Kimyasal Bağlar

KİMYASAL BAĞLAR
A.Kerim KARABACAK
KİMYASAL BAĞLAR
 İYONİK BAĞ
 KOVALENT BAĞ
 MOLKÜLLERİN POLARLIĞI
 MOLEKÜL GEOMETRİLERİ
 HİBRİTLEŞME KURAMI İLE MOLEKÜL GEOMETRİLERİ
 REZONANS
 METALİK BAĞ
 AĞ ÖRGÜSÜ
 İYONİK BİLEŞİKLER
 MOLEKÜL YAPILI BİLEŞİKLER
KİMYASAL BAĞ ÇEŞİTLERİ
İYONİK BAĞ: İyonik bağ, metal atomları ile ametal atomları arasında Elektron
Transferi ile oluşan kimyasal bağdır. Metallerin iyonlaşma enerjisinin düşük,
ametallerin (soy gazlar hariç) elektron ilgileri yüksektir. Bu iki grup arasındaki
bileşiklerin büyük çoğunluğunda, metalden ametale elektron aktarımına dayanan
iyonik bağ görülür.
Iyonik bağ modelinde, metal atomunun elektron vererek pozitif; ametal
atomunun da verilen elektronları alarak negatif iyonlara dönüşür.
1A ve 2A grubu metallerinin ametallerle yaptığı iyonik bileşiklerde iyonlar
oktet ve dublet kuralına uyarlar.
Örneğin; Sezyum (Cs) ve klor (CI) dan CsCI oluşumu:
Cs, iyonlaşma enerjisi çok düşük olan bir alkali metaldir. Klor da elektron ilgisi
ve elektronegatifliği yüksek olan bir halojendir
KOVALENT BAĞLAR
Kovalent bağ, ametal-ametal ve yarı metal- ametal atomları arasında gerçekleşir
ve elektron ortaklığına dayanır.
Kimyasal bağ oluşumuna atomların tüm elektronları değil, yalnızca değerIik
elektronları katılır.
Yarı dolu değerlik orbitalleri, tam dolu olacak şekilde bağ yapmaya çalışır.
Bir kovalent bağ, zıt spinli iki elektrondan oluşur. Zıt spin, atomun molekül
içinde daha düşük enerjili (daha kararlı) olmasını sağlar.
Her bağ, enerji açığa çıkararak oluşur.
Aynı cins atomlardan oluşan moleküller element moleküllerdir. Böylesi
moleküllerde çekirdekleri bağlayan elektron bulutu, çekirdekler çevresinde
simetrik biçimde dağılmıştır. Aynı çekirdeksel yapıları bağlayan bağ, "apolar
kovalent bağ" denir H. N. CI. P. S gibi elementel moleküllerde atomları apolar
kovalent bağ ile bağlamaktadır.
Farklı cins atomların bağlanmasında iki çekirdek arasındaki yük dağılımı.
simetrik değildir. Elektron çifti iki çekirdekten birine daha yakındır. Yani elektron
çiftleri, iki çekirdek arasında ortaklaşılmaktadır; bağlayıcıdır; ama bir atomdan
diğerine transfer edilmemiştir. Böylesi kutuplanmış kovalent bağlara "polar
kovalent bağ" denir. Böyle bir bağ, kovalentlik ile iyoniklik arasında bir bağdır
Polar bağların pozitif ve negatif yük merkezleri (+) ve (- )' ye yönlenmiş bir
vektörle belirtilir. Molekül, bir bütün olarak elektrikçe nötraldir; ama molekülde
elektrik yükü dağılımı asimetriktir.
NOT:
İki atom arasındaki elektronegatiflik farkı büyüdükçe bağın polarlığı (dipolmomenti
de büyür. Elektronegatiflik farkı 1.7 den büyük olan atomlar arasındaki kovalent
bağların çoğu, iyonik nitelik taşır (HF, bu genellemenin dışındadır.)
