Kimyasal bağlar


Gerçekten kimya, atomların nasıl birbirine bağlandığını ve bu bağların nasıl koparak başka maddelere dönüştüğünü inceleyen bir doğa bilimidir. Sıvı su kaynarken moleküller arasındaki bağlar (Hidrojen bağları) kopar. Hidrojen yanarken hidrojen molekülleri ve oksijen molekülleri arasındaki bağlar kırılır, hidrojen ve oksijen atomları arasında yeni bağlar oluşur.

Kimyasal bağlar, maddesel değişimin her aşamasında söz konusu olan bağlardır. Kimyasal bağ, maddesel değişmelerin temelinde yatan gerçekliktir.

Çevremize baktığımızda gördüğümüz madde çeşitliliği, atomların çeşitli biçimlerde bağlanmasının bir sonucudur. Farklı atomların bağlanması sonucunda canlı ve cansız varlıklar dünyası oluşmuştur. Bu durumda kimyasal bağın anlaşılması yaşamsal bir önem taşımaktadır. Bugün yaşamın gizinin derinliklerinin aydınlatılmasında DNA ve RNA’ nın bağ yapısının anlaşılması, bir kilometre taşı işlevi,bir kaldıraç işlevi görmüştür. Sofra tuzu, NaCl, oda koşullarında katı; su, sıvı ve HCl, gazdır. Bunları açıklamanın yolu, onlarda atomların nasıl bağlandığını anlamaktan geçiyor.

Bağ enerjilerinin büyüklüğü ya da bağın sağlamlığı dikkate alındığında üç temel kimyasal bağ bulunduğu söylenebilir.

Temel Bağlar:

1.Metalik Bağ

Elementlerin çoğunluğu, yaklaşık yüzde 80′i metaldir. Metallerin erime ve kaynama noktaları, metalik bağın kuvveti hakkında bir fikir verir. Örneğin alkali metallerin erime ve kaynama noktaları pek yüksek değildir, bıçakla kesilebilecek kadar yumuşaktırlar. Sezyum (Cs) 28.6 derecede, sodyum (Na) 97.8 derecede erir. Oda koşullarında sıvı olan tek bir metal vardır: cıva. Erime noktası -33.86 derecedir. Öte yandan wolfram (W), 3377 derecede erir. Bütün bunlar, metallerde metalik bağ kuvvetinin çok değişik olduğunu göstermektedir. Ayrıntılar için metalik bağ linkine giriniz.

2.İyonik Bağ

Metallerle ametaller arasında oluşan bileşiklerin çoğunda iyonik bağ etkilidir. Bu bağlanmada metal atomlarından ametal atomlarına net elektron transferi yapıldığı kabul edilir: metal atomları katyon, ametal atomları da anyon haline geçer. Böylece elektrikçe zıt yüklü iyonlar arasındaki elektrostatik çekim, iyonik bağ dediğimiz bağı oluşturur. Konunun bu kısmında iyonik bağlı bileşiğin nasıl oluştuğunu, iyonik bağın erime ve kaynama noktasına, sudaki çözünürlüğe etkisini tartışacağız.

3.Kovalent Bağ

Kovalent bağ, elektron ortaklığına dayanan bir bağdır. Bor, silisyum, germanyum gibi yarımetallerin elementel halleri ve bunların ametalli bileşikleri kovalent bağ içerir. Ayrıca soy gazlar dışındaki ametallerin elementel halleri ve amettaller arası bileşikler de kovalent bağlıdır. Örneğin karbon elementinin allotropları olan grafit ve elmasta karbon atomları kovalent bağla bağlıdır. Hidrojen, oksijen, azot gibi elementler iki atomlu moleküller halinde bulunur. Moleküldeki atomlar kovalent bağla bağlıdır. Su molekülünde de hidrojen ve oksijen atomları arasındaki bağ kovalent bağdır. Konunun bu kısmında kovalent bağların nasıl oluştuğunu, moleküllerin Lewis yapılarının nasıl yazıldığını, bu yapı ışığında molekülün geometrisini nasıl belirleyebileceğimizi göreceğiz.Molekül geometrilerini öngörmede hem VSPER kuramı, hem de hibritleşme kuramı kullanılabilir. Molekülün geometrisi ışığında molükülün polar olup olmadığını belirtebiliriz. Böylece onun fiziksel ve hatta kimyasal davranışlarıyla ilgili sağlam bir temel edinmiş oluruz.

