Konu anlatımı
Tuzun neden yüksek sıcaklıkta eridiğini, suyun neden oda koşullarında sıvı olduğunu ve metallerin neden elektriği ilettiğini, taneciklerin birbirini nasıl tuttuğu açıklar. Atomları, iyonları ve molekülleri bir arada tutan bu etkileşimler güçlü ve zayıf olarak ikiye ayrılır. Güçlü etkileşimler kimyasal bağlardır; zayıf etkileşimler ise moleküller arasındaki çekim kuvvetleridir.
Bu sayfada kimyasal türleri, iyonik, kovalent ve metalik bağı, Lewis sembollerini ve formüllerini, iyonik bileşiklerin adlandırılmasını, bağ ve molekül polarlığını, van der Waals kuvvetlerini, hidrojen bağını ve fiziksel ile kimyasal değişimin bağ enerjisiyle ilişkisini göreceksin. TYT'de bu konu hesap içermez; Lewis formülleri programdaki on basit molekülle sınırlıdır.
Kimyasal türler ve etkileşimlerin sınıflandırılması
Atom, molekül ve iyon kimyasal türlerdir. Molekül, iki ya da daha fazla atomun elektron ortaklaşmasıyla oluşan nötr taneciktir (H₂, H₂O); iyon ise elektron almış ya da vermiş yüklü taneciktir (Na⁺, Cl⁻, NH₄⁺, SO₄²⁻). Türler arasındaki etkileşimler önce atomlar arası ve moleküller arası diye sınıflandırılır; ancak iyonik bileşiklerde molekül bulunmadığı için bu ayrım her duruma uymaz. Bu yüzden etkileşimler bağ enerjisine göre güçlü ve zayıf olarak da ayrılır. İyonik, kovalent ve metalik bağ güçlü; hidrojen bağı ve van der Waals kuvvetleri zayıf etkileşimlerdir. Güçlü bir etkileşimi koparmak için gereken enerji, zayıf bir etkileşimi yenmek için gerekenden çok daha büyüktür.
İyonik bağ
Metal atomu elektron vererek katyona, ametal atomu elektron alarak anyona dönüşür; zıt yüklü iyonlar arasındaki elektrostatik çekime iyonik bağ denir. İyonlar her yönde zıt yüklü iyonlarla çevrilerek düzenli bir yapı oluşturur. NaCl formülü bir molekülü değil, bu yapıdaki iyonların 1 : 1 oranını gösteren yapısal birimi anlatır; iyonik bileşiklerde molekül yoktur. İyonik bileşikler oda koşullarında katıdır, erime noktaları yüksektir, katı hâlde elektriği iletmez, eridiklerinde ya da suda çözündüklerinde iletir. Adlandırmada önce katyonun, sonra anyonun adı söylenir: CaF₂ kalsiyum florür, FeCl₃ demir(III) klorür, NH₄NO₃ amonyum nitrattır.
Kovalent bağ ve polarlık
Ametal atomları değerlik elektronlarını ortaklaşa kullanarak kovalent bağ oluşturur. Ortaklaşılan elektron çiftine bağlayıcı, bağa katılmayan çifte ortaklanmamış elektron çifti denir. H₂ ve Cl₂ molekülünde tekli, O₂ molekülünde ikili, N₂ molekülünde üçlü bağ vardır. Aynı atomlar arasındaki bağ apolar, farklı atomlar arasındaki bağ polardır; polar bağda ortak elektronlar elektronegatifliği büyük olan atoma daha yakındır. Merkez atomda ortaklanmamış elektron çifti yoksa ve merkeze bağlı atomların hepsi aynıysa bağ polarlıkları birbirini dengeler ve molekül apolar olur (CH₄, BH₃, CO₂); su ve amonyakta merkez atomda ortaklanmamış çift bulunduğu için molekül polardır.
Metalik bağ
Metal atomları değerlik elektronlarını ortak bir elektron denizine bırakır; geriye kalan pozitif metal iyonları bu serbest elektronlar tarafından bir arada tutulur. Elektron denizi modeli metallerin elektriği ve ısıyı iyi iletmesini, parlaklığını ve dövülüp tel hâline getirilebilmesini açıklar: katmanlar birbiri üzerinde kaysa da elektron denizi bağı korur.
Zayıf etkileşimler
Van der Waals kuvvetleri; dipol-dipol (polar moleküller arasında), iyon-dipol (iyon ile polar molekül arasında), dipol-indüklenmiş dipol, iyon-indüklenmiş dipol ve London kuvvetlerini kapsar. London kuvvetleri bütün moleküller arasında bulunur ve apolar moleküller arasındaki tek etkileşimdir; molekülün elektron sayısı arttıkça güçlenir. Benzer büyüklükteki taneciklerde genel güç sıralaması iyon-dipol > dipol-dipol > London biçimindedir. Flor, oksijen ya da azota bağlı bir hidrojen atomu ile başka bir moleküldeki flor, oksijen ya da azotun ortaklanmamış elektron çifti arasında hidrojen bağı oluşur; su, amonyak ve hidrojen florürün kaynama noktalarının beklenenden yüksek olması hidrojen bağıyla açıklanır.
