Molekül İçi ve Moleküller Arası Bağlar (Etkileşimler)

KİMYASAL    BAĞLAR

   Moleküllerde atomları bir arada tutan kuvvete kimyasal bağ denir.

   Bir kimyasal bağın oluşabilmesi için atomların tek başlarına bulundukları hale göre daha kararlı olmaları gerekir. Atomlar bağ yapıyorlarsa daha kararlı hale geldiklerinden dolayıdır.

   Atomlar arasında bağ meydana gelirken enerji açığa çıkar yani, bağ oluşumu olayı ekzotermik, bağ kırılması olayı ise endotermiktir.

   Bir kimyasal bağ oluşurken ne kadar enerji açığa çıkıyorsa, bu bağı kırmak için aynı miktar enerji gerekir.

   Bir kimyasal bağ oluşurken ne kadar çok enerji açığa çıkıyorsa, oluşan bağ o kadar sağlam, oluşan bileşik o kadar kararlıdır.

  Bir atomun yapabileceği bağ sayısı, sahip olduğu veya az bir enerjiyle sahip olabileceği  yarı dolu orbital sayısı kadardır.

   Atomlar bağ yaparlarken son yörüngelerini soy gazlara benzetmeye çalışırlar. Soygazların bağ yapamamalarının nedeni son yörüngelerinin dolu olmasındandır.

 

                                                             Molekül İçi Bağlar:

Kimyasal bağ tanımı, molekül içi bağlar içindir. Molekül içi bağlar iyonik bağ ve kovalent bağ olmak üzere ikiye ayrılır.

1.) İyonik Bağ: 

Bir atomdan diğerine elektron aktarılması sonucu oluşan iyonların çekimine dayanan bağa iyonik bağ, bu şekilde oluşan bileşiğe de iyonik bileşik denir. Elektron veren atom (+) yük, elektron alan atom ise (-) yük kazanır. Oluşan katyon ve anyon birbirini çeker ve birleşirler. Bu çekim oldukça güçlüdür. Bu nedenle iyonik bileşikleri ayrıştırmak zordur.

İyonik bileşikler;

   Oda sıcaklığında katıdırlar.

   Erime noktaları yüksektir.

   Katı haldeyken elektriği iletmezler, ergimiş halleri yada sulu çözeltileri elektriği iletir.

   Belirli kristal yapıları vardır.

   Metallerle ametaller arasında meydana gelirler. Bileşiği oluşturan metal periyodik cetvelde ne kadar solda ve aşağıdaysa, ametal ne kadar sağda ve yukarıdaysa oluşan bileşiğin iyoniklik derecesi o kadar fazladır.

   NaCl , KBr , Al₂S₃ , Ca₃P₂ , … iyonik bileşiktirler. İyonik bileşiklerde metalin verdiği elektron sayısı ametalin aldığı elektron sayısına eşittir.

2.) Kovalent Bağ: 

Ametal atomları arasında elektronların ortaklaşa kullanılması sonucu oluşan bağa

kovalent bağ denir. Kovalent bağ ikiye ayrılır.

a) Apolar Kovalent Bağ: 

Aynı cins ametal atomları arasında elektronların ortaklaşa kullanılması sonucu oluşan bağa apolar kovalent bağ denir.   H₂ , N₂ , O₂ , F₂ , Cl₂ , Br₂ , I₂ , P₄ , S₈ , … molekülleri apolar kovalent bağ içerirler. Bu moleküller apolar kovalenttirler.

   Apolar kovalent moleküllerde bağı oluşturan atomlar aynı cins olduklarından bağı meydana getiren elektronlar her iki yöne eşit kuvvetle çekilirler. Bu nedenle elektronlar her iki atoma da eşit uzaklıkta bulunurlar. Bu durumda kutuplanma meydana gelmez. Bu şekilde oluşan bağa apolar kovalent bağ,oluşan moleküle de apolar kovalent molekül denir.

H₂ molekülünde elektron nokta yapısı ve atomlar arasındaki bağlanma aşağıdaki gibidir.

   F₂ molekülünde elektron nokta yapısı ve bağlanma aşağıdaki gibidir.

   O₂ molekülünde elektron nokta yapısı ve bağlanma aşağıdaki gibidir.

   Soru: N₂ molekülünde elektron nokta yapısını ve bağları gösteriniz.

 

b) Polar Kovalent Bağ: 

Farklı cins ametal atomları arasında elektronların ortaklaşa kullanılması sonucu oluşan bağa polar kovalent bağ denir.

