พันธะเคมี...

พันธะเคมี

แรงยึดเหนี่ยวทางเคมี

ในชีวิตประจำวันทั่วๆไปจะพบว่าสารชนิดหนึ่งๆมักจะอยู่รวมกันเป็นกลุ่มก้อนและเมื่อต้องการทำให้แยกออกจากกันจะต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่งตัวอย่างเช่น

1. เมื่อให้ความร้อนแก่สารจนกระทั่งโมเลกุลของสารมีพลังงานสูงพอจะทำให้เกิด

·         การเปลี่ยนสถานะ น้ำแข็ง(ให้พลังงานความร้อน)เปลี่ยนสถานะเป็นน้ำ(ของเหลว)ให้พลังงานความร้อนเปลี่ยนสถานะเป็นไอน้ำ

·         สารบางชนิดอาจแยกสลายออกเป็นสารหลายชนิดได้

2. เมื่อให้พลังงานไฟฟ้าโมเลกุลของสารบางชนิดจะสลายตัวให้ธาตุที่เป็นองค์ประกอบ เช่นการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า

จากข้อมูลข้างต้น แสดงว่ามีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล และแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมที่เป็นองค์ประกอบของโมเลกุล

เราสามารถแบ่งแรงยึดเหนี่ยวออกเป็น 2 ประเภทดังนี้

1.แรงยึดเหนี่ยวภายในโมเลกุล(พันธะเคมี)
อะตอม - อะตอมได้แก่

·         พันธะโคเวเลนต์ (covelent bond)

·         พันธะไอออนิก (ionic bond)

·         พันธะโลหะ (metallic bond)

2.แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล
 โมเลกุล -โมเลกุล ได้แก่

·         แรงแวนเดอร์วาลส์ (vanderwaal force)

·         แรงดึงดูดระหว่างขั้ว (dipole-dipole interation)

·         พันธะไฮโดรเจน (hydrogen bond)

พันธะเคมี

พันธะเคมีคือ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมกับอะตอมภายในโมเลกุลเป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมที่ทำให้เกิดโมเลกุลของสาร

กฎออกเตด (Octet rule)

จากการศึกษาเกี่ยวกับธาตุก๊าซเฉื่อย เช่น He Ne Ar Kr พบว่าเป็นธาตุที่โมเลกุลเป็นอะตอมเดี่ยว คือในหนึ่งโมเลกุลของก๊าซเฉื่อยจะมีเพียง1อะตอม แสดงว่าเป็นธาตุที่เสถียรมากทำให้นักวิทยาศาสตร์สนใจที่จะค้นคว้าถึงเหตุผลที่ทำให้ธาตุเฉื่อยมีความเสถียรและจากการศึกษาโครงสร้างอะตอมของธาตุเฉื่อยมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนวงนอกสุดเหมือนกัน คือมี 8 อิเล็กตรอน(ยกเว้น He มี 2 อิเล็กตรอน) เช่น

2He =210Ne = 2 ,818Ar = 2 , 8 ,836Kr = 2 , 8 , 18 ,8

ส่วนธาตุหมู่อื่นมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานชั้นนอกสุด ไม่ครบ 8 เช่น

1H =16C = 2 ,47N = 2 ,58O = 2 ,6

ธาตุที่มีวาเลนต์อิเล็กตรอนไม่ครบ 8 ในธรรมชาติจะไม่สามารถอยู่เป็นอะตอมเดี่ยวๆได้ ซึ่งแสดงว่าไม่เสถียร ต้องรวมกันเป็นโมเลกุลซึ่งอาจจะมี 2 อะตอมหรือมากกว่า

การที่อะตอมของธาตุต่างๆ รวมตัวกันด้วยสัดส่วนที่ทำให้วาเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 นี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งเป็นกฎขึ้นเรียกว่า กฎออกเตต

การรวมกันเพื่อทำให้อะตอม มีวาเลนต์อิเล็กตรอนครบ 8 อาจมีลักษณะดังนี้

1.      อะตอมใช้วาเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกันเป็นคู่ๆ จะเกิด"พันธะโคเวเลนต์ "

2.      อะตอม ให้หรือรับอิเล็กตรอน จะเกิดเป็น" พันธะไอออนิค"

3.      อะตอมใช้วาเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกันทั้งก้อน จะเกิดเป็น" พันธะโลหะ "

