Kimyasal Türler Arası Etkileşimler: İyonik Bağdan Sıvı Özelliklerine

Konu Özeti

İyonik bağ, metal ile ametal atomları arasında elektron alışverişiyle oluşan kimyasal bağdır. Bu notta iyonik bağın yanında metalik bağ, kovalent bağ, Lewis yapıları, polarlık ve moleküller arası etkileşimler de ele alınır. Bu etkileşimler maddelerin erime, kaynama, buhar basıncı, viskozite ve yüzey gerilimi gibi özelliklerini belirler. Konuyu anlamak için atomların değerlik elektronlarını bilmek yeterlidir.

Temel Kavramlar

Metalik bağ (KİM.9.2.1): Metal atomlarının değerlik elektronları kolayca ayrılır. Geriye pozitif yüklü metal iyonları (katyonlar) kalır. Bu iyonlar serbestçe hareket eden elektron denizi içinde düzenli dizilir. Katyonlarla elektron denizi arasındaki çekim metalik bağdır.

• Elektrik ve ısıyı iletir: elektronlar serbesttir.
• Tel ve levha haline getirilebilir: katmanlar kayınca bağ bozulmaz.
• Parlaktır (metalik parlaklık).
• Cıva dışında oda koşullarında katıdır.

İyonik bağ (KİM.9.2.2): Elektron veren metal (düşük elektronegatiflik, düşük iyonlaşma enerjisi) ile elektron alan ametal arasında elektron aktarımıyla oluşur. Oluşan zıt yüklü iyonlar elektrostatik çekimle bir arada durur. Metal katyon, ametal anyon olur. Gözleme dayalı tahmin: metal ile ametal birleşiyorsa bağ genellikle iyoniktir.

Na (2,8,1) → Na⁺ + e⁻ | Cl (2,8,7) + e⁻ → Cl⁻ | Na⁺ + Cl⁻ → NaCl

• İyonik bileşikler oda koşullarında katıdır ve kristal kafes yapısındadır; moleküler yapıda değildir.
• Katı halde elektriği iletmez. Suda çözünmüş veya erimiş halde iletir, çünkü iyonlar serbestçe hareket eder.
• Sert ama kırılgandır. Erime ve kaynama noktaları yüksektir.
• Bileşik elektrik yükü bakımından nötrdür: toplam pozitif yük, toplam negatif yüke eşittir.

Temel Kavramlar

Kovalent bağ (KİM.9.2.3): Genellikle ametal atomları arasında elektronların ortaklaşa kullanılmasıyla oluşur. Atomlar bu sayede değerlik katmanını doldurur: hidrojen için dublet, diğerleri için oktet. Gözleme dayalı tahmin: ametal ile ametal birleşiyorsa bağ kovalenttir ve bileşik moleküler yapıdadır.

• Tek bağ: 1 ortak elektron çifti (H–H). Çift bağ: 2 çift (O=O). Üçlü bağ: 3 çift (N≡N).
• Aynı cins ametaller arasında elektronlar eşit paylaşılır: apolar kovalent bağ (Cl₂, O₂).
• Farklı ametaller arasında elektronegatifliği büyük atom elektronları daha çok çeker: polar kovalent bağ (HCl, H₂O).

Lewis nokta yapısı (KİM.9.2.4): Atomun değerlik elektronları element sembolünün çevresine nokta olarak yazılır. Moleküllerde bağ yapan elektron çiftleri atomlar arasına çizgiyle gösterilir. Bağ yapmayan çiftler (ortaklanmamış çiftler) atom üzerinde kalır.

H₂O: H–Ö–H (O üzerinde 2 ortaklanmamış çift) | CO₂: Ö=C=Ö | N₂: :N≡N: | NH₃: N üzerinde 1 ortaklanmamış çift

Polar ve apolar molekül (KİM.9.2.5): Molekülün kutupluluğu bağların polarlığına ve molekülün geometrisine bağlıdır. Polar bağların kutupları birbirini götürüyorsa molekül apolardır. Götürmüyorsa molekül polardır.

