว ณ อุณหภูมินั้น ๆ  ดูตัวอย่างเส้นกราฟของ  K₂Cr₂O₇  จะพบว่าอุณหภูมิกับปริมาณของ  K₂Cr₂O₇  ที่ละลายได้จะเป็นดังนี้

ณ อุณหภูมิและปริมาณสารที่ละลายได้ดังที่แสดงอยู่นี้  สารละลายในแต่ละอุณหภูมิล้วนเป็นสารละลายอิ่มตัวทั้งสิ้น  ถ้าควบคุมอุณหภูมิให้คงที่  ณ  อุณหภูมิใดก็ตาม  ปริมาณของ    K₂Cr₂O₇  ที่ละลายได้ก็จะคงที่    เช่น ที่อุณหภูมิ  50  ^oC  K₂Cr₂O₇  ละลายได้  30  กรัม  แต่เมื่อเพิ่มอุณหภูมิเป็น  90  ^oC ทำให้   K₂Cr₂O₇  ละลายได้เพื่อมขึ้นอีก  40  กรัมเป็น  70  กรัม  แต่ถ้าลดอุณหภูมิให้กลับไปอยู่ที่  50  ^oC  ตามเดิม  K₂Cr₂O₇  ก็จะตกผลึกแยกตัวออกมา  40  กรัม  เช่นกัน

                เราสามารถคิดคำนวณได้ว่าการละลายของสารไอออนิกชนิดต่าง ๆ  เมื่อละลายแล้วจะทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลงเท่าไร  ถ้าเราทราบข้อมูลต่อไปนี้

1. ทราบพลังงานการละลาย (ΔH_sol) ของสารนั้น ๆ
2. ทราบมวลของตัวละลาย(ตัวถูกละลาย)
3. ทราบมวลของตัวทำละลายและความร้อนจำเพาะ ( c  หรือ s )

กำหนดให้             Q =  ปริมาณความร้อน  (จูล หรือแคลอรี  โดย 1 แคลอรี = 4.2  จูล)

                          m = น้ำหนักของตัวทำละลาย  (กรัม)

                  c หรือ s =  ความจุความร้อนของตัวทำละลาย  ( ถ้าตัวทำละลายคือน้ำ   c  หรือ s

                             =  1  แคลอรี/กรัม  หรือ  4.2  จูล/กรัม องศาเซลเซียส)

                         Δt =  อุนหภูมิที่เปลี่ยนแปลง (องศาเซลเซียส)

สมการ               

ตัวอย่าง    ถ้าทำให้โซเดียมคลอไรด์จำนวน  1  โมล  ละลายในน้ำ  1  ลิตร ( 1,000 กรัม) อุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงอย่างไร  ถ้าความร้อนจำเพาะของน้ำคือ  1  cal/g  หรือ  4.2 J/g   และพลังงานของการละลายเป็นดังสมการ

                NaCl(s)    →  Na⁺(aq) +   Cl^-(aq)  ;   ΔH_sol  =    + 18   kJ/mol

วิธีทำ                     Q (ปริมาณความร้อน)          =  18  kJ

                                                                =  18 x 1,000  J

                                                                =  18,000  J  หรือ   = 4,285.71  แคลอรี

                             m (น้ำหนักของน้ำ)            =  1,000  กรัม

                             c หรือ s (ความจุความร้อนของน้ำ) = 1 แคลอรี/กรัม หรือ  4.2 จูล/กรัม

สมการ           Q  =  mcΔt    หรือ = ms Δt 

                             =  4.28  ⁰C

สังเกตที่พลังงานการละลายที่กำหนดให้คือ  ΔH_sol= + 18   kJ/mol  เป็นการละลายแบบดูดความร้อน  ฉะนั้น Δt   ที่คำนวณได้จึงเป็นอุณหภูมิที่ลดลง    การละลายดังกล่าวจึงมีผลให้อุณหภูมิลดลง  4.28  ^oC

                สารไอออนิกมีทั้งชนิดที่ละลายน้ำและไม่ละลายน้ำ    มีข้อสังเกตว่าสารไอออนิกที่มีพลังงานโครงร่างผลึก (ΔH₁)  สูง  จะละลายยากกว่าชนิดที่มีพลังงานโครงร่างผลึกต่ำ  และถ้ามีพลังงานโครงร่างผลึกสูงมากไปถึงระดับหนึ่งก็จะกลายเป็นสารที่ไม่ละลายน้ำ  (ความจริงคือละลายได้น้อยกว่า 0.1 กรัม  ในน้ำ 100  กรัม) ส่วนพลังงานไฮเดรชัน (ΔH₂) นั้น  ใช้ในการเปรียบเทียบกับพลังงานโครงร่างผลึกว่า  การละลายจะเป็นแบบดูดหรือคายความร้อน