(ความแข็งแรงของพันธะพันธะโลหะ > พันธะไอออนิค > พันธะโคเวเลนต์)

พันธะโคเวเลนต์ (Covalent bond) มาจากคำว่า co + valence electron ซึ่งหมายถึง พันธะที่เกิดจากการใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน ดังเช่น ในกรณีของไฮโดรเจน ดังนั้นลักษณะที่สำคัญของพันธะโคเวเลนต์ก็คือการที่อะตอมใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกันเป็นคู่ ๆ

สารประกอบที่อะตอมแต่ละคู่ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ เรียกว่าสารโคเวเลนต์

โมเลกุลของสารที่อะตอมแต่ละคู่ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ เรียกว่าโมเลกุลโคเวเลนต์

การเกิดพันธะโคเวเลนต์

ดังที่ได้กล่าวไว้แล้วว่าพันธะโคเวเลนต์ เกิดจากการใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกัน ซึ่งอาจจะใช้ร่วมกันเพียง 1 คู่ หรือมากกว่า 1 คู่ก็ได้

อิเล็กตรอนคู่ที่อะตอมทั้งสองใช้ร่วมกันเรียกว่า “อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ”

อะตอมที่ใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเรียกว่าอะตอมคู่ร่วมพันธะ

·         ถ้าอะตอมคู่ร่วมพันธะใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่จะเกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ที่เรียกว่าพันธะเดี่ยวเช่น ในโมเลกุลของไฮโดรเจน

·         ถ้าอะตอมคู่ร่วมพันธะใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 2 คู่จะเกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ที่เรียกว่าพันธะคู่เช่น ในโมเลกุลของออกซิเจน

·         ถ้าอะตอมคู่ร่วมพันธะใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 3 คู่จะเกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ที่เรียกว่าพันธะสามเช่น ในโมเลกุลของไฮโดรเจน

จากการศึกษาสารโคเวเลนต์จะพบว่า ธาตุที่จะสร้างพันธะโคเวเลนต์ส่วนมากเป็นธาตุอโลหะกับอโลหะ ทั้งนี้เนื่องจากโลหะมีพลังงานไอออไนเซชันค่อนข้างสูง จึงเสียอิเล็กตรอนได้ยาก เมื่ออโลหะรวมกันเป็นโมเลกุลจึงไม่มีอะตอมใดเสียอิเล็กตรอน มีแต่ใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ อย่างไรก็ตามโลหะบางชนิดก็สามารถเกิดพันธะโคเวเลนต์กับอโลหะได้ เช่น Be เกิดเป็นสารโคเวเลนต์คือ BeCl2เป็นต้น

การเขียนสูตรและการเรียกชื่อสารโคเวเลนต์

สูตรเคมี หมายถึงสัญลักษณ์ที่ใช้เพื่อแสดงว่าสารประกอบนั้นมีธาตุอะไรบ้างเป็นองค์ประกอบอย่างละกี่อะตอม สูตรเคมีแบ่งออกเป็น 3 ประเภทคือ

1. สูตรโมเลกุลเป็นสูตรเคมีที่แสดงให้ทราบว่าสารนั้นประกอบด้วยธาตุอะไรบ้างอย่างละกี่อะตอม เช่น สูตรโมเลกุลของน้ำตาลกลูโคส คือ C6H12O6แสดงว่ากลูโคสประกอบด้วยธาตุ C , H และ O จำนวน 6 , 12 และ 6 อะตอมตามลำดับ

สำหรับสูตรโมเลกุล ของสารโคเวเลนต์โดยทั่วไป จะเขียนสัญลักษณ์ของธาตุในโมเลกุล เรียงลำดับคือ B , Si, C , P , H , S , I , Sr , Cl , O และ F เช่น ClF OF2, CO2เป็นต้น

2. สูตรอย่างง่ายเป็นสูตรเคมีที่แสดงให้ทราบว่าสารนั้นประกอบด้วยธาตุอะไรบ้าง มีอัตราส่วนของจำนวนอะตอมเป็นเท่าใด เช่น สูตรอย่างง่ายของกลูโคสคือ CH2O ซึ่งแสดงว่ากลูโคสประกอบด้วยธาตุ C, H และ O โดยมีอัตราส่วนอะตอมของ C : H : O = 1: 2 : 1

