GÜÇLÜ – ZAYIF BAĞLARIN OLUŞMASI VE KOPMASI
Kimyasal türler arasında gerçekleşen değişimler sonucunda mutlaka bir enerji değişimi vardır. Kimyasal türler kararlı olabilmek için daha düşük enerjili durumu tercih ederler. Bu nedenle bağ oluşumu ekzotermik (ısı veren) bir olaydır.
Fiziksel değişimlerde de madde düşük enerjili durumu tercih eder. Bu nedenle katının erimesi, sıvının buharlaşması enerji isteyen değişimlerdir. Ancak madde gazdan sıvıya, sıvıdan katıya geçerken düşük enerjili hâle geldiği için ortama enerji verir.
Madde hâl değiştirdiğinde yeni bir kimyasal tür oluşmaz. Bu nedenle bu değişimler yüksek enerji gerektirmez. Kimyasal türleri birbirinden ayırmak için 40 kJ ya da daha yüksek enerji gerekiyorsa bu türler arasında güçlü etkileşim olduğu kabul edilir. Zayıf etkileşimleri yenmek için ise yaklaşık 40 kJ’den daha az enerji gerekir. Zayıf etkileşimlere “moleküller arası” etkileşimler de denir. Moleküller arası etkileşimlerin gücü maddenin fiziksel hâlini belirler
Not: Bir kimyasal bağ oluşurken açığa çıkan ya da bu bağı kırmak için gereken enerjiye “bağ enerjisi” denir. Bağ enerjisi birimi kJ’dir.
GÜÇLÜ ETKİLEŞİMLER
İYONİK BAĞLAR
İyonik bağlar genel olarak metaller ile ametaller arasında oluşur. Metal atomlarının elektron vermesi ile oluşan katyon ile ametal atomlarının elektron alması ile oluşan anyon arasında güçlü bir elektrostatik çekim kuvveti oluşur. Bu güçlü etkileşime iyonik bağ denir. Yani metal ve ametal atomları arasında elektron alış-verişi sonucu oluşan bileşikler iyonik bağlı bileşiklerdir. Örneğin; NaCI, MgF2, KI, CaO gibi
11Na ile 17CI atomlarının oluşturduğu bileşiği inceleyelim:
11Na ile 17CI atomlarının oluşturduğu bileşiği inceleyelim:
Her iki atom da dolu dış kabuklara sahip olarak kararlı hâle gelmek isterler. Atomlar en dış kabuklarının dolu olmasını sağlayacak en kolay yolu izler.
Sodyum atomunun dolu dış elektron kabuğuna sahip olabilmek için sadece 1 elektron kaybetmesi mi yoksa 7 elektron kazanması mı daha kolaydır?
Klor atom modelini incelersek, en dış kabukta 7 elektrona sahip olduğunu görürüz. Sizce tam dolu dış kabuğa nasıl sahip olabilir?
Sodyum atomu, klor atomu ile tepkimeye girdiğinde, dış kabuğundaki 1 elektronu kaybeder ve böylece tam dolu dış kabuğa sahip olur. Sizce en dış kabuktaki 1 elektron nereye gitmiş olabilir?
Klor atomu, sodyumdan gelen elektronu kabul eder ve o da sodyum gibi tam dolu dışkabuğa sahip olur. 
Kısaca, bir tane değerlik elektronu olan sodyum, klor atomuna 1 elektron verir. Böylece her ikisi de oktetini tamamlar. İyonik NaCI bileşiği oluşur.
İyonik bağlı bir bileşik oluşurken atomlar arasında gerçekleşen elektron alışverişi sonucunda verilen toplam elektron sayısı, alınan toplam elektron sayısına eşit olmalıdır. Öyleyse bir Mg atomu iki tane F ile tepkimeye girmelidir. Sonuç olarak MgF2 formülüne sahip bir bileşik oluşur.
İyonik Bileşiklerin Kristal örgü Yapısı: İyonik bileşikler, elektrostatik etkileşim nedeniyle çok sayıda artı ve eksi yüklü iyondan oluşan kristal örgüler oluştururlar. Bir iyonik kristalin üzerine X– ışınları gönderilerek o bileşiğin kristal örgüsü belirlenir.
Kristal örgü içerisinde milyonlarca artı ve eksi yüklü iyonlar belirli konumlarda sabit durmaktadır. İyon dizilimi düzenli ve tekrarlanan şekildedir. Sürekli tekrarlanan birimlere birim hücre denir.
İyonik Bağlı Bileşiklerin Özellikleri :
-İyonik kristaller oda koşullarında katı hâlde bulunurlar.
-Suda iyonlaşarak çözünürler.
-Sıvı halleri ve sulu çözeltileri elektrik akımını iletir.
