PowerPoint Sunusu
advertisement
GENEL KİMYA Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM KİMYASAL BAĞLAR Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM • Lewis Kuramı Kimyasal bağlanmada esas rolü dış kabuk elektronları (değerlik) oynar. Bazı durumlarda elektronlar bir atomdan diğerine aktarılır. Böylece oluşan (+) ve (-) yüklü iyonlar birbirlerini iyonik bağlar denen elektrostatik kuvvetlerle çekerler. Gilbert Newton Lewis (1875-1946) Bazı durumlarda ise, eşleşmiş iki ya da daha fazla elektron atomlar arasında ortaklaşa kullanılır (paylaşılır). Böylece oluşan bağa kovalent bağ denir. Her iki bağlanma türünde de atomlar kararlı elektron dağılımına sahip olurlar. Genellikle bu dağılım, dış kabuk elektronlarının sekiz olduğu (oktet kuralı) soy gaz elektron dağılımına benzer. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM • Lewis Simgeleri ● Lewis simgeleri baş grup elementleri için yaygın olarak kullanılmalarına karşın geçiş elementleri için fazla kullanılmazlar. 2 1A (1) 2A (2) ns1 ns2 ●Li ●Be● 3A (13) 4A (14) 5A (15) 6A (16) 7A (17) 8A (18) ns2np1 ●● ●● ● ●● ●● Cl ● Ne ●● ●● Ar ●● ●● S● ● ● ●● ●● Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM ● P● ● ●● F ●● ●Si● ● O● ● ●● ●● ● N● ● ●● ●Al● ● ● C● ● ns2np6 ●● ●Mg● ns2np5 ●● ●Na ns2np4 ●● 3 ns2np3 ●● ● ●B● ns2np2 Lewis simgeleri + Lewis simgeleri Lewis yapısı → H ●● ● ● Cl ●● ●● H● ●● Kovalent bağlanma (elektron ortaklanması) ●● ● Cl ●● → ●● ●●● ] [Na]+ [ ● Cl ●● Na● ●● + ●C l ●● ●● İyonik bağlanma (elektron alış-verişi) Lewis yapısı Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM * BaO, MgCl2, Al2O3 in Lewis yapılarını gösteriniz. + → [Mg]2+ 2 [Al]3+ ●● ● + 3 [ ●●● O ]2- ●● ●● ●● ● + 2[ ● Cl ] ●● ●● ● Cl ●● + ●● ● + [ ● O ]2●● ●● ●● ● Mg ● → [Ba]2+ ●● Ba● ● ●O ●● ●● ● ● Cl ●● Al ● ● ●● ●O ● ●● ●O ● ●● ●O ● ●● ● ● ●● Al● ●● ●● ● → Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Tek atomlu katyon ve tek atomlu anyondan oluşan bileşikler ikili iyonik bileşiklerdir. Tek atomlu ve çok atomlu iyonlardan (katyon-anyon) oluşan bileşikler üçlü iyonik bileşiklerdir ve çok atomlu iyonlar arasındaki bağlanma kovalenttir. Katı iyonik bileşiklerde anyonlar katyonlarla, katyonlar anyonlarla çevrilmiş durumda ve düzgün bir örgü içinde olan iyonik kristal şeklindedir. NaCl Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM • Kovalent Bağlanma Klor atomunun elektron ilgisi (1 elektron katıldığında açığa çıkan enerji): Eİ=-349 kj/mol (ametal, elektron alıcı) Hidrojen atomundan 1 elektron koparmak için gerekli enerji: I1=1312 kj/mol (büyük, metal değil) Sodyum atomundan 1 elektron koparmak için gerekli enerji: I1=496 kj/mol (küçük, metal) Bir elementin iyonlaşma enerjisi ne kadar küçükse o kadar fazla metalik özellik gösterir. ●● ● → H ● Cl ●● ●● ●● H● ●● +● C l ●● Ortaklanan elektron çifti Tekli kovalent bağ Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM H● +●H ●●● ● → H ● O ●H ●● (H2O) ●● ●● ●● ●● ●● Cl O Cl ●● ●● ●● ●● → ●● ●● Cl ● ●● ●● ●● ●● Cl● ●● ●● + ● O● ●● ●● + ●O ● ●● (Cl2O) Ortaklanmamış elektron çiftleri Bağlayıcı elektron çiftleri ●● ●● ●● ●● ●● Cl- O - Cl ●● ●● ●● Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM • Koordine Kovalent Bağlar Ortaklanılan elektron çiftinin her ikisinin de tek bir atomdan geldiği kovalent bağa koordine kovalent bağ denir. NH3 (Amonyak) + ●● Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM + ●● Cl ●● ●● ●● H ●● H N H ●● H ●● ●● ●● H Cl ●● ●● ●● ●● H H ●● N ●● H ●● ●● H ●● H N ●● H - • Katlı Kovalent Bağlar • Birden fazla elektron çiftinin ortaklaşa