9. SINIF KİMYA · ÜNİTE 10 · METALİK BAĞ

“Elektrostatik, hareket etmeyen elektrik yüklerinin özelliklerini ve davranışını açıklayan fizik disiplininin alt dalıdır. Elektrostatik, statik elektrik veya durgun elektrik olarak da adlandırılır. Elektrostatiğin en ilgi çekici yönlerinden biri, iki yüklü tanecik arasındaki elektrostatik itme ve çekme etkisidir. Doğada iki tür elektrik yükü bulunmaktadır. Bu yükler; zıt işaretli olup artı (+), eksi (-) veya pozitif, negatif olarak adlandırılır.”

Konu senin bildiğin bir şeyle açılıyor: “Yün kazağınızı çıkarırken veya halının üstünde yürüdükten sonra metal bir kapı koluna dokunduğunuzda rahatsız edici bir çarpılma hissettiniz mi?” Plastik kaydıraktan kayan bir çocuğun saçlarının dikilmesi de, plastik tarağın küçük kâğıt parçalarını çekmesi de aynı sebebe dayanıyor: elektrik yükleri ve bu yüklerin birbiriyle etkileşimi.

“Atomlar, aralarında kimyasal bağlar kurarak fiziksel ve kimyasal özellikleri birbirinden farklı yeni özelliklere sahip maddeler oluşturur. Kimyasal bağlar, maddeleri oluşturan tanecikleri bir arada tutan elektrostatik kuvvetlerdir. Bu bağlar kimyasal türler arası etkileşimler olarak da isimlendirilir. Evrendeki tüm maddeler atomlardan oluşur ancak atomlar doğada çok nadiren tek olarak bulunur.”

Son cümle bütün 2. temanın gerekçesi: atomlar neredeyse hiç yalnız durmaz. Bir önceki ünitede öğrendiğin soy gazlar bu kuralın istisnasıydı — “tek atomlu hâlde bulunur” cümlesini hatırla. Geri kalan her şey bir bağın içindedir.

Kaydırakla iki atomu birbirine yaklaştır. Dört etkileşim numaralandırılmış: 1 ve 4 aynı yüklü taneciklerin itmesi, 2 ve 3 zıt yüklü taneciklerin çekmesi. Altta net potansiyel enerji eğrisi var; en düşük noktada itme ile çekme dengelenir ve orada bir bağ oluşur.

“Coulomb (Kulon) yasasına göre birbirine yaklaşan iki atomun aynı yüklü tanecikleri birbirini iterken zıt yüklü tanecikleri de birbirini çeker. Aynı anda gerçekleşen bu etkileşimlerden çekme kuvvetleri itme kuvvetlerinden çok daha büyükse iki tanecik arasında oluşan güçlü elektrostatik çekim kuvveti nedeniyle tanecikler arasında güçlü bir etkileşim oluşur. Böylece iki atom birbirine doğru çekilir ve iki atom arasında net potansiyel enerji azalarak kimyasal bir bağ oluşur.”

“Kimyasal bağ oluştuğunda bağı oluşturan taneciklerin (atomlar, iyonlar) enerjileri (bağ enerjisi) ve aralarındaki uzaklık (bağ uzunluğu), itme-çekme kuvvetlerinin dengelenmesine ve taneciklerin çekirdekleri üzerinde net kuvvet gözlenmemesine neden olur.”

Buradaki iki terimi karıştırma: bağ enerjisi bağı oluşturan taneciklerin enerjisiyle, bağ uzunluğu aralarındaki uzaklıkla ilgilidir. İkisi de rastgele değil, itme ile çekmenin dengelendiği noktada belirlenir. Atomlar ne kadar yaklaşırsa yaklaşsın belli bir mesafeden sonra duruyorlar — çünkü daha da yaklaşınca çekirdeklerin birbirini itmesi baskın gelir.

“Meşe ağacının kalın ve sert gövdesi kuvvetli bir rüzgârın etkisiyle çatlayıp kırılabilirken palmiye ağacının ince ve esnek gövdesi kırılmadan bükülebilir. Metaller de kırılmadan bükülebilmeleri bakımından palmiye ağacına benzer. Bunun nedeni metallerde metal atomlarının metalik bağ adı verilen özel bir bağ oluşturmasıdır.”

Benzetmenin işe yarar tarafı şu: bir metali çekiçle dövdüğünde parçalanmaz, şekil değiştirir. Bunun sebebini üçüncü bölümde göreceksin — metalik bağda elektronlar belirli iki atomun arasına kilitlenmemiştir, bu yüzden atomlar birbirinin üzerinden kayabilir ve bağ kopmaz.

“Metaller; ısı ve elektriği iyi ileten, parlak, dövülebilir ve şekillendirilebilir özelliklere sahiptir. Oda koşullarında genellikle katı hâlde bulunur ve yüksek yoğunluklara sahiptir. Metalik özellikler, metallerin kristal yapılarının özgünlüğünden kaynaklanır.”