3. สูตรโครงสร้างเป็นสูตรเคมีที่แสดงให้ทราบว่าสารนั้นประกอบด้วยธาตุอะไรบ้าง อย่างละกี่อะตอมและแต่ละอะตอมยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะเคมีอย่างไร จะเห็นได้ว่าสูตรโครงสร้างของสารให้ราบละเอียดเกี่ยวกับองค์ประกอบของธาตุต่าง ๆ ในโมเลกุลมากกว่าสูตรอย่างง่ายและสูตรโมเลกุล

สูตรโครงสร้างสามารถเขียนได้ 2 แบบ คือ สูตรโครงสร้างแบบจุด (electron dot formula) หรือสูตรโครงสร้างแบบลิวอิส (Lwwis formula) และสูตรโครงสร้างแบบเส้น (graphic formula) สูตรโครงสร้างทั้ง 2 แบบจะแสดงเฉพาะเวเลนต์อิเล็กตรอนของอะตอมคู่ร่วมพันธะ

ก. สูตรโครงสร้าง

ใช้สัญลักษณ์เป็นจุด ( . ) แทนเวเลนต์อิเล็กตรอนโดยเขียนไว้รอบ ๆ สัญลักษณ์ของธาตุ หรืออาจจะใช้สัญลักษณ์เป็น x แทนเวเลนต์อิเล็กตรอนก็ได้เพื่อให้เห็นความแตกต่างระหว่างอิเล็กตรอนของธาตุคู่ร่วมพันธะต่างชนิดกัน

โดยทั่ว ๆ ไปการเขียนสูตรแบบจุดจะมีข้อกำหนดดังนี้

1. อะตอมของธาตุก่อนเขียน ให้เขียนแยกกัน และเขียนจุด ( . ) แสดงเวเลนต์อิเล็กตรอนล้อมรอบสัญลักษณ์ของธาตุ โดยมีจำนวนจุดเท่ากับจำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอน เช่น

1H มี 1 เวเลนต์อิเล็กตรอน เขียนสูตรแบบจุดเป็น

8O มี 6 เวเลนต์อิเล็กตรอน เขียนสูตรแบบจุดเป็น

15P มี 5 เวเลนต์อิเล็กตรอน เขียนสูตรแบบจุดเป็น

2. เมื่ออะตอม 2 อะตอมสร้างพันธะโคเวเลนต์ ให้เขียนสูตรแบบจุดของอะตอมทั้งสองไว้ด้วยกัน สำหรับอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน ให้เขียนจุด ( . ) ไว้ในระหว่างสัญลักษณ์ของอะตอมคู่ร่วมพันธะ ส่วนอิเล็กตรอนที่ไม่ได้ร่วมกัน หรืออิเล็กตรอนที่ไม่ได้ใช้ในการสร้างพันธะ ให้เขียนด้วยจุดไว้บนอะตอมเดิม

จะเห็นได้ว่าการเขียนสูตรแบบจุดจำเป็นที่จะต้องทราบจำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอนของธาตุคู่ร่วมพันธะก่อนซึ่งอาจจะทราบจากเลขอะตอมของธาตุ หลังจากนั้นจึงจะนำมาเขียนเป็นสูตรแบบจุด

ตัวอย่างเช่น

1. สูตรแบบจุดของไฮโดรเจน (H2)

1H มี 1 เวเลนต์อิเล็กตรอน เขียนสูตรแบบจุดได้เป็น เมื่อ 2 อะตอมรวมกันเป็นโมเลกุล จะมีการใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่ จึงเขียนสูตรแบบจุดได้ดังนี้

2. สูตรแบบจุดของก๊าซไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF)

9F มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 2 , 7

ดังนั้นมี 7 เวเลนต์อิเล็กตรอน สูตรแบบจุดคือ

เมื่อ H รวมกับ F เป็น HF เขียนเป็นสูตรแบบจุดได้ดังนี้

H และ F ใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเพียง 1 คู่ในโมเลกุลของ HF จึงมีพันธะโคเวเลนต์เพียง 1 พันธะ โดยเขียนอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันไว้ระหว่างธาตุ H กับ F สำหรับอิเล็กตรอนที่เหลือของ F 6 อิเล็กตรอนก็เขียนไว้บนอะตอมของ F

3. สูตรแบบจุดของก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S)