Farklı cins ametal atomlarının elektronegatiflikleri de farklı olduğundan bağı meydana getiren elektronlar elektronegatifliği fazla olan atoma daha yakın olurlar. Elektronlar elektronegatifliği fazla olan atoma daha yakın olduklarından o atomu kısmen negatif yükle yükler. Diğer atom ise kısmen pozitif yükle yüklenmiş olur. Bu nedenle kutuplanma meydana gelir. Böylece oluşan bağa polar kovalent bağ denir. Polar kovalent bağ içeren bileşiklerin bir kısmı polar, bir kısmı apolardır. HF bileşiği polar kovalent bir bileşiktir.

Bazı durumlarda polar kovalent bağ içeren bileşikler apolar olabilirler. Bu durum molekül geomet-risinden kaynaklanır. Polar kovalent bağ içeren bileşiklerde molekül geometrisi bileşke kuvveti sıfırlayacak bir durum meydana getiriyorsa bileşik apolar olur. Örneğin aşağıdaki bileşikler polar kovalent bağ içermelerine rağmen apolar bileşiklerdir.

 

c) Koordine Kovalent Bağ: 

Atomlar arasında bağ meydana gelirken bağı meydana getiren atomlar-dan biri bağ oluşumunda kullanılan her iki elektronu da sunuyorsa oluşan bağa koordine kovalent bağ denir.

Örneğin;

H⁺ ve OH^- iyonları  H₂O oluşturmak üzere bağlanırken bağ oluşumunda kullanılan iki elektronun ikisi de OH^- iyonundaki O atomu tarafından sunulmuştur. Bu nedenle H ile O arsında koordine kovalent bağ oluşmuştur.

  NH₃ ile BF₃ arasında  NH₃-BF₃  molekülü oluşurken de koordine kovalent bağ oluşmaktadır.

                 

II. Periyot Elementlerinin Bağ Yapma Özellikleri:

      II. Periyot elementlerinin H veya halojenlerle (bir bağ yapan atomlarla) oluşturduğu bileşiklerin bazı özellikleri aşağıdaki tablodaki gibidir.

                  

*İki atom arasında tek bağ varsa bu bağ sigma (σ) bağıdır. İkili (çift) bağ varsa biri sigma (σ) diğeri pi (π) bağıdır. Üçlü bağ varsa biri sigma (σ) diğer ikisi pi (π) bağıdır. Sigma bağları pi bağlarından kuvvetlidir. Bağ uzunlukları ise; üçlü bağ < ikili bağ < tek bağ  şeklindedir.                                                                                                                

Pi (π) bağları hibritleşmeye katılmamış orbitaller arasında meydana gelir. Sigma (σ) bağları iki atom arasındaki düzlemde, pi (π) bağları ise düzlem dışında meydana gelir.

 *Bir C atomu hiç π bağı yapmamışsa; sp³ , 1 tane π bağı yapmışsa; sp² , 2 tane π bağı yapmışsa; sp  hibritleşmesine uğramıştır.

Örnek: Aşağıdaki molekülde;

a) Kaç sigma (σ) kaç pi (π) bağı vardır?

b) Numaralandırılmış karbon atomları hangi hibritleşmeyi yapmıştır?

      

Çözüm:

              

a) Açık formülden de görüldüğü gibi molekülde toplam 21 bağ vardır. İki atom arasında oluşan ikinci ve üçüncü bağlar pi (π) bağı olduğundan molekülde 4 tane pi (π) bağı bulunmaktadır. Geri kalan bağlar sigma (σ) bağıdır bu nedenle molekülde;   21 – 4 = 17  tane sigma (σ) bağı vardır.

b) 1. ve 8.C : sp³ , 2., 3. , 6. ve 7.C : sp² , 4. ve 5. C : sp    , hibritleşmesi yapmıştır.

 

Moleküller Arası Bağlar:

   Aynı veya farklı cins moleküller arasında, moleküllerin yapısına göre çeşitli çekim kuvvetleri bulunur.

Bu çekim kuvvetleri maddenin sadece katı ve sıvı hallerinde (yoğun fazlarında) meydana gelir.

Bu kuvvetlere moleküller arası bağlar denir. Maddenin gaz halinde moleküller arası bağlar

(çekim kuvvetleri) bulunmaz.

   Maddelerin erime ve kaynama noktalarının yüksek yada düşük olması, moleküller arası bağların kuvvetiyle doğru orantılıdır.

 

1.) Van der Waals Bağları: 

Kovalent bağlı apolar bileşiklerde ve soygazlarda, katı ve sıvı hallerde (yoğun fazlarda) moleküller veya atomlar arasında sadece Van der Waals bağları vardır. Van der Waals bağları zayıf çekim kuvvetleridir. Taneciklerin birbirlerine yaklaşmasıyla oluşan kısmi kutup-lanma sonucu meydana gelir. CH₄ , CO₂ , H₂ , O₂ , Cl₂ , P₄ , He , Ne , Ar , … gibi maddelerde yoğun fazlarda tanecikler arasında sadece Van der Waals bağları bulunur.

