Molekül Geometrisi

Ortadaki noktaya bakarak öne ve geriye doğru hareket ettiğinizde çemberlerin hareket ettiğini göreceksiniz…

Gözlerimizle şeklin nasıl hareket ediyormuş gibi göründüğünü gördük. Çevremizdeki her nesnenin şeklini gözlerimiz yardımıyla algılarız. Gözlerimiz şekilleri bize gösterir fakat gözlerimizle algılayamadığımız moleküllerin şekillerini belirleyen nedir?

LEWİS NOKTA GÖSTERİMİ VSEPR MOLEKÜLER ORBİTALLER

LEWİS NOKTA GÖSTERİMİ

Tek Atomun Lewis yapısı Elementin sembolü yazılır. Element sembolü çevresine değerlik elektronları eklenir. Eğer değerlik elektronları orbital içinde eşleşmişse beraber, eşleşmemişse yalnız gösterilir.

Periyot ve Grup numaralarına göre bazı elementlerin Lewis gösterimleri

Çok atomlu bileşiklerde Lewis yapıları 1. Molekülün toplam değerlik elektron sayısı tespit edilir. 2. Molekülün tek bağlı iskelet yapısı yazılır. Genellikle, molekülde en elektropozitif atom, merkez atomudur. 3. Geri kalan değerlik elektronlar atomların etrafına yalın çift olarak yerleştirilir. a) Toplam değerlik elektronları eksik ise, tek bağ yerine ikili veya üçlü bağlar oluşturulur. b) Toplam değerlik elektronları fazla ise, merkez atom çevresine yerleştirilir.

Oktet Kuralı Kovalent bir bileşiği oluşturan atomlar, değerlik kabuğunda sekiz elektron bulununcaya kadar elektronlarını ortaklaşa kullanırlar. NOT : Hidrojen atomu için dublet kuralı geçerlidir.

Oktet Kuralından sapmalar Merkez atom (IIA, IIIA) üzerinde 8 elektrondan az Oktet boşluğu olan elementler BF3 , BeCl2 Merkez atom ( Periyot 3 -7) üzerinde 8 elektrondan fazla Genişlemiş kabuklar (Hipervalent bileşikler) ClF3, PCl5, SF6, ICl3, SiF6 Radikalik bileşikler Toplam değerlik elektronu tek olan bileşikler NO, NO2 , CH3, ClO2

Bor Triflorür (Boron Trifluoride) • V : 3 + 3 x 7 = 24 Merkez atom çevresinde 6 elektron bulunur F B • • F +1 • Olur mu ? F B -1 F

P S Hipervalent Bileşikler 3d orbitalleri kullanılır PCl5 = 5A GRUBU SF6 = 6A GRUBU

Merkez atom çevresinde 10 elektron var ÖRNEK : ClF3 bileşiğinin Lewis gösterimini yazınız. V : 7 + 3 x 7 = 28 Merkez atom çevresinde 10 elektron var

ÖRNEK : SiF62- anyonunun Lewis gösterimini yazınız. .. 2- : F : .. .. : F F : Si .. .. : F F : : F : ..

Karbon Dioksit, CO2 O C O C O C O V : 4 + 2 x 6 = 16 e− 12 elektron geri kalır. Geri kalan elektronlar dış atomlar üzerine konur. O C C atomu oktetini sağlamaz. C ve O atomları arasına çift bağlar konarak, C atomunun okteti sağlanır. O C O C O

Molekülün Lewis gösterimi doğru mudur? - NO3- Molekülün Lewis gösterimi doğru mudur? Doğru değildir! : : O .. : O N : O :

Rezonans NO3- , SO2, N2O, CO3-2 … gibi moleküllerin Lewis yapıları TEK değildir. İşte bir tanesi İşte bir tane daha ve bir tane daha N O - N O - N O -

- Deney sonuçları yapıdaki 3 bağında aynı olduğunu göstermiştir. O N Tüm bağ uzunlukları 128 pm O N Tüm bağ açıları 120 0 Yapıların hiçbiri birbirinden farklı değildir. N O - Çift Bağ Tek Bağ

Rezonans N O O N N O Yapıda çift bağdaki elektronlar delokalize olmuştur. Bu yapılara Rezonans Hibrid yapıları denir. Yapı ne sağdaki, ne soldaki, ne de ortadakidir. Ayrıca hem sağdaki, hem soldaki, hem de ortadakidir.

