Kimyasal Türler ve
Etkileşimleri
Tahmini süre:12saat
Konu Başlıkları
1. Kimyasal Türler
2. Kimyasal Türler Arasındaki Etkileşimler
3. Kimyasal Bağların Oluşum Mekanizması
4. Güçlü ve Zayıf Bağların Oluşması ve Kopması
3.1.1 Kimyasal Türler
kimyasal türler denildiğinde aklımıza; pozitif ve negatif iyonlar,
nötr atomlar, moleküller ve radikaller gelmektedir.
Kimaysal Tür
Formülü
Atom
Helyum (He)
Atom
Neon (Ne)
molekül
Azot (N2)
Molekül
Karbondioksit
(CO2)
Lewis Yapısı
He:
Atmosferin bileşimindeki soy gazlar verilen Lewis
yapılarından da anlaşılacağı gibi en yüksek enerji düzeyinde
maksimum sayıda elektron bulundurdukları için kararlıdır ve doğada
atomlar halindedir.
Elementlerin Lewis Yapıları
Atmosferin bileşimindeki soy gazlar verilen Lewis
yapılarından da anlaşılacağı gibi en yüksek enerji düzeyinde maksimum
sayıda elektron bulundurdukları için kararlıdır ve doğada atomlar halindedir.
Atomlar, değerlik elektron sayılarından da anlaşılacağı gibi kararsızdır ve
doğada tek atom olarak bulunmaları güçtür. Kararlı yapıya ulaşabilmek için
birbirleriyle ya da başka kimyasal türlerle etkileşirler. Bu etkileşimler
sonucunda her biri bağımsız olma özelliğini kaybederek molekül haline
geçerler.
Örnek olarak: N2, O2 ve CO2 nin yapılarını incelersek;Her
bir atomun soygaz elektron düzenine geçtikleri görülür.
Atom
Atom: Elementlerin özelliğini taşıyan en küçük birimine atom denir. Veya,
fiziksel ve kimyasal yöntemlerle daha basit birimlerine ayrıştırılamayan,
maddenin en küçük birimine atom denir. Gözle görülmesi imkânsız, çok küçük
bir parçacıktır ve sadece taramalı tünel mikroskobu (atomik kuvvet
mikroskobu) ile incelenebilir. Ortalama çapları 10 -8 cm civarındadır.
Molekül
Genel olarak molekül, saf kimyasal maddenin (Element ya da bileşik) kendi
başına bütün kimyasal bileşimini ve özelliklerini taşıyan, en küçük
parçasıdır.
Atomik Moleküller; O2, N2, F2 , Cl2 , P4, S8 … gibi.
Bileşik Moleküller: CO2, NO2, SO2...gibi.
NOT: NaCl, AlCl3, NaNO3 gibi iyonik bileşikler gerçekte molekül değil iyonik
kristaller olarak bilinirler.
İyon
Bir atom, elektron verdiğinde verdiği elektron sayısı kadar + yükle yüklenir.
Elektron aldığında, aldığı elektron sayısı kadar -yükle yüklenir. İşte bu + ve yüklü atomlara İYON denir. + yüklü iyonlara KATYON, - yüklü iyonlara da ANYON
denir.
ANYON
KATYON
NO3-
: Nitrat
H+
: Proton
SO3=
: Sülfit
Na+
: Sodyum
SO4=
: Sülfat
Mg+2
: Magnezyum
CO3=
: Karbonat
Ca+2
: Kalsiyum
CrO4=
: Kıromat
Al+ 3
: Alüminyum
Radikal:
Dubletini ve oktetini tamamlamamış yukarıda verilen atomlar gibi,
bir ya da daha fazla ortaklaşmamış elektronu bulunan kimyasal
türlere serbest radikaller veya radikaller adı verilir.
Radikaller, yüksek enerjili ve kararsız ara ürünlerdir.
Radikallerin oluşumu:
Doğal gaz yakıldığında alev içinde ·CH3 ve -OH radikalleri geçici
yapılar olarak bulunur. Ayrıca -OH fotokimyasal tepkimeler
sonucunda, atmosferde eser miktarda oluşur. Atmosferde oluşan
çoğu tepkimelerde serbest radikaller önemli bir roloynar.
Tabloda bırakılan boşlukları 20 şer örnek yazınız?
Atom
Molekül
İyon
Radikal
3.1.2 Kimyasal Türler Arasındaki Etkileşimler
Bu konunun anlaşılması için daha önceden bildiğimiz, birkaç deneyi
hatırlayarak işe başlayalım.
Deney-1
Gerekli malzemeler: K metali, eritme kabı, ısıtıcı, Cl2
gazı bulunan kap.
Deneyin yapılışı:
a) Oda sıcaklığında bir miktar potasyum metali
alınıyor.
b) Alınan potasyum metali uygun bir kapta erime
noktasına kadar ısıtılıyor.
c) Eritilen potasyum metali klor gazı bulunduran kabın
içine boşaltılıyor.
