เก็งข้อสอบ BMAT Chemistry Molecular Geometry

9 Mar 2020

Comments (0)

สวัสดีครับน้องๆ ใกล้กันเข้ามาทุกทีกับการสอบ BMAT รอบ September และ October นี้ สำหรับน้องคนไหนที่กำลังเตรียมตัว Part 2 ในส่วนของวิชา Chemistry อยู่ วันนี้ครูธง one on one ได้เอาเทคนิคการทำข้อสอบและการจำโครงสร้างโมเลกุลมาฝากน้องๆกัน ครูธงรับรองว่าเทคนิคนี้จะช่วยน้องๆ ในการทำข้อสอบ BMAT ได้แน่นอน ถ้าพร้อมแล้วไปดูกันเลยดีกว่าครับ

VSEPR (Valence-Shell Electron-Pair Repulsion Theory) หรือทฤษฎี VSEPR (เวสเปอร์) คือ ทฤษฎีแรงผลักระหว่างคู่อิเล็กตรอนในวงเวเลนซ์

ประโยชน์ของ VSEPR : ใช้ทำนายโครงสร้างของโมเลกุลแบบ Geometry จากโครงสร้างลิวอิส ซึ่งใช้ได้กับโมเลกุลทั้งที่อะตอม e– ครบ ไม่ครบ และเกินออกเตต

หลักการ : การจัดตัวของอะตอม (หรือกลุ่มอะตอม) รอบอะตอมกลาง จะขึ้นอยู่กับแรงผลักระหว่างคู่อิเล็กตรอนในวงเวเลนซ์ของอะตอมกลางเท่านั้น คู่อิเล็กตรอนเหล่านี้จะพยายามอยู่ห่างจากกันให้มากที่สุด เพื่อให้มีแรงผลักน้อยที่สุด การผลักกันของคู่อิเล็กตรอนเหล่านี้ จึงทำให้เกิดรูปร่างโมเลกุลที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับจำนวนอะตอมที่อยู่รอบๆ และ lone pair electron ของอะตอมกลาง

ก่อนที่น้องๆจะจำแต่ละรูปร่างโมเลกุลกัน เราต้องทำตามขั้นตอนนี้กันก่อนครับ

1. วาดโครงสร้างลิวอิสก่อน (ถ้าใครยังวาดโครงสร้างลิวอิสไม่เป็น น้องๆต้องกลับไปทบทวนเรื่องโครงสร้างลิวอิสมาก่อนนะครับ) แล้วจะทำให้เรารู้ว่าโมเลกุลนั้นๆมีจำนวน Surrounding Atom และ Lone pair electron ของอะตอมกลางเหลืออยู่กี่คู่ 2. ต่อมาเมื่อทราบจำนวน Surrounding Atom และ Lone pair electron แล้ว ก็จะทำให้เราเขียน General Formula ได้ โดย

General Formula คือ AX_nE_m

X_n คือ จำนวน Surrounding Atom

E_m คือ จำนวน Lone pair electron

เมื่อน้องๆ ได้ AX_nE_m ออกมาแล้ว ก็ไปจำโครงสร้างตัวแม่กันได้เลยครับ

**สำหรับ AX₁E₃ , AX₁E₄ และ AX₁E₅ เป็นการเขียนรูปร่างโมเลกุลทางทฤษฏีเท่านั้น มักไม่พบในทางปฎิบัติ

3. ตารางนี้คือ ตารางโครงสร้างโมเลกุลทั้งหมดนะครับ น้องๆ หลายคนคงคิดว่าจะจำหมดนี่ไหวได้ยังไง พี่ขอบอกเลยครับว่า น้องไม่ต้องจำหมดทั้งตารางครับ พี่จะให้น้องจำเฉพาะคอลัมน์ที่ 1 ที่พี่ไฮไลท์ไว้ให้ ซึ่งพี่ขอเรียกว่าเป็นตัวแม่ของโครงสร้างโมเลกุลทุกรูปแบบ ถ้าน้องจำได้เฉพาะตัวแม่ น้องจะสามารถทำโจทย์เรื่องโครงสร้างโมเลกุลได้ทุกข้อและทำได้ถูกต้องแน่นอน โดยรูปร่างโมเลกุลแต่ละแบบ จะมีชื่อเรียกตามพี่ที่เขียนไว้ให้ในแต่ละช่องเลยครับ