MOLEKÜLLERİN POLARLIĞI
İki atomlu bir moleküllerde molekül aynı cins iki atomdan oluşmuşsa apolar
bir moleküldür. Molekül farklı iki atom içeriyorsa hem molekül içi bağ polardır;
hem de molekül dışa karşı polardır (dipol momenti vardır); elektriksel alanda
yönlenir
İkiden çok atom içeren moleküllerde bileşik moleküllerindeki her kovalent
bağ, elektronegatifliği düşük olandan yüksek olana doğru yönlenmiş vektörel bir
büyüklük gibi düşünülebilir. Bu vektörlerin bileşikleri sıfırsa, yani moleküldeki
vektörler simetrikse molekül apolardır
MOLEKÜL GEOMETRİLERİ
Molekül geometrileri,”değerlik elektron çiftlerinin itmelerine” dayanan bir
modelle tasarlanabilir. Bu modele göre, her molekülün bir merkez atomu
(molekülde en çok bağ yapabilen atom) vardır, diğer atomlar bu merkeze birli, ikili
ya da üçlü bir kovalent bağla bağlanmıştır.
Molekül geometrisini, sigma bağları (iki atom arasında oluşan ilk kimyasal
bağdır) ile serbest elektron çiftlerinin sayısı belirler. Pi bağları (iki atom arsında
oluşan ikinci ve üçüncü kimyasal bağlar) geometride etkili değildir.
Merkez atomu çevresindeki elektron çiftleri, birbirlerinden olabildiğince
uzak duracak açılara, yani elektron çiftleri arasındaki itmeleri en aza indirebilecek
açılara yerleşir. Bu düşüncenin ışığında bir molekülün geometrisi öngörülebilir.
Merkez atomu çevresinde iki tip değerlik elektron çifti olabilir: kovalent
bağ yapmış elektron çiftleri, bağ yapmamış elektron çiftleri (serbest
elektron çifti).
Merkez atomu çevresinde tüm değerlik elektron çiftleri bağ yapmış ise;
geometrik şekiller aşağıdaki gibidir.
Merkez atomu çevresinde bir elektron çifti bağ yapmamış ise, molekülün
geometrisi üçgen piramit, iki elektron çifti bağ yapmamış ise, molekülün
geometrisi kırık çizgi şeklindedir
Bağ yapmamış elektron çiftleri, bağ yapmışlara göre daha "oynak"tır. Nitekim
serbest elektron çiftleri arasındaki itme, bağ yapmışlara göre daha fazladır. Bu
nedenle H₂O molekülündeki H-O-H açısı 109.5° den daha düşük 104.5° dir. Sonuç
olarak HOH, kırık çizgi şeklindedir.
HİBRİTLEŞME KURAMI İLE MOLEKÜL GEOMETRİLERİ:
Hibritleşme ; merkez atomdaki değerlik orbitallerinin kaynaşarak eşdeğer
orbitaller oluşturmasıdır.
Örneğin; CH₄ molekülünün oluşumu:
Merkezi atom olan karbon atomu için;
Temel durum: 1s² 2s² 2p²
Uyarılmış durum: 1s² 2s¹ 2p³ şeklindedir.
(Hidrojen atomları, karbon atomunun 2s ve 2p orbitallerine bağlanmış ise C - H
bağları özdeş uzunlukta ve özdeş bağ enerjisinde değildir. Çünkü 2s ve 2p
orbitallerinin enerjileri yakın; ama aynı değildir. Yine bu durumda moleküldeki
hidrojen atomları arasında 90° lik açılar olmalıdır; çünkü 2p orbitalleri (2px' 2py.
2pz) birbirine diktir. Deneysel gerçekler, bu varsayımlarla uyuşmamaktadır.)
Deneyler, CH₄ molekülünde 4 (C - H) bağının aynı uzunlukta, 2s ile 2p nin enerjisi
arasında aynı bağ enerjisinde olduğunu, molekülde tek bir tipik açı (109.5°)
bulunduğunu göstermektedir.
Bu durum ancak hibritleşme kuramı ile açıklanabilmektedir. Bu kurama
göre;
1. Hibrit bağları, sigma bağı niteliğindeki kovalent bağlardır. Pi bağları hibrit
bağları değildir.
2. Her molekül, genel olarak, bir merkez atomuna başka atomların bağlandığı
kararlı bir kümedir. Moleküllerin oluşumu ve biçimi, atomlardaki değerlik
orbitallerinin kaynaşarak hibrit orbitalleri oluşturmalarıyla açıklanır.
3. Merkezi atomunda kaç değerlik orbitali kaynaşıyorsa aynı sayıda hibrit
orbitali oluşur.
4. s ve p orbitalleri arasında üç farklı hibritleşme olabilir: sp, sp² , sp³.
Hibritleşmeye d orbitalleri de katılabilir. Bunların en önemlileri sp³d ve sp³d²
hibritleridir.
