TYT-Kimya 10. Kimyasal Türler Arası Etkileşimler-4
Ametallerin kimyasal türleri moleküldür.
Metalik Bağ
Metal atomlarında az sayıdaki değerlik elektronları hem kendi atomunun hem de komşu atomların boş değerlik orbitallerinde serbest olarak hareket edebilmektedir.
Oluşan metal katyonları ile serbest değerlik elektronları arasında güçlü etkileşimler oluşur.
Metalik Bağ: Serbest değerlik elektronlarının oluşturduğu elektron denizi ile pozitif metal iyonları arasındaki elektrostatik çekimdir.
Metalik bağ güçlü bir etkileşim olduğundan metallerin erime ve kaynama noktaları yüksektir.
Metalik Bağın Metale Kazandırdığı Özellikler
- Isı ve elektrik akımı iletkenliği
- Parlak bir yüzeye sahip olma
- Kuvvet etkisi altında şekil değiştirebilme (Tel ve levha haline getirilebilme)
- Genellikle sert yapıda olma
Farklı metallerin sahip olduğu metalik bağ kuvvetleri de farklıdır.
- Metalin atom yarı çapı arttıkça metalik bağ zayıflar.
- Metalin değerlik elektron sayısı arttıkça metalik bağ kuvveti artar.
- Periyodik cetvelde sağa ve yukarı gidildikçe metalik bağ gücü artar.
Zayıf Etkileşimler
Kimyasal türler arasında çekim kuvvetlerinin oluşması sırasında enerji açığa çıkar. Kimyasal türler arasındaki bu enerji büyüklükleri bağ enerjisi (kJ/mol) olarak tanımlanır.
-
Türler arası etkileşim kuvveti 40kJ/mol den küçük ise etkileşimin türü genelde zayıf etkileşimdir. Zatıf etkileşimler fiziksel etkileşimler olarak kabul edilir.
- \(C_6H_6(g)\rightarrow C_6H_6(s)+33.8kJ/mol\)
- \(H_2O(k)+6.01kJ/mol\rightarrow H_2O(s)\)
-
Türler arası etkileşim kuvveti 40kJ/mol den büyük ise etkileşimin türü genelde güçlü etkileşimdir. Güçlü etkileşimler kimyasal etkileşimler olarak kabul edilir.
- \(NaCl(s)+787kJ/mol\rightarrow Na^+(g)+Cl^-(g)\)
- \(MgO(k)+3850kJ/mol\rightarrow Mg^{2+}(g)+O^{2-}(g)\)
-
40kJ/mol den büyük enerjiye sahip olup zayıf etkileşim olarak sınıflandırılabilen etkileşimler de vardır.
- \(H_2O(g)\rightarrow H_2O(s)+43.9kJ/mol\)
Not: Bir bileşiği ya da element molekülünü oluşturan atolar arasındaki etkileşimler güçlü etkileşimler, moleküller arasında oluşan etkileşimler ise zayıf etkileşimlerdir.
- Tanecikler arasında oluşan zayıf etkileşimler, maddelerin çözünürlük, hal değişim sıcaklıkları ve yoğunluk gibi fiziksel özelliklerine etki eder.
Kalıcı Dipoller
Polar karakterli moleküllerde elektron yük yoğunluğu molekül üzerinde dengeli olmadığından, kısmi negatif ve kısmi pozitif uçlar kalıcıdır. Bu durum molekül üzerinde kalıcı dipol oluşturur.
Geçici Dipoller (İndüklenmiş Dipol)
Apolar karakterli moleküllerde ve soy gaz atomlarında taneciğin farklı uçlarında zıt yükler oluşmaz. Ancak moleküller birbirlerine yaklaştığında yük yoğunluğu geçici dipoller oluşturur. (Geçici kutuplaşma)
- Kalıcı dipol polar moleküllerde görülür.
- Geçici dipol(indüklenmiş dipol) apolar moleküllerde görülür.
Zayıf etkileşimler; Van der Waals etkileşimleri ve hidrojen bağları olarak iki sınıfa ayrılır.
Van Der Wall Waals Etkileşimleri
Dipol - Dipol
Birbirine yaklaşan aynı ya da farklı polar moleküllerden birinin kısmi pozitif kutbu ile diğerinin kısmi negatif kutbu arasında oluşan zayıf elektrostatik çekim kuvvetleridir.
İyon - Dipol
Polar bir molekülün kısmi negatif kutbu ile bir katyon arasında ya da kısmi pozitif ile bir anyon arasında oluşan zayıf etkileşimlerdir.
- Yemek tuzunun suda çözünmesi sonucunda \(Na^+\) iyonu ile \(H_2O\) molekülünün kısmi negatif ucu arasında ve \(Cl^-\) iyonu ile \(H_2O\) molekülünün kısmi pozitif ucu arasında iyon-dipol etkileşimleri oluşur.
London Etkileşimleri
Birbirine yaklaşan apolar moleküller üzerinde geçici dipoller oluşur.
Üzerinde geçici dipol oluşan apolar bir molekülün geçici kısmi pozitif ucu ile diğer bir molekülün geçici kısmi negatif ucu arasında oluşan zayıf etkileşimlerdir.
- London etkileşimleri indüklenmiş dipol - indüklenmiş dipol etkileşimleri olarak da adlandırılır.
Anlık ve geçici etkileşimler olduğu için London etkileşimleri diğer zayıf etkileşimlerin en zayıfıdır.
Apolar moleküller arasında sadece London etkileşimleri vardır.