                - ถ้า  ΔH₁ มากกว่า ΔH₂ การละลายจะเป็นแบบดูดความร้อน  ขณะละลายอุณหภูมิจะลดลง

                - ถ้า  ΔH₂ มากกว่า ΔH₁ การละลายจะเป็นแบบคายความร้อน  ขณะละลายอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น

ข้อสังเกตเกี่ยวกับการละลายหรือไม่ละลายของสารไอออนิกในน้ำ 

                หลักการพิจารณาว่าสารไอออนิกชนิดใดจะละลายน้ำหรือไม่ละลายมีดังนี้

                1.  สารประกอบที่มีธาตุหมู่ 1A     NH₄⁺  และ  NO₃^-  เป็นองค์ประกอบ  ละลายน้ำได้ทุกชนิด

                2.  สารประกอบของธาตุหมู่  2A  ให้พิจารณาดังนี้

                                2.1  สารประกอบของ  Be  ไม่ละลายน้ำ  เช่น  BeCl₂ 

                                2.2  สารประกอบของ  Mg  Ca  Sr  Ba  Ra  ถ้ารวมตัวอยู่กับไอออนลบที่มีประจุ  1-  จะละลายน้ำได้ 
                                   เช่น  CaCl₂   Mg(NO₃)₂  Ba(OH)₂  …

                                2.3  สารประกอบของ Mg  Ca  Sr  Ba  Ra  ถ้ารวมตัวอยู่กับไอออนลบที่มีประจุ  2-  ขึ้นไป  จะไม่
                                    ละลายน้ำ  เช่น  CaCO₃  Ca₃(PO₄)₂  BaSO₄  MgCO₃…

                                  ***ยกเว้น  CaSO₄  ละลายได้เล็กน้อย  MgSO₄  ละลายได้ดี

                3.  สารประกอบของ Ag  ส่วนใหญ่ไม่ละลายน้ำ  ยกเว้น  AgNO₃  ละลายได้ดี  AgSO₄  ละลายได้เล็กน้อย

                4.  สารประกอบของ  Pb  ที่ละลายน้ำได้คือ  Pb(NO₃)₂  นอกนั้นไม่ละลายน้ำ

                5.  สารประกอบของโลหะแทรนซิชันส่วนใหญ่ไม่ละลายน้ำ  ( Fe²⁺  ละลายน้ำ  Fe³⁺ ไม่ละลายน้ำ)

Solubility Rules (กฎของการละลาย)

        Review/memorize these rules.  They can be split into four groups: (ละลายหรือไม่ละลายแบ่งได้เป็น  4  ประเภท)

ALWAYS SOLUBLE:  (ประเภทที่ละลายได้เสมอ คือประเภทที่มีไอออนเหล่านี้เป็นองค์ประกอบ)

        alkali metal ions (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺), NH₄⁺, NO₃^-, C₂H₃O₂^-, ClO₃^-, ClO₄^-

USUALLY SOLUBLE: (ประเภทที่ละลายได้เป็นส่วนใหญ่แต่มีข้อยกเว้นบ้าง)

-          chlorides, bromides, iodides (Cl^-, Br^-, I^-) except “AP/H” (Ag⁺, Pb²⁺, Hg₂²⁺)
(สารที่มี  Cl^-, Br^-, I^- เป็นองค์ประกอบ  ยกเว้น  ถ้ารวมตัวกับ Ag⁺, Pb²⁺, Hg₂²⁺ จะไม่ละลาย)

-          sulfates (SO₄^2-) except “CBS/PBS” (Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺, Pb²⁺)
(สารที่มี  SO₄^2- เป็นองค์ประกอบ  ยกเว้น  ถ้ารวมตัวกับ Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺, Pb²⁺จะไม่ละลายหรือละลายเล็กน้อย)

-          fluorides (F^-) except “CBS/PM” (Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺, Pb²⁺, Mg²⁺)
(สารที่มี  F^- เป็นองค์ประกอบ  ยกเว้นถ้ารวมตัวกับ  Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺, Pb²⁺, Mg²⁺ จะไม่ละลายหรือละลายเล็กน้อย)