Temel Kavramlar

Bileşik adlandırma (KİM.9.2.6): İyonik bileşiklerde önce katyon, sonra anyon adı yazılır. Anyon adı ametal adının köküne '-ür' eklenerek yazılır; oksijende 'oksit' kullanılır. Değişken yüklü metallerde yük Roma rakamıyla belirtilir.

• NaCl: sodyum klorür. CaO: kalsiyum oksit. MgF₂: magnezyum florür.
• FeO: demir(II) oksit. Fe₂O₃: demir(III) oksit.
• Çok atomlu iyonlar: NH₄⁺ amonyum, OH⁻ hidroksit, NO₃⁻ nitrat, SO₄²⁻ sülfat, CO₃²⁻ karbonat, PO₄³⁻ fosfat. Örnek: CaCO₃ kalsiyum karbonat.
• Kovalent bileşikler: atom sayıları Yunanca önekle belirtilir (mono 1, di 2, tri 3, tetra 4, penta 5). İlk atom tek ise 'mono' yazılmaz. CO: karbon monoksit. N₂O₅: diazot pentaoksit. SO₃: kükürt trioksit.

Moleküller arası etkileşimler (KİM.9.2.7): Moleküller arasındaki zayıf çekimlerdir ve kimyasal bağlardan daha zayıftır. Fiziksel hal değişiminde bu etkileşimler kopar, kimyasal bağlar bozulmaz.

Hidrojen bağı, bir molekülün H atomu ile komşu molekülün F, O veya N atomu arasında kurulur. CH₄'te H, C'ye bağlı olduğu için hidrojen bağı yoktur.

Temel Kavramlar

Katıların özellikleri (KİM.9.2.8): Taneciklerin arasındaki etkileşim güçlendikçe erime noktası, sertlik ve dayanıklılık artar.

Buhar basıncı (KİM.9.2.9): Kapalı kapta sıvı ile buharı dengedeyken buharın yaptığı basınçtır. Sıcaklık arttıkça buhar basıncı artar. Moleküller arası çekim zayıfsa sıvı kolay buharlaşır ve buhar basıncı yüksektir. Sıvının miktarı ve kabın şekli buhar basıncını değiştirmez.

Kaynama sıcaklığı (KİM.9.2.10): Sıvının buhar basıncı dış basınca eşit olduğunda sıvı kaynar. Kaynama sıcaklığını etkileyen faktörler şunlardır:

• Dış basınç azalırsa kaynama noktası düşer.
• Moleküller arası çekim güçlüyse kaynama noktası yüksektir. Hidrojen bağlı maddeler benzer kütleli maddelerden daha yüksek sıcaklıkta kaynar.
• Molekül kütlesi ve büyüklüğü arttıkça London kuvvetleri artar ve kaynama noktası yükselir.
• Buhar basıncı yüksek olan sıvının kaynama noktası düşüktür.

Viskozite (KİM.9.2.11): Sıvının akmaya karşı direncidir. Moleküller arası çekim ve molekül büyüklüğü arttıkça viskozite artar (bal, gliserin). Sıcaklık arttıkça viskozite azalır.

Adezyon ve kohezyon (KİM.9.2.12): Kohezyon, aynı cins moleküller arasındaki çekimdir. Adezyon, farklı cins moleküller arasındaki (sıvı–kap yüzeyi) çekimdir. Su–cam adezyonu suyun kohezyonundan büyüktür; bu yüzden su cam boruda çukur menisküs yapar ve kılcal boruda yükselir. Cıvanın kohezyonu cama adezyonundan büyüktür; bu yüzden cıva tümsek menisküs yapar ve kılcal boruda alçalır.

Yüzey gerilimi (KİM.9.2.13): Sıvı yüzeyinin küçülme eğilimidir. Yüzeydeki moleküller yalnızca yanlardan ve alttan çekilir. Kohezyon büyüdükçe yüzey gerilimi artar (su > etanol). Sıcaklık arttıkça azalır. Sabun ve deterjan yüzey gerilimini düşürür.