พันธะโลหะ

Metallic Bond

  พันธะโลหะ คือ แรงดึงดูดระหว่างไอออนบวกกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่รอบๆ ก้อนโลหะ เกิดจากอะตอมของโลหะใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน เวเลนซ์อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ไปทุกอะตอมได้ทั่งทั้งก้อนโลหะ

• อะตอมของโลหะอยู่ในสภาพไอออนบวก
• เวเลนต์อิเล็กตรอนของโลหะเคลื่นที่ไปในที่ต่างๆ ได้อย่างอิสระ
• อิเล็กตรอนอิสระทำหน้าที่ดึงดูดนิวเคลียสของอะตอมต่างๆ เข้าด้วยกัน

• โลหะมีค่าพลังงานไอออไนเซชันที่ต่ำ ดังนั้นจึงยึดอิเล็กตรอน  วงนอกสุดไว้อย่างหลวมๆ ทำให้อิเล็กตรอนเหล่านี้เคลื่อนที่ไปมา รอบๆ โลหะตลอดเวลา
• อิเล็กตรอนเหล่านี้ทำหน้าที่คล้ายกาวที่ช่วยยึดไอออนบวกให้อยู่ในตำแหน่งที่คงที่ ไว้ด้วยกันอย่างแข็งแรง

แบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน (Sea of electrons) ที่ใช้ในการอธิบายการเกิดพันธะโลหะมีดังนี้

แบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน (รศ.ดร. ประเสริฐ ศรีไพโรจน์, 2549) อธิบายว่า การเกิดพันธะในผลึกโลหะนั้น อิเล็กตรอนของโลหะสามารถเคลื่อนที่ไปได้อย่างอิสระในผลึก ทำให้อะตอมกลายเป็นไอออนบวก และถูกล้อมรอบไปด้วยอิเล็กตรอนหรืออยู่ในทะเลอิเล็กตรอนตลอดเวลา แรงดึงดูดระหว่างไอออนบวกและอิเล็กตรอนส่งผลให้เกิดเป็นผลึกโลหะ แรงดึงดูดจะมีค่าแตกต่างกันออกไปตามชนิดของโลหะ โลหะบางชนิดมีค่าน้อย เช่น ธาตุหมู่ IA เป็นต้น บางชนิดมีแรงดึงดูดระหว่างอะตอมมาก เช่น ธาตุทรานซิชัน ทำให้จุดเดือดและจุดหลอมเหลวของโลหะพวกนี้มีค่าสูง การที่อิเล็กตรอนในผลึกโลหะมความเป็นอิสระ จึงสามารถนไปใช้อธิบายคุณสมบัติเกี่ยวกับการนำไฟฟ้า การนำความร้อน ซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในผลึก ส่วนคุณสมบัติเกี่ยวกับความเป็นเงาของโลหะก็อธิบายได้ในลักษณะของการเกิดทะเลอิเล็กตรอน กล่าวคือ อิเล็กตรอนเหล่านี้จะมาสามารถดูดและคายพลังงานออกมาในรูปของแสง ในรูปของความถี่ของรังสีต่างๆ ทำให้เกิดการสะท้อนกลับได้

คุณสมบัติของโลหะเกี่ยวกับการทำให้เป็นแผ่นหรือรูปต่างๆ โดยไม่แตกหรือหักนั้น สามารถอธิบายได้โดยอาศัยหลักการของการเกิดทะเลอิเล็กตรอนเช่นเดียวกัน นั่นคือ เมื่อเวลาทุบโลหะหรือยืดออกให้เป็นเส้น หรือเป็นแผ่นจะไม่เกิดแรงผลักระหว่างอะตอมแต่อย่างใด เพราะทุกอะตอมต่างก็มีอิเล็กตรอนล้อมรอบอยู่เหมือนเดิม แรงดึงดูดระหว่างไอออนกับอิเล็กตรอนยังอยู่เหมือนเดิม

การทุบผลึกโลหะ

แต่หากเป็นผลึกของสารประกอบไอออนิก เมื่อเราทุบหรือทำให้ตำแหน่งของไอออนในผลึกเคลื่อนที่ไปจากเดิม ไอออนชนิดเดียวกันมาอยู่ตรงกันแล้วจะเกิดแรงผลักขึ้นอย่างแรง ทำให้ผลึกแตกได้ ดังรูป

ผลึกสารประกอบไอออนิกเมื่อถูกทุบ ตำแหน่งของไอออนชนิดเดียวกันมาอยู่ตรงกัน เกิดแรงผลัก ทำให้ผลึกแตกออก

ความแข็งแรงของพันธะโลหะขึ้นอยู่กับจำนวนอิเล็กตรอนอิสระ หากมีจำนวอิเล็กตรอนมากก็แสดงว่าพันธะมีความแข็งแรงมาก

การเกิดพันธะในโลหะนี้ ทำให้โลหะมีสมบัติต่างๆ ดังนี้

• นำไฟฟ้าและความร้อนได้ดี
• มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง
• มีลักษณะเป็นเงาและมีความวาวเมื่อถูกแสง
• สามารถดึงเป็นเส้น ตีเป็นแผ่น หรือบิดงอได้

นักเรียนสามารถศึกษาเพิ่มเติมได้จากคลิปวีดีโอนี้

From: https://www.youtube.com/watch?v=S08qdOTd0w0

นอกจากนี้ยังมีทฤษฎีที่ใช้ในการอธิบายการเกิดพันธะในผลึกโลหะอยู่อีก ซึ่งนักเรียนจะได้ศึกษาในระดับสูงต่อไป

อ้างอิง

ประเสริฐ ศรีไฟโรจน์ (2549). เคมีพื้นฐาน 1 (3). กรุงเทพฯ: โรงพิมพ์ ส.พิจิตร การพิมพ์.