4. ข้อสุดท้าย คือ การใช้กฎบน-ล่าง ซึ่งหลักการของกฎนี้คือ ให้น้องนำ General Formula ที่เราได้จากข้อ 2 มาเทียบกับโครงสร้างตัวแม่ ว่าตรงกับตัวแม่ตัวไหน โดยนำ n+m จาก General Formula มารวมกัน แล้วเทียบดูกับตัวแม่ที่มีเลข n เท่ากับ n+m ของ General Formula หลังจากนั้นให้น้องค่อยๆหักขาของโครงสร้างโมเลกุลออกทีละขา โดยใช้กฎบน-ล่าง คือ เริ่มหักขาแรกจากด้านบน ต่อมาหักขาล่าง และสลับบน-ล่างไปเรื่อยๆ โดยจำนวนครั้งที่หักก็คือจำนวน lone pair นั่นเองครับ คราวนี้น้องก็จะได้รูปร่างโมเลกุลที่น้องต้องการ และนำความรู้นี้ไปทำข้อสอบกันได้แล้วครับ

เรามาดูตัวอย่างกันดีกว่าครับ

Example 1 จากโจทย์ให้หา Molecular Geometry ของ NF₃

Step 1 ให้น้องวาดโครงสร้างลิวอิสของ NF₃ จะได้โครงสร้างตามภาพ
Step 2 เขียน General Formula โดยดูจากโครงสร้างลิวอิสที่เราวาดมา จะได้ n= 3 นั่นคือจำนวนอะตอมรอบๆอะตอมกลาง ซึ่งก็คือ F ทั้ง 3 ตัวนั่นเองครับ และ m=1 นั่นคือจำนวน lone pair electron 1 คู่ ที่เหลืออยู่ของอะตอมกลาง (N) ดังนั้นจะได้ General Formula คือ AX₃E₁
Step 3 เมื่อ AX₃ E₁ ให้เรากลับไปดูตัวแม่ที่ AX₄ ซึ่งมีโครงสร้างเป็นรูป tetrahedral ตามภาพ
Step 4 ให้หักขาของโครงสร้าง tetrahedral ออก 1 ขา เนื่องจาก E_m=1 ซึ่งต้องเริ่มหักจากขาบนก่อน ตามกฎบน-ล่าง แล้วเราจะได้ trigonal pyramidal ตามภาพเป็นคำตอบ

Example 2 จากโจทย์ให้หา Molecular Geometry ของ XeCl₄

Step 1 ให้น้องวาดโครงสร้างลิวอิสของ XeCl₄ จะได้โครงสร้างตามภาพ
Step 2 เขียน General Formula โดยดูจากโครงสร้างลิวอิสที่เราวาดมา จะได้ n= 4 นั่นคือจำนวนอะตอมรอบๆอะตอมกลาง ซึ่งก็คือ Cl ทั้ง 4 ตัวนั่นเองครับ และ m=2 นั่นคือจำนวน lone pair electron 2 คู่ ที่เหลืออยู่ของอะตอมกลาง (Xe)
ดังนั้นจะได้ General Formula คือAX₄E₂
Step 3 เมื่อ AX₄E₂ ให้เรากลับไปดูตัวแม่ที่ AX₆ ซึ่งมีโครงสร้างเป็นรูป octahedral ตามภาพ
Step 4 ให้หักขาของโครงสร้าง octahedral ออก 2 ขา เนื่องจาก E_m=2 ซึ่งต้องเริ่มหักจากขาบน 1 ขาก่อน แล้วตามด้วยขาล่าง 1 ขา ตามกฎบน-ล่าง แล้วเราจะได้ square planar ตามภาพเป็นคำตอบ