O3 molekülünün rezonans hibrit yapıları Rezonans yapısı Rezonans yapısı kaplan aslan Askaplan

VSEPR

Atomların birbirlerine göre konumları ne olabilir? H2O ---- doğrusal mıdır? Açısal mıdır? Jason, suyun molekül şeklini tahtaya çizmeni kastetmiştim! Yemin ederim, okul, hiçte eğlenceli değil 

Değerlik elektron çifti itme teorisi (Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory - VSEPR) Lewis yapıları bir moleküldeki atomların arasındaki bağ türlerini ve sayısını gösterebilmektedir. Atomlar düzlem üzerinde benzer şekilde gösterilmektedir. Molekülün şekli gösterilememektir.

VSEPR Molekülün şekli bağ açıları ve bağ uzunlukları ile belirlenir. Bağ uzunluğu: İki atom arasında oluşan bağdaki atomların birbirine göre uzaklıklarıdır. İki atom arasındaki bağ sayısı arttıkça bağ uzunluğu kısalır. Bağ açısı: İki kimyasal bağ arasındaki uzaklığın derece cinsinden değeridir.

VSEPR Kuralları Molekülün Lewis nokta yapısı yazılır. Lewis yapısına bakılarak merkez atomu çevresindeki yalın çift (lp) ve bağ çifti (bp) sayıları bulunur. Elektron çiftleri,itmeler minimum olacak şekilde merkez atomu çevresine yerleştirilerek molekül düzeni belirlenir. Elektron çiftleri arasındaki itme şu sırayı izler; lp – lp >> lp - bp > bp - bp üçlü bağ > ikili bağ > tekli bağ 5. Merkez atom ile dış atomlar arasındaki elektronegatiflik farkı büyük olan moleküller, daha küçük bağ açısına sahiptir. Elektronegatif sübstitüentler daha az hacim kaplar.

Bir çok molekül bir merkez atom ve bu atoma bağlı atomlar içermektedir. O halde molekülleri ABn şeklinde gösterebiliriz. Bu yapıya göre; Merkez atom = A ile Bağlı atomlar ise = B ile ifade edilmektedir. n bağlı atom sayısına göre değişir.

VSEPR Teorisi Merkez atom çevresindeki iki bölgede elektron yoğunluğu Doğrusal AB2

.. doğrusal 180o BeCl2 değerlik e- = 2 + (2 x 7) = 16e- 8e-’ dan az Cl iki değerlik elektronu Doğrusal molekül

VSEPR Teorisi 2. Merkez atom çevresindeki üç bölgede elektron yoğunluğu Üçgen düzlem AB3

VSEPR Teorisi 3. Merkez atom çevresindeki dört bölgede elektron yoğunluğu Tetrahedral AB4

AYNI molekülün uzaydaki farklı konumları

VSEPR Teorisi 4. Merkez atom çevresindeki beş bölgede elektron yoğunluğu Üçgen bipiramit AB5

VSEPR Teorisi 5. Merkez atom çevresindeki altı bölgede elektron yoğunluğu Oktahedral AB6

Molekül geometrileri ve Bağ açıları

H2O iki bağlı atom içeren bir moleküldür, öyleyse molekül şekli doğrusal mıdır? NH3 üç bağlı atom içeren bir moleküldür, öyleyse molekül şekli üçgen düzlemsel midir?

Ortaklanmamış elektron çifti içeren VSEPR Teorisi Ortaklanmamış elektron çifti içeren moleküler yapılar AB2 Doğrusal AB2E2 Açısal

Ortaklanmamış elektron çifti içeren VSEPR Teorisi Ortaklanmamış elektron çifti içeren moleküler yapılar AB3 Üçgen düzlem AB2E Açısal

.. : .. : .. : Üçgen düzlem 120o SO2 değerlik e- = 6+ (2 x 6) = 18e- S S üzerindeki üç değerlik elektronu İki bağ yapmış e- çifti Bir bağ yapmamış e- çifti Moleküler geometri üçgensel Molekül şekli açısal < 120o

Ortaklanmamış elektron çifti içeren VSEPR Teorisi Ortaklanmamış elektron çifti içeren moleküler yapılar AB3E Üçgen piramit AB4 Tetrahedral

Lewis yapısı Moleküler geometri (üçgen piramit) Elektronik geometri (tetrahedral) Moleküler geometri (üçgen piramit)

Ortaklanmamış elektron çifti içeren VSEPR Teorisi Ortaklanmamış elektron çifti içeren moleküler yapılar AB5 Üçgen bipiramit AB4E Bozulmuş tetrahedral AB3E2 T-şekli AB2E3 Doğrusal

: .. bipiramidal 120o ve 1800 ICl2- değerlik e- = 7+ (2 x 7) + e- I üzerindeki değerlik elektronu beş İki bağ yapmış e- çifti Üç bağ yapmamış e- çifti Moleküler geometri bipiramidal Molekül şekli doğrusal

