GENEL KİMYA. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM

Transkript

1 GENEL KİMYA

2 KİMYASAL BAĞLAR

3 Lewis Kuramı Kimyasal bağlanmada esas rolü dış kabuk elektronları (değerlik) oynar. Bazı durumlarda elektronlar bir atomdan diğerine aktarılır. Böylece oluşan (+) ve (-) yüklü iyonlar birbirlerini iyonik bağlar denen elektrostatik kuvvetlerle çekerler. Gilbert Newton Lewis ( ) Bazı durumlarda ise, eşleşmiş iki ya da daha fazla elektron atomlar arasında ortaklaşa kullanılır (paylaşılır). Böylece oluşan bağa kovalent bağ denir. Her iki bağlanma türünde de atomlar kararlı elektron dağılımına sahip olurlar. Genellikle bu dağılım, dış kabuk elektronlarının sekiz olduğu (oktet kuralı) soy gaz elektron dağılımına benzer.

4 Lewis Simgeleri Lewis simgeleri baş grup elementleri için yaygın olarak kullanılmalarına karşın geçiş elementleri için fazla kullanılmazlar. 1A (1) 2A (2) 3A (13) 4A (14) 5A (15) 6A (16) 7A (17) 8A (18) ns 1 ns 2 2 Li Be 3 Na Mg ns 2 np 1 ns 2 np 2 ns 2 np 3 ns 2 np 4 ns 2 np 5 ns 2 np 6 B C N O F Ne Al Si P S Cl Ar

5 İyonik bağlanma (elektron alış-verişi) Na + C l [Na] + [ Cl ] - Lewis simgeleri Lewis yapısı Kovalent bağlanma H + Cl H Cl (elektron ortaklanması) Lewis simgeleri Lewis yapısı

6 * BaO, MgCl 2, Al 2 O 3 in Lewis yapılarını gösteriniz. O Ba + [Ba] 2+ + [ O ] 2- Cl Mg + [Mg] [ Cl ] - Al O Al O Cl O 2 [Al] [ O ] 2-

7 Tek atomlu katyon ve tek atomlu anyondan oluşan bileşikler ikili iyonik bileşiklerdir. Tek atomlu ve çok atomlu iyonlardan (katyon-anyon) oluşan bileşikler üçlü iyonik bileşiklerdir ve çok atomlu iyonlar arasındaki bağlanma kovalenttir. Katı iyonik bileşiklerde anyonlar katyonlarla, katyonlar anyonlarla çevrilmiş durumda ve düzgün bir örgü içinde olan iyonik kristal şeklindedir. NaCl

8 Kovalent Bağlanma Klor atomunun elektron ilgisi (1 elektron katıldığında açığa çıkan enerji): Eİ=-349 kj/mol (ametal, elektron alıcı) Hidrojen atomundan 1 elektron koparmak için gerekli enerji: I 1 =1312 kj/mol Sodyum atomundan 1 elektron koparmak için gerekli enerji: I 1 =496 kj/mol Bir elementin iyonlaşma enerjisi ne kadar küçükse o kadar fazla metalik özellik gösterir. H + C l H Cl Ortaklanan elektron çifti Tekli kovalent bağ (büyük, metal değil) (küçük, metal)

9 H + O + H H O H (H 2 O) Cl + O Cl Cl O Cl (Cl 2 O) Ortaklanmamış elektron çiftleri Bağlayıcı elektron çiftleri Cl- O - Cl

10 Koordine Kovalent Bağlar Ortaklanılan elektron çiftinin her ikisinin de tek bir atomdan geldiği kovalent bağa koordine kovalent bağ denir. NH 3 (Amonyak) H H N H H Cl H H N H H H N H H + + Cl -

11 Katlı Kovalent Bağlar Birden fazla elektron çiftinin ortaklaşa kullanılmasıyla oluşan kovalent bağlara katlı kovalent bağlar denir. O C O O C O O C O O =C= O N N N N üçlü kovalent bağ İkili kovalent bağ

12 Polar Kovalent Bağlar H 2, apolar Cl 2, apolar HCl, polar (-) yük merkezi (+) yük merkezi Cl

13 Elektronegatiflik Elektronegatiflik, (EN), bir atomun bağlı olduğu diğer atomlardan elektron çekme yeteneğidir. Elektronegatiflik farkı, ( EN), iyonik bağda büyük, kovalent bağda küçük, polar kovalent bağda orta değerdedir.

