Hibritleşme-Molekül Geometrisi

Bir atomun son katmanındaki elektronlara değerlik elektronu denir.

Kovalent bağ oluşturan atomlar değerlik elektronlarını ortaklaşa kullanır. Ancak bağ oluşumuna tüm değerlik elektronları katılmayabilir.

Bağ oluşumuna katılan elektronlara ortaklanmış (bağlayıcı) elektron denir.
Bir kovalent bağ oluşumu sırasında kullanılan elektron çiftine de bağlayıcı elektron çifti denir.
(Bu kadar sunucuyu sürekli kontrol etmemizin gerekmesi, her sunucunun)
Bağ oluşumuna katılmayan elektronlara ise ortaklanmamış elektron denir.

Lewis gösteriminde bir element tek nokta sayısı kadar bağ yapabilir. (Çift noktalı kısımlardan bağ yapamaz.)

P'nin üç tane tek noktası, Cl'nin bir tane tek noktası vardır. Yani 3 tane Cl bir tane P'ye bağlanabilir.

Değerlik elektronların atom sembolü etrafında noktalar halinde gösterilmesiyle elde edilen formüle Lewis formülü denir.

Elektron çiftlerinin birer çizgi (-) şeklinde gösterildiği yazılım ise yapı formülü (çizgi-bağ formülü) olarak adlandırılır.

Değerlik elektron sayılarının nasıl bulunduğunu öğrenmek istiyorsan: Modern Atom Teorisi-2

Lewis gösterimleri için: TYT-Kimya 08. Kimyasal Türler Arası Etkileşimler-2

Kovalent bağlı bileşiklerin Lewis formülleri yazılırken aşağıdaki kurallar uygulanır.

Elementlerin elektron dizilişi yapılarak ve değerlik elektron sayılarını kullanarak kaç bağ yapacakları tespit edilir.
Bileşikte fazla bağ yapan atom merkez atomdur. Bundan dolayı diğer atomlar merkez atoma bağlıdır.
Merkez atomun ve diğer atomların bağ yapımına katılmayan (ortaklanmamış) elektronları atomun üzerine simetrik bir şekilde dağıtılır.

Örneğin; \({}_8O\) ile \({}_{17}Cl\) atomları arasında oluşacak molekülün Lewis formülünü bulalım.

\({}_8O\): \(1s^2, 2s^2, 2p^4\) (6 değerlik elektron, 2 bağ yapar)
\({}_{17}Cl\): \([Ne], 3s^2, 3p^5\) (7 değerlik elektron, 1 bağ yapar)

Oksijen 2 bağ yaptığı için merkez atomdur. Klor atomları oksijenin etrafına yazılır.

Hibritleşme

Aynı atomun farklı enerji düzeylerinde (aslında aynı temel enerji seviyesindeki farklı alt kabuklar, örneğin 2s ve 2p) bulunan orbitallerinin etkileşerek aynı enerji düzeyine sahip özdeş orbitallere dönüşmesine hibritleşme, oluşan yeni orbitale de hibrit orbitalleri denir.

Hibrit orbitalleri \(sp\) gibi sembollerle gösterilir.

\(sp\) Hibritleşmesi: Bir s ve bir p orbitali karışır. Sonuçta 2 adet özdeş sp hibrit orbitali oluşur. (Örneğin \(BeH_2\))
\(sp^2\) Hibritleşmesi: Bir s ve iki p orbitali karışır. Sonuçta 3 adet özdeş \(sp^2\) hibrit orbitali oluşur. (Örneğin \(BH_3\))
\(sp^3\) Hibritleşmesi: Bir s ve üç p orbitali karışır. Sonuçta 4 adet özdeş \(sp^3\) hibrit orbitali oluşur. (Örneğin \(CH_4\))

Hibrit orbitallerinin sayısı semboldeki harflerinin üslerinin toplamına eşittir. (\(sp^2\) için 1+2=3 gibi)