กำมะถันมีเลขอะตอมเท่ากับ 16

เพราะฉะนั้นมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 2 , 8 , 6

16S จึงมี 6 เวเลนต์อิเล็กตรอน สูตรแบบจุดคือ

เมื่อ H รวมกับ S เป็น H2S เขียนสูตรแบบจุดได้เป็นดังนี้

ในโมเลกุลของ H2S มีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันระหว่าง H กับ S 2 คู่ ดังนั้นในโมเลกุลของ H2S จึงมีพันธะโคเวเลนต์ 2 พันธะ ซึ่งอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันทั้ง 2 คู่ได้เขียนไว้ระหว่างอะตอมของ H กับ S ส่วนอิเล็กตรอนที่เหลือของ S 4 อิเล็กตรอนให้เขียนไว้บนอะตอมของ S

4. สูตรแบบจุดของก๊าซแอมโมเนีย (NH3)

ไนโตรเจนเป็นธาตุหมู่ที่ 5 มีเลขอะตอมเท่ากับ 7

เพราะฉะนั้นมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 2 , 5

7N จึงมี 5 เวเลนต์อิเล็กตรอน เขียนสูตรแบบจุดได้ดังนี้

เมื่อ N รวมกับ H เป็น NH3เขียนสูตรแบบจุดได้ดังนี้

จะเห็นได้ว่าในโมเลกุลของ NH3มีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันระหว่าง H กับ N 3 คู่จึงพันธะโคเวเลนต์ 3 พันธะ

5. สูตรแบบจุดของฟอสฟอรัสไตรคลอไรด์ (PCl3)

P มีเลขอะตอมเท่ากับ 15

เพราะฉะนั้น P มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 2 , 8 , 5

15P จึงมี 5 เวเลนต์อิเล็กตรอน เขียนสูตรแบบจุดได้เป็น

Cl มีเลขอะตอมเท่ากับ 17

เพราะฉะนั้น Cl มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 2 , 8 , 7

17Cl จึงมี 7 เวเลนต์อิเล็กตรอน เขียนสูตรแบบจุดได้เป็น

เมื่อ Cl 3 อะตอม รวมตัวกับ P 1 อะตอม เกิดเป็นสารประกอบโคเวเลนต์ PCl3จะเขียนสูตรแบบจุดได้ดังนี้

ในโมเลกุลของ PCl3มีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันระหว่างธาตุ P กับ Cl รวม 3 คู่เกิดเป็นพันธะโคเวเลนต์ 3 พันธะ

ข. สูตรโครงสร้างแบบเส้น

เป็นการเขียนสูตรโครงสร้างของโมเลกุลโคเวเลนต์อีกแบบหนึ่งซึ่งแตกต่างจากสูตรแบบจุดเล็กน้อย โดยกำหนดให้ใช้เส้นตรง ( - ) แทนอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ 1 คู่ หรือแทนพันธะโคเวเลนต์ 1 พันธะ ทั้งนี้ให้เขียนไว้ในระหว่างสัญลักษณ์ของธาตุคู่ร่วมพันธะ สำหรับอิเล็กตรอนที่ไม่ใช่อิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะจะเขียนไว้หรือไม่เขียนก็ได้ (ปกติจะไม่เขียน) สูตรแบบเส้นจึงเป็นการกำหนดขึ้นมาเพื่อให้เขียนสูตรโครงสร้างได้สะดวก และง่ายขึ้น ทั้งนี้เพราะไม่จำเป็นต้องแสดงเวเลนต์อิเล็กตรอนทั้งหมดของธาตุคู่ร่วมพันะะ

·         ให้ใช้เส้นตรง 1 เส้น ( - ) แทนอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน 1 คู่

·         ให้ใช้เส้นตรง 2 เส้น ( = ) แทนอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน 2 คู่

·         ให้ใช้เส้นตรง 3 เส้น ( ) แทนอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน 3 คู่

ตัวอย่างสูตรแบบเส้น

1. สูตรแบบเส้นของก๊าซไฮโดรเจน (H2)

สูตรแบบจุดของ H2คือ H : H

จะเห็นได้ว่า H ทั้งสองอะตอมใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่จึงใช้เส้นตรง 1 เส้นเขียนแทนอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ โดยเขียนไว้ระหว่าง H ทั้งสองอะตอม

เพราะฉะนั้นสูตรโครงสร้างแบบเส้นของ H2จึงเป็น H - H

2. สูตรโครงสร้างแบบเส้นของก๊าซไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF)