14 *

15 LEWIS YAPILARININ YAZILMASI Bir Lewis yapısında bütün değerlik elektronları gösterilmeli. Lewis yapılarında bütün elektronlar genellikle eşleşmiştir. Genellikle her atom en dış kabuğunda oktet elektronlarına ulaşır. Ancak hidrojende dış kabuk elektronları 2 olur. Bazen katlı kovalent bağlara ihtiyaç duyulur. Katlı kovalent bağlar C, N, O, S ve P atomları tarafından kolaylıkla oluşturulur.

16 Lewis Yapısı Yazılmasında İzlenecek Yol Yapıdaki toplam elektron sayısını bulunur. İskelet yapısı çizilir. İskelet yapısında her bir bağa 2 elektron yerleştirilir. Uç atomlar belirlenir. Uç atomların oktetleri tamamlanır (H atomları için 2 elektron gerekir.) Toplam değerlik elektronları sayısından bağ yapan elektron sayıları çıkarılır. Kalan elektron var mı? Evet Kalan elektronlar merkez Atomun üzerine yerleştirilir. Hayır Okteti tamamlamak için gerektiği kadar çoklu bağlar oluşturulur. Hayır Tüm atomların okteti tamamlandı mı?(h için2e) Evet Uygun Lewis Yapısı tamamlanmıştır.

17 İskelet Yapı Merkez atom ve uç atomlar belirlenir.

18 Merkez atomu iki ya da daha fazla atoma bağlıdır. Uç atom sadece bir başka atoma bağlıdır. Hidrojen atomları her zaman uç atomlarıdır. Merkez atomları genellikle elektronegatiflikleri en düşük olandır. Karbon atomları her zaman merkez atomlarıdır.

19 Formal Yük Lewis yapısında hangi elektronun hangi atoma bağlı olduğu anlaşılmaz. Formal yükü, her bir elektronun nereye ait olduğunu anlayarak belirlenebilir. Lewis yapılarında kovalent bağların uçlarındaki atomların, bu bağların oluşumuna eşit elektron katkısında bulunmadıkları durumda, bazı atomların üzerlerinde oluşan yükler form yüklerdir.

20 Lewis yapısındaki bir atomun formal yükü, bir atomun serbest halindeki değerlik elektronu sayısından, bu atomun Lewis yapısında payına düşen elektron sayısının çıkarılmasıyla bulunur. Ortaklanmamış bütün elektron çiftlerini, hangi atomda ise o atoma ait sayınız. Bağlayıcı elektron çiftlerini bağlanan atomlar arasında eşit olarak paylaştırınız. FY = serbest atomdaki değerlik e- - lortaklanmamış çiftlerideki e bağlayıcı çiftlerdeki e-

21 Lewis yapısındaki formal yüklerin toplamı nötür molekül için sıfır ve çok atomlu iyon için iyonun yüküne eşit olmalıdır. Formal yükler mümkün olabildiğince en az olmalıdır. Çoğu elektronegatif atomlardaki formal yükler negatif, elektronegatiflikleri az olan atomlardaki formal yükler pozitiftir. Komşu atomlarda aynı işaretli formal yüklerin bulunduğu yapılar olası değildir.

