KİMYASAL BAĞLAR

Lewis Nokta Simgeleri

Lewis nokta simgesi, elementin simgesi ve atomundaki her bir değerlik elektronuna karşılık gelen bir noktadan oluşur.

Bir iyonik bağ, bir iyonik bileşikte iyonları bir arada tutan elektrostatik kuvvettir.

İyonik Bağ

Lityum Florurür Bağ Oluşumu;

Kalsiyum Oksitin Bağ Oluşumu;

Lityum Oksitin Bağ Oluşumu;

Magnezyum Nitrürün Bağ Oluşumu;

ÖRNEK;

Lewis nokta simgelerini kullanarak, alüminyum oksitin (Al₂O₃) oluşumunu gösteriniz.

Al ve O atomlarının Lewis nokta simgeleri aşağıdaki gibidir.

İyonik bileşiklerde Al⁺³, oksijen ise O^-2 şeklinde bulunma eğilimindedir.

ÇÖZÜM;

İki tane Al⁺³ iyonunun toplam yükü +6 ve 3 tane oksijen O^-2 iyonunun toplam yükü -6 dır. Bu nedenle alüminyum oksitin kaba formülü Al₂O₃ dür.

ALIŞTIRMA;

Lewis nokta simgelerini kullanarak, baryum hidrür oluşumunu gösteriniz.

Kovalent Bağ

Lewis H₂ deki kimyasal bağ oluşumunu şu şekilde göstermiştir.

Bu tür bir elektron eşleşmesi, iki elekronun iki atom tarafından paylaşılmasıyla oluşan kovalent bağı bir örnektir. Bir kovalent bağda paylaşılan elektron çiftinin her biri, her iki atomun çekirdeği tarafından da çekilir. Bu çekim, H₂ molekülündeki iki atomu bir arada tutar. Diğer moleküllerdeki kovalent bağların oluşması da bu şekilde olur. F₂ molekülünün oluşumu aşağıdaki gibi gösterilebilir.

Kovalent bağlanmaya katılmayan değerlik elektron çiftleri yalın elektron çiftleri şeklinde adlandırılır. F₂ molekülündeki her bir F otomu üç adet yalın elektron çiftine sahiptir.

Kovalent bileşikleri göstermek için kullandığımız H₂ ve F₂ gibi yapılara Lewis yapıları denir. Lewis yapısında iki atom arasında paylaşılan elektronlar nokta çiftleri ya da çizgiler, yalın elektronlar ise atomlar üzerinde nokta çiftleri olarak gösterilir. Lewis yapısında sadece değerlik elektronları gösterilir.

Şimdi su molekülünün Lewis yapısını ele alalım. Görüldüğü gibi oksijen atomunun Lewis simgesinde iki eşleşmemiş nokta, yani eşleşmemiş elektron vardır.

Hidrojen atomu ise var olan tek elektronunu kovalent bağ yapmak için kullandığından, yalın elektron çiftine sahip değildir.

F₂ ve H₂O moleküllerinde, F ve O atomları elektronlarını paylaşarak, kararlı soy gaz elektron dağılımına ulaşmayı başarmışlardır.

Bu kurala göre; hidrojen dışındaki atomlar sekiz değerlik elektronu ile çevrilinceye kadar bağlar oluşturma eğilimindedirler.

Çoklu Bağlar

Atomlar farklı türde kovalent bağlar oluşturabilirler. Tekli bir bağda, iki atom bir elektron çiftiyle bir arada tutulur. Bazen iki atom iki ya da daha fazla elektron çiftini paylaşabilir. Böyle bağlara çoklu bağlar denir. Eğer iki atom, iki elektron çiftini paylaşırsa, oluşan kovalent bağa ikili bağ denir.

Lewis Yapılarının Yazılması

Lewis yapıları şu kurallara göre yapılır:

1. İlk önce bileşiğin iskelet yapısı oluşturulur. H ve F genellikle uç konumlara yerleştirilir.
2. Toplam değerlik elektron sayısı belirlenir. Anyonun yük sayısı değerlik elektrona eklenirken katyonunki çıkarılır.
3. Merkez atom ve onu çevreleyen her atom arasına tekli kovalent bağ çiziniz. Yalın elektron çiftlerini atomlar üzerine koyunuz.
4. Merkez atomun oktetini tamamlamak için diğer atomların yalın elektron çiftlerini kullanınız. İkili ya da üçlü bağlar oluşturunuz.