– Erime noktaları yüksektir.
– Katı halleri sert ve kırılgandır.
Not:İyonik bağlı bileşiklerin sulu çözeltilerinde birim hacimdeki iyon sayısı arttıkça elektrik akımı iletkenliği artar.
KOVALENT BAĞLAR
Ametal atomlarının değerlik elektronlarını ortaklaşa kullanarak yaptıkları bağa kovalent bağ denir.
Ametal olan H, C, O, F, CI, Br, I, S, P gibi atomlar kendi aralarında kovalent bağ oluştururlar. Örneğin, su (H2O), metan (CH4), karbondioksit (CO2), hidrojen (H2), oksijen (O2) kovalent bağ ile oluşmuş maddelerdir.
Hidrojen molekülünü (H2) inceleyelim:
-H2 molekülünü oluşturan H atomlarından ikisi de elektron kazanmaya isteklidir (dublet kuralı). Peki hidrojen atomları birbirine nasıl bağlanacaklar? Ayrıca her iki atom da birbirlerinden elektron alırlarsa nasıl tam dolu dış elektron kapuğuna sahip olabilirler?
-Her iki hidrojen atomu da elektronlarını paylaşarak elektron kazanmış olacaklardır. Eğer hidrojen atomlarının dış elektron kabukları birbiri üzerine örtüşürse, atomlar birbirlerinin elektronlarını paylaşabilirler. Bu durum her iki atomun da tam dolu dış elektron kabuklarına sahip olmasını sağlar.
Flor molekülünü (F2) inceleyelim:
F2 molekülündeki F atomlarının her birinin son katmanında 7 elektron bulunur. Her iki atom elektron dizilimini kendisine en yakın soy gaz atomunun elektron dizilimine benzetmek için son katmandaki birer elektronlarını ortaklaşa kullanırlar. Bunun sonucunda F2 molekülü oluşur.
Molekül Oluşumunun Lewis Yapısıyla Gösterimi
Kovalent bağdaki ortaklaşa kullanılan elektron çiftleri “bağlayıcı elektron çifti”dir. Bağ oluşumuna katılmayan elektron çiftine ise “ortaklanmamış elektron çifti” denir. Bir çift elektron (–) çizgi ile gösterilir.
Farklı Ametal Atomları Arasında Oluşan Kovalent Bağlar:
HCI molekülü:
1H ve 17CI atomlarının elektron dağılımlarına göre son katmanlarında, H atomunun bir ve CI atomunun yedi elektronu vardır. Her ikisi de aralarında birer tane elektronu ortaklaşa kullanarak HCI molekülünü oluşturur.
H2O molekülü:
H atomunun bir, O atomunun ise bağlayıcı iki elektronu bulunur. O atomunun bağlayıcı elektronlarından biri H atomunun biri ile diğeri de ikinci H atomu ile tekli kovalent bağ oluşturur.
APOLAR VE POLAR KOVALENT BAĞLAR
Her elementin bağlayıcı elektronlarına sahip çıkma eğilimi farklıdır. Bu nedenle farklı atomlar arasında oluşan kovalent bağlarda ortaklaşa kullanılan elektronlar atomlar tarafından farklı kuvvetle çekilir.
Aynı atomlar arasında oluşan kovalent bağlarda ise bağı oluşturan elektronlar atomlar tarafından aynı kuvvetle çekilir. Atomların bağ elektronlarına sahip çıkmaları son yörüngedeki elektronların çekirdeğe olan uzaklığına bağlıdır.
a) Katman sayısı arttıkça son yörünge elektronlarının atom çekirdeğine olan uzaklığı da artar. Dolayısıyla çekirdek bağ elektronlarını zayıf çekim kuvveti ile çeker.
b) Aynı katman sayısına sahip (aynı periyot) atomların proton sayıları arttıkça bağ elektronlarına uygulanan çekim gücü artar.
Apolar Kovalent Bağ
Aynı ametal atomları arasında ortak kullanılan elektronların eşit olarak çekilmesiyle oluşan bağa apolar kovalent bağ denir. Örneğin, N2 molekülünün oluşumunda kullanılan ortak elektronlar her iki azot atomu tarafından eşit ölçüde çekilir. İki atomun da elektronlara sahip çıkma eğilimi aynıdır. Dolayısıyla molekülde negatif ve pozitif uç oluşmaz. Molekül apolardır.
N2 molekülünde artı (+) yükün merkezi atom çekirdeklerini birleştiren doğrunun ortasında bulunur. Eksi (–) yükün merkezi de aynı noktaya geldiğinde elektron yük dağılımı eşittir.
Polar Kovalent Bağ:
Ortak kullanılan elektronlar iki atom tarafından eşit çekilmiyorsa kısmen pozitif uçlar (&+) ve kısmen negatif uçlar (&–) oluşur. Bu tür bağa polar kovalent bağ denir.