Molekül Geometrileri

Bağ enerjlerinin çok daha küçük olduğu “etkileşimler” de vardır. Bunlar, genel olarak moleküller arası etkileşimlerdir van der Waals etkileşimleri olarak anılır:

van der Waals Etkileşimleri

1. London Etkileşimi

Hidrojen klorür (HCl) molükülünün polar bir molekül olduğunu kolayca söyleyebiliriz. Hidrojen ucu kısmen pozitif, klor ucu kısmen negatiftir. Çünkü klorun elektronegatifliği hidrojeninkinden yüksektir. Dolaysıyla bir kaba art arda HCl molekülleri attığımızda onların zıt yükteki kutupları yan yana gelecek şekilde dizileceklerini tahmin edebiliriz. Peki diyelim ki Ne için durum nedir? Yani bir soy gaz olan neonun katısı ısıtınlınca sıvı hale sıvısı da ısıtılınca gaz haline geçtiğine göre katı ve sıvı fazda Ne atomları nasıl bir arada tutulmaktadır? Bu olay, yeni kuantum mekaniği ışığında – kuantum kuramı 1900 yılında doğduğu halde 1925′ büyük atılım yılıdır- 1928′de Fritz London ( 1900-1928) tarafından açıklandı. Buna göre katý ve sývý fazlarda atomlardaki elektronların bir anda bir bölgeye yığılma olasılığı vardır. Bu durumda bir anlık dipol oluşur. Anlık dipol, komşu atomları da etkiler ve böylece maddeyi bir dipol dalgası sarar. Bunun için London etkileşimi için anlık dipol etkileşimi, indüklenmiş dipol etkileşimi, dağılma kuvveti gibi nitelemeler de yapılmaktadır. Bu etkileşimin moleküldeki toplam elektron sayısına ve molekül yüzeyinin büyüklüğüne bağlı olduğu görülüyor.

2. Dipol-Dipol Etkileşimi

Bu etkileşim, zaten polar olan yani dipol momenti sıfır olmayan moleküller arasındaki etkileşimdir.Elektron sayısı birbirine yakın moleküllerde polarlığın etkisi açıkça ortaya çıkar. Örneğin azot (N2), oksijen(O2) ve azot monoksit (NO) molekülleri, elektron sayıları birbirine yakın moleküllerdir. Azot ve oksijen molekülleri apolar moleküllerdir. Onların katı ve sıvısında moleküller arasında London etkileşimleri etkilidir. Bu da elektron sayısı çoğaldıkça artar. Yani oksijenin kaynama noktasının azotunkinden büyük olması beklenir. Gerçekten de öyledir. Elektron sayısına bakılırsa NO’nun kaynama noktasının azotunki ile oksijeninki arasında olması beklenir. Oysa kaynama noktası N2, O2, NO sırasında artar (sırayla:77 K, 90 K ve 121 K). İşte bu artış, moleküldeki dipol-dipol etkileşimiyle açıklanabilir.

3. Hidrojen Bağı Bu bağ, dipol-dipol etkileşiminin doruğu olarak belirtilebilir. Çünkü hidrojen bağı (H-bağı), hidrojen atomunun doğrudan F, O ve N atomlarına bağlı olduğu moleküllerin katı ve sıvısında etkilidir. Bilindiği gibi F,O ve N, elektronegatifliği yüksek atomlardır. 15-20 kJ/mol enerjiye sahip olan hidrojen bağları,öteki moleküller arası kuvvetlerden daha kuvvetlidir.