I3- En kararlı Konformasyon izomerleri 90o etkileşimler: 2 lp/lp Aksiyal pozisyon Ekvatoryal pozisyon I3- Konformasyon izomerleri 90o etkileşimler: 2 lp/lp 4 lp/bp 2 lp/lp 3 lp/bp 1 bp/bp 0 lp/lp 6 bp/lp En kararlı

Ortaklanmamış elektron çifti içeren VSEPR Teorisi Ortaklanmamış elektron çifti içeren moleküler yapılar AB6 Oktahedral AB5E Kare piramit AB4E2 Kare düzlem

: .. oktahedral 90o BrF5 değerlik e- = 7+ (5 x 7) = 42e- Br F Br üzerindeki altı değerlik elektronu Beş bağ yapmış e- çifti Bir bağ yapmamış e- çifti Molekül geometrisi oktahedral Molekül şekli Kare piramit

e- Gruplarının düzenlenmesi Moleküler yapı Bağlı grup sayısı Bağ açısı e- Gruplarının düzenlenmesi Moleküler yapı Bağlı grup sayısı Bağ açısı

SS molekül Molekül şekli örnek ideal açılar AX2 doğrusal Linear BeF2 180° AX3 üçgen düzlem trigonal planar BF3 120° AX2E açısal SnCl2 4 AX4 dörtyüzlü tetrahedral CH4 109.5 AX3E üçgen prima NH3 AX2E2 açısal H2O AX5 üçgençift piramit trigonal planar PCl5 90/120 AX4E tahtaveralli /bozulmuş dörtyüzlü SF4 AX3E2 T-şekli ClF3 AX2E3 doğrusal I3−

SS molekül Molekül şekli örnek ideal açılar AX6 sekizyüzlü octahedral SF6 90 AX5E karepiramit BrF5 AX4E2 karedüzlem XeF4 AX7 beşgençift piramit pentagonal b. IF7 72/90 AX8 kare antiprima square antiprism TaF8 70.5/99.6 /109.5

Bağ yapmayan elektronların bağ açılarına olan etkisi Aşağıdaki moleküllerde H atomları arasındaki bağ üç molekülde de birbirinden farklıdır: Bağlı atomlar iki atomun çekirdeği tarafından etkilendiği için yalnız elektron çiftleri gibi özgür değildirler. Fakat bağ yapmayan elektron çiftleri bu atomlara etki ederek atomlar arsındaki bağ açısını düşürür. Bağ yapmamış elektron çifti sayısı arttıkça açı küçülür.

Bağ yapmayan çoklu bağların bağ açılarına olan etkisi Çoklu bağlar molekül yapısındaki tekli bağlara göre bağ açıları üzerinde daha çok etkiye sahiptirler.

Hibrit orbitaller (Melez Orbitaller) Be F : 1s2 2s2 2p5 1s2 2s2 Berilyum atomunda bir örtüşme sağlamak için eşleşmemiş elektron bulunması gerekir. Bu 2s orbitallerinden birinin orbitali yükseltilerek başarılabilir. 1s2 2s1 2p1 2s1 ve 2p1 orbitalleri hibritleşir. 1s2 2sp 2p

Hibrit orbitaller (sp, BeF2) Be atomunun elektronik konfigürasyonu 1s 2s 2p Be atomunun bir elektronu p orbitallerine yükseltilir sp Hibrit orbitalleri Enerji 1s sp 2p BeF2 orbital diyagramında Be atomu px py pz n = 1 n = 2 s iki sp hibrit orbitalleri s orbitali p orbitali hibritleşme F Be sp hibrit orbitallerinin Beraber gösterimi

Hibrit orbitaller (sp, BeF2) sp hibrid orbtallerinin lobları Be Florun 2p orbitalleri

Hibrit orbitaller (sp2, BF3) Bor atomunda bir örtüşme sağlayabilmek için 3 bağ yapmamış elektrona İhtiyaç vardır.bu 2s orbitalleri elektronlarından birinin orbitalinin yükseltilmesi ile sağlanır. 1s2 2s1 2p1 2s1 ve 2p1 orbitalleri hibritleştirilmiştir. 1s2 2sp2 2p

Hibrit orbitaller (sp2, BF3) 1s2 2s 2 2p1

Hibrit orbitaller (sp2, BF3) Be atomunun elektronik konfigürasyonu 2s 2p 2s 2p B atomunun bir elektronu p orbitallerine yükseltilir sp2 Hibrit orbitalleri sp2 2p Enerji px py pz BF3 orbital diyagramında B atomunun elektronik konfigürasyonu s p orbitalleri F B üç sps hibrit orbitali sp2 hibrit orbitallerinin birlikte gösterimi hibritleşme s orbitali