HCI molekülünde ortak kullanılan elektronlar CI atomu tarafından daha fazla çekilir. CI tarafı kısmen negatif, H tarafı kısmen pozitiftir.
HCI molekülünde negatif yük merkezi CI atomuna daha yakın olduğundan yük dağılımı eşit olmaz. HCI’deki bağ polar kovalenttir.
Su molekülünde negatif yük merkezi O atomuna daha yakın olduğundan yük dağılımı eşit değildir. Bu nedenle H2O’daki H – O bağının her ikisi de polar kovalenttir.
Molekül Polarlığı ve Apolarlığı
Bağ polarlığı ile molekül polarlığı farklı kavramlardır. Polar bağlara sahip olan bir molekülün kendisi polar olmayabilir. Bir molekülün polar ya da apolar olmasını belirleyen tek etken molekülün geometrik şeklidir.
Bir ucu kısmi pozitif yüklü (&+), diğer ucu kısmi negatif yüklü (&–) olan bir moleküle iki kutuplu anlamında dipol denir. Bir moleküldeki bağların dipol momentlerinin bileşkesi sıfır ise molekül apolar, sıfırdan farklı ise molekül polardır.
Not:
1-Bir molekülün Lewis yapısı yazıldığında merkez atomun üzerinde ortaklanmamış elektron çifti varsa molekül polardır.
2-C ve H atomlarından oluşan moleküller (hidrokarbonlar) apolar moleküllerdir. CH4 , C2H6 , C6H6 , C2H4 vb.
3- Molekülde C ve H atomlarının haricinde başka bir atom (O, N vb.) varsa molekül polardır. CH3OH, HCOOH, CH3NH2 vb.
METALİK BAĞLAR
Metaller, katı hâlde kristal örgü oluşturan maddelerdir. Metal atomlarının en son enerji katmanında bulunan elektronları çekirdek tarafından kuvvetle çekilmez. Metaller değerlik elektronlarını vererek soy gaz enerji düzeyine benzemeye çalışır. Bu nedenle metal atomlarının değerlik elektronlarını diğer element atomlarının elektronlarına göre daha serbesttir ve daha fazla hareket eder. Hareketli bir elektron denizi oluşturur. Bu elektron denizi ile pozitif metal iyonları arasındaki çekim kuvvetine metalik bağ denir.
Metalik Bağlar ve Metallerin Özellikleri
Metallerin erime noktaları, elektrik iletkenlikleri, parlaklıkları, sertlikleri, tel ve levha hâline getirilebilmeleri gibi pek çok özelliği metalik bağ ile ilgilidir.
ZAYIF ETKİLEŞİMLER
Bir maddenin katı, sıvı ve gaz olup olmadığını belirleyen iki faktör vardır.
a) Taneciklerin (atom, molekül ya da iyon) kinetik enerjisi
b) Tanecikler arası çekim kuvveti
Kinetik enerji tanecikleri bulundukları ortamdan uzaklaştırmaya çalışırken, tanecikler arası çekim kuvvetleri birarada tutmaya çalışır. Eğer taneciklerin kinetik enerjisi çekim kuvvetlerinden daha büyükse, madde yoğun hâle (katı, sıvı) geçemez ve gaz hâlinde bulunur. Kinetik enerji, çekim kuvvetlerinden daha küçükse tanecikler, yoğun faza geçer ve madde katı veya sıvı hâlde bulunur.
Aynı tür atom ya da moleküllerin kendi aralarındaki etkileşiminden “saf madde“, farklı türden atom, molekül ve iyonların birbirleriyle etkileşiminden “karışım” elde edilir.
Tüm tanecikler hem kendi aralarında hem de farklı taneciklerle etkileştiğinde aşağıdaki kuvvetler ortaya çıkar.
Bunlar;
a)
-van der Waals etkileşimleri
– Dipol – dipol etkileşmleri
– İyon – dipol etkileşimleri
– London kuvvetleri
b)
Hidrojen bağları
şeklindedir.
Bu etkileşim veya kuvvetlere zayıf etkileşimler denir. Bütün etkileşim türlerinin temeli negatif ve pozitif yükler arasındaki çekim kuvvetine dayanır. Zayıf etkileşimler sonucunda yeni kimyasal türler oluşmaz, sadece maddelerin fiziksel özellikleri belirlenir.
Zayıf etkileşimlerin büyüklüğü atomları bir arada tutan kimyasal bağ (iyonik, kovalent, metalik) ile kıyaslandığında oldukça küçüktür Bu nedenle bir madde ısıtıldığında öncelikle zayıf etkileşimler kopar.