USUALLY INSOLUBLE: (ประเภทที่ไม่ละลาย)

                oxides/hydroxides (O^2-, OH^-) except “CBS”  (Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺)
        (สารประกอบออกไซด์และไดรอกไซด์  คือมี   O^2-, OH^- เป็นองค์ประกอบ  ยกเว้นถ้ารวมตัวกับ  Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺ จะ
        ละลายได้)

NEVER SOLUBLE: (ประเภทที่ไม่ละลายแน่ ๆ)

        CO₃^2-, PO₄^3-, S^2-, SO₃^2-, CrO₄^2-, C₂O₄^2- except alkali metals & NH₄⁺
(สารที่มี  CO₃^2-, PO₄^3-, S^2-, SO₃^2-, CrO₄^2-, C₂O₄^2- เป็นองค์ประกอบ  ยกเว้นถ้ารวมตัวกับโลหะอัลคาไลและ  NH₄⁺ ละลายได้)

NOTE: some of these insoluble compounds WILL dissolve in acid solutions because of gas formation... useful idea!
(พวกสารที่ไม่ละลายเหล่านี้  จะละลายในกรด  โดยทำปฏิกิริยากับกรดแล้วมีก๊าซเกิดขึ้น) 

การตกตะกอนเมื่อผสมสารละลายของสารไอออนิกเข้าด้วยกัน 

                สารไอออนิกมีทั้งชนิดที่ละลายน้ำและไม่ละลายน้ำ  สารไอออนิกที่ละลายน้ำจะแตกตัวเป็นไอออนบวกกับไอออนลบแล้วรวมเป็นเนื้อเดียวกับน้ำ  แต่เมื่อนำสารละลายของสารไอออนิกตั้งแต่  2  ชนิดขึ้นไปมาผสมกัน  มีผลให้ไอออนที่มีอยู่ในสารละลายต่างชนิดมารวมอยู่ในระบบเดียวกัน  ถ้ามีไอออนคู่ใดที่รวมตัวกันแล้วกลายเป็นสารไอออนิกที่ไม่ละลายน้ำ    ก็จะตกตะกอนทันที  ฉะนั้นถ้าผสมสารละลายของสารไอออนิกแล้วมีการตกตะกอน  ก็หมายความว่ามีสารไอออนิกที่ไม่ละลายน้ำเกิดขึ้น  เช่น  ถ้าเราทราบว่า  PbI₂  (เกิดจาก Pb²⁺ + 2I ^-  )  เป็นสารไอออนิกที่ไม่ละลายน้ำ  สารนี้มีสีเหลือง  ฉะนั้นถ้าอยู่ในน้ำก็ย่อมตกตะกอนสีเหลือง  ถ้าเรานำสารละลายของสารไอออนิกมา  2  ชนิด  คือ  Pb(NO₃)₂  ( เมื่อละลายจะแตกตัวออกเป็น  Pb²⁺ + 2NO₃^- )  กับสารละลาย  KI (เมื่อละลายจะแตกตัวออกเป็น  K⁺ + I^- )   เมื่อนำมาผสมกัน  ไอออนทั้ง  4  ชนิดก็จะรวมอยู่ในระบบเดียวกัน  คือ  Pb²⁺ + 2NO₃^-  +  K⁺ + I^-   

                ทันทีที่ผสมสารละลาย  Pb²⁺ กับ  I^-   จะรวมตัวกันเป็น PbI₂  แล้วตกตะกอนสีเหลือง  ส่วน  K⁺ กับ  NO₃^-  จะยังคงละลายอยู่ต่อไปเนื่องจาก  KNO₃  เป็นสารไอออนิกที่ละลายน้ำได้    ดังรูป

                                                                                           (คลิ้ก ชมการทดลองผสมสารละลาย Pb(NO₃)₂ + KI)

สมการไอออนิก  (ionic  equation)

            เมื่อผสมสารละลายของสารไอออนิกแล้วมีตะกอนเกิดขึ้น    แสดงว่ามีไอออนรวมตัวกันกลายเป็นสารไอออนิกที่ไม่ละลายน้ำเกิดขึ้น   เขียนสมการแสดงการตกตะกอนได้  3  แบบ คือ
                1.  สมการโมเลกุล (molecular equation)  เป็นการเขียน แสดงสารทุกชนิดในรูปโมเลกุล (หน่วยสูตร)  ไม่ต้องแยกออกเป็นไอออน  แต่เป็นที่เข้าใจว่าส่วนใดเป็นไอออนบวก  ส่วนใดเป็นไอออนลบ และส่วนใดคือส่วนที่ตกตะกอน เช่น
                               Pb(NO₃)(aq)  +  2KI(aq)  →  PbI₂(s)  +  2KNO₃(aq)
                สารที่มี (aq)  อยู่ข้าง ๆ  หมายถึงเป็นสารที่แตกตัวเป็นไอออน  ซึ่งก็คือสารที่ละลายน้ำได้
                สารที่มี (s)  อยู่ข้าง ๆ  หมายถึงสารที่ตกตะกอน

