Kimyasal bağların elektron nokta yapısı ile gösterilişini anlatabilir misiniz?
KİMYASAL BAĞLAR
İki atomu yada iyonu bir arada tutan çekim kuvvetine kimyasal bağ denir. Çoğu durumda, bu çekim kuvveti bir atomun elektronlarıyla ikinci bir atomun pozitif yüklü çekirdeği arasındaki kuvvettir. Kimyasal bağların kararlılığı kuvvetli kovalent bağlardan zayıf hidrojen bağlarına değişiklik gösterir.
TARİHİ
İki taneciği birarada tutan kuvvet olarak bağ kavramı maddenin parçacıkları kadar eskiye dayanır. M.Ö 100 yıllarında Asklepiades atom kümelerinin varlığını kuramsal olarak düşünüyordu. Bu düşüncede deparçacıkları birarada tutan kuvvetlerin olduğuna işaret eder. Aynı zamanda Romalı şair Lucretius eserinde atomları kanca şekilli ek parçalar bağlı küreler olarak tarif etmişti.Lucretius’ a göre iki komşu atom birbirine kancalarıyla dolaştığı zaman atomlar bağlanmış olur. Atom kavramı tam açıklığıyla anlaşılana dek bağ kavramında çok az ilerleme oldu. 1803 yılında John Daltom atom teorisini açıkladığı zaman, bileşik atomlarının oluşumunun atomların birbiriyle birleşmesyle olacağı varsayımında bulundu. Bileşikteki atomların birbirlerine bitişik olduğunu düşündüyse de Dalton’un bu bağ kavramı varsayımı tutarlı değildi.
1811 de Amedeo Avogadro’nun önerdiği ve daha sonra Stanislao Cannizzaro tarafından geliştirilen molekül kavramının gelişmesiyle kimyasal bağ konusunda daha ileri teoriler sağlanmıştır.
Kimyasal Bağın Gösterimi
Kimyasal bağla ilgili çok güçlü varsayımlardan bazıları organik kimya alanında olmuştur. Organik bileşiklerin yapısını anlamak için yapılan çalışmalarda örnek olarak Friederik Kekule carbon atomunun dört değerli yani dört atoma bağlanableceğini önermiştir. Uzun zincirler halinde birbirine bağlanacağı hipotezini ortaya atmıştır.
Kekule atomların birbirine nasıl bağlandığı hususunda çok açık görüşü yoktu ama bu bağların geometrisini göstermek için bir sistem geliştirmiştir. Bu sistem kimyacılar için hantal bir yapıya sahipti. Bundan dolayı İskoçyalı kimyacı Archibald Scott Couper tarafından önerilen sistem yerini almıştır. İki atom arasındaki bağın (-) kesik çizgi işaretiyle gösterilebileceğini önerdi. Bu ölçüde, bir su molekülü H-O-H yapısal formülüyle gösterildi.
Bu sistem hala günümüzdede vardır. Bir moleküldeki atomların düzeni element sembolleriyle birbirine bağlanan element atomlarının arasına (-) kesik çizgi konularak gösterilir.
Modern Kimyasal Bağ Teorisi
Uzun çalışmalarla J.J. Thomson’ın 1897 de elektronu keşfiyle kimyasal bağ problemi için gereken çözüm bulundu. Çoğu kimyacının kafasını karıştıran mesele aynı yüke sahip iki parçacığın nasıl birleştiğiydi.
Bu ikileme cevap gwnç Alman kimyacı Rizhard Abegg’in çalışmalara başlamasıyla çıkmaya başladı.1900’lü yıllarda Abegg bir sonuc vardı. Buna göre soygazlar kararlı elementler dir çünkü en dıştaki elektron kabuklarında daima 8 elektron vardır. Abegg elementlerin bu şekilde en dış yörüngelerini 8 elektrona tamamlamak için birbirleriyle birleşebileceğini söyledi. İyonik bağın ilkesin ortya koydu. İyonik bağ bir atomun bir yada daha fazla elektronu verip ikinci bir atomun bu elektronları almasıyla oluşan bağdır.
Abegg bir baloon kazasında ölünce çalışmaları bir kaç bilim adamı tarafından geiştirildi. Bu bilim adamlarından önde gelenleri Alman kimyacı Walther Kossel ve Amerikan kimyacılar Irving Langmuir ve Gilbert Newton Lewis’di.
Birbirlerinden bağımsız olarak çalışan bu araştırmacılar atomların birbirine bağlanabileceği ikinci bir metodla çıktılar. Tamamen elektronları vermek yada almak yerine atomların elektronları paylaşabileceğini ortaya attılar. Örneğin (CH4) molekülünde karbonun 4 değerlik elektronunun her biri dört hidrojen atomunun her birinden tek bir elektronla paylaşılır. Bu karbona en dış kabuğunda 8 elektron olmasını ve hidrojene de 2 elektron olmasını sağlar. Birbiriyle elektron çiftlerini paylaşan atomlardaki kimyasal bağlar kovalent bağlardır.
Lewis bu kavramı göstermek için yeni bir sistem geliştirdi. Lewis sistemi elektron nokta sistemidir.Her atom, sembolü ve en dış yörüngesindeki bağ yapan yada değerlik elektronlarıyla gösterilir. Böylece iki yada daha fazla atomun birbiriyle nasıl elektronları paylaştığı gösterilerek formülü ifade edilmiştir.