22 Rezonans İki ya da daha fazla uygun Lewis yapısının yazılabildiği ancak tam doğru yapının yapılamadığı duruma rezonans denir. Gerçek yapı, uygun yapıların katkılarıyla oluşan bir rezonans melezidir. Rezonans yapılarında iskelet aynı olmalı, bu iki yapı içinde sadece elektron dağılımları farklı olabilir. İki uçlu ok, bir anda yapılardan biri halinde bir başka anda öbürü halinde olduğunu göstermez.

23 Oktet kuralından sapmalar Tek sayılı elektronu olan yapılar: NO 11 elektronu vardır. N=O Eşleşmemiş elektronların bulunması, tek sayılı elektronları olan yapıların paramanyetik olmasına neden olur. Çift sayılı elektronları bulunan moleküller eşleşmiş elektron içerdiğinden diamanyetiktir. H H C H Bir ya da daha fazla sayıda eşleşmemiş elektronları olanlara radikaller denir. O H

24 Eksik oktetler: B-F bağının 130 pm olduğu yani tekli bağdan daha kısa olduğu bulunmuştur. + formal yük elektronegatif F atomundadır. formal yükün bağdaki daha elektronegatif atomda bulunması gerekir.

25 Molekül özellikleri ve kimyasal davranışları ışığında bor triflorür ün en uygun yapısı bu üçünün rezonans melezi olduğu görülür. B atomuna bir çift elektron verebilecek olanlarla, bir koordine kovalent bağ oluşturmaya yönelik kuvvetli eğilimi vardır.

26 Genişlemiş Değerlik Kabukları: Hidrojen dışındaki bütün atomların her birinde 8 değerlik elektronu bulunur. Bunun dışında, merkez atom üzerinde 10 ya da 12 değerlik elektronu bulundururlar.

27 Bu fazla elektronlar nereye gider? Merkez atomda 3s ve 3p alt kabukları dolduktan sonra fazla elektronların boş 3d alt kabuğuna gittiği düşünülür. 3p ve 3d düzeyleri arasındaki enerji farkının fazla olmaması mantıklıdır.

28 Moleküllerin Biçimleri Şekli çok önemlidir. H O H Bu molekülün oda sıcaklığında gaz değil sıvı olmasının sebebidir. Sıvı haldeki suyun bir çok farklı maddeyi çözmesinin nedeni de budur. Şekil tahmini için; Lewis kuramı Değerlik kabuğu elektron çiftlerinin birbirlerini itmeleri kavramı

29 Bağ uzunlukları: Bağlanmış atomların çekirdekleri arasındaki uzaklık Bağ açıları: Bağları gösteren komşu doğru çizgiler arasındaki açıdır. İki atomlu bir molekülde tek bağ vardır. Doğrusaldır yani bağ açısı yoktur. Üç atomlu bir molekülde 2 bağ vardır. Doğrusal ise bağ açısı 180 dir. Bükük veya kırık ta olabilir.

30 VSEPR Kuramı Bu kuram değerlik kabuğundaki elektron çiftleriyle ilgilidir. ister kimyasal bağ, isterse ortaklanmamış halde olsun, elektron çiftleri birbirini iter. Elektron çiftleri, atom etrafında itmeyi en aza indirmek şekilde yönlenir. Bunun sonucunda kendine özgü geometrik şekilleri oluşur. VSEPR kuramının bir diğer özelliği de elektronların sadece çiftleri üzerinde değil elektron grupları üzerinde durulmasıdır. Bir elektron grubu bir çift, bir ortaklanmamış çift ya da bir bağ çifti olabilir.

31

32 VSEPR kuramına göre, bu moleküllerdeki elektron çiftleri merkez atom etrafında dört yüzlü yönlenmiştir. Buna karşın molekülün şekli, bu elektron çiftleri tarafından değil, atomların çekirdeklerinin bulundukları yerlerle belirlenir. Karışıklığı önlemek için; Elektron çiftlerinin dağılım geometrisine elektron grubu geometrisi atom çekirdeklerinin oluşturduğu geometriye de molekül geometrisi denir.