สูตรแบบจุดของ HF คือ

จะเห็นได้ว่าอะตอม H กับ F มีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเพียง 1 คู่ จึงใช้เส้นตรง 1 เส้นแทนอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ

เพราะฉะนั้นสูตรแบบเส้นของ HF จึงเป็น H - F

3. สูตรแบบเส้นของก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S)

สูตรแบบจุดของ H2S คือ

จะเห็นได้ว่า H และ S ใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่จึงใช้เส้นตรง 1 เส้นแทนอิเล็กตรอนคู่ร่วมพันธะ 1 คู่

ในโมเลกุลของ H2S จึงมี 2 พันธะโคเวเลนต์

เพราะฉะนั้น สูตรแบบเส้นของ H2S คือ H - S - H

4.สูตรแบบเส้นของก๊าซแอมโมเนีย (NH3)

สูตรแบบจุดของ NH3คือ

เพราะฉะนั้นสูตรแบบเส้น ของ NH3จึงเป็น

5. สูตรแบบเส้นของฟอสฟอรัสไตรคลอไรด์ (PCl3)

สูตรแบบจุดคือ

เพราะฉะนั้นเขียนสูตรแบบเส้นได้เป็น

หมายเหตุ

ก. การเขียนสูตรโครงสร้างแสดงพันธะโคเวเลนต์ทั้ง 2 แบบนี้เป็นเพียงสูตรที่เขียนขึ้นเพื่อความสะดวกเท่านั้นไม่ได้แสดงตำแหน่งที่แน่นอนของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันซึ่งเขียนไว้ระหว่างอะตอมคู่ร่วมพันธะ ก็ไม่ได้หมายความว่าอิเล็กตรอนทั้งคู่จะต้องอยู่ระหว่างนิวเคลียสทั้งสองตลอดเวลา อิเล็กตรอนทั้งคู่อาจจะไปอยู่ส่วนอื่น ๆ ของอะตอมได้ แต่อย่างไรก็ตามโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนทั้งคู่อยู่ ระหว่างนิวเคลียสทั้งสองมีมากกว่าบริเวณอื่น ๆ

ข. การเขียนสูตรโครงสร้างทั้งสองแบบนี้ จุดหรือเส้นเพียงแต่แสดงจำนวนพันธะที่แต่ละอะตอมสร้างขึ้น ไม่ได้แสดงตำแหน่งของพันธะหรือตำแหน่งที่แน่นอนของอิเล็กตรอน รวมทั้งไม่ได้แสดงกฎออกเตต (Octet Rule)

จากการศึกษาเกี่ยวกับธาตุเฉื่อย เช่น He , Ne , Ar , Kr พบว่าเป็นธาตุที่จัดอยู่ในประเภทโมเลกุลอะตอมเดียวทุกสถานะ คือใน 1 โมเลกุลของธาตุเฉื่อยจะมีเพียง 1 อะตอมทั้งสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซในธรรมชาติเกือบจะไม่พบสารประกอบของธาตุเฉื่อยเลย แสดงว่าธาตุเฉื่อยเป็นธาตุที่เสถียรมาก เกิดปฏิกิริยาเคมีกับธาตุอื่น ๆ ได้ยาก การที่ก๊าซเฉื่อยมีความเสถียรมาก ทำให้นักวิทยาศาสตร์สนใจที่จะค้นคว้าถึงเหตุผลที่ทำให้ธาตุเฉื่อยมีความเสถียร และจากการศึกษาโครงสร้างอะตอมของธาตุเฉื่อยพบว่าธาตุเฉื่อยมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนวงนอกสุดเหมือนกัน คือ มี 8 เวเลนต์อิเล็กตรอน (ยกเว้นธาตุ He มี 2 เวเลนต์อิเล็กตรอน) เช่น

2He = 2

10Ne = 2 , 8

18Ar = 2 , 8 , 8

36Kr= 2 , 8 , 18 , 8

เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างอะตอมของธาตุอื่น ๆ เช่น H , O , N