Fakat London etkileşimleri apolar moleküller dışındaki tüm tanecikler arasında da oluşur. Yine de, iyon-dipol, dipol-dipol gibi etkileşimler London etkileşimine göre daha baskındır.
- London kuvvetleri elektronların, molekülün bir bölgesinde yoğunlaşmasından kaynaklandığı için elektron sayısı arttıkça molekülün kutuplanabilirliği(polarlanabilirliği) de artar. Bu nedenle London kuvvetlerinin etkisi nedeniyle oda koşullarında \(F_2\) ve \(Cl_2\) gaz, \(Br_2\) sıvı, \(I_2\) ise katı halde bulunur.
- Molekülün temas yüzeyi ya da ağırlığı büyüdükçe de London kuvveti artar.
- London kuvveti arttıkça kaynama noktası da artar.
İndüklenmiş dipollerin oluşturduğu iki farklı zayıf etkileşim türü daha vardır.
- Apolar bir molekül ile polar bir molekül arasında indüklenmiş dipol-dipol etkileşimleri oluşur.
- Apolar bir molekül ile bir iyon arasında indüklenmiş dipol-iyon etkileşimleri oluşur.
Zayıf etkileşimler yoğun(katı, sıvı) fazlarda görülür.
Hidrojen Bağı
F, O ve N gibi elektronegatifliği yüksek olan atomların hidrojen ile oluşturduğu \(H_2O\), \(NH_3\) ve \(HF\) gibi polar karakterli moleküllerde H atomu, elektronunu büyük ölçüde kaybeder ve bu elektronlar F, O ya da N atomlarının etrafında daha çok yoğunlaşır.
O-H, N-H, F-H bağlarındaki atomlar arası büyük elektronegatiflik farklı, moleküller arasında hidrojen bağı olarak adlandırılan, dipol-dipole göre daha kuvvetli bir bağ oluşmasına neden olur.
Hidrojen bağı zayıf etkileşimlerin en güçlü olanıdır.
F, O ya da N atomları dışında hiçbir atom hidrojen bağı oluşturamaz. (FON)
Hidrojen bağı aynı moleküller arasında oluşabileceği gibi farklı moleküller arasında da oluşabilir.
- su (\(H_2O\)) ve amonyak (\(NH_3\)) molekülleri arasında oluşan hidrojen bağı buna örnektir.
Moleküllerden sadece birinin kendi molekülleri arasında hidrojen bağı oluşturabiliyor olması yeterlidir. Ancak diğer molekül polar olmalı ve bu molekülün kısmi negatif ucunda F, O ya da N atomlarından en az birisi olmalıdır.
Hidrojen Bağının Kaynama Noktasına Etkisi
Tanecikler arası çekim kuvveti büyük ise hal değişim sıcaklıkları da büyük olur.
Hidrojen bağı sayısı artarsa kaynama noktası artar.
Aynı grupta bulunan element atomlarının hidrojen ile oluşturduğu bileşiklerde molekül kütlesi ve elektron sayısı aşağıya doğru arttığından kaynama noktasında yükselme eğilimi vardır. Fakat hidrojen bağı ile bağlanan bileşiklerin kaynama noktası daha ağır molekül kütlesine sahip olanlara kıyasla daha büyüktür.
Hidrojen bağının varlığı kaynama noktasının yanında öz kütle, çözünürlük ve genişleme gibi birçok fiziksel özelliğe etki eder.
- Suyun buz halinde yoğunluğunun daha küçük olması,
- Etil alkol ve çay şekerinin suda çok iyi çözünmesi,
- Bitkilerde kılcallık olayı,
- DNA da iki zincir arasındaki etkileşimler gibi.
Fiziksel ve Kimyasal Değişimler
Maddelerin yapısında oluşan değişimler, meydana gelen enerji değişimi bakımından ve oluşan değişim bakımından fiziksel ve kimyasal değişimler olmak üzere ikiye ayrılır.
Fiziksel Değişimler
Maddenin kimlik özelliği değişmeden boyutu, şekli, fiziksel hali ve fiziksel özelliklerinin değişmesi olaylarıdır.
- Fiziksel değişimde maddenin kimyasal yapısı değişmediği için formülü de değişmez.
- Fiziksel değişimlerde enerji değişimi azdır ve genellikle 40kJ/mol den küçüktür.
- Fiziksel hal değişimlerinin tamamı fizikseldir.
- Maddelerin şeklinde oluşan değişiklikler fizikseldir.
Kimyasal Değişimler
Maddenin kimlik özelliklerinin değişimi ike gerçekleşir. Kimyasal değişim sonucunda maddenin iç yapısı değişir.
- Kimyasal değişim sonucunda, güçlü etkileşimler ile birlikte zayıf etkileşimler de değişir. Bu nedenle kimyasal olaylardaki enerji değişimleri 40kJ/mol den büyüktür.
- Kimyasal olaylar sonucunda maddeleri oluşturan taneciklerdeki atomlar arası güçlü etkileşimler kırılır ya da yenileri oluşur.
- Yanma, nötrleşme, analiz, sentez, elektroliz gibi olaylar kimyasal değişimlerdir.
- Canlıların yapısında gerçekleşen birçok olay kimyasal değişimdir.
- Metallerin, suda, asitte ya da bazda çözünerek yapılarının değişmesi kimyasaldır.
- Kimyasal reaksiyonlar sonucunda maddenin yapısı değişir ya da yeni maddeler oluşur.
- Karbondioksidin suda çözünmesi
- Çimento harcının sertleşmesi
- Yağlı boyanın kuruması
- Kanın pıhtılaşması
- Üzüm suyundan sirke/şarap yapımı
- Atomdan elektron koparılması