33

34

35 İki elektron çiftinin birbirine yaklaşmaya zorlanması aralarındaki itmeyi arttırır. 90>120>180 Ortaklanmamış elektron çiftleri bağlayıcı elektron çiftlerine göre daha çok yer kaplarlar. Bunun sonucunda bağa girmeyen iki elektron çifti arasındaki itme, iki bağlayıcı elektron çift arasındakine göre daha büyüktür. Ortaklanmamış e çifti - Ortaklanmamış e çifti > Ortaklanmamış e çifti Bağlayıcı elektron çifti > Bağlayıcı elektron çifti - Bağlayıcı elektron çifti

36 VSEPR Kuramının Uygulanması Molekül ya da çok atomlu iyonun uygun Lewis yapısını yazınız. Merkez atom etrafındaki elektron gruplarının sayısını ve bunların bağlayıcı çift veya ortaklanmamış elektron grupları olduklarını belirleyiniz. Merkez atom etrafındaki elektron grubu geometrisini doğrusal, üçgen düzlem, dörtyüzlü, üçgen piramit ya da sekizyüzlü olarak saptayınız. Merkez atom etrafındaki diğer atom çekirdeklerinin oluşturduğu molekül geometrisini belirleyiniz.

37

38 Dipol Moment Cl atomunun H atomuna göre daha elektronegatif olması elektronların Cl atomu etrafında daha çok bulunmalarına yol açar. Polar bir kovalent bağda, yük dağılımındaki farklılık dipol moment, μ, ile gösterilir. μ = f x d (debye) (yük) (uzaklık)

39

40

41 Elektron Çiftlerinin Önemi Elektronegatiflik farkı, bir molekülde bağ dipollerinin olup olmadığını ve moleküllerin biçimlerinin bağ dipollerinin birbirlerini yok etmesini ya da dipol moment oluşturacak şekilde bir araya gelmesini sağlar.

42 Bağ Derecesi ve Uzunlukları Kovalent bağlardaki elektronları atomları birbirine bağlayan tutkaldır. Bağ derecesi arttıkça fazla elektron bulunacak ve bunlar da atomları daha sıkıca bir arada tutacaktır. Tekli bağ, derece = 1 Çiftli bağ, derece = 2 Üçlü bağ, derece = 3

43 Bağ Enerjİlerİ Bağ enerjisi ve uzunluğu bağın katlılığı ile ilgilidir. Katlılık ne kadar artarsa, bağ o kadar kısa ve bağ enerjisi de o kadar fazladır. Atomlar kovalent bağ yapacak şekilde bir araya gelirlerse, enerji salınır ve bu bağın ayrışması sırasında da aynı miktarda enerji soğurulur. Bağ ayrışma enerjisi, gaz halindeki bileşiklerde bir mol kovalent bağı koparmak için gerekli enerji miktarıdır.

44

45 Reaksiyon Entalpileri ΔH reaksiyon = Σ ΔH(ürünlerin bağları) - Σ ΔH(reaktanların bağları) = Σ ΔH bağ oluşumu - Σ ΔH bağ ayrışması = -770 kj/mol (657 kj/mol) = -114 kj/mol

46 Bağ enerjisinin bir diğer önemli kullanımı da bir tepkimenin endotermik veya ekzotermik olduğunun öngörülmesidir. Zayıf bağlar Kuvvetli bağlar ΔH<O Kuvvetli bağlar Zayıf bağlar ΔH>O

47 Metalik Bağ Metalik bağlanmada metallerin değerlik elektronlarının bir tanesi veya daha fazlası atomdan ayrılır ve pozitif yüklü bir katyon oluşur. Böylece oluşan pozitif katyonlar tamamen serbest bir elektron denizinde yüzüyor gibidir. Artık hangi elektron hangi atoma aittir, belli değildir. İşte metalik bağ pozitif metal iyonları ile çevresindeki serbest elektronlar arasındaki çekim kuvvetidir.

48

49