   Van der Waals bağlarının kuvveti aşağıdakilere bağlıdır;

a) Maddedeki elektron sayısı ile yada maddenin molekül kütlesiyle (M_A) doğru orantılıdır.

Örneğin halojenlerde erime ve kaynama noktası grupta aşağı doğru artar. Halojenlerde

EN ve KN sırası;

I₂ > Br₂ > Cl₂ > F₂ ‘dir. Çünkü aşağı doğru M_A artmaktadır.

b) Organik izomer bileşiklerde (M_A’ları aynı) dallanma arttıkça Van der Waals kuvvetleri azalır.

        

Normal pentan, izo pentan ve neo pentan izomerdirler.Yani kapalı formülleri aynı (C₅H₁₂), açık formülleri farklıdır. Neo pentanda dallanma daha fazla olduğundan erime ve kaynama noktası en düşüktür. Normal pentanda ise erime ve kaynama noktası en büyüktür.

 

2.) Dipol-Dipol Etkileşimi: 

Polar bileşiklerde moleküller arasındaki çekim kuvvetlerine dipol-dipol etkileşimi denir. Dipol-dipol etkileşimi, polar moleküllerde bir molekülün (+) ucuyla başka bir molekülün (-) ucu arasında meydana gelen çekim kuvvetidir.                

                                       

Dipol-dipol etkileşimi Van der Waals bağlarından kuvvetlidir.

3.) Hidrojen Bağı: Hidrojenin, elektronegatifliği yüksek F , O , N   atomlarından birine doğrudan bağlı olduğu bileşiklerde meydana gelen moleküller arası çekim kuvvetleridir.

C₂H₅-OH  ,  NH₃  ,  CH₃-COOH  ,  ….  gibi bileşiklerde de moleküller arasında hidrojen bağları vardır. Hidrojen bağları dipol-dipol etkileşiminden kuvvetlidir.

  *İki molekül arasında meydana gelen hidrojen bağı sayısı arttıkça maddenim erime ve kaynama noktası artar.

 

Örnek: Aşağıdaki bileşiklerin kaynama noktalarını sıralayınız.

      

Çözüm: I. bileşikte moleküller 3 H bağı yaparlar.  II.bileşikte hidrojen bağı yoktur. III. bileşikte moleküller 1 hidrojen bağı yaparlar.  IV. bileşikte moleküller 2 hidrojen bağı yaparlar.  Bu nedenle kaynama noktası sırası;   I > IV > III > II    şeklindedir.

 

  *Hidrojen bağı yapan bileşikler birbirinde iyi çözünürler.

 

4.) Ağ Örgülü Kovalent Bağ: 4A grubu elementlerinden C , Si ve bunların oluşturduğu maddelerde görülür. Elmas , grafit , SiO₂ , SiC maddelerinde ağ örgülü kovalent bağ vardır. Erime ve kaynama noktaları oldukça yüksek olup suda çözünmezler.

 

5. Metalik Bağ: Metal atomları arasında meydana gelen çekim kuvvetleridir. Metallerin dış yörünge elektronları komşu metal atomlarının dış yörüngelerine geçerek metali bir uçtan diğer uca dolaşır. Elektronlar bir sel gibi akarken metal atomu çekirdekleri sabittir. Çekirdekler, elektron denizinde yüzen adacıklar gibidirler. Çekirdekler arasındaki elektronlar metal atomlarını bir arada tutarlar. Bu çekim kuvvetlerine metalik bağ denir. Metalik bağ sadece metal atomları arasında oluşur.

   Metalik bağın kuvveti metal özellikle ters orantılı olarak değişir. Yani periyodik cetvelde yukarı ve sağa gidildikçe metalik bağ kuvveti artar.

Örnek:  Aşağıda periyodik cetvelden bir kesit verilmiştir. X , Y ve Z’nin erime noktasını büyükten küçüğe

doğru sıralayınız.

 

1A 2A …………3A              

X						Y
Z

            

            

Çözüm: Metalik bağ kuvveti yukarı ve sağa doğru artar. Bu nedenle erime

             noktaları;    Y > X > Z      şeklinde sıralanır.

 

6.) İyonik Bağ: Hem molekül içi hem de moleküller arası bağlar grubuna girer.

 

Suda Çözünme:

Su polar bir bileşiktir. Ayrıca molekülleri arasında hidrojen bağları yapar. Bu nedenle polar maddeler suda iyi çözünürler. Hidrojen bağı yapan bileşikler ise suda daha iyi çözünürler. Çünkü kimyada benzer benzeri çözer, ilkesi vardır.

 

Örnek: CH₄ , NH₃ , C₂H₅OH , HF , HCl , I₂ , H₂  maddelerinden hangileri suda az çözünürler?

 

Çözüm:  CH₄ ,  I₂  ve  H₂   maddeleri apolar olduklarından suda az çözünürler.