\(CH_4\) molekülündeki C atomunun hibritleşmesi

\({}_6C\) nin temel haldeki elektron dizilimi: \(1s^2,2s^2,2p_x^1,2p_y^1,2p_z^0\) (p'de 3 orbital bulunur)
\({}_6C\) nin uyarılmış haldeki elektron dizilimi: \(1s^2,2s^1,2p_x^1,2p_y^1,2p_z^1\)
\({}_6C\) nin orbitallerinin H elementleri ile hibritleşmiş haldeki elektron dizilimi: \(1s^2, 2(sp^3)^1, 2(sp^3)^1, 2(sp^3)^1\) (\(sp^3\) hibrit orbitalleri)

Orbitallerin temel haldeki, uyarılmış haldeki ve hibritleşmiş haldeki enerjileri aşağıda verilmiştir. Hibrit orbitallerinin enerjisi iki farkı seviyedeki orbitallerin arasındadır.

Hibrit orbitalleri 1 tane s, 3 tane p orbitalinden oluştuğundan bu orbitallere \(sp^3\) hibrit orbitali denir.

Hibritleşme sonucunda oluşan 4 hibrit orbitalinin enerjisi birbirine eşittir (Şekil-1). Bu dört tane hibrit orbital bir araya geldiğinde C atomunun hibrit orbital yapısı oluşur (Şekil-2).

Sigma \((\sigma)\) ve Pi \((\pi)\) Bağları

İki orbitalin bağ ekseni doğrultusunda uç uca örtüşmesi ile oluşan bağ türüne sigma (\(\sigma\)) bağı denir.

s-s, s-p, p-p orbitallerinin, hibrit-hibrit orbitallerinin veya hibrit-s ve hibrit-p orbitallerinin bağ ekseni doğrultusunda örtüşmeleri sonucunda sigma bağları oluşur.

Sigma bağları pi bağlarından daha sağlamdır.
İki atom arasında oluşan ilk bağ her zaman sigma bağıdır. Tekli bağların tamamı sigma, çoklu bağların biri sigma geri kalanı pi bağıdır.

Sigma bağlarının şekilleri aşağıdaki gibidir.

Hibritleşmeye katılmayan ve bağ eksenine dik durumdaki atomik p-p orbitallerinin yan yana örtüşmesi ile oluşan bağa pi (\(\pi\)) bağı denir.

Pi bağının şekli aşağıdaki gibidir.

İki atom arasında oluşan ilk bağ her zaman sigma bağıdır. Çoklu bağlarda ise biri sigma, diğerleri pi bağıdır.

\(C_2H_4\) Molekülündeki C Atomunun Hibritleşmesi

\(C_2H_4\) molekülündeki \({}_6C\) nin hibritleşmiş haldeki dizilimi: \(1s^2, 2(sp^2)^1, 2(sp^2)^1, 2(sp^2)^1, 2p_z^1\) (\(sp^2\) hibrit orbitalleri)

Pi bağını oluşturan orbital hibritleşmeye katılmaz!

C atomunda 1 tane s ve 2 tane p orbitali hibritleşerek hibrit orbitallerini oluştururken, 1 tane p orbitali hibritleşmeye katılmaz.

Moleküldeki \(sp^2\) hibrit orbitalleri ile hidrojen atomlarının 1s orbitalleri doğrudan örtüşerek sigma bağlarını oluşturur.

Karbon atomları arasında hibrit orbitaller 1 tane sigma bağı oluştururken hibritleşmeye katılmayan p orbitalleri birbirine paralel konumda birbirine yaklaşıp pi bağını oluştururlar.

Örnekte hidrojen-karbon bağı \(s-sp^2\) örtüşmesidir. H atomunun s orbitali ile C atomunun \(sp^2\) hibrit orbitali örtüşür.

4 tane \(s-sp^2\) örtüşmesi ile oluşan sigma bağları.

1 tane \(sp^2-sp^2\) örtüşmesi ile oluşan sigma bağı.