Formal Yük ve Lewis Yapısı

Bir atomun formal yükü, izole atomdaki değerlik elektronları ile o atomun Lewis yapısındaki sayısı arasındaki elektriksel yük farkıdır.

Lewis yapısındaki bir atomun elektron sayısını belirlemek için şu yolu izleriz:

• Atomların bağ yapmayan elektronlarının tamamı o atomun kendisine aittir.
• Atom ile diğer atom(lar) arasındaki bağı(ları) eşit olarak böldüğümüzde, bağ elektronlarının yarısı o atoma aittir.

O₃ ün Formal Yük; Formal yük hesaplamada doğru Lewis yapısı yazılmalıdır.

Tüm atomlar oktetini tamamlamadığından dolayı doğru Lewis yapısı değildir.

Tüm atomlar oktetini tamamladığından dolayı doğru Lewis yapısıdır.

Bazen verilen bir tür için birden fazla mantıklı Lewis yapısı yazılabilir. Bu gibi durumlarda, formal yükleri ve aşağıdaki yol gösterici açıklamaları kullanarak, en uygun Lewis yapısını seçebiliriz.

​

• Molekülün formal yük içermeyen Lewis yapısı, formal yük içerene tercih edilir.

​

• Büyük formal yüklü (+2, +3, vb ya da −2, −3 vb) Lewis yapıları, düşük formal yüklülere göre daha az tercih edilir.

​

• Benzer formal yük dağılımlı Lewis yapıları arasında en kabul edilebilir yapı, negatif formal yükün, elektronegatifliği daha büyük olan atomlar üzerinde olduğu yapıdır.

Rezonans Kavramı

İkili bağlar tekli bağlardan daha kısa olduğundan, O₃ molekülünde O−O bağının O=O bağından daha uzun olması beklenir. Halbuki, deneysel veriler ozondaki her iki oksijen-oksijen bağının birbirine eşit olduğunu(128 pm) göstermektedir

​

Bu yapıların her birine rezonans yapısı denir. O halde bir rezonans yapı, tam olarak tek bir Lewis yapısıyla gösterilemeyen bir molekülün, iki ya da daha fazla sayıdaki Lewis yapılarından birisidir. İki uçlu ok, yapıların rezonans yapılar olduğunu göstermek için kullanılır.

Karbonat İyonunun Rezonans Yapısı;

Deneysel bilgilere göre, CO₃^-2 iyonundaki tüm karbon-oksijen bağları birbirine eşittir. Bu nedenle karbonat iyonunun özellikleri en iyi şekilde olası tüm rezonans yapıları göz önüne alınarak açıklanır.

Rezonans kavramı organik moleküller için de geçerlidir. Benzen molekülü (C6H6) buna en iyi örnektir: Gerçekte tüm C atomları arasındaki mesafe, C—C tekli bağından kısa (154 pm), C=C ikili bağından (133 pm) uzundur ve 140 pm dir.

Oktet Kuralından Sapmalar

Eksik Oktet

Gördüğünüz gibi, Be atomunun çevresinde yalnızca dört elektron vardır ve berilyumun bu molekülde oktet kuralını sağlaması mümkün değildir.

H–Be–H

Aynı şekilde 3A Grubundaki elementler de, özellikle bor ve alüminyum, sekizden daha az elektronla çevrelendikleri bileşikleri oluşturma eğilimindedirler

Aşağıdaki rezonans yapılarının tamamında B ve F atomları arasında ikili bağ vardır ve bor atomu oktet kuralını sağlamaktadır. B atomunun formal yükünün negatif, F gibi elektronegatif bir atomunun formal yükünün ise pozitif olmasına karşın, BF₃’deki B–F bağ uzunluğunun 130,9 pm olması ve Çizelgedeki B–F tekli bağ uzunluğu olan 137,3 pm’den daha kısa olması bu rezonans yapılarının varlığını desteklemektedir. Aşağıdaki bileşikteki B-N bağında bağ elektronları azot tarafından sağlandığından dolayı bu bağa koordine kovalent bağ denir.

Tek Elektronlu Moleküller

Bazı molekküler tek sayıda elektron içerirler. Azot monoksit (NO) ve azot dioksit (NO₂) bunlara örnek olarak verilebilir. Tek elektronlu moleküller radikaller olup kararsızdırlar. Dimerleşme eğilimindedirler.

Genişlemiş Oktet

Periyodik çizelgenin üçüncü ve sonraki periyotlarında yer alan elementlerin atomları, merkez atomu çevresinde sekizden fazla elektronun bulunduğu bazı kararlı bileşikler oluştururlar. Bu orbitalller bir atomun genişlemiş oktet oluşturmasına neden olur.