Hibrit orbitaller (sp2, BF3) Üç sp2 orbitali oluşturmak üzere birleşir Birleştirilirse

Hibrit orbitaller (sp3, CH4) 109. 5° Metan (CH4) 1s2 2s2 2p1 s orbitallerindeki 1 e- p orbitallerine yükseltilir 1s2 2s1 2p3 hibritleştirilir 1s2 sp3

Hibrit orbitaller (sp3, CH4) Karbon 1s22s22p2 Karbon atomu eğer hibritleştirilmezse yalnızca iki bağ yapabilir. Halbuki karbon atomu 4 bağ yapabilme kapasitesine sahiptir. B A sp3 Hibrit orbitaller Enerji px py pz sp3 s CH4 orbital diyagramında C atomunun Elektronik konfigürasyonu Brown, LeMay, Bursten, Chemistry The Central Science, 2000, page 321

Hibrit orbitaller (sp3, CH4) Dört sp3 orbitali oluşturmak üzere birleşir Birleştirilirse

Hibrit orbitaller (sp3d, PF5) p orbitallerindeki 1 e- d orbitallerine yükseltilir Fosfor penta florür (PF5) 3s2 3p3 3d 3. ve daha sonraki periyot elementleri kendi d orbitallerini kullanırlar. hibritleştirilir 3sp3d 3d

Hibrit orbitaller (sp3d, PF5) 3s 3p 3d 3s 3p 3d hibritleştirilmemiş P atomu P = [Ne]3s23p3 Boş d orbitalleri hibritleştirilir A Be Ba F P Beş sp3d orbitalleri 3d dejenere orbitaller (hepsi EŞİT) Üçgensel bipiramit

Hibrit orbitallerin oluşturduğu geometrik yapılar

Hibrit orbitallerin oluşturduğu geometrik yapılar

Hibrit orbitalleri ve çoklu bağlar: , bağlarının oluşumu Etilenin moleküler geometrisini dikkate alalım: 1s2 2s2 2p2 s orbitallerindeki 1e- p orbitallerine yükseltilir 1s2 2s1 2p3 Hibritleştirilir 1s2 sp2 2p Bağ açıları üçgen düzlem konumda yerleşmiştir. Bu da hibritleşmemiş 2p orbitellerinin bir sp2 konfigürasyonunu ifade eder.

Hibrit orbitalleri ve çoklu bağlar: , bağlarının oluşumu Orbital konumları bağı p orbitallerinin örtüşmesiyle oluşan  bağı

Hibrit orbitalleri ve çoklu bağlar: , bağlarının oluşumu Asetilenin molekül geometrisini dikkate alalım: 1s2 2s2 2p2 s orbitallerindeki 1e- p orbitallerine yükseltilir 1s2 2s1 2p3 Hibritleştir 1s2 sp 2p2 Bağ açılarına bakılarak molekül şeklinin doğrusal olduğunu görmekteyiz. Bu da eşleşmemiş 2p orbitallerinin sp konfigürasyonunu ifade eder.

Hibrit orbitalleri ve çoklu bağlar: , bağlarının oluşumu Karbon-Karbon üçlü bağı Uzaysal gösterimi

Hibritleşme ve Molekül geometrisi Elektron Atomik Merkez atomun Hibrit düzenlenmesi orbital sayısı hibrit türü orbitalleri sayısı Doğrusal Üçgen düzlemsel Tetrahedral Üçgen bipiramit Oktahedral

Moleküler Orbital Teori O2 molekülünün Lewis yapısındaki problem? O2 paramanyetik bir moleküldür.

Moleküler Orbitaller

Moleküler Orbital Teori Lewis teoremi kimyasal bağlanmayı açıklamaktadır, fakat bağ yapısı ve molekül şekli konusunda bilgi verememektedir. VSEPR teoremi ise molekül şekli ve moleküldeki elektron çiftlerinin etkisini açıklamaktadır.

Atomik orbitaller Molekül

Moleküler Orbital Teori Bir molekülün elektronik yapısı, moleküler orbitallere elektronların aufbau sırasına göre yerleştirilmesiyle türetilir. Atomik orbitaller s, p, d, f gibi harflerle gösterilmesine karşın, moleküler orbitaller sigma(σ) ve pi(π) gibi yunan harfleriyle gösterilebilir.

