Kimya Kimyasal Türler Arası Etkileşimler

Evrendeki tüm maddelerin atomlardan oluştuğunu biliriz. Ancak atomlar çok nadir olarak doğada tek tek bulunur. Peki atomlar neden ve nasıl kimyasal bağ oluşturur?

Kimyasal bağlar, molekülleri oluşturan atomları bir arada tutan kuvvetlerdir. Kimyasal türler arası güçlü etkileşimler olarak da isimlendirilirler. Evrendeki tüm maddelerin atomlardan oluştuğunu biliriz. Ancak atomlar çok nadir olarak doğada tek tek bulunur. Genellikle aralarında kimyasal bağlar kurarak fiziksel ve kimyasal özellikleri birbirinden farklı maddeler oluştururlar.

Peki, atomlar neden kimyasal bağ oluşturur? Aslında bu başka bir içeriğin başlığı olabilecek kadar önemli bir konu. Ancak kısaca şöyle açıklayabiliriz: Soy gazlar dışındaki elementler kimyasal bağlar oluşturarak elektron dizilimlerini soy gazlara benzetmeye ve bu sayede en kararlı hâle ulaşmaya çalışır. Bunu elektron alarak, vererek ya da elektronlarını ortaklaşa kullanarak yaparlar. Soy gazların en yüksek enerjili elektron kabuklarında mümkün olan en fazla sayıda değerlik elektronu bulunur. Bu durum nedeniyle elektron dizilimleri son derece kararlı olan soy gazlar tepkimeye girmeye isteksizdir.

Atomlar elektron vererek, alarak ya da elektronlarını ortaklaşa kullanarak kimyasal bağ oluşturabilir. Üç tür kimyasal bağ bulunur: iyonik bağ, kovalent bağ ve metalik bağ.

İyonik Bağ

İyonik bağ iki kimyasal tür arasındaki elektron alışverişine dayanır. Sonuçta eksi yüklü bir iyon olan anyon ve artı yüklü bir iyon olan katyon oluşur. Artı ve eksi yükler arasındaki elektriksel çekim kuvveti nedeniyle oluşan kimyasal bağ, iyonik bağ olarak isimlendirilir.

Jonas Reuel / iStock

Sofra tuzu olarak bildiğimiz sodyum klorür, iyonik bir bileşiktir.

Nötr sodyum atomunun 11 elektronu ve 11 protonu vardır. En yüksek enerjili elektron kabuğu olan değerlik kabuğunda 1 elektron bulunur. Bu 1 değerlik elektronunu vererek elektron dizilimini bir soy gaz olan neonunkine (1s² 2s² 2p⁶) benzetmek ister.

Na: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Nötr klor atomunun 17 elektronu ve 17 protonu vardır. En yüksek enerjili elektron kabuğu olan değerlik kabuğunda 7 elektron bulunur. Klor 1 elektron alarak elektron dizilimini bir soy gaz olan argonunkine (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶) benzetmek ister.

Cl: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

Sodyum klorür molekülünde sodyum atomları 1 elektron vererek artı yüklü sodyum iyonunu (Na⁺) ve klor atomları 1 elektron alarak eksi yüklü klor iyonunu yani klorür anyonu (Cl^-) oluşturur. Sodyum katyonu ve klorür anyonu arasındaki elektriksel çekim kuvveti nedeniyle aralarında iyonik bağ oluşur. Yani sodyum klorür iyonik bir bileşiktir.

İyonik bağı oluşturan atomların elektronegatiflikleri yani kimyasal bağa katılan elektronları çekme kapasiteleri arasında belirgin bir fark vardır. Bu nedenle iyonik bağ genellikle elektronegatifliği düşük metal atomları ile elektronegatifliği yüksek ametal atomları arasında oluşur.

Kovalent Bağ

İki atomun elektronegatiflikleri arasında belirgin bir fark olmadığında, atomlar elektronlarını ortaklaşa kullanarak elektron dizilimlerini soy gazlara benzetmeye ve kararlı hâle geçmeye çalışabilir. Elektronegatiflikleri birbirine yakın olan atomlar arasında oluşan ve elektronların ortaklaşa kullanıldığı kimyasal bağ, kovalent bağ olarak isimlendirilir.

Jonas Reuel / iStock

Hidrojen molekülünde, hidrojen atomları arasında apolar kovalent bağ bulunur.

Aynı tür iki atom arasında oluşan kovalent bağ, apolar yani kutupsuz kovalent bağ olarak isimlendirilir. Örneğin hidrojen (H₂) molekülünde iki hidrojen atomu elektronlarını ortaklaşa kullanarak elektron dizilimlerini bir soy gaz olan helyuma benzetmeye çalışır. Apolar kovalent bağda atomların elektronegatiflikleri aynı olduğundan, bağ oluşumuna katılan elektronlar atomlar tarafından eşit miktarda çekilir. Bu nedenle molekülde elektriksel yüklerin dağılımı dengelidir.

