Bağları kutuplu bir molekül kutupsuz olabilir mi?
CO₂’de karbon ile oksijen arasındaki bağ polar: oksijen elektronları kendine çekiyor. Ama CO₂ molekülünün kendisi apolar. Nasıl? Çünkü molekül simetrik ve iki tarafın çekişi birbirini götürüyor. Bu ünite bağ polarlığı ile molekül polarlığı arasındaki farkı, dipol moment ölçütünü ve bir molekülün polar mı apolar mı olduğuna nasıl karar verileceğini anlatıyor.
İlk uçurtmanın Çin’de kullanıldığı ve buradan Güneydoğu Asya ile Pasifik’teki adalara yayıldığı biliniyor. Uzak Doğu’da uçurtmalar ejderhaları, hayvanları, kahramanları temsil eder. Avrupa uçurtmalarla 13. yüzyılda Marco Polo ve adamları sayesinde tanışır. 18. yüzyılda fizikçi ve meteorologlar bilimsel çalışmalarında uçurtma kullanır; hava fotoğrafçılığında da balonların yanı sıra uçurtmalar kullanılmıştır.
Askeriyede görüş alanını genişletmek, gözlem yapmak ve torpidoların hedefine varıp varmadığını kontrol etmek için kullanılmışlardır. Günümüzde küresel ısınma ve iklim değişikliği çalışmalarında uçurtmalar yardımıyla nem oranı ve sıcaklık değişimlerinin uzun süreli ölçümleri düşük maliyetle yapılabilmektedir.
Buradan çıkan iki soru bu ünitenin tamamını özetliyor: “Uçurtmalar farklı yapıda olmasına rağmen simetriktir. Bu durumun nedeni nedir?” ve “Moleküllerin uçurtmalardaki gibi simetrik olup olmaması moleküle hangi özellikleri kazandırabilir?”
Bir uçurtma simetrik değilse bir tarafına daha çok kuvvet biner ve döner. Simetrikse iki taraftaki kuvvetler birbirini götürür ve uçurtma dengede kalır.
Molekülde de aynısı olur. Bağ polarlıkları birer kuvvet oku gibidir: molekül simetrikse oklar birbirini götürür, molekülün net kutbu kalmaz. Simetri bozuksa oklar birbirini götüremez ve molekülün bir ucu kalıcı olarak negatif, öteki ucu pozitif olur.
Bu benzetme ders kitabında yok, ama sorulan iki soru tam olarak buraya çıkıyor.
“Bağ yapan ametal atomlarının elektronegatiflik farkı kovalent bağın polarlığını belirlemede kullanılır.”
Dikkat: cümle bağın polarlığından söz ediyor, molekülün değil. Aynı sayfada bir de soru var: “Apolar kovalent bağ içeren polar yapılı molekül olabilir mi?” — bu ünitenin en zor sorusu bu.
| Ölçüt | Bağ polarlığı | Molekül polarlığı |
|---|---|---|
| Sorulan soru | İki atom arasındaki elektronlar kaymış mı? | Molekülün bütününde kalıcı bir kutup oluşmuş mu? |
| Bakılan şey | İki atomun elektronegatiflik farkı | Molekülün dipol momenti |
| Ölçek | Tek bağ | Bütün molekül |
| CO₂ için cevap | Polar (C 2,55 · O 3,44) | Apolar (dipol momenti sıfır) |
| H₂O için cevap | Polar (H 2,20 · O 3,44) | Polar |
| N₂ için cevap | Apolar (fark sıfır) | Apolar |
Tablonun dördüncü satırı bu sorunun cevabı: bağı polar olan bir molekül apolar olabilir. Tersi de mümkündür ama bu ünitenin örnekleri arasında yok.
Her bağ polarlığı bir ok: elektronların kaydığı yöne bakar, uzunluğu elektronegatiflik farkıyla orantılı. Bir molekül seç: bağ okları çizilir ve altta toplamlarının sıfır olup olmadığı gösterilir. Sıfırsa molekül apolar, sıfırdan farklıysa polar.
“Dipol moment, molekülün kutupsallığının ölçüsüdür. Merkez atomu üzerinde elektron çifti bulunan moleküllerde yük dağılımı dengede değildir ve molekülün dipol momenti sıfırdan farklıdır. Merkez atomu üzerinde elektron çifti bulunmayan moleküllerde yük dağılımı dengededir ve molekülün dipol momenti sıfırdır.”
“Dipol momenti sıfır olan moleküller apolar, dipol momenti sıfırdan farklı olan moleküller ise polar olarak adlandırılır.”
Ölçüt “merkez atomunda ortaklanmamış elektron çifti var mı” diye soruyor ve bütün örneklerde doğru çalışıyor. Ama işlemesi için bir koşul var: merkeze bağlı çevre atomların hepsi aynı olmalı.
Neden: ölçüt aslında “bağ okları birbirini götürüyor mu” sorusunun kısayolu. Çevre atomlar aynıysa oklar eşit uzunlukta olur ve simetri onları götürür. Çevre atomlar farklıysa oklar farklı uzunlukta olur, simetri olsa bile götüremezler.
Bu koşul ders kitabında yazmıyor, eklendi. Tanımı daraltmıyor — on sekiz molekülün on sekizinde de çevre atomlar aynı, dolayısıyla ölçüt hepsinde geçerli. Koşul yalnızca ölçütün nerede durduğunu gösteriyor. Bu ünitenin sınırları içinde ölçüt yeterlidir.
Etkinlik-2.10’un sekiz molekülü ve Kontrol Noktası 2.5’in on molekülü bir arada. Bir molekül seç: Lewis yapısı çizilir, merkez atomundaki ortaklanmamış çift sayısı sayılır ve ölçüte göre dipol momenti sıfır mı karara bağlanır.
| Element | H | C | N | O | F |
|---|---|---|---|---|---|
| Elektronegatiflik | 2,20 | 2,55 | 3,04 | 3,44 | 4,00 |
Kontrol Noktası 2.5’in molekülleri için gereken iki değer bu tabloda yok ama ünite 16’daki tabloda var: P 2,19 ve S 2,58. Sayfada bu iki değer de kullanıldı; ikisi de aynı ders kitabından.
“Bir element molekülünde atomları bir arada tutan kuvvet apolar kovalent bağdır. Apolar kovalent bağ içeren moleküllerde ortak kullanılan elektronlar atomlar tarafından eşit kuvvetle çekileceğinden molekülde elektron yük dağılımı dengelidir. Kalıcı negatif ve pozitif kutuplar oluşmaz, molekülün dipol momenti sıfır olur ve molekül apolardır.”
Buradaki anahtar kelime “kalıcı”. Bu kelime boşuna seçilmemiş: ünite 16’da apolar moleküllerde de geçici kutupların oluştuğunu göreceksin. Apolar demek “hiç kutup olmaz” değil, “kalıcı kutup olmaz” demek.
Bir molekül apolar olmanın iki ayrı yolu var ve örnekler ikisini de içeriyor. Düğmelerle iki yolu karşılaştır.
İkisi de üç atomlu, ikisinde de merkez atomla oksijen arasında polar bağ var. Ama:
Merkez atom karbonun üzerinde ortaklanmamış çift yok. İki çift bağın dördü de elektron bağa girