ผลต่างระหว่างรุ่นของ "เวเลนซ์"
ไม่มีความย่อการแก้ไข |
|||
| บรรทัด 112: | บรรทัด 112: | ||
*[[สถานะออกซิเดชัน]] |
*[[สถานะออกซิเดชัน]] |
||
*[[เวเลนซ์อิเล็กตรอน]] |
*[[เวเลนซ์อิเล็กตรอน]] |
||
*[[โมเลกุลไฮเพอร์เวเลนต์]] |
|||
==อ้างอิง== |
==อ้างอิง== |
||
รุ่นแก้ไขเมื่อ 06:23, 22 มีนาคม 2559
เวเลนซ์ หรือ เวเลนซี (อังกฤษ: valence or valency) ของธาตุเคมีเป็นการระบุความสามารถของอะตอมในการเกิดเป็นสารประกอบหรือโมเลกุล โดยหลักการเกี่ยวกับเวเลนซีนี้ได้ถูกพัฒนาในครึ่งหลังของคริสตศตวรรษที่ 19 และใช้ในการอธิบายโครงสร้างของสารได้ทั้งสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์[1] แม้ว่าแนวคิดเกี่ยวกับเวเลนซ์จะถูกกล่าวถึงมานานแต่ยังสามารถใช้ได้กับอีกทฤษฎีเกี่ยวกับพันธะเคมี อาทิ ทฤษฎีอะตอมทรงลูกบาศก์ (cubical atom) โครงสร้างลิวอีส (Lewis structures) ทฤษฎีพันธะเวเลนซ์ (valence bond theory; VBT) ทฤษฎีออร์บิทัลเชิงโมเลกุล (molecular orbital theory; MOT) ทฤษฎีการผลักกันของคู่อิเล็กตรอนวงเวเลนซ์ (valence shell electron pair repulsion theory; VSEPR) รวมถึงทฤษฎีควอนตัมสมัยใหม่ เป็นต้น
คำอธิบาย
ความสามารถในการรวมตัวหรือสัมพรรคภาพ (affinity) ของอะตอมสามารถพิจารณาได้จากจำนวนอะตอมไฮโดรเจนที่รวมตัวกับธาตุนั้นๆ ตัวอย่าง มีเทน (CH4) อะตอมคาร์บอนมีเวเลนซ์เท่ากับ 4 แอมโมเนีย (NH3) อะตอมไนโตรเจนมีเวเลนซ์เท่ากับ 3 น้ำ (H2O) อะตอมออกซิเจนมีเวเลนซ์เท่ากับ 2 และในไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) อะตอมคลอรีนจะมีเวเลนซ์เท่ากับ 1 ในขณะที่ฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์ (PCl5) อะตอมฟอสฟอรัสมีเวเลนซ์เท่ากับ 5 เป็นต้น แผนภาพเวเลนซ์ (valence diagram) เป็นการแสดงการเชื่อมต่ออะตอมต่างๆโดยใช้เส้นเชื่อมระหว่าง 2 อะตอม (บางครั้งเรียกว่า "พันธะ") ตัวอย่างเวเลนซ์ของอะตอมต่างๆแสดงดังตาราง
| สารประกอบ | โพรเพน (C3H8) |
อะเซทิลีน (C2H2) |
แอมโมเนีย (NH3) |
โซเดียมไซยาไนด์ NaCN |
ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) |
กรดซัลฟิวริก (H2SO4) |
ไดคลอรีนเฮปทอกไซด์ (Cl2O7) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| แผนภาพ | 
|
ไฟล์:Acetylene-2D.png | 
|
|
|
|
|
| เวเลนซี่ | คาร์บอน, 4 ไฮโดรเจน, 1 |
คาร์บอน, 4 ไฮโดรเจน, 1 |
ไนโตรเจน, 3 ไฮโดรเจน, 1 |
โซเดียม, 1 คาร์บอน, 4 ไนโตรเจน, 3 |
กำมะถัน, 2 ไฮโดรเจน, 1 |
กำมะถัน, 6 ออกซิเจน, 2 ไฮโดรเจน, 1 |
คลอรีน, 7 ออกซิเจน, 2 |