Bağ Çeşitleri
Modern bağ teorisindeki gelişmelerden en kayda değer olanı fazlasıyla Amerikan kimyacı Linus Pauling’e aittir. Kariyerinin ilk zamanlarında 1920’li yıllarda Avrupa’da olan fizikteki köklü değişiklikleri öğrendi. Bu köklü değişiklikler izafiyet teorisi, kuantum mekaniği, belirsizlik prensibi, enerji ve maddenin dönüşümü ve fizikteki diğer yeni kavramalar.
Bu buluşlardan dolayı çoğu fizikçi fiziğin temel prensiplerini tekrar formüle etme ihtiyacını hissettiler. Çok az kimyacı fizikteki bu değişiklikleri kendi alanlarıyla ilişkisini görebildi. Bunlarda biri Pauling’di. Pauling quantum mekaniğinin kimyasal bağın yapısını anlamak için nasıl kullanabileceğini sormaya başladı.
En düşük enerjili hale gelmek için iki atomun birbiriyle nasıl reaksiyon vereceği onun üstlendiği işti. Atomların ne tam iyonik ne de tam kovalent bağ yapabileceği onun ortaya koyduğu buluşları arasında. Atomlar bağ yapmak için tamamen elektronları almazlar, vermezler yada eşit bir şekilde paylaşmazlar.
Elektronegativity
Elektronegativiti Pauling’in bu kavram için geliştirdiği terimdi. Elektronegativiti genel anlamda bir kovalent bağdaki elektronları çekme eğilimidir. Elementlerin sayısal elektronegativiti değerleri maksimum (flüor için) 4.0 dan (sezyum için) 0.7 ye değişir. Flüor ve sezyum atomları arasında ki bağ iyonik bağdır çünkü flüor elektronlar sezyumdan daha güçlü çeker. Diğer taraftan, kobaltla (elektronegativiti = 1.9) silikon (elektronegativiti = 1.9) arasında oluşan bağ iki atomda elektronlara eşit çekim uygulamalarından dolayı hemen hemen tam kovalant bağdır.
Modern bağ anlayışında bağ çeşitleri tam kovalent veya tam iyonik olarak ayrılma yerine bu iki nokta arasında olduğu düşünülür. Bir kimyasal bağın durumu bağ yapan atomların elektronegativiti değerleri arasındaki farkla tahmin edilir. Fark büyüdükçe bağ daha iyonik , fark küçüldükçe bağ daha kovalent.
Polarlık
Önceki tartışmaya göre çoğu kimyasal bağ polardır. Yani bağın bir tarafı diğer tarafından daha pozitiftir. Hidrojen (elektronegativiti = 2.2) ile kükürt (elektronegativiti = 2.6) arasında oluşan bağda elektronlar ne iki atoma aittir nede eşit şekilde paylaşılmıştır. Hidrojen – kükürt bağını oluşturan elektronlar daha çok kükürt atomunun bölgesinde bulunur. Böylece hidrojen – kükürt bağının kükürt tarafı negatif ve hidrojen tarafı daha pozitiftir.
Kompleks İyonlu Bileşikler
Bazı kimyasal bağlarda bağ oluşturan elektronlar tek bir atomdan gelir. Birinin elektron çiftiyle diğerinin pozitif yüklü çekirdeği arasında ki çekim kuvvetiyle iki tom birarada tutulur. Böyle bileşikler kompleks iyonlu bileşiklerdir.
Bu bağ çeşidinin bir örneği bakır (II) iyonlarıyla Amonyak molekülü arasında reaksiyondan oluşan bağdır. Amonyak molekülündeki azot atomu başka atomlarla bağ yapmada kullanılan eşlenmemiş elektron çiftine sahiptir. Bakır (II) iyonu bakır amonyum iyonu Cu(NH3)4+2 oluşturmak için dört amonyak molekülü tarafından sarılır.
Çift ve üçlü bağlar
Şimdiye kadar tanımlanan bağlar tekli bağlardı. Bu bağlar tek bir elektron çiftinden oluşur. Genellikle iki atom iki elektron çiftini paylaşarak bağ yaparlar. Çift bağ (=) şeklinde iki çizgi olarak gösterilir. Çift bağlı bir bileşiğin formülü mesela etilen için : H2C=CH2.
Bileşikler aynı zamanda üç elektron çiftinni paylaşılmasıyla iki atom arasında üçlü bağ yaparlar.
Diğer bağ çeşitleri
Diğer bağ çeşitleri de vardır. Örneğin metal atomlarını birarada tutan metal bağı. Metallik bağ bütün metal atomlarının elektron bulutunu paylaşmasıyla oluşan bağdır. Elektron bulutu atomların en dış enerji seviyesindeki elektronlardan oluşur.
Hidrojen bağı iki atom yada iyon arasında varolan zayıf çekim kuvvetleridir. Örneklersek su molekülündeki hidrojen-oksijen bağlrı polardır. Bu bağların hidrojen tarafı kısmen positif oksijen tarafıda kısmen negatiftir. İki su molekülü yanyana geldiğinde birbirlerine bir çekim kuvveti uygularlar. Çünkü kısmen negatif olan oksijen ucu diğer molekülün hidrojen ucuna bir çekim kuvveti uygular. Biyolojik sistemlerde hidrojen bağları çok önemlidir. Maddeleri birarada tuutmak için güçlüdür ama kimyasal değişmelerin olması için kolayca birbirinden ayrılabilir.
Van der Waals kuvvetleri diğer bir kimyasal bağ şeklidir. Elektriksel olarak nötr olan moleküller arasında vardır. Elektronların hızlı bir şekilde kaymasından yada yer değiştirmesinden dolayı molekülde anlık pozitif ve negatif bölgelerin oluşmasıyla ortay çıkar. Bundan dolayı çok zayıftır.