1 tane \(p-p\) örtüşmesi ile oluşan pi bağı.

\(C_2H_2\) Molekülündeki C atomunun Hibritleşmesi

\(C_2H_2\) Molekülündeki \({}_6C\) nin hibritleşmiş haldeki dizilimi: \(1s^2,2(sp)^1,2(sp)^1, 2p_y^1, 2p_z^1\)

\(C_2H_2\) molekülünde karbon atomlarının sp hibrit orbitalleri ile hidrojen atomlarının 1s orbitalleri örtüşerek sigma bağlarını oluşturur. Karbon atomları arasında hibrit orbitalleri 1 tane sigma bağı oluştururken hibritleşmeye katılmayan 2 tane p orbitali, 2 adet pi bağı oluşturur.

Örnekte hidrojen-karbon bağı \(s-sp\) örtüşmesidir. H atomunun s orbitali ile C atomunun \(sp\) hibrit orbitali örtüşür.

2 tane \(s-sp\) örtüşmesi ile oluşan sigma bağları.

1 tane \(sp-sp\) örtüşmesi ile oluşan sigma bağı.

2 tane \(p-p\) örtüşmesi ile oluşan pi bağı.

İki atom arasındaki bağ sayısı arttıkça atomlar arası uzaklık kısalır. Bu nedenle \(C\equiv C\) bağları en kısa bağlardır.

Bağ uzunluğu ile bağ enerjisi ters orantılıdır. Yani bağ enerjisi en küçük olan \(C-C\) bağlarıdır.

Bağı oluşturan hibrit orbitallerinin s karakteri (hibrit orbitaldeki s orbitali oranı) arttıkça bağ kısalır ve bağın kuvveti artar.

Karbon atomunun tekli bağları sigma, çoklu bağlarından biri sigma diğerleri pi bağıdır.

Molekül Geometrisi

Bir molekülde atom çekirdeklerinin doğrusal çizgilerle birbirine bağlanması sonucunda elde edilen yapılar molekül geometrisini verir.

Ancak molekülde bulunan ortaklanmış ve ortaklanmamış elektron çiftleri molekülün geometrik yapısını ve bağ açısını etkiler.

Molekül geometrilerinin belirlenmesinde VSEPR yani değerlik kabuğ elektron çifti itmesi kuramından yararlanılır.

VSPER'e göre molekülde ortaklanmış elektronlar ile ortaklanmamış elektron çiftlerinin birbirini itmelerinin en az düzeye inmesi için birbirinden olabildiğince uzak konumlarda bulunmaları gekekir.

Moleküllerin VSEPR Gösteriminde

A: Merkez atomu
X: Merkez atoma bağlı atom veya atom gruplarını
E: Merkez atomun çevresindeki ortaklanmamış elektron çiftlerini ifade eder.

Moleküllerin üç boyutlu formüllerinde kağıt düzlemindeki kovalent bağlar düz çizgi ile (1 numaralı bağ), kağıt düzleminden bize doğru olanlar kama ile (2 numaralı bağ), kağıt düzleminin arkasında olanlar çizgili kama ile (3 numaralı bağ) gösterilir.

Periyot Elementlerinin Yaptığı Bazı Bileşiklerde Merkez Atomun Hibritleşme Türü ve Geometrilerinin İncelenmesi

\(BeH_2\) (\({}_4Be\))

Merlez atom berilyumdur.

\({}_4Be: 1s^2,2s^2,2p_x^0,2p_y^0,2p_z^0\) (Temel hal)

Bir element yarı dolu orbital sayısı kadar bağ yapar. Berilyumun temel halinde böyle bir şey olmadığı için hibritleşir.

Berilyumun 2s ve 2p orbitalleri bağ yapabilmek için 2s den 2p ye bir elektron vererek hibritleşir ve sp hibrit orbitallerini oluşturur.