ç) Beyaz renkli KCl kristalleri elde ediliyor.
Sonuç: Metal ametal arasında iyonik baü oluşmuştur.
Deney-2
Gerekli malzemeler: Deney tüpleri, Pb+2 I- iyonlarının çözeltileriler.
Deneyin yapılışı:
a) iki ayrı deney tüpünde Pb+2 ve I- içeren çözeltiler hazırlanıyor.
b) Pb+2 içeren çözelti ile I- içeren çözeltiler karıştırılıyor.
c) Sarı renkli PbI2 katısı elde ediliyor.
Sonuç:
Farklı yüklü iyonlar birbirlerini çekerek, etkileşirler.
Deney-3
Gerekli malzemeler: Uzun cam boru, bir miktar pamuk, NH3 ve HCl çözeltileri.
Deneyin yapılışı:
a) Bir parça pamuğa birkaç damla NH3 alınıyor.
b) Başka bir parça pamuğa da birkaç damla HCl alınıyor.
c) NH3 ve HCl damlatılmış pamuklar cam borunun uçlarına aynı
anda kapatılıyor. Cam boruda NH4CI'ün beyaz bir halka oluşturduğu görülüyor.
Sonuç:
Asitle bazlarla tepkimeye girerek tuzları oluştururlar.
Deney-4
Gerekli malzemeler: iki deney tüpü, saf su, HCl çözeltisi, Zn parçaları.
Deneyin yapılışı:
a) iki deney tüpünden birine bir miktar saf su, diğerine HCl çözeltisi konuyor.
b) Her iki deney tüpüne de aynı anda bir parça Zn metali atılıyor.
c) Saf su bulunan deney tüpünde Zn metalinde herhangi bir değişiklik olmadığı gözlenirken HCl
çözeltisi bulunan tüpte ise Zn metalinin HCl çözeltisi ile etkileştiği gözleniyor.
Sonuç:
Aktif metaller HCl ile tepkimeye girerek H2 gazı açığa çıkartırlar.
3.1.3 Kimyasal Bağların Oluşum Mekanizması
r
f
+
r
+
itm e
f
f
-
itm e
f
- f
f
çekm e
+
F= k
q1.q2
r2
Elektrostatik Çekim: Sadece 2 cins elektrik yükü vardır. Bunlar, + ve –
elektrik yükleridir. Bu elektrik yüklerine durgun elektrik ya da elektro statik
denir. Aynı cins elektrik yükleri bir birlerini iterken, farklı cins elektrik yükleri
bir birlerini çekerler. Bu itme ve çekme kuvvetine elektro statik kuvvet denir.
Zıt cins yüklü cisimler birbirlerini çekerler. Bu durumda da cisimler
birbirlerine zıt yönde kuvvet uygularlar. Fakat bu kuvvetler çekme
yönündedirler. Yüksüz cisimler ise birbirlerine kuvvet uygulayamadıkları için,
ne iter, ne de çekerler.
Cisimlerin yükleri “q1” ve “q2” aralarındaki uzaklık “r” ise, birbirlerine
uyguladıkları itme ya da çekme kuvveti, bağıntısından bulunur.
3.1.3 Kimyasal Bağların Oluşum Mekanizması
3.1.3 Kimyasal Bağların Oluşum Mekanizması
Birbirinden çok uzakta bulunan iki bağımsız kimyasal tür, birbirine
yaklaştığında türlerin elektron bulutları ve çekirdekleri arasında çeşitli
elektrostatik etkileşimler meydana gelir.
Birbirine yaklaşan iki bağımsız kimyasal
türün elektron bulutları ve çekirdekleri
arasında meydana gelen elektrostatik
çekme ve itme kuvvetleri şekilde
gösterilmiştir.
1. Negatif yüklü elektronlar birbirini iter.
2. Pozitif yüklü çekirdekler birbirini iter.
3. Pozitif yüklü çekirdekler komşu kimyasal türün elektronlarını çeker.
Güçlü ve Zayıf Etkileşimler
Aynı anda gerçekleşen
etkileşimler karşılaştırıldığında
çekme kuvvetlerinin aşırı
baskın olduğu durumlarda
güçlü etkileşimler oluşur.
Güçlü etkileşimlere kimyasal
bağ da denir.(Metalik bağ
hakkında kesin bir birliktelik
yoktur.)
Çekme-itme kuvvetleri farkının
küçük olduğu durumlarda ise
zayıf etkileşimler meydana
gelir.
Zayıf
etkileşimlere
fiziksel bağ da denir.