                2.   สมการไอออนิกแบบรวม (over all Ionic  equation)  เป็นการเขียนแสดงสารแต่ละชนิดเมื่อแตกตัวเป็นไอออน  โดยเขียนครบทุกไอออน   เช่น
                               Pb²⁺(aq) + 2NO₃^-(aq)  +  K⁺(aq) + 2I^- (aq)  → PbI₂(s)  + 2NO₃^-(aq)  +  2K⁺(aq)

                ให้สังเกตที่  (aq)  และ (s)  แสดงการละลายได้และการตกตะกอน  ตามลำดับ

                3.  สมการไอออนิกสุทธิ (net-ionic equation)  กรณีนี้เขียนเฉพาะไอออนที่รวมตัวกันแล้วตกตะกอนเท่านั้น  ได้แก่

                               Pb²⁺(aq) + 2I^- (aq)  → PbI₂(s) 

                บางกรณีผสมสารละลายแล้วไม่มีตะกอน  แต่พบว่ามีไอออนรวมตัวกัน  ก็ให้เขียนสมการไอออนิกจากการรวมตัวของไอออนนั้น  (คลิ้ก ชมการผสมสารละลายแล้วไม่มีการตกตะกอนแต่มีการรวมตัวของไอออน)   การที่เรามีความรู้เกี่ยวกับการละลายและการตกตะกอน  เมื่อนำสารละลายของสารไอออนิกต่างชนิดมาผสมกันนี้  เราสามารถนำไปใช้ในการเตรียมสารเคมีชนิดใหม่ขึ้นมาได้  โดยการผสมสารเคมีชนิดเดิมที่มีอยู่  เพื่อให้ตกตะกอนเป็นสารเคมีที่ต้องการ  เช่น  ถ้าเราต้องการเตรียม  BaSO₄  ซึ่งเป็นสารไอออนิกที่ไม่ละลายน้ำ   เราสามารถเตรียมสารนี้ได้โดยเลือกสารเคมีที่เหมาะสม  2  ชนิด  ที่ละลายน้ำได้  สารหนึ่งให้มี  Ba²⁺  เป็นส่วนประกอบ  เช่น  BaCl₂ อีกสารหนึ่งให้มี  SO₄^2-  เป็นส่วนประกอบ  เช่น  Na₂SO₄     เมื่อนำมาผสมกันจะตกตะกอนเป็น  BaSO₄  ตามต้องการ  ดังรูป

                ตะกอนสีขาวที่เกิดขึ้นคือ  BaSO₄  ที่เราต้องการ  สำหรับ  Na⁺ กับ  Cl^-  ยังคงละลายอยู่ในสารละลายตามเดิมเนื่องจากเป็นสารไอออนิกที่ละลายน้ำได้   ถ้าเรากรองแยกเอาตะกอนสีขาวออกมา  เราก็จะได้  BaSO₄  สำหรับ  Na⁺ กับ  Cl^-  ก็จะไหลผ่านกระดาษกรองไป

                เขียนแสดงดังสมการต่อไปนี้ 

1.  สมการโมเลกุล ;   K₂SO₄(aq)  +  BaCl₂(aq)  →  BaSO₄(s)  +  2KCl(aq)
2. สมการไอออนิกรวม ;  
   2K⁺(aq)  +  SO₄^2-(aq)  +  Ba²⁺(aq)  +  2Cl^-(aq)  →  BaSO₄(s)  + 2K⁺(aq)  +  2Cl^-(aq)
3. สมการไอออนิกสุทธิ  ;  Ba²⁺(aq)  +  SO₄^2-(aq)  →  BaSO₄(s)

ความเป็นไอออนิก  (ionic character) 