\({}_4Be: 1()^2,2(sp)^1,2(sp)^1,2p_y^0,2p_z^0\) (Hibritleşmiş hal)

\(BH_3\) (\({}_5B\))

Merkezi atom bordur.

\({}_5B: 1s^2,2s^2,2p_x^1,2p_y^0,2p_z^0\) (Temel hal)

Borun 2s ve 2p orbitalleri bağ yapabilmek için 2s den 2p ye bir elektron vererek hibritleşir ve sp2 hibrit orbitallerini oluşturur.

\({}_5Be: 1s^2,2(sp^2)^1,2(sp^2)^1,2(sp^2)^1,2p_z^0\) (Hibritleşmiş hal)

\(CH_4\) (\({}_6C\))

Merkezi atom karbondur.

\({}_6C: 1s^2,2s^2,2p_x^1,2p_y^1,2p_z^0\) (Temel hal)

Karbonun 2s ve 2p orbitalleri bağ yapabilmek için 2s den 2p ye bir elektron vererek hibritleşir ve sp3 hibrit orbitallerini oluşturur.

\({}_5Be: 1s^2,2(sp^3)^1,2(sp^3)^1,2(sp^3)^1,2(sp^3)^1\) (Hibritleşmiş hal)

\(NH_3\) (\({}_7N\))

Merkezi atom azottur.

\({}_7N: 1s^2,2s^2,2p_x^1,2p_y^1,2p_z^1\) (Temel hal)

Azotun 2s ve 2p orbitalleri hibritleşir ve \(sp^3\) hibrit orbitallerini oluşturur.

\({}_7Ne: 1s^2,2(sp^3)^2,2(sp^3)^1,2(sp^3)^1,2(sp^3)^1\) (Hibritleşmiş hal)

Bu kendiliğinden olan bir olaydır.

Ortaklanmamış elektron çifti varsa molekül polardır. Yoksa apolardır.

\(H_2O\) (\({}_8O\))

Merkezi atom oksijendir.

\({}_8O: 1s^2,2s^2,2p_x^2,2p_y^1,2p_z^1\) (Temel hal)

Oksijenin 2s ve 2p orbitalleri hibritleşir ve \(sp^3\) hibrit orbitalleri oluşturur.

\({}_8O: 1s^2, 2(sp^3)^2, 2(sp^3)^2, 2(sp^3)^1,2(sp^3)^1\) (Hibritleşmiş hal)

\({}_1H(1A)\) ve \({}_9F(7A)\) atomları hibritleşme yapmaz.

\(CO_2\) molekülünde iki tane pi bağı bulunduğu için karbon atomları sp hibritleşmesi yapmıştır.

Birinci ve ikinci bağ sigma bağı, 3. ve 5. bağ pi bağıdır.

Bu molekülde C atomu merkez atomdur.
Molekül Geometrisi: Doğrusal
Molekül: Apolar
VSER Gösterimi: \(AX_2\)
Hibritleşme Türü: sp

\(CH_2O\) molekülünde karbon atomları 1 tane pi bağı yaptığı için \(sp_2\) hibritleşmesi yapmıştır.

Birinci, ikinci ve üçüncü bağ sigma bağı, dördüncü bağ pi bağıdır.

Bu molekülde C atomu merkez atomdur.
Molekül Geometrisi: Düzlem Üçgen
Molekül: Polar
VSER Gösterimi: \(AX_3\)
Hibritleşme Türü: \(sp^2\)

Questions

p-p bağı hem sigma hem de pi bağı olabilir. Diğerleri ise sadece sigma bağıdır.

Bir bağlayıcı elektron çifti 1 bağ anlamına gelir.
Hidrojenler oketini değil dubletini tamamlamıştır.

Düzlem üçgende açılar 120 derecedir.

6A grubundaki bileşiklerin yaptığı kırık doğru şeklinin bağ açısı 104,5 derecedir.
5A grubundaki bileşiklerin yaptığı üçgen piramit şeklinin bağ açısı 107 derecedir.