Metaller ayrıca “ısı değişim ekipmanları” ve “araç gereç ve makine imalatı” alanlarında da kullanılır; yazıyor. Listenin tamamına baktığında bir örüntü görünür: her kullanım, bir fiziksel özelliğin doğrudan sonucudur — ve bu ünitenin sonunda bu özelliklerin hepsinin tek bir bağ modelinden çıktığını göreceksin.

Sol sütun sayılan özellikler; sağ sütun bu özelliklerin elektron denizi modeliyle açıklaması. Sağ sütun ders kitabında madde madde yazılmamıştır, metalik bağ tanımından çıkarılmıştır.

“Metallerin atom çapları nispeten büyük, iyonlaşma enerjileri ve elektronegatiflikleri düşüktür. Bu nedenle metal atomları valans elektronlarını zayıf bir şekilde çeker.”

“Metal atomları bir arada bulunduklarında, en yüksek enerji seviyesindeki elektronları (valans elektronları) atomdan ayrılarak komşu atomların valans orbitallerinde serbest bir şekilde hareket eder. Serbest dolaşan bu valans elektronları bir tür elektron denizi oluştururken metal atomları da pozitif yüklü iyonlara (katyonlara) dönüşür.”

“Böylece metalik örgüde, pozitif yüklü metal iyonları ile serbest dolaşan valans elektronları arasındaki elektrostatik çekim kuvveti sonucunda metalik bağ oluşur.”

İlk cümle bir önceki ünitenin doğrudan devamı: büyük atom çapı, düşük iyonlaşma enerjisi, düşük elektronegatiflik — üçünü de orada tek tek öğrendin. Şimdi üçü birlikte tek bir sonucu veriyor: metal, valans elektronunu zayıf tutar, o da bırakıp gider.

Bir metal seç. Çizimdeki büyük daireler pozitif yüklü metal katyonlarıdır ve yerlerinde sabit dururlar; küçük noktalar serbest valans elektronlarıdır ve örgünün içinde dolaşırlar. Her metalin katyon yükü ve atom başına düşen serbest elektron sayısı farklıdır — dört örnek de Etkinlik 2.3’ten.

Kontrol Noktası 2.1’de dört öğrenci konuşuyor; yalnız biri doğru:

Dördüncü öneri özellikle tuzaktır, çünkü anlattığı şey gerçek bir bağ türüdür — ama metalik bağ değildir. Bir sonraki bölümlerde göreceksin.

“Metalik bağın kuvveti, metal katyonun yükü ve serbest valans elektron sayısına bağlıdır. Metal katyonunun yükü ve serbest valans elektron sayısı arttıkça metalik bağın kuvveti de artar.”

Kural aslında 1. bölümdeki elektrostatiğin doğrudan sonucu: çekim, yüklerin büyüklüğüyle artar. Katyonun yükü +1 yerine +3 ise elektron denizini üç kat daha güçlü çeker; denizde daha çok elektron varsa çekilecek yük de daha fazladır.

Çubuklar dört örneği katyon yüküne ve atom başına serbest valans elektron sayısına göre karşılaştırır. Bir metale bas: hangi etkenin ne kadar katkı verdiğini ölçütler gösterir.

Tabloda bir örüntü daha var: katyon yükü grup numarasına eşit ve serbest valans elektron sayısı da öyle. Bunun sebebini ünite 8’de öğrenmiştin — 1A bir, 2A iki, 3A üç elektron verir. Yani metalik bağın kuvvetini, elementin periyodik tablodaki sütunundan okuyabiliyorsun.

Metalik bağın kuvveti için yalnızca iki etken sayılır: katyon yükü ve serbest valans elektron sayısı. Mg²⁺ ile Ca²⁺’de bu iki sayı da aynıdır (yük +2, elektron 2). O hâlde bu iki ölçütle iki metal ayırt edilemez.

Ders kitabının bu bölümünde üçüncü bir etkenden söz edilmiyor; sayfada da edilmedi. Bu iki ölçütün dışına çıkan bir karşılaştırma sorulursa, “bu iki ölçütle ikisi ayrılamaz” demek doğru cevaptır.

Bu tür durumlar kimyada sık görülür: bir model bazı soruları cevaplar, bazılarını cevaplamaz. Modelin nereye kadar geçerli olduğunu bilmek, modeli bilmek kadar önemlidir.

Metalik bağ hakkında bir ifade veriliyor; doğru cevabı seç. Sorular ve şıklar her turda karışır.

Her satırdaki metal özelliği, elektron denizi modelinin hangi parçasıyla açıklanır? Satır başına tek hücre işaretle, sonra Denetleye bas.