Güçlü Etkileşimler
1. iyonik Bağlar
2. Kovalent Bağlar
3. Metalik Bağlar
Zayıf Etkileşimler
1. Van der Waals bağları
a. Dipol-dipol bağları
b. İyon-dipol bağları
c. İndüklenmiş dipol bağlar
i. lyon-indüklenmiş dipol bağları
ii. Dipol-indüklenmiş dipol bağları
iii.lndüklenmiş dipol-indüklenmiş
dipol bağları
2. Hidrojen bağları
3.1.4 Güçlü ve Zayıf Bağların Oluşması ve Kopması
Kimyasal türler arasında meydana gelen zayıf etkileşimlerin nedeni
türlerin kararlı olabilmek için daha düşük enerjili durumu tercih etmesidir.
Örneğin; H atomu tek elektrona sahip olduğu için kararsızdır. Kararsız
durumda kalabilmesi için yüksek enerji gerekir. Başka bir H atomu ile
kimyasal bağ yaparak hem kararlı hem de düşük enerjili hale gelir.
Düşük enerjili hale geçerken bulunduğu ortama enerji verir.
H2 molekülündeki 1 mol H-H bağını kırarak H atomiarını elde etmek
istersek bu defa ortama 436 kJ enerji vermemiz gerekir.
Bağ enerjisi: Kimyasal bağ oluşurken açığa çıkan enerji, bu bağları kırmak için
moleküle verilmesi gereken enerjiye eşittir. Bu enerjiye bağ enerjisi denir.
Bağ enerjisi ne kadar büyükse oluşan bileşik o kadar sağlamdır. Moleküllerde
iki atom arasındaki bağ sayısı arttıkça bağ uzunlukları azalır ve bağ enerjileri
artar. Bağın iyon karakteri arttıkça, iyonlar arasındaki çekme kuvvetleri
artacağından bağı koparmak daha çok enerji ister. İki atomlu moleküllerde 1
mol XY’nin ayrışması için gereken enerjiye molar bağ enerjisi denir.
H (g) + H (g) → H2 (g) + 436 kJ/mol
Bu tepkimeye göre, 1 mol H2 (g) molekülü atomlarından oluşurken (436
kJ) enerji açığa çıkar.
Aynı koşullarda 1 mol H–H bağını kırmak için aynı miktar enerji gerekir:
H2 (g) + 432 kJ/mol → H (g) + H (g)
İki atomlu bir gaz molekülünü gaz halde nötral atomlara ayırmak için
verilmesi gereken enerjiye bağ enerjisi denir. Bağ enerjisi kırılan 1 mol
bağ başına kJ (kilojoule) cinsinden verilir.
Fiziksel değişmelerde de madde düşük enerjili durumu tercih eder. Bu
nedenle katının erimesi, sıvının buharlaşması enerji isteyen
değişmelerdir.
Ancak madde gazdan sıvıya, sıvıdan katıya geçerken düşük enerjili
hale geldiği için ortama enerji verir.
Bağ Enerjilerinin Hesaplanması
H – H (g) + F – F (g) → 2 (H – F) (g) tepkimesinde;
Kırılan bağlar: H – H ve F – F bağlarıdır. Bağları kırmak için enerji veririz.
Oluşan bağlar: iki H – F bağıdır. Bağ oluşunca enerji alırız.
Verilen ve alınan enerjilerin farkı tepkimenin bağ entalpisini (enerji
blançosunu) gösterir.
Bağları kırmak için: 432+ 155 = 587 kJ/mol gerekir;
Oluşan bağlar: İki H – F bağı oluşurken 2 x 565 = 1130 kJ/mol açığa
çıkar(ekzotermik).
Net Enerji: 1130 – 585 = 545 kJ/mol'dür.
H2 (g) + F2 (g) → 2HF (g) + 545 kJ/mol (∆ H = -131 Kkal/mol)
Kimyasal Türleri Birbirinden ayrılması
Kimyasal türleri birbirinden ayırmak için yaklaşık olarak 40-50 kJ mol-1
veya daha yüksek enerji gerekiyorsa bu türler arasında kimyasal bağ
oluştuğu kabul edilir. Zayıf etkileşimleri yenmek için ise 40 kJ mol-1den
daha az enerji gerekir.
Kuvvetli etkileşimler
Zayıf etkileşimler
Kimyasal bağlar oluştuğunda veya koptuğunda yeni kimyasal türler
meydana geldiği için maddenin kimliği değişir. Fiziksel
bağlar oluştuğunda veya koptuğunda ise maddenin fiziksel halinde
değişiklik olur ancak kimliğinde değişiklik olmaz.
Etkinlik: Aşağıda verilen değişimlerden hangileri güçlü etkileşimler,
hangilerinin zayıf etkileşimler sonucu oluştuğunu tartışınız?
Etkinlik: Aşağıda verilen değişimlerden hangileri güçlü etkileşimler,
hangilerinin zayıf etkileşimler sonucu oluştuğunu tartışınız?
Download

Kimyasal Türler arası Etkileşimler