คราวนี้ เรามาลองทำโจทย์กันดีกว่าครับ ซึ่งครูธงขอเก็งว่าข้อสอบเรื่อง Molecular Geometry แบบนี้น่าจะออกสอบ BMAT ในครั้งหน้า เนื่องจากข้อสอบแบบนี้ยังไม่เคยออกใน BMAT มาก่อน และ BMAT ไม่ค่อยออกข้อสอบซ้ำแนวเดิมครับ น้องๆค่อยๆอ่านโจทย์แล้วลองทำไปพร้อมๆกันครับ

มาดูเฉลยกันเลยครับ

CCl₄

General Formula คือ AX₄ เนื่องจาก CCl₄ ไม่มี lone pair electron เหลืออยู่เลย ดังนั้นจึงไม่ต้องมีการหักขาออก ดังนั้นโครงสร้างของ CCl₄ คือ tetrahedral ตามภาพเป็นคำตอบ

XeF₄

General Formula คือ AX₄E₂ ต่อมาต้องกลับไปดูโครงสร้างตัวแม่ คือ AX₆ ซึ่งมีโครงสร้างเป็น octahedral และให้หักขาของโครงสร้าง octahedral ออก 2 ขา เนื่องจาก E_m=2 ซึ่งต้องเริ่มหักจากขาบนก่อน ตามกฎบน-ล่าง แล้วเราจะได้ square planar ตามภาพเป็นคำตอบ

BH₃

General Formula คือ AX₃เนื่องจาก BH₃ ไม่มี lone pair electron เหลืออยู่เลย ดังนั้นจึงไม่ต้องมีการหักขาออก ดังนั้นโครงสร้างของ BH₃ คือ trigonal planar ตามภาพเป็นคำตอบ

SF₄

General Formula คือ AX₄E₁ ต่อมาต้องกลับไปดูโครงสร้างตัวแม่ คือ AX₅ ซึ่งมีโครงสร้างเป็น trigonal bipyramidal และให้หักขาของโครงสร้าง trigonal bipyramidal ออก 1 ขา เนื่องจาก E_m=1 ซึ่งต้องเริ่มหักจากขาบนก่อน ตามกฎบน-ล่าง แล้วเราจะได้ seesaw ตามภาพเป็นคำตอบ

CH₂O

General Formula คือ AX₃ เนื่องจาก CH₂O ไม่มี lone pair electron เหลืออยู่เลย ดังนั้นจึงไม่ต้องมีการหักขาออก ดังนั้นโครงสร้างของ CH₂O คือ trigonal planar ตามภาพเป็นคำตอบ

CCl₂O

General Formula คือ AX₃ เนื่องจาก CCl₂O ไม่มี lone pair electron เหลืออยู่เลย ดังนั้นจึงไม่ต้องมีการหักขาออก ดังนั้นโครงสร้างของ CCl₂O คือ trigonal planar ตามภาพเป็นคำตอบ

ดังนั้น สารประกอบที่มีรูปร่างโมเลกุลเป็น trigonal planar มีทั้งหมด 3 ตัว ได้แก่ BH₃ , CH₂O และ CCl₂O ตอบข้อ D

สุดท้ายนี้ ครูธงขอเป็นกำลังใจให้น้องๆทุกคนในการเตรียมตัวสอบ BMAT และทำตามฝันให้สำเร็จ ส่วนน้องๆคนไหนที่ยังมีข้อสงสัยในวิชา Chemistry อยู่ สามารถเข้ามาที่ Ignite by Ondemand เพื่อพูดคุยปรึกษากับครูธงได้ตลอดเลยนะครับ แล้วเจอกันครับ