แนวคิดเกี่ยวกับเวเลนซ์ใช้ในการอธิบายการเชื่อมต่อของอะตอมในโครงสร้างของสารได้แต่ไม่สามารถบอกรูปร่างหรือรูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุล และไม่สามารถอธิบายโครงสร้างที่เป็นโครงข่ายขนาดใหญ่ เช่น โครงข่ายโคเวเลนต์และสารประกอบไอออนิกได้
นิยาม
นิยามตามหนังสือเล่มสีทอง (Gold Book) ของสหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC) ได้ให้นิยามคำว่าเวเลนซ์ว่า "เวเลนซ์ คือ จำนวนอะตอมยูนิเวเลนซ์ (มีที่มาจากอะตอมไฮโดรเจนหรืออะตอมคลอรีน) สูงสุดที่อาจรวมกับอะตอมหนึ่งๆของธาตุที่กำลังพิจารณา โดยที่อะตอมของธาตุนั้นๆจะสามารถถูกแทนที่ได้" [2]
อย่างไรก็ตาม มีการนิยามคำว่าเวเลนซ์ในหนังสืออื่นๆเช่น "เวเลนซ์ คือ จำนวนอะตอมไฮโดรเจนที่สามารถรวมตัวกับธาตุหนึ่งๆในสารประกอบธาตุคู่ไฮไดรด์ (binary hydride) หรือสองเท่าของจำนวนอะตอมออกซิเจนที่รวมกับธาตุนั้นๆในสารประกอบออกไซด์ชนิดหนึ่งๆหรือหลายชนิด"[3] ซึ่งจะเห็นได้ว่านิยามอย่างหลังได้ขยายความอีกนัยหนึ่งว่าเวเลนซ์ของอะตอมธาตุชนิดหนึ่งๆอาจมีได้หลายค่านั่นเอง
เวเลนซ์โดยทั่วไปของธาตุในตารางธาตุ
สำหรับธาตุหมู่หลัก (main groups) เวเลนซ์ของอะตอมอาจจะเป็นไปได้ตั้งแต่ 1 ถึง 7 ดังตาราง
| หมู่ | เวเลนซ์ 1 | เวเลนซ์ 2 | เวเลนซ์ 3 | เวเลนซ์ 4 | เวเลนซ์ 5 | เวเลนซ์ 6 | เวเลนซ์ 7 | เวเลนซ์โดยทั่วไป |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | NaCl | 1 | ||||||
| 2 | MgCl2 | 2 | ||||||
| 13 | BCl3 , AlCl3 Al2O3 |
3 | ||||||
| 14 | CO | CH4 | 4 | |||||
| 15 | NO | NH3 PH3 As2O3 |
NO2 | N2O5 PCl5 |
3 และ 5 | |||
| 16 | H2O H2S |
SO2 | SO3 | 2 และ 6 | ||||
| 17 | HCl | ClO2 | Cl2O7 | 1 และ 7 |
ธาตุในตารางธาตุหลายชนิดโดยเฉพาะธาตุหมู่หลักเราสามารถทำนายเวเลนซีของอะตอมได้จากตำแหน่งในตารางธาตุ เช่น ธาตุหมู่ 1 และ ธาตุหมู่ 17 มีเวเลนซ์โดยทั่วไปเท่ากับ 1 ธาตุหมู่ 2 และธาตุหมู่ 16 มีเวเลนซ์โดยทั่วไปเท่ากับ 2 ธาตุหมู่ 13 และธาตุหมู่ 15 มีเวเลนซ์โดยทั่วไปเท่ากับ 3 เป็นต้น ซึ่งการทำนายนี้เป็นไปตามกฎออกเตต (octet rule) การบอกจำนวนเวเลนซ์โดยทั่วไปมักจะใช้เลขละตินหรือกรีกเป็นคำนำหน้า เช่น ยูนิ-/มอนอ- (uni-/mono-) ไบ-/ได- (bi-/di-) เทอร์-/ไตร- (ter-/tri-) ควอดริ-/เตตระ- (quadri-/tetra-) ควินควิ-/เพนตะ- (quinque-/penta-) แทนเวเลนซ์เท่ากับ 1 2 3 4 และ 5 ตามลำดับ ตัวอย่างเช่น ซัลเฟตไอออน (SO42-) จัดเป็น ไอออนลบไดเวเลนต์ หรือ ไอออนลบไบเวเลนต์ เป็นต้น
เวเลนซ์และสถานะออกซิเดชัน
เนื่องจากความกำกวมของคำว่าเวเลนซ์ การใช้เลขออกซิเดชันในการอ่านชื่อสารแบบสตอก (Stock nomenclature) ของสารประกอบโคออร์ดิเนชัน (coordination compounds) [4]รวมถึงการใช้สัญกรณ์แลมบ์ดา (lambda notation) ในการอ่านชื่อสารอนินทรีย์[5] จึงจำเป็นต้องแยกความแตกต่างของคำว่า เวเลนซ์ และ สถานะออกซิเดชัน