Bu kuramlara göre CH₄ molekülünde merkezi atom karbondur ve molekülde
hidrojenlerin bağlandığı, birbirine eşdeğer 4 bağ bulunmaktadır. Kaynaşmayı
sağlayan merkezi atomun bir tane s üç tane p orbitalidir. Hibrit orbitalleri
kaynaşmaya katılan orbitallerin cins ve sayıları ile belirtilir. Buna göre CH₄
molekülü 4 adet sp³ hibriti oluşturmuştur.
Bu dört eşdeğer hibrit orbitalinin herbiri bir düzgün dörtyüzlünün (tetraedral)
köşelerine doğru yönlenmiştir. Hibrit orbitallerine de hidrojen atomları bağlanarak
metan oluşur. Bu nedenle metan molekülünde bağ orbitallerinin, karbondaki sp³
hibrit atomik orbitalleri ile hidrojen atomlarının 1s orbitallerinden oluştuğu
söylenebilir.
Metan Molekülü
İki çekirdeği doğrudan doğruya bağlayan temel bağa sigma bağı denir. CH₄ de
C - H bağları, aynı zamanda sigma bağlarıdır. Buna göre CH₄ de 4 adet sigma bağı
vardır.
sp³ hibritleşmesi; H₂0 ve NH₃ bileşiklerindeki bağ açılarını da açıklar. Bu
moleküllerde bağ açıları, düzgün dörtyüzlü açısına (109°) oldukça yakındır (suda
104.5°; amonyakta 107°). Öyleyse suda oksijen, amonyakta da azotun sp³ hibritleri
oluşturur.
(Eğer iki hidrojenin 1s elektronları oksijenin 2p orbitallerine bağlanmış
olsaydı; p orbitallerinin birbirine dik olmaları nedeniyle sudaki bağ açısı 90°
olurdu. Ama bu açı dik değil 104.5° dir.)
H₂0 daki oksijen atomunun 2s ve 2p değerlik orbitallerinden
oksijen atomu etrafında dört sp³ hibrit orbitali oluşturulur.
Bunlardan iki tanesi doludur; (bunlar bağ yapmaya
katılmayanlardır); diğer ikisi yarı doludur ve bunlara birer
hidrojen atomu bağlanır. Bu durumda dört sp³ hibrit orbitalinden
2'si eşdeğerdir.
sp³ hibritlerinin dördü eşdeğer olmadığı için H₂0 deki açı
düzgün dörtyüzlünün karakteristik açısından biraz sapar.
Burada bağ yapmayan iki çift elektronun, bağ elektronları
üzerinde itici etkisi bağ açısını küçültür.
NH₃ molekülünde de durum aynıdır. Ancak NH₃ molekülünde azot atomunun
2s ve 2p değerlik orbitallerinden oluşan dört sp³ hibrit orbitallerinden bir tanesi
doludur (bağ yapımına katılmaz), diğer üçü yarı doludur ve bunlara birer hidrojen
atomu bağlanır. Bu durumda dört sp³ hibrit orbitalinden 3'ü eşdeğerdir. sp³
hibritlerinin dördü eşdeğer olmadığı için NH₃ deki açı düzgün dörtyüzlünün
karakteristik açısından biraz sapar. Burada bağ yapmayan bir çift elektronun, bağ
elektronları üzerinde itici etkisi H₂0 molekülüne göre daha az olur.
Bu sebeple su molekülünde bağ açısı 104.5°; amonyakta ise 107° dir ve düzgün
dörtyüzlünün bağ açısından (109°) daha küçüktür.
sp² hibritleşmesinde, merkez atomu çevresinde özdeş nitelikte üç hibrit orbitali
(üç sp²) oluşur. Merkez atomu çevresindeki üç elektron çiftini en uzağa savuran
açı 120° dir.
sp hibritleşmesinde, merkez atomu çevresinde özdeş nitelikte iki hibrit orbitali
(iki sp) oluşur; bunların herbiri de zıt spinli iki elektron çiftini en uzağa savuran açı
180° dir.
Hibritleşme ve hibrit orbitalleri (animasyon)
Merkez atomunun hibrit tipi ve hibritin geometrisi:
(Merkez Atomu (A) Üzerinde Serbest Elektron Çift Bulunan Moleküllerin Şekli ve Hibriti)
Hidrojen Bağı (animasyon)
Su Molekülü ve Hidrojen Bağı (animasyon)