Kimyasal Türler ve Etkileşimleri Tahmini süre:12saat Mehmet Türk 2010

Konu Başlıkları 1. Kimyasal Türler 2. Kimyasal Türler Arasındaki Etkileşimler 3. Kimyasal Bağların Oluşum Mekanizması 4. Güçlü ve Zayıf Bağların Oluşması ve Kopması

Atmosferin bileşimindeki soy gazlar verilen Lewis 3.1.1 Kimyasal Türler kimyasal türler denildiğinde aklımıza; pozitif ve negatif iyonlar, nötr atomlar, moleküller ve radikaller gelmektedir. Kimaysal Tür Formülü Lewis Yapısı Atom Helyum (He) He: Neon (Ne) molekül Azot (N2) Molekül Karbondioksit (CO2) Atmosferin bileşimindeki soy gazlar verilen Lewis yapılarından da anlaşılacağı gibi en yüksek enerji düzeyinde maksimum sayıda elektron bulundurdukları için kararlıdır ve doğada atomlar halindedir.

Atmosferin bileşimindeki soy gazlar verilen Lewis 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 NO3- : Nitrat SO3= : Sülfit SO4= : Sülfat CO3= : Karbonat CrO4= : Kıromat KATYON H+ : Proton Na+ : Sodyum Mg+2 : Magnezyum Ca+2 : Kalsiyum Al+ 3 : Alüminyum

Radikaller, yüksek enerjili ve kararsız ara ürünlerdir. 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 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. Negatif yüklü elektronlar birbirini iter. 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 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)

Bağ Enerjisi 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?