วันพฤหัสบดีที่ 1 ธันวาคม พ.ศ. 2559

พันธะในโมเลกุลของน้ำ (พันธะไฮโดรเจน)

ที่มา : http://www.actukine.com/Pourquoi-les-cervicalgiques-n-aiment-pas-le-froid_a5001.html

เมื่อนำน้ำใส่ขวดแช่ไว้ในช่องแช่แข็งทิ้งไว้ เมื่อเวลาผ่านไปทำไมขวดน้ำบวมและแตกได้ ทั้งๆที่น้ำถูกเปลี่ยนเป็นของแข็ง แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเพิ่มขึ้น ปริมาตรน้ำในขวดน่าจะลดลง ?
จากคำถามด้านบน เชื่อว่าหลายคนก็เคยมีข้อสงสัย วันนี้เราจะมาหาคำตอบกันค่ะ

กรณีสสารทั่วไปจะเป็นอย่างที่เคยศึกษามา นั่นคือ สสารทั่วไปเมื่ออยู่ในสถานะของแข็งโมเลกุลแต่ละโมเลกุลจะอยู่ใกล้ชิดกัน มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลสูง ปริมาตรลดลง แต่ในกรณีของน้ำกลับไม่เป็นเช่นนั้น เพราะว่าโมเลกุลของน้ำมีแรงยึดเหนี่ยวอีกหนึ่งรูปแบบที่เรียกว่า พันธะไฮโดรเจน จึงทำให้น้ำมีคุณสมบัติแตกต่างจากสารอื่นๆทั่วๆไป

รู้จักพันธะไฮโดรเจน (Hydrogen Bond)

พันธะไฮโดรเจน  คือ  แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์ชนิดหนึ่งที่เกิดจากอะตอมของไฮโดรเจนของโมเลกุลหนึ่งที่มีขั้วยึดเหนี่ยวกับอะตอมของอีกโมเลกุลหนึ่งที่มีขนาดเล็กและมีค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตี (EN) สูง เช่น  F , O  และ  N และที่สำคัญอะตอมจะต้องมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวเหลืออยู่อย่างน้อย 1 คู่ ทำให้อะตอมเหล่านี้มีอำนาจขั้วไฟฟ้าลบสูง จึงมีแรงยึดเหนี่ยวกับอะตอมไฮโดรเจนที่อยู่ข้างเคียงสูงมากตามไปด้วย ดังนั้นพันธะไฮโดรเจนจึงมีความแข็งแรงมากกว่าแวนเดอร์วาลส์ 5-10 เท่า แต่น้อยกว่าพันธะโคเวเลนต์
พันธะไฮโดรเจนเหมือนหรือแตกต่างกับพันธะในโมเลกุลของไฮโดรเจน ?
พันธะไฮโดรเจนแตกต่างกับพันธะในโมเลกุลของไฮโดรเจน เนื่องจากพันธะไฮโดรเจนเป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลกับโมเลกุล ในขณะที่พันธะในโมเลกุลของไฮโดรเจนเป็นพันธะโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมของไฮโดรเจน 2 อะตอมใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน
พันธะในโมเลกุลของไฮโดรเจน(H2)
ในโมเลกุลของน้ำ (H2O) ออกซิเจน (O) สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้ 2 พันธะต่อ 1 อะตอมโมเลกุลของ H2O จึงทำให้น้ำเกิดแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมาก จุดเดือดของน้ำจึงมีค่าสูง (100 C)
การเกิดพันธะไฮโดรเจนในโมเลกุลของน้ำ
ที่มา : https://opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/2-2-chemical-bonds/

นอกจากนี้พันธะไฮโดรเจนยังมีลักษณะพิเศษที่แตกต่างจากแรงแวนเดอร์วาลส์ตรงที่พันธะไฮโดรเจนเป็นพันธะในโมเลกุลที่มีทิศทาง ส่วนแรงแวนเดอร์วาลส์เป็นพันธะในโมเลกุลที่ไม่มีทิศทาง ยกตัวอย่าง เมื่อนำน้ำใส่ขวดแช่ในช่องแช่แข็ง เมื่อน้ำกลายเป็นน้ำแข็งขวดจะบวมออกมา เพราะโมเลกุลของน้ำเกิดการขยายตัวคือ ปกติในสถานะของเหลวโมเลกุลแต่ละโมเลกุลจะอยู่ชิดกันมากยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะไฮโดรเจนแต่จัดเรียงตัวกันไม่เป็นระเบียบ แต่เมื่อน้ำกลายเป็นน้ำแข็งโมเลกุลของน้ำจะอยู่ห่างกัน และเกิดเป็นโครงผลึกร่างตาข่ายขึ้นโดยน้ำแต่ละโมเลกุลจะเกิดพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลข้างเคียงได้ถึง 4 พันธะในลักษณะเป็นรูปทรงสี่หน้าทำให้โครงผลึกของน้ำแข็งมีลักษณะเป็นโพรงปริมาตรของน้ำก็จะเพิ่มขึ้นทั้งที่มวลของน้ำยังเท่าเดิมความหนาแน่นจึงน้อยลง ด้วยเหตุนี้จึงทำให้น้ำแข็งลอยน้ำได้ 

น้ำแข็งมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ น้ำแข็งจึงลอยน้ำได้
ที่มา : http://www.clipartkid.com/ice-water-cliparts/


ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น