Kalıcı ve İndüklenmiş Dipoller
Kalıcı Dipol: Polar moleküller kalıcı dipol oluştururlar
İndüklenmiş Dipol (Geçici dipol): Apolar moleküllerin üzerinde kalıcı dipol bulunmaz. Ancak elektronların atomun ya da molekülün bir bölgesine toplanabilme ihtimali vardır. Bu anlık kutuplaşma nedeni ile apolar olan bir molekülün anlık polarlaşması söz konusudur. Oluşan anlık dipol çevresindeki atom veya molekülde de anlık indüklenmiş dipol oluşturur.
van der Waals Etkileşimleri
Moleküller arasında hidrojen bağı d ışındaki tüm zayıf etkileşimlerin genel adıdır. Bu zayıf etkileşimler genellikle 40 kJ/mol’den daha küçük bir enerji ile kopar.
Dipol – Dipol Etkileşimleri
İki nötr molekülden her biri kalıcı dipole sahipse polar iki molekülün zıt kutupları birbirini çekecektir. Polar bir moleküldeki kısmi pozitif yüklü bölge diğer molekülün kısmi negatif yüklü bölgesini elektrostatik çekimi kuvveti ile çekmesi sonucu ortaya çıkan kuvvete dipol – dipol etkileşimi denir.
İyon – Dipol Etkileşimleri
Bir iyonun polar bir molekül ile etkileşimidir. İyon hâlindeki bir madde polar bir ortamda bulunursa, ortamdaki katyonlar molekülün negatif yüklü kutbu, anyonlar ise molekülün pozitif yüklü kutbu ile etkileşime girer.
Yemek tuzu (NaCI) gibi iyonik bileşikler su ve benzeri polar çözücülerde iyon – dipol etkileşimi ile çözünür.
London Kuvvetleri
Apolar moleküllerin ve soy gazların anlık dipolleşmesi (indüklenmiş dipol) ile London kuvvetleri oluşur. Bu kuvvetin varlığı Alman fizikçi Fritz London tarafından bulunmuştur ve kendi adı ile anılmaktadır.
Apolar moleküller arasında bir çekim kuvvetinin olduğu kesindir. Aksi hâlde apolar gazların sıvı hâle geçmesi mümkün olmazdı.
Helyum (He) atomları üzerinde London kuvvetlerinin nasıl oluştuğu açıklamaya çalışırsak;
Helyum atomunun en dış katmanındaki iki elektron birbirini iterek birbirlerinden en uzak konumlarda bulunmayı tercih ederler Ancak bazen bu iki elektron atomun bir tarafına toplanabilir. Bu anlık bir durumdur ve helyum atomu polar hâle gelir. Atomun bir tarafında elektron fazlalığı oluşurken, diğer tarafında elektron eksikliği meydana gelir. Anlık dipole sahip olan helyum atomu yanında bulunan diğer helyum atomunun elektronlarını iterek onun da polarlaşmasını sağlar.
-London kuvvetleri en zayıf etkileşimlerdir.
– Sadece London kuvvetlerinin etkin olduğu moleküllerde (apolar moleküller ve soygazlar); molekül büyüdükçe (elektron sayısı arttıkça) London kuvvetleri artar.
Hidrojen Bağları
Hidrojen (H) atomu elektronegatifliği çok yüksek bir atomla (F, O ve N) kovalent bağ ile bağlandıktan sonra bağ elektronları elektronegatifliği büyük olan atom tarafından çekilir. Bu nedenle bir kutuplaşma söz konusu olur. Elektronca fakirleşen hidrojen, komşu moleküldeki elektronegatif atomun ortaklanmamış bir çift elektronunu çeker. Böylece komşu molekül ile elektrostatik etkileşime girerek bir tür köprü atom hâline gelir. Oluşan bu bağa “hidrojen bağı” denir.
Not:
-Hidrojen bağlar kesikli çizgi (……………) ile belirtilir.
-Molekülde hidrojen atomu; F, O ve N atomlarına bağlı olmalıdır.
-Hidrojen bağları van der Waals kuvvetlerinden güçlüdür.
Hidrojen bağı aynı tür moleküller arasında oluşmak zorunda değildir, farklı moleküller arasında da oluşabilir ve bu hidrojen bağı oluşturabilme özelliği olan iki molekülün birbiri içerisinde çözünmesini sağlayan en önemli olgudur. Örneğin, su ve alkolün homojen karışım oluşturmasının nedeni hidrojen bağıdır.
Hidrojen bağı yapan maddelerde, moleküller arasındaki etkileşimler başka etkileşim türlerine göre çok daha baskındır. Örneğin HF, H2O, NH3 bileşiklerinin kaynama noktaları, hidrojen bağları nedeni ile çok yüksektir
EmoticonEmoticon