-bağı: her bir atomdaki iki s orbitalinin örtüşmesi sonucu oluşur. -bağları -bağlarından daha zayıf gözüküyor! -bağları -bağları Formaldehit (H2CO) -bağı: her bir atomdaki iki p orbitalinin örtüşmesi sonucu oluşur.

Hidrojen Bağı Oluşumu Potansiyel Enerji Diyagramı – itme ve çekme kuvvetleri Enerji (KJ/mol) Dengelenmiş itme ve çekme kuvvetleri etkileşim yok Çekimin artışı İtme artışı - 436 0.74 A H – H uzaklığı (çekirdekler arası uzaklık) Brown, LeMay, Bursten, Chemistry The Central Science, 2000, page 318

H2 molekülünde Sigma moleküler orbitalinin oluşumu Moleküler Orbitaller H2 molekülünde Sigma moleküler orbitalinin oluşumu Bağ yapmayan orbitaller Bağ yapan orbitaller H atomik orbitalleri H2 moleküler orbitalleri

Moleküler Orbitaller: Orbital diyagramı σ– bağ orbitalinin enerjisi türemiş olduğu her iki atomik orbitalin enerjisinden daha düşük olduğu halde σ*- antibağ orbitalinin enerjisi daha yüksektir.

Bağ sayısı Bağ sayısı = ½ ( bağ yapmış elektron sayısı -  bağ yapmamış elektron sayısı) Bir bağ, bağ sayısı=1 tekli bağı İki bağ, bağ sayısı=2 çifte bağı Üç bağ, bağ sayısı=3 üçlü bağı Bağ sayısı=0, bağ oluşmadığını ifade eder. MO teorisi aynı zamanda kesirli rakamlarda bağların mümkün olduğunu da ifade eder, bağ sayısı= 1/2 , 3/2 , yada 5/2 gibi.

Moleküler Orbitaller: Orbital diyagramı H2 molekülü için bağ sayısı= 1 He2 molekülü için bağ sayısı= 0 H2 molekülü mevcuttur He2 molekülü mevcut değildir

Moleküler Orbitaller: Orbital diyagramı s*2s Li = 1s22s1 2s1 2s1 Enerji s2s s*1s 1s2 1s2 Li Li s1s Li2 Brown, LeMay, Bursten, Chemistry The Central Science, 2000, page 334

2.Periyot elementleri için Moleküler Orbital diyagramı s*2p p*2p 2p 2p p2p s2p s*2s 2s 2s s2s Brown, LeMay, Bursten, Chemistry The Central Science, 2000, page 337

Bu moleküller için iki aufbau sırası vardır: 2. Periyot elementlerinin aynı çekirdekli iki atomundan oluşmuş (homonükleer) molekülleri Bu moleküller için iki aufbau sırası vardır: 1. Li2 den N2 ye kadar olan moleküller 2. O2 ve F2 molekülleri

π 2p moleküler orbital enerjileri 2s – 2p orbitalleri arası etkileşimin artışı π 2p moleküler orbital enerjileri s2p s*2s s2s O2, F2, Ne2 B2, C2, N2 Brown, LeMay, Bursten, Chemistry The Central Science, 2000, page 338

Güçlü 2s – 2p etkileşimi Zayıf 2s – 2p etkileşimi B2 C2 N2 O2 F2 Ne2 p*2p p*2p s2p p2p p2p s2p s*2s s*2s s2s s2s 1 2 3 2 1 0 Bağ sayısı Bağ entalpisi (kJ/mol) Bağ uzunluğu (angstrom) Manyetik davranış 290 620 941 495 155 ----- 1.59 1.31 1.10 1.21 1.43 ----- Paramanyetik Diamanyetik Diamanyetik Paramanyetik Diamanyetik _____ Brown, LeMay, Bursten, Chemistry The Central Science, 2000, page 339

Manyetik özellikler PARAMANYETİZM – Bir veya birden çok eşleşmemiş elektron içeren moleküller manyetik bir alan tarafından oldukça güçlü çekilir. DiAMANYETİZM – Hiç eşleşmemiş elektron içermeyen moleküllerin manyetik alan tarafından çekimi oldukça zayıftır.

Bir örneğin manyetik özelliklerini inceleme deneyi Paramanyetizm diamanyetizmden daha kuvvetli bir etki yaratır. N S N S örnek N S Örnek manyetik bir alan etkisinde değil. Manyetik bir alan uygulanırsa, Diamanyetik bir molekül alan dışına doğru hareket ederek zayıf bir kütle çekimi oluşturur. Paramanyetik bir örnek ise alan içine doğru çekilerek kuvvetli bir kütle etkisi yaratır. Brown, LeMay, Bursten, Chemistry The Central Science, 2000, page 339