แม้จะมีการจำแนกในเบื้องต้นเอาไว้ว่า  เมื่อโลหะสร้างพันธะกับอโลหะจะได้พันธะไอออนิก  และถ้าอโลหะสร้างพันธะกับอโลหะจะได้พันธะโคเวเลนต์  แต่มาถึงขั้นนี้ให้เข้าทำความใจเพิ่มเติมว่าความเป็นไอออนิกหรือโคเวเลนต์ไม่ได้แบ่งแยกกันอย่างเด็ดขาด  หมายความว่าพันธะแต่ละพันธะมีทั้งความเป็นไอออนิกและความเป็นโคเวเลนต์อยู่พร้อมกัน  ถ้ามีแนวแนวโน้มว่าเป็นแบบใดมากกว่าจึงจะจัดให้เป็นพันธะชนิดนั้น  สิ่งที่จะใช้ตัดสินว่าเป็นไอออนิกหรือโคเวเลนต์เรียกว่า  ”เปอร์เซ็นต์ไอออนิก”  (percent  ionic character , % ionic character )  ถ้าพิจารณาอย่างง่าย ๆอาจดูเพียงผลต่างของค่า  EN  ของธาตุที่สร้างพันธะกัน  ถ้าต่างกันมากความเป็นไอออนิกก็มาก  พิจารณาค่า  EN  จากตารางต่อไปนี้

ถ้า  Na  สร้างพันธะกับธาตุหมู่  7A  ความแตกต่างของค่า  EN  จะเป็นดังตาราง

* จากความแตกต่างของค่า  EN  ทำให้ลำดับความเป็นไอออนิกของสารประกอบจากมากไปน้อยจะเป็นดังนี้  ;
   NaF > NaCl > NaBr > NaI

                Linus Pauling กำหนดสมการสำหรับคำนวณความเป็นไอออนิก  หรือที่เรียกว่า % ionic character โดยใช้ค่า En ของธาตุที่สร้างพันธะกัน  สมการดังกล่าวเป็นดังนี้

% ionic character   = {1- exp[-(0.25)(Xa - Xb)²]} x 100

* Xa และ Xb คือค่า En ของธาตุแต่ละธาตุที่สร้างพันธะกัน

ตามนิยามนี้ให้ถือว่าพันธะใดที่มีค่า % ionic character น้อยกว่า 50  ให้ถือว่าเป็นพันธะโควาเลนซ์ และพันธะใดที่มีค่า % ionic character มากกว่า 50  ให้ถือว่าเป็นพันธะไอออนิก   แตในทางปฏิบัติจะใช้เป็นช่วงคือระหว่างร้อยละ  40-60  ถ้าต่ำกว่า  40  เป็นโคเวเลนต์  ถ้าสูงกว่า  60  เป็นไอออนิก  ถ้าอยู่ระหว่าง  40-60  จะเป็นได้ทั้งไอออนิกและโคเวเลนต์

ตัวอย่าง

พันธะระหว่างอะตอม Na (En = 0.93) กับ Cl (En = 3.16)

% ionic character = {1- exp[-(0.25)(3.16 - 0.93)2]} x 100 = 71.15%

พันธะระหว่างอะตอม C (En = 2.55) กับ Cl (En = 3.16)

% ionic character = {1- exp[-(0.25)(3.16 - 2.55)2]} x 100 = 8.88%

พันธะระหว่างอะตอม Ti (En = 1.54) กับ Cl (En = 3.16)

% ionic character = {1- exp[-(0.25)(3.16 - 1.54)2]} x 100 = 48.11%

พันธะระหว่างอะตอม Al (En = 1.61) กับ Cl (En = 3.16)

% ionic character = {1- exp[-(0.25)(3.16 - 1.61)2]} x 100 = 54.85%

พันธะระหว่างอะตอม Cu (En = 1.90) กับ Cl (En = 3.16)

% ionic character = {1- exp[-(0.25)(3.16 - 1.90)2]} x 100 = 32.76%

จากค่าที่คำนวณได้จะเห็นว่าพันธะระหว่าง Na กับ Cl จะเป็นมีความเป็นพันธะไอออนิกที่โดดเด่น ในขณะที่พันธะระหว่าง C กับ Cl จะเป็นพันธะโควาเลนซ์อย่างชัดเจน   พันธะระหว่าง Cu กับ Cl มีความเป็นโควาเลนซ์เช่นกันแต่ไม่ชัดเจนเท่า  C กับ Cl

สำหรับพันธะระหว่าง Ti กับ Cl (เช่นใน TiCl₄) ที่มีค่า % ionic character 48.11% และพันธะระหว่าง Al กับ Cl (เช่นใน AlCl₃) ที่มีค่า % ionic character 54.85% นั้นบ่อยครั้งที่เรามองว่าสารประกอบดังกล่าวเป็นสารประกอบโคเวเลนซ์ และก็มีเหมือนกันในบางกรณีที่ต้องมองเป็นสารประกอบไอออนิก