1H = 1

8O = 2 , 6

7N = 2 , 5

ธาตุเหล่านี้มีเวเลนต์อิเล็กตรอนน้อยกว่า 8 ในธรรมชาติจะไม่สามารถอยู่เป็นอะตอมเดี่ยว ๆ ได้ ซึ่งแสดงว่าไม่เสถียร ต้องรวมกันเป็นโมเลกุลซึ่งอาจจะมี 2 อะตอมหรือมากกว่า การที่ธาตุเฉื่อยมี 8 เวเลนต์อิเล็กตรอนแล้วทำให้เสถียรกว่าธาตุอื่น ๆ ซึ่งมีเวเลนต์อิเล็กตรอนไม่เท่ากับ 8 ทำให้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าโครงสร้างของอะตอมที่มี 8 เวเลนต์อิเล็กตรอนเป็นสภาพที่อะตอมเสถียรที่สุด

ดังนั้นธาตุต่าง ๆ ที่มีเวเลนต์อิเล็กตรอนน้อยกว่า 8 จึงพยายามปรับตัวให้มีโครงสร้างแบบธาตุเฉื่อย เช่น โดยการรวมตัวกันเป็นโมเลกุลหรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเพื่อทำให้เวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 ส่วนไฮโดรเจนจะพยายามปรับตัวให้มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2 เหมือนธาตุ He

การที่อะตอมของธาตุต่าง ๆ รวมตัวกันด้วยสัดส่วนที่ทำให้มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 นี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งเป็นกฎเรียกว่ากฎออกเตต

ดังนั้นธาตุต่าง ๆ จึงพยายามรวมตัวกัน เพื่อให้เป็นไปตามกฎออกเตต ซึ่งจะทำให้ได้สารประกอบหรือโมเลกุลที่อยู่ในสภาพที่เสถียร สำหรับการรวมตัวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์จะมีการใช้เวเลนต์อิเล็กตรอนร่วมกันระหว่างอะตอมคู่ร่วมพันธะ อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันถือว่าเป็นอิเล็กตรอนของอะตอมคู่ร่วมพันธะทั้งสอง

เช่น F2 มีสูตรแบบจุดเป็น

อะตอมของ F มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 7

เมื่อเกิดพันธะโคเวเลนต์มีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่ ซึ่งอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน 1 คู่นี้ถือว่าเป็นของฟลูออรีนทั้ง 2 อะตอม ทำให้ฟลูออรีนแต่ละอะตอมใน F2มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8

จำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอนของธาตุแต่ละชนิดอาจจะแสดงให้เห็นได้ชัดเจนขึ้นโดยการเขียนวงกลมล้อมรอบแต่ละลอะตอม จำนวนอิเล็กตรอนที่อยู่ในวงกลมของธาตุใดก็จัดว่าเป็นของธาตุนั้น

เช่น

ข้อยกเว้นสำหรับกฎออกเตต

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วว่าอะตอมของธาตุต่าง ๆ มักจะรวมตัวกันเป็นสารประกอบเพื่อให้เป็นไปตามกฎออกเตต ซึ่งจะทำให้สารประกอบนั้นอยู่ในสภาพที่เสถียร เช่น H2O , PCl3, NH3, CO2แต่อย่างไรก็ตามเมื่อมีการศึกษาให้กว้างขวางออกไปก็พบว่าสารประกอบบางชนิดมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนไม่เป็นไปตามกฎออกเตต บางชนิดมีเวเลนต์อิเล็กตรอนน้อยกว่า 8 และบางชนิดมีเวเลนต์อิเล็กตรอนมากกว่า 8 ซึ่งสารต่าง ๆ เหล่านี้แม้ว่าจะไม่เป็นไปตามกฎออกเตต แต่ก็อยู่ในภาวะที่ไม่เสถึยร จัดว่าเป็นข้อยกเว้นสำหรับกฎออกเตต ซึ่งสรุปได้ดังนี้

ก. พวกที่ไม่ครบออกเตต

ได้แก่สารประกอบของธาตุในคาบที่ 2 ของตารางธาตุ ที่มีเวเลนต์อิเล็กตรอนน้อยกว่า 4 เช่น4Be และ5B

4Be = 2 , 2 เวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2

5B = 2 , 3 เวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 3

ธาตุ Be และ B เมื่อเกิดเป็นสารประกอบโคเวเลนต์ทั่ว ๆ ไปจะไม่ครบออกเตต

ตัวอย่างเช่น BF3, BCl3, BeCl2และ BeF2เป็นต้น

* ใน BF3ธาตุ B จะมีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 6 ซึ่งไม่ครบออกเตต ในขณะที่ธาตุ F ครบออกเตต