kullanılmasıyla oluşan kovalent bağlara katlı kovalent bağlar denir. ●● O ●● ●● ●● O =C= O ●● C ●● Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM ●● ●● üçlü kovalent bağ ●● ●● ●● ●● ●● ●● ●● N ≡N ●● O ●● ●● ●● ●● ●● ● ● N N ● ● ●● ●● ●● ● ● O C O ● ● ●● ● ● ●● ● O ● C ● O● ●● ● ● İkili kovalent bağ • Polar Kovalent Bağlar Cl2, apolar H2, apolar HCl, polar (-) yük merkezi (+) yük merkezi ●● ●● ●● Cl ●● Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM • Elektronegatiflik Elektronegatiflik, (EN), bir atomun bağlı olduğu diğer atomlardan elektron çekme yeteneğidir. Elektronegatiflik farkı, (∆EN), iyonik bağda büyük, kovalent bağda küçük, polar kovalent bağda orta değerdedir. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM * Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM LEWIS YAPILARININ YAZILMASI • Bir Lewis yapısında bütün değerlik elektronları gösterilmeli. • Lewis yapılarında bütün elektronlar genellikle eşleşmiştir. • Genellikle her atom en dış kabuğunda oktet elektronlarına ulaşır. Ancak hidrojende dış kabuk elektronları 2 olur. • Bazen katlı kovalent bağlara ihtiyaç duyulur. Katlı kovalent bağlar C, N, O, S ve P atomları tarafından kolaylıkla oluşturulur. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Lewis Yapısı Yazılmasında İzlenecek Yol • • • • • • Yapıdaki toplam elektron sayısını bulunur. İskelet yapısı çizilir. İskelet yapısında her bir bağa 2 elektron yerleştirilir. Uç atomlar belirlenir. Uç atomların oktetleri tamamlanır (H atomları için 2 elektron gerekir.) Toplam değerlik elektronları sayısından bağ yapan elektron sayıları çıkarılır. Kalan elektron var mı? Evet Hayır Kalan elektronlar merkez Tüm atomların okteti tamamlandı mı?(H için2e) Atomun üzerine yerleştirilir. Hayır Evet Okteti tamamlamak için gerektiği Uygun Lewis Yapısı tamamlanmıştır. kadar çoklu bağlar oluşturulur. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM İskelet Yapı • Merkez atom ve uç atomlar belirlenir. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM • Merkez atomu iki ya da daha fazla atoma bağlıdır. • Uç atom sadece bir başka atoma bağlıdır. • Hidrojen atomları her zaman uç atomlarıdır. • Merkez atomları genellikle elektronegatiflikleri en düşük olandır. • Karbon atomları her zaman merkez atomlarıdır. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Formal Yük • Lewis yapısında hangi elektronun hangi atoma bağlı olduğu anlaşılmaz. • Formal yükü, her bir elektronun nereye ait olduğunu anlayarak belirlenebilir. • Lewis yapılarında kovalent bağların uçlarındaki atomların, bu bağların oluşumuna eşit elektron katkısında bulunmadıkları durumda, bazı atomların üzerlerinde oluşan yükler form yüklerdir. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM • Lewis yapısındaki bir atomun formal yükü, bir atomun serbest halindeki değerlik elektronu sayısından, bu atomun Lewis yapısında payına düşen elektron sayısının çıkarılmasıyla bulunur. – Ortaklanmamış bütün elektron çiftlerini, hangi atomda ise o atoma ait sayınız. – Bağlayıcı elektron çiftlerini bağlanan atomlar arasında eşit olarak paylaştırınız. FY = serbest atomdaki değerlik e- - lortaklanmamış çiftlerideki e- 1 bağlayıcı çiftlerdeki e2 Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM • Lewis yapısındaki formal yüklerin toplamı nötür molekül için sıfır ve çok atomlu iyon için iyonun yüküne eşit olmalıdır. • Formal yükler mümkün olabildiğince en az olmalıdır. • Çoğu elektronegatif atomlardaki formal yükler negatif, elektronegatiflikleri az olan atomlardaki formal yükler pozitiftir. • Komşu atomlarda aynı işaretli formal yüklerin bulunduğu yapılar olası değildir. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Rezonans • İki ya da daha fazla uygun Lewis yapısının yazılabildiği ancak tam doğru yapının yapılamadığı duruma “rezonans” denir. • Gerçek yapı, uygun yapıların katkılarıyla oluşan bir rezonans melezidir. • Rezonans yapılarında iskelet aynı olmalı, bu iki yapı içinde sadece elektron dağılımları farklı olabilir. • İki uçlu ok, bir anda yapılardan biri halinde bir başka anda öbürü halinde olduğunu göstermez. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Oktet kuralından sapmalar Tek sayılı elektronu olan yapılar: NO 11 elektronu vardır. •• •• • N=O •• Eşleşmemiş elektronların bulunması, tek sayılı elektronları olan yapıların paramanyetik olmasına neden olur. Çift sayılı elektronları bulunan moleküller eşleşmiş elektron içerdiğinden diamanyetiktir. H • O—H •• H—C—H • •• Bir ya da daha fazla sayıda eşleşmemiş elektronları olanlara “radikaller ” denir. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM • Eksik oktetler: • B-F bağının 130 pm olduğu yani tekli bağdan daha kısa olduğu bulunmuştur. • + formal yük elektronegatif F atomundadır. – formal yükün bağdaki daha elektronegatif atomda bulunması gerekir. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Molekül özellikleri ve kimyasal davranışları ışığında bor triflorür’ün en uygun yapısı bu üçünün rezonans melezi olduğu görülür. B atomuna bir çift elektron verebilecek olanlarla, bir koordine kovalent bağ oluşturmaya yönelik kuvvetli eğilimi vardır. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Genişlemiş Değerlik Kabukları: Hidrojen dışındaki bütün atomların her birinde 8 değerlik elektronu bulunur. Bunun dışında, merkez atom üzerinde 10 ya da 12 değerlik elektronu bulundururlar. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Bu fazla elektronlar nereye gider? Merkez atomda 3s ve 3p alt kabukları dolduktan sonra fazla elektronların boş 3d alt kabuğuna gittiği düşünülür. 3p ve 3d düzeyleri arasındaki enerji farkının fazla olmaması mantıklıdır. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Moleküllerin Biçimleri H Şekli çok önemlidir. Bu molekülün oda sıcaklığında gaz değil sıvı olmasının sebebidir. Sıvı haldeki suyun bir çok farklı maddeyi çözmesinin nedeni de budur. Şekil tahmini için; Lewis kuramı Değerlik kabuğu elektron çiftlerinin birbirlerini itmeleri kavramı Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM O H Bağ uzunlukları: Bağlanmış atomların çekirdekleri arasındaki uzaklık Bağ açıları: Bağları gösteren komşu doğru çizgiler arasındaki açıdır. İki atomlu bir molekülde tek bağ vardır. Doğrusaldır yani bağ açısı yoktur. Üç atomlu bir molekülde 2 bağ vardır. Doğrusal ise bağ açısı 180’dir. Bükük veya kırık ta olabilir. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM VSEPR Kuramı Bu kuram değerlik kabuğundaki elektron çiftleriyle ilgilidir. “ister kimyasal bağ, isterse ortaklanmamış halde olsun, elektron çiftleri birbirini iter. Elektron çiftleri, atom etrafında itmeyi en aza indirmek şekilde yönlenir. Bunun sonucunda kendine özgü geometrik şekilleri oluşur.” VSEPR kuramının bir diğer özelliği de elektronların sadece çiftleri üzerinde değil elektron grupları üzerinde durulmasıdır. Bir elektron grubu bir çift, bir ortaklanmamış çift ya da bir bağ çifti olabilir. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM VSEPR kuramına göre, bu moleküllerdeki elektron çiftleri merkez atom etrafında dört yüzlü yönlenmiştir. Buna karşın molekülün şekli, bu elektron çiftleri tarafından değil, atomların çekirdeklerinin bulundukları yerlerle belirlenir. Karışıklığı önlemek için; Elektron çiftlerinin dağılım geometrisine “elektron grubu geometrisi” atom çekirdeklerinin oluşturduğu geometriye de “molekül geometrisi” denir. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM İki elektron çiftinin birbirine yaklaşmaya zorlanması aralarındaki itmeyi arttırır. 90>120>180 Ortaklanmamış elektron çiftleri bağlayıcı elektron çiftlerine göre daha çok yer kaplarlar. Bunun sonucunda bağa girmeyen iki elektron çifti arasındaki itme, iki bağlayıcı elektron çift arasındakine göre daha büyüktür. Ortaklanmamış e çifti - Ortaklanmamış e çifti > Ortaklanmamış e çifti – Bağlayıcı elektron çifti > Bağlayıcı elektron çifti - Bağlayıcı elektron çifti Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM VSEPR Kuramının Uygulanması Molekül ya da çok atomlu iyonun uygun Lewis yapısını yazınız. Merkez atom etrafındaki elektron gruplarının sayısını ve bunların bağlayıcı çift veya ortaklanmamış elektron grupları olduklarını belirleyiniz. Merkez atom etrafındaki elektron grubu geometrisini doğrusal, üçgen düzlem, dörtyüzlü, üçgen piramit ya da sekizyüzlü olarak saptayınız. Merkez atom etrafındaki diğer atom çekirdeklerinin oluşturduğu molekül geometrisini belirleyiniz. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Dipol Moment Cl atomunun H atomuna göre daha elektronegatif olması elektronların Cl atomu etrafında daha çok bulunmalarına yol açar. Polar bir kovalent bağda, yük dağılımındaki farklılık dipol moment, μ, ile gösterilir. μ = f x d (debye) (yük) (uzaklık) Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Elektron Çiftlerinin Önemi • Elektronegatiflik farkı, bir molekülde bağ dipollerinin olup olmadığını ve moleküllerin biçimlerinin bağ dipollerinin birbirlerini yok etmesini ya da dipol moment oluşturacak şekilde bir araya gelmesini sağlar. Bağ Derecesi ve Uzunlukları Kovalent bağlardaki elektronları atomları birbirine bağlayan tutkaldır. Bağ derecesi arttıkça fazla elektron bulunacak ve bunlar da atomları daha sıkıca bir arada tutacaktır. Tekli bağ, derece = 1 Çiftli bağ, derece = 2 Üçlü bağ, derece = 3 Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Bağ Enerjİlerİ Bağ enerjisi ve uzunluğu bağın katlılığı ile ilgilidir. Katlılık ne kadar artarsa, bağ o kadar kısa ve bağ enerjisi de o kadar fazladır. Atomlar kovalent bağ yapacak şekilde bir araya gelirlerse, enerji salınır ve bu bağın ayrışması sırasında da aynı miktarda enerji soğurulur. Bağ ayrışma enerjisi, gaz halindeki bileşiklerde bir mol kovalent bağı koparmak için gerekli enerji miktarıdır. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Reaksiyon Entalpileri ΔHreaksiyon= Σ ΔH(ürünlerin bağları) - Σ ΔH(reaktanların bağları) = Σ ΔH bağ oluşumu - Σ ΔH bağ ayrışması = -770 kJ/mol – (657 kJ/mol) = -114 kJ/mol Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Bağ enerjisinin bir diğer önemli kullanımı da bir tepkimenin endotermik veya ekzotermik olduğunun öngörülmesidir. Zayıf bağlar Kuvvetli bağlar ΔH<O Kuvvetli bağlar Zayıf bağlar ΔH>O Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM • Metalik Bağ Metalik bağlanmada metallerin değerlik elektronlarının bir tanesi veya daha fazlası atomdan ayrılır ve pozitif yüklü bir katyon oluşur. Böylece oluşan pozitif katyonlar tamamen serbest bir elektron denizinde yüzüyor gibidir. Artık hangi elektron hangi atoma aittir, belli değildir. İşte metalik bağ pozitif metal iyonları ile çevresindeki serbest elektronlar arasındaki çekim kuvvetidir. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