พิจารณาพันธะระหว่าง Si กับ O และ Al กับ O บ้าง

พันธะระหว่างอะตอม Si (En = 1.90) กับ O (En = 3.44)

% ionic character = {1- exp[-(0.25)(3.44 - 1.90)2]} x 100 = 44.73%

พันธะระหว่างอะตอม Al (En = 1.61) กับ O (En = 3.44)

% ionic character = {1- exp[-(0.25)(3.44 - 1.61)2]} x 100 = 56.71%

จะเห็นว่าพันธะระหว่าง Si กับ O นั้นและพันธะระหว่าง Al กับ O นั้นต่างก็อยู่ในบริเวณที่อาจมองได้ว่าเป็นทั้งโควาเลนซ์และไอออนิก โดยพันธะระหว่าง Si กับ O นั้นจะมีความเป็นโควาเลนซ์มากกว่าพันธะระหว่าง Al กับ O

พิจารณาพันธะระหว่าง H กับ O บ้าง

พันธะระหว่างอะตอม H (En = 2.20) กับ O (En = 3.44)

% ionic character = {1- exp[-(0.25)(3.44 - 2.20)2]} x 100 = 31.91%

จะเห็นว่าพันธะระหว่าง H กับ O มีความเป็นไอออนิกต่ำกว่ากว่าพันธะระหว่าง  Al กับ O หรือ Si กับ O

เพื่อให้สังเกตได้ง่าย  จะนำค่าที่เกี่ยวข้องมาแสดงในตารางต่อไปนี้

                ความแตกต่างของค่า  EN  ระหว่างธาตุที่สร้างพันธะกันกับ  % ionic character  ของพันธะที่เกิดขึ้นเป็นดังกราฟต่อไปนี้

                 จากกราฟจะเห็นได้ว่าพันธะที่มี  percent  ionic charecter  =  50  จะมีความแตกต่างของค่า  EN  ประมาณ  1.75  เมื่อดูตัวอย่างของสารที่แสดงในกราฟจะเห็นว่า  พันธะที่มี   percent  ionic charecter  >  50  จะเป็นพันธะระหว่างโลหะกับอโลหะ  ในทางกลับกันเมื่อความแตกต่างของค่า  EN  น้อยกว่า  1.75  จะพบว่า  percent  ionic charecter  <  50  พันธะที่ได้จะเป็นพันธะโคเวเลนต์

มีตารางแสดงผลต่างของค่า  EN  ของธาตุที่สร้างพันธะกันและ % ionic  ของพันธะที่เกิดขึ้น   ใช้เป็นเกณฑ์ในการพิจารณาว่าพันธะต่าง ๆ  มีความเป็นไอออนิกเพียงใด  แต่ให้สังเกตว่า  % ionic  สูงสุดจะไม่ถึง  100  %

                นอกจากนั้นยังพบว่ามีกี่กำหนดให้ใช้ผลต่างของค่า  EN  หรือ   (EN)  ในการจำแนกชนิดของพันธะแยกย่อยออกไปอีก  โดยแบ่งออกเป็น  3  ระดับ  คือ 

                1.  ถ้าค่า  EN  ต่างกันน้อยกว่า  0.5  เป็นพันธะโคเวเลนต์ไม่มีขั้ว 
                2.  ถ้าค่า  EN  ต่างกันระหว่าง  0.5  ถึง  1.7  เป็นพันธะโคเวเลนต์มีขั้ว
                3.  ถ้าค่า  EN  ต่างกันมากกว่า  1.7  เป็นพันธะไอออนิก

 **  แต่อย่างไรก็ตามพบว่าเกณฑ์ที่ใช้จำแนกสมบัติของพันธะในลักษณะนี้  มีการกำหนดไม่ตรงกันแต่มีแนวโน้มไป
ในทางเดียวกัน  จึงควรสังเกตเป็รายกรณีด้วยว่าในแต่ละแห่งต้องการใช้เกณฑ์ใด  เพื่อปรับเปลี่ยนใช้ให้เหมาะสม

*******************************

Size : 15.33 KBs Upload : 2012-11-17 06:59:59

Comment(s) Current Page(s) 1/0 << 1 >>

Vote this Content ? 0 Vote(s) Create by : K-Me Status : ผู้ใช้ทั่วไป วิทยาศาสตร์