* ใน BeCl2ธาตุ Be จะมีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 4 ซึ่งไม่ครบออกเตต ในขณะที่ธาตุ Cl ครบออกเตต

แต่ถ้าธาตุเหล่านี้เกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อน บางชนิดจะเป็นไปตามกฎออกเตต เช่น BF4-, BCl3.NH3

ใน BF4-ทั้ง B และ F ต่างก็มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 8 เป็นไปตามกฎออกเตต

ใน BCl3.NH3ทั้ง B , Cl , N และ F ต่างก็เป็นไปตามกฎออกเตต

ข. พวกที่เกินกฎออกเตต

ตามทฤษฎีสารประกอบของธาตุที่อยู่ในคาบที่ 3 ของตารางธาตุเป็นต้นไป สารมารถสร้างพันธะแล้วทำให้อิเล็กตรอนเกิน 8 ได้ (ตามกฎการจัดอิเล็กตรอน 2n2ในคาบที่ 3 สามารถมีอิเล็กตรอนได้เต็มที่ถึง 18 อิเล็กตรอน) แต่อย่างไรก็ตามพวกที่เกินออกเตตมักจะพบในสารประกอบบางตัวของ P , S และโลหะทรานซิชัน เช่นใน PCl5, SF6, Fe(CN)63-, Co(NH3)62+, SiF62-และ Icl3เป็นต้น

ใน PCl5ธาตุ P เกิดพันธะกับ Cl รวม 5 พันธะจึงมีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 10 ซึ่งเกินออกเตต ( 1 พันธะหรือ 1 เส้นประกอบด้วย 2 อิเล็กตรอน) สำหรับ PCl3หรือสารประกอบอื่น ๆ ของธาตุ P ส่วนมากเป็นไปตามกฎออกเตต

ใน SF6ธาตุ S เกิดพันธะกับ F รวม 6 พันธะจึงมีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 12 ซึ่งเกินออกเตต แต่ใน SF2หรือสารประกอบอื่น ๆ ของธาตุ S ส่วนมากเป็นไปตามกฎออกเตต

ใน ICl3ธาตุ I เกิดพันธะกับ Cl รวม 3 พันธะและมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว 2 คู่ จึงรวมเป็น 10 อิเล็กตรอน ซึ่งเกินออกเตต แต่ ICl หรือสารประกอบอื่น ๆ ของ I ส่วนใหญ่เป็นไปตามกฎออกเตต

ใน Co(NH3)62+ธาตุ Co เกิดพันธะกับ N ใน NH3รวม 6 พันธะจึงมีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 12 ซึ่งเกินออกเตต

นอกจากสารประกอบที่ไม่เป็นไปตามกฎออกเตตดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ยังมีสารประกอบอื่น ๆ อีกบางชนิดซึ่งไม่เป็นไปตามกฎออกเตต เช่น ออกไซด์บางตัวของธาตุไนโตรเจน ( NO และ NO2)และออกไซด์ของคลอรีน (ClO2) เป็นต้น ธาตุเหล่านี้ (N และ Cl) สามารถมีอิเล็กตรอนที่ไม่ได้จับคู่ หรืออิเล็กตรอนเดี่ยว (Unpaired electron) ซึ่งทำให้แสดงสมบัติเป็น paramagnetic ได้

ใน NO ธาตุ N มีเพียง 7 อิเล็กตรอนซึ่งไม่เป็นไปตามกฎออกเตต

ใน NO2ธาตุ N เกิดพันธะกับธาตุ O แต่มีอิเล็กตรอนเพียง 7 ซึ่งไม่ครบออกเตต

ใน ClO2ธาตุ Cl เกิดพันธะกับธาตุ O แต่มีอิเล็กตรอนเพียง 7 ซึ่งไม่ครบออกเตต

ประโยชน์ของกฎออกเตต

กฎออกเตต นอกจากจะใช้สำหรับเขียนสูตรโครงสร้างสารแล้ว ยังสามารถใช้ช่วยทำนายสัดส่วนจำนวนอะตอมของธาตุที่ทำปฏิกิริยากัน และทำนายสูตรของสารประกอบต่าง ๆ ได้ ตัวอย่างเช่น