PeterHermesFurian / iStock

Su molekülünü oluşturan hidrojen ve oksijen atomları arasında polar kovalent bağ vardır.

Elektronegatiflikleri arasında küçük bir fark bulunan iki atom arasında oluşan kovalent bağ, polar yani kutuplu kovalent bağ olarak isimlendirilir. Örneğin su molekülünde oksijenin elektronegatifliği hidrojeninkinden büyüktür. Su molekülünde hidrojen ve oksijen tarafından ortaklaşa kullanılan bağ elektronları oksijen tarafından daha fazla çekildiği için oksijen atomları kısmen eksi, hidrojen atomları ise kısmen artı yükle yüklenir. Bu nedenle su molekülü polar yani kutuplu bir moleküldür.

Metalik Bağ

Jonas Reuel / iStock

Metalik bağda, metal atomlarının değerlik elektronları serbest bir şekilde hareket edebilir.

Metalik bağ, metal atomları arasında ortaya çıkan bağ türüdür. Metallerin elektronegatiflikleri düşüktür. Yani bağ oluşumunda yer alan elektronlarını zayıf bir şekilde çekerler. Metal atomları bir arada bulunduklarında, en yüksek enerjili elektron kabuğundaki değerlik elektronları atomdan ayrılarak komşu metal atomlarının değerlik orbitallerinde serbest bir şekilde hareket edebilir. Serbest dolaşan değerlik elektronları bir tür elektron denizi oluşturur. Sonuçta artı yüklü metal iyonları ile serbest olarak dolanan değerlik elektronları arasındaki elektrostatik çekme kuvveti nedeniyle metalik bağ ortaya çıkar.

Niteenrk / iStock

Metaller serbest hareket edebilen değerlik elektronları sayesinde dövülerek şekillendirilebilir.

Metallerin erime ve kaynama sıcaklıklarının yüksek olmasının nedeni metalik bağlardır. Çünkü atomlar arasındaki bağların güçlü olması, erime ve kaynama sıcaklıklarının yüksek olmasına neden olur. Ayrıca metallerin renklerinin parlak olması, dövülerek şekillendirilebilmeleri, ısı ve elektriği iyi iletmeleri gibi özelliklerinin nedeni, serbest olarak hareket edebilen değerlik elektronlarıdır.

En Güçlü Kimyasal Bağ Hangisidir?

Kimyasal bağlar arasında en güçlü olanı, artı yüklü metal iyonları ile elektron denizinde hareket eden değerlik elektronları arasındaki çekim kuvveti nedeniyle ortaya çıkan metalik bağdır. Ardından eksi ve artı yüklü iyonların elektrostatik olarak birbirini çekmesi sonucu oluşan iyonik bağ gelir. İyonik bağı polar kovalent bağ takip eder. Kısmen artı yüklü atom ile kısmen eksi yüklü atom arasında oluşan çekim kuvveti nedeniyle polar kovalent bağ, apolar kovalent bağdan daha güçlüdür.

Kaynaklar:

KİMYASAL TÜRLER ARASI ETKİLEŞİM

KİMYASAL TÜR NEDİR?

ATOM:

• Bir elementin fiziksel ve kimyasal özelliklerini gösteren en küçük birimine
• atom denir.
• Atomlar fiziksel ve kimyasal yöntemlerle daha basit birimlerine ayrıştırılamaz.
• Nükleer yöntemlerle ayrıştırılabilirler.
• Proton, nötron gibi tanecikler çekirdekte; elektronlar ise elektron bulutunda yer alır.
• Atomlar boyutlarının çok küçük olması nedeniyle optik mikroskoplarla görüntülenemez ancak elektron mikroskobu gibi araçlarla görüntülenebilir.

MOLEKÜL:

• Aynı veya farklı atomların birbiri ile etkileşmesi sonucunda oluşan kimyasal türlere
• molekül denir.
• Moleküller en az iki atomun birleşmesiyle oluşur.
• Bileşikler kimyasal yöntemlerle kendini oluşturan bileşenlere ayrışabilir.
• Moleküller iki atomlu (diatomik), üç atomlu (triatomik) veya çok atomlu (poliatomik) olabilir.
• İki atomlu moleküllere F2, HCl
• Üç atomluya O₃ , H₂O, çok atomluya H₂SO₄ , C₆H₁₂O₆
• Polimerler örnek verilebilir.