Fiziksel ve kimyasal değişim
Suyun kaynaması gibi fiziksel değişimlerde moleküllerin kendisi bozulmaz; yalnızca moleküller arasındaki zayıf etkileşimler yenilir ve yeni madde oluşmaz. Suyun hidrojen ve oksijene ayrışması gibi kimyasal değişimlerde ise atomlar arasındaki güçlü bağlar kopar, yeni bağlar oluşur ve yeni maddeler meydana gelir. Bu yüzden kimyasal değişimlerdeki enerji değişimi genellikle fiziksel değişimlerdekinden çok daha büyüktür.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. CO₂ ve H₂O moleküllerinde bağlayıcı ve ortaklanmamış elektron çifti sayılarını bulunuz. Hangi molekül polardır?
Çözüm. Karbon dioksitte karbon her oksijenle ikili bağ yapar: iki ikili bağ dört bağlayıcı çift demektir. Karbonda ortaklanmamış çift yoktur, her oksijende iki tane olmak üzere toplam dört ortaklanmamış çift vardır. Suda oksijen iki hidrojenle tekli bağ yapar: iki bağlayıcı çift ve oksijen üzerinde iki ortaklanmamış çift bulunur. İki molekülde de bağlar polardır; karbon dioksitte merkezde ortaklanmamış çift olmadığı ve iki uçta aynı atom bulunduğu için polarlıklar dengelenir ve molekül apolardır. Suda merkezdeki ortaklanmamış çiftler yük dağılımını dengesiz yapar; su polardır.
Örnek 2. Fe₂O₃, CuSO₄, Al₂(SO₄)₃ ve KCN bileşiklerini adlandırınız.
Çözüm. Fe₂O₃ bileşiğinde üç O²⁻ iyonunun toplam yükü −6 olduğundan iki demir iyonunun toplam yükü +6, yani her biri Fe³⁺ olur; adı demir(III) oksittir. CuSO₄ bileşiğinde sülfat iyonu 2− yüklü olduğu için bakır Cu²⁺ hâlindedir; adı bakır(II) sülfattır. Alüminyumun değerliği sabit olduğundan Al₂(SO₄)₃ yalnızca alüminyum sülfat diye adlandırılır. KCN ise potasyum siyanürdür.
Örnek 3. Saf hâldeki CH₄, NH₃, HCl, C₂H₅OH, HF ve H₂S maddelerinden hangilerinin molekülleri arasında hidrojen bağı bulunur?
Çözüm. Hidrojen bağı için hidrojenin doğrudan flor, oksijen ya da azota bağlı olması gerekir. Amonyakta hidrojen azota, etil alkolde bir hidrojen oksijene, hidrojen florürde hidrojen flora bağlıdır; bu üç maddenin molekülleri arasında hidrojen bağı bulunur. Metanda hidrojen karbona, hidrojen klorürde klora, hidrojen sülfürde kükürde bağlı olduğu için bu maddelerde hidrojen bağı oluşmaz.
Örnek 4. Buzun erimesi ve suyun elektrik akımıyla hidrojen ve oksijene ayrışması olaylarını kopan etkileşimler ve enerji bakımından karşılaştırınız.
Çözüm. Buz eridiğinde su molekülleri bozulmaz; yalnızca moleküller arasındaki hidrojen bağlarının bir kısmı kopar. Bu fiziksel bir değişimdir ve yeni madde oluşmaz. Suyun ayrışmasında ise su moleküllerindeki oksijen-hidrojen kovalent bağları kopar, hidrojen ve oksijen molekülleri oluşur; bu kimyasal bir değişimdir. Güçlü bağları koparmak gerektiği için ayrışmada gereken enerji erimedekinden çok daha büyüktür.
Sık yapılan hatalar
- NaCl formülünü bir molekül sanmak; iyonik bileşiklerde molekül yoktur, formül iyonların oranını gösterir.
- Polar bağ içeren her molekülü polar sanmak; CH₄, BH₃ ve CO₂ polar bağlıdır ama molekülleri apolardır.
- Hidrojen içeren her molekülde hidrojen bağı olduğunu düşünmek; hidrojenin flor, oksijen ya da azota bağlı olması gerekir.
- Kaynama sırasında molekül içindeki kovalent bağların koptuğunu sanmak; kaynamada moleküller arası etkileşimler yenilir.
- Değişken değerlikli metallerin adında Roma rakamını unutmak: FeCl₃ demir klorür değil, demir(III) klorürdür.
- Güçlü etkileşimler: iyonik, kovalent, metalik bağ. Zayıf etkileşimler: hidrojen bağı ve van der Waals kuvvetleri.
- Aynı atomlar arası bağ apolar, farklı atomlar arası bağ polardır.
- Merkezde ortaklanmamış çift yok ve bağlı atomlar aynıysa molekül apolardır (CH₄, BH₃, CO₂).
- Hidrojen bağı: flor, oksijen ya da azota bağlı hidrojen ile başka bir flor, oksijen ya da azot atomunun ortaklanmamış çifti arasında oluşur.
- Fiziksel değişimde zayıf etkileşimler, kimyasal değişimde güçlü bağlar kopar.