1. ทำนายว่าสารประกอบระหว่างธาตุคลอรีนกับธาตุฟลูออรีน ควรจะมีสูตรเป็น ClF

เนื่องจากธาตุ Cl และ F ต่างก็เป็นธาตุหมู่ที่ 7 จึงมีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 7 ทั้ง Cl และ F ต่างก็ต้องการอีก 1 อิเล็กตรอนจึงจะครบออกเตต ดังนั้นจึงสร้างพันธะ 1 พันธะ แสดงว่า Cl กับ F ควรจะรวมกันเป็นสารประกอบโดยใช้อย่างละ 1 อะตอม

2. กรณีสารประกอบฟอสฟอรัสกับคลอรีน

โดยอาศัยกฎออกเตตจะทำนายได้ว่าสูตรของสารประกอบควรจะเป็น PCl3เพราะ ธาตุ P เป็นธาตุหมู่ที่ 5 มี 5 เวเลนต์อิเล็กตรอน ต้องการอีก 3 อิเล็กตรอน หรือต้องเกิด 3 พันธะ จึงจะครบออกเตต ในขณะที่ Cl เป็นธาตุหมูที่ 7 มี 7 เวเลนต์อิเล็กตรอน ต้องการอีกเพียง 1 อิเล็กตรอนหรือต้องการเกิดเพียง 1 พันธะก็จะครบออกเตต

เพื่อให้ทั้ง P และ Cl ครบออกเตต จึงต้องใช้ Cl 3 อะตอมต่อ P 1 อะตอม สูตรของสารประกอบจึงเป็น PCl3

3. กรณีของสารประกอบระหว่างไนโตรเจนกับไฮโดรเจน

โดยใช้กฎออกเตต จะทำนายได้ว่าสารประกอบควรจะเป็น NH3

ธาตุ N มี 5 เวเลนต์อิเล็กตรอน ต้องการอีก 3 อิเล็กตรอนจึงจะครบออกเตตซึ่งก็ทำได้โดยการเกิด 3 พันธะ ส่วนธาตุ H มี 1 เวเลนต์อิเล็กตรอนต้องการอีก 1 อิเล็กตรอนจึงจะครบ 2 อิเล็กตรอนเหมือนธาตุ He ซึ่งก็ทำได้โดยการเกิด 1 พันธะ

ดังนั้น N 1 อะตอมต้องการ 3 พันธะ จึงต้องรวมกับ H 3 อะตอม ซึ่งแต่ละอะตอมต้องการ 1 พันธะ เพื่อให้ทั้ง N และ H ครบออกเตต สูตรของสารประกอบจึงเป็น NH3

4. กรณีสารประกอบระหว่างคาร์บอนกับคลอรีน

โดยใช้กฎออกเตต จะทำนายได้ว่าสูตรของสารประกอบควรจะเป็น CCl4

ธาตุ C มี 4 เวเลนต์อิเล็กตรอน ต้องการอีก 4 อิเล็กตรอนจึงจะครบออกเตต ดังนั้นจึงต้องเกิด 4 พันธะ ส่วน ธาตุ Cl มี 7 เวเลนต์อิเล็กตรอน ต้องการอีก 1 อิเล็กตรอนจึงจะครบออกเตต ดังนั้นจึงต้องเกิด 1 พันธะ

เพราะฉะนั้น C 1 อะตอม ต้องการ 4 พันธะ จึงต้องรวมกับ Cl 4 อะตอม ซึ่งแต่ละอะตอมต้องการ 1 พันธะ จึงจะทำให้ C และ Cl ครบออกเตต

สูตรของสารประกอบจึงเป็น CCl4

5. กรณีสารประกอบระหว่างคาร์บอนกับกำมะถัน

โดยใช้กฎออกเตต จะทำนายได้ว่าสูตรของสารประกอบควรจะเป็น CS2

ธาตุ C มี 4 เวเลนต์อิเล็กตรอน ต้องการอีก 4 อิเล็กตรอนจึงจะครบออกเตต ดังนั้นจึงเกิด 4 พันธะ ส่วนธาตุ S มี 6 มีเวเลนต์อิเล็กตรอนต้องการอีก 2 อิเล็กตรอนจึงจะครบออกเตต ดังนั้นจึงเกิด 2 พันธะ

เพราะฉะนั้น C 1 อะตอมต้องการ 4 พันธะ จึงต้องรวมกับ S 2 อะตอม ซึ่งแต่ละอะตอมต้องการ 2 พันธะ เพื่อให้ทั้ง C และ S ครบออกเตต

สูตรของสารประกอบจึงเป็น CS2โครงสร้างของโมเลกุล