İYON:

• Elektron vermiş veya almış atom ya da atom gruplarına iyon denir.
• Bir atom, elektron verdiğinde verdiği elektron sayısı kadar pozitif (+), Pozitif yüklü iyonlara katyon, Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺, NH⁴⁺, H₃O⁺ katyona örnek  verilebilir
• Elektron aldığında aldığı elektron sayısı kadar negatif (-) yükle yüklenir. Negatif yüklü iyonlara anyon denir. Cl^-, O₂^2-, N^3-, OH^-, SO₄^2- anyona örnek verilebilir
• Birden fazla atomun tek bir atom gibi davrandığı yüklü atom gruplarına kök adı verilir. NH₄⁺, H₃O⁺, OH^-, SO₄^2- gibi.

• Bir atom elektron verip katyonuna dönüştüğünde çapı küçülür

• Elektron alıp anyonuna dönüştüğünde ise çapı büyür

• Na⁺ ile Cl^- iyonu arasında gerçekleşen kimyasal bağ ile NaCl bileşiği oluşur

• NaCl bileşiği iki atomlu olduğu hâlde molekül değildir.

• İyonik bileşiklerde en küçük birim molekül değil birim hücredir.

• Birim hücreler bir araya gelerek iyonik kristalleri oluşturur.

• CsCl, AlCl₃, NaNO₃ gibi bileşikler iyonik kristallere örnektir.

• Na⁺ ile Cl^- iyonu arasında gerçekleşen kimyasal bağ ile NaCl bileşiği oluşur

• NaCl bileşiği iki atomlu olduğu hâlde molekül değildir.

• İyonik bileşiklerde en küçük birim molekül değil birim hücredir.

• Birim hücreler bir araya gelerek iyonik kristalleri oluşturur.

• CsCl, AlCl₃, NaNO₃ gibi bileşikler iyonik kristallere örnektir.

BAĞLANAN TÜRLERE GÖRE

Atomlar Arası Bağlar

Aynı veya farklı tür atomlar arasındaki etkileşimler sonucunda atomlar arası bağlar oluşur. Örneğin hidroklorik asitteki H-Cl ; sudaki O-H ve flor gazındaki F-F, demir elementindeki Fe-Fe, helyum gazındaki He-He gibi.

Örneğin Fe-Fe atomları ve He-He atomları arasındaki bağların her ikisi de atomlar arası bağdır.

• Fe-Fe atomları arasındaki bağın güçlü,
• He-He atomları arasındaki bağın zayıf olduğu söylenebilir.
• Fe-Fe atomları arasındaki çekim güçlü olduğu için demirin kaynama noktası daha yüksektir ve oda koşullarında katıdır.
• He- He atomları arasındaki çekim daha zayıf olduğundan kaynama noktası çok düşük ve oda koşullarında gazdır.

Moleküller Arası Bağlar

• Aynı veya farklı tür moleküller arasındaki etkileşimler sonucunda moleküller arası bağlar oluşur.
• F₂-F₂, HCl-HCl, H₂O-NH₃, CO₂-CO₂ ve H₂O-H₂O
• Moleküller arası bağların hepsi zayıf etkileşim olmasına rağmen etkileşim türlerinde ve çekim güçlerinde farklılıklar vardır.

• Örneğin H₂O-H₂O ve CO₂-CO₂ moleküller arası zayıf etkileşimdir.

• Moleküllerin çekim güçleri farklı olduğu için kaynama noktaları ve fiziksel hâlleri farklıdır.
• H₂O-H₂O molekülleri arasındaki çekim CO₂-CO₂ molekülleri arasındaki çekime göre daha fazla olduğu için H₂O’nun kaynama noktası daha yüksek ve oda koşullarında sıvıdır. CO₂-CO₂ molekülleri arasındaki çekim daha zayıf olduğundan kaynama noktası çok düşük ve oda koşullarında gazdır.

Kimyasal Bağ:

Kimyasal türler birbirine yaklaştığında elektron bulutları ve çekirdekler arasında elektrostatik itme ve çekme kuvvetleri meydana gelir.

• Çekme kuvvetleri itme kuvvetlerinden büyükse güçlü etkileşimler yani kimyasal bağ oluşur.
• Çekme-itme kuvvetlerinin birbirine yakın olduğu durumlarda ise zayıf etkileşimler meydana gelir. Zayıf etkileşimlere de fiziksel bağ denir.

Güçlü ve Zayıf etkileşimler aşağıdaki gibi sınıflandırılır:

Kimyasal Tür:

Lewis yapısı, bir element sembolü ile son katman (değerlik) elektronlarının sayısını gösteren noktalardan oluşur. Bir atomun Lewis yapısı aşağıdaki şekilde yazılır:

• Elementin katman elektron dizilimi yazılır.
• Son katmandaki elektron sayısı bulunur.
• Element sembolü yazılır.
• Element sembolününün çevresine değerlik elektron sayısı kadar nokta konur.

Bu noktalar sembolün dört tarafına önce teker teker yerleştirilir. Eğer dörtten fazla elektronu varsa sekize (oktete) ulaşıncaya kadar noktalar ikişerli olacak şekilde eşleştirilir.