SF6 molekülünde, kükürdün altı değerlik elektronunun her biri flor atomuyla kovalent bağ oluşturur. Dolayısıyla merkez kükürt atomu çevresinde 12 elektron vardır, yani okteti aşmıştır.

Kükürt atomu, oktet kuralına uyan birçok bileşik de oluşturur. Örneğin kükürt diklorürde, S sekiz elektronla çevrelenmiştir.

Bazen üçüncü periyot ve sonrasındaki element atomlarının merkez olduğu bileşiklerde Lewis yapılarını çizerken, tüm atomlar oktet kuralını sağlamasına rağmen hala yerleştirilecek değerlik elektronları olduğunu görürüz. Bu gibi durumlarda, fazla elektronlar merkez atom üzerine yalın elektron çiftleri olarak yerleştirilmelidir.

Molekül Geometrisi

Molekül geometrisi, bir moleküldeki atomların üç boyutlu düzenlenmesi ile verilir. Molekül geometrisi, erime noktası, kaynama noktası, yoğunluk gibi fiziksel özellikler ile molekülün yer aldığı tepkime tipi gibi kimyasal özellikleri etkiler.

Değerlik kabuğu atomun elektron bulunan en dış kabuğudur ve genellikle bağ oluşturmada kullanılan elektronları barındırır.

Merkez atom etrafındaki elektron çiftlerinin geometrik düzenlenmesi elektrostatik itme temeline dayandığından, molekül geometrisini belirlemek için yapılan bu yaklaşıma değerlik kabuğu elektron-çifti itme (VSEPR) modeli denir.

VSEPR modelinin kullanımı iki genel kurala dayanır:

​

1. Sadece elektron çifti itmeleri göz önünde alındığında, ikili ve üçlü bağlar tek bağmış

gibi düşünülebilir. Böyle düşünmek nitel hedefler için faydalıdır. Ancak, çoklu bağların tekli bağlardan daha “büyük” olduğunu, yani iki atom arasında ikili ya da üçlü bağ olduğunda elektron yoğunluğunun daha çok yer işgal ettiği gerçeğini de bilmeliyiz.

​

2. Eğer bir molekülün iki ya da daha çok rezonans yapısı varsa, bunlardan istediğimiz herhangi birine VSEPR modelini uygulayabiliriz. formal yükler genellikle gösterilmez.

Yalın Elektron Çiftleri Bulunmayan Merkez Atomunlu Moleküller

Yalın Elektron Çiftleri Bulunan Merkez Atomunlu Moleküller

VSEPR modeline göre, bu itme kuvvetleri genel olarak aşağıdaki sıraya göre azalır.

​

Yalın elektron çifti ile yalın elektron çifti itmesi > yalın elektron çifti ile bağlayıcı

elektron çifti itmesi > bağlayıcı elektron çifti ile bağlayıcı elektron çifti itmesi

AB2E: Kükürt Dioksit (SO₂)

Kükürt dioksitin Lewis yapısı şöyledir:

SO₂ molekülü “kırık çizgi” şeklindedir

AB₃E: Amonyak (NH₃)

Amonyak molekülü, üç bağlayıcı ve bir yalın çift içerir

Yalın çiftler, bağlayıcı çiftleri daha kuvvetle ittiklerinden üç NH bağlayıcı çiftleri

itilerek birbirine yaklaşır. Bu yüzden amonyaktaki HNH açısı, ideal dörtyüzlü açı olan 109,5° den daha küçüktür.

AB₂E₂: Su (H2O)

Su molekülü iki bağlayıcı ve iki yalın elektron çifti içerir.

Şekil 10.1 (a) CH₄, NH₃ ve

H₂O’da bağlayıcı ve yalın elektron

çiftlerinin göreceli büyüklükleri. (b)

CH₄, NH₃ ve H₂O’da bağ açıları.

Kesikli çizgilerin kağıt düzleminin

arkasına doğru yönlenmiş bir

bağı, kama şeklindeki çizgilerin ise

kağıt düzleminin önüne doğru

yönlenen bir bağı gösterdiğine

dikkat ediniz.

Sonuç olarak, iki OH bağlayıcı çifti birbirine doğru itilir ve dörtyüzlü açıdan sapma NH₃’de olduğundan daha fazladır. Şekil 10.1’in gösterdiği gibi HOH açısı 104,5° dir. H₂O’nun geometrisi “kırık çizgi” dir.