สถานะออกซิเดชันนั้นพิจารณาการสูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอนเมื่ออะตอมเกิดพันธะเคมี โดยพิจารณาประจุได้จากการประมาณแบบไอออนิก (ionic apprximation) ซึ่งพิจารณาการมีส่วนร่วมของแต่ละอะตอมในออร์บิทัลเชิงโมเลกุล (MO) หรือพิจารณาได้จากค่าอิเล็กโตรเนกาทิวิตีแบบอัลเลน (Allen's electronegativity) ซึ่งสถานะออกซิเดชันของอะตอมอาจจะมีค่าเป็นบวกหรือลบ และอาจเป็นจำนวนเต็มหรือไม่ก็ได้[6] ในขณะที่เวเลนซ์เป็นค่าจำนวนเต็มบวกเท่านั้น
ตัวอย่าง
ตัวอย่างสารประกอบที่เวเลนซ์มีค่าตรงกับค่าสัมบูรณ์ของสถานะออกซิเดชัน
| สารประกอบ | สูตร | เวเลนซ์ | สถานะออกซิเดชัน |
|---|---|---|---|
| ไฮโดรเจนคลอไรด์ | HCl | H = 1 Cl = 1 | H = +1 Cl = −1 |
| กรดเพอร์คลอริก | HClO4 | H = 1 Cl = 7 O = 2 | H = +1 Cl = +7 O = −2 |
| โซเดียมไฮไดรด์ | NaH | Na = 1 H = 1 | Na = +1 H = −1 |
| เฟอร์รัสออกไซด์ | FeO | Fe = 2 O = 2 | Fe = +2 O = −2 |
| เฟอร์ริกออกไซด์ | Fe2O3 | Fe = 3 O = 2 | Fe = + 3 O = −2 |
สารประกอบที่เวเลนซ์มีค่าไม่ตรงกับค่าสัมบูรณ์ของสถานะออกซิเดชัน
| สารประกอบ | สูตร | เวเลนซ์ | สถานะออกซิเดชัน |
|---|---|---|---|
| คลอรีน | Cl2 | Cl = 1 | Cl = 0 |
| ไฮโดรเจนเพอร์ออกไซด์ | H2O2 | H = 1 O = 2 | H = +1 O = −1 |
| อะเซทิลีน | C2H2 | C = 4 H = 1 | C = −1 H = +1 |
| เมอร์คิวรี(I)คลอไรด์ | Hg2Cl2 | Hg = 2 Cl = 1 | Hg = +1 Cl = −1 |
เวเลนซ์อาจจะแตกต่างจากค่าสัมบูรณ์ของสถานะออกซิเดชันเนื่องจากความแตกต่างของสภาพขั้วของโมเลกุล เช่น ไดคลอโรมีเทน (CH2Cl2) คาร์บอนมีเวเลนซ์เท่ากับ 4 แต่มีสถานะออกซิเดชันเท่ากับ 0 เป็นต้น
ดูเพิ่ม
อ้างอิง
- ↑ Partington, James Riddick (1921). A text-book of inorganic chemistry for university students (1st ed.)
- ↑ IUPAC Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997).ISBN 0-9678550-9-8.
- ↑ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 0-08-037941-9.
- ↑ Clugston, M.; Flemming, R. (2000). Advanced Chemistry. Oxford University Press. pp. 214–215. ISBN 978-0199146338.
- ↑ Nomenclature of Inorganic Chemistry (IUPAC Recommendations 2005)
- ↑ Karen, Pavel; McArdle, Patrick; Takats, Josef (2014). Toward a comprehensive definition of oxidation state (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry 86 (6).