AB₄E: Kükürt Tetraflorür (SF₄)

SF₄’ün Lewis yapısı şöyledir:

Merkez kükürt atomunun beş elektron çifti vardır ve Çizelge 10.1’e göre düzenlenimi

üçgen bipiramittir. Ancak, SF₄ molekülünde elektron çiftlerinden biri yalın çifttir, bu

yüzden molekül aşağıdaki geometrilerden birine sahip olmalıdır:

Aksiyal konumdaki yalın elektron çifti üç komşu bağlayıcı çifte 90° birisine ise 180° açıyla yönlenmişken, ekvatoryal konumdaki yalın elektron çifti iki komşu bağlayıcı çifte 90° ve diğer ikisine 120° ile yönlenmiştir. Buna göre itme kuvvetleri (a)’da daha azdır ve deneysel olarak gözlenen yapı da budur (a).

Birden Çok Merkez Atomu Olan Moleküllerin Geometrisi

OCH bağ açıları yaklaşık 109° dir. Burada O atomu iki yalın çift ve iki bağlayıcı çifte sahip olup bu kısım sudaki yapıya benzer. Bu yüzden, molekülün HOC kısmı eğiktir ve HOC açısı yaklaşık 105° ye eşittir

CH3OH molekülünün

geometrisi.

Örneğin, metanol yani CH₃OH’ü göz önüne alalım. Lewis yapısı şöyledir:

VSEPR Modelini Uygulama Kuralları

Molekül geometrilerini, merkez atomunda yalın elektron çifti içerip içermemesine

göre, iki sınıfa ayırarak VSEPR modelini tüm moleküllere uygulayabiliriz.

​

1. Yalnızca merkez atomun (birden fazla atoma bağlı atom) etrafındaki elektron çiftlerini

gözönüne alarak, molekülün Lewis yapısını yazınız.

​

2. Merkez atom etrafındaki elektron çiftlerini (bağlayıcı çiftler ile yalın çiftler) sayınız.

Bunu yaparken ikili ve üçlü bağları tek bağ gibi düşününüz. Elektron çiftlerinin

toplam düzenlenimini öngörmek için Çizelge 10.1’e bakınız.

​

3. Çizelge 10.1 ve 10.2’yi kullanarak molekülün geometrisini öngörünüz.

​

4. Bağ açılarını öngörmek için, bir yalın çiftin başka bir yalın çifti ya da bağlayıcı

çifti, bağlayıcı çiftin başka bir bağlayıcı çifti itmesinden çok daha büyük kuvvetle

ittiğine dikkat ediniz. Merkez atom bir ya da daha fazla yalın çift içerdiğinde,

bağ açılarını doğru tahmin etmenin kolay olmadığını unutmayınız.

Atom Orbitallerinin Melezleşmesi

sp³ Melezleşmesi

VB kuramı metandaki (CH₄) bu bağlanmayı açıklamak için, düşünsel melez orbitallerini kullanır. Bunlar aynı atomun iki ya da daha çok eşdeğer olmayan orbitalle rinin, bağ oluşumu için elde edilen atomik orbitalleridir. Melezleşme, bir atomda (genellikle bir merkez atom) atom orbitallerinin karışmasıyla melez orbitallerin oluşturulması için kullanılan bir terimdir. Karbon atomunun bir 2s orbitali ile üç 2p orbitalinin karışması sonucu, dört eşdeğer melez orbitali oluşturulabilir:

CH₄'de karbonun

sp³ melez orbitalleri ile

hidrojenlerin 1s orbitalleri arasında dört bağın oluşması. Küçük loplar gösterilmemiştir.

CH₄’deki C gibi, N’un sp³ şeklinde melezleştiği varsayılarak açıklanabilir. N’un temel hal elektron dağılımı 1s²2s²2p³ tür. sp³ olarak melezleşen N atomu için orbital diyagramı şöyledir:

Bağlayıcı orbitallerdeki elektronlarla yalın elektronlar arasındaki itme HNH bağ açısını 109,5° den 107,3° ye düşürür.

NH₃’de sp³ olarak

melezleşen N atomu. Üç sp³

melez orbitali H atomlarıyla bağ

oluşturur. Dördüncüsü ise azotun

üzerinde yalın elektron çifti olarak

yer alır.

Bu iki melez orbital arasındakiCl -Be-Cl açı 180° olacak şekilde x ekseni boyunca uzanır.

s, p ve d Orbitallerinin Melezleşmesi

İkili ve Üçlü Bağ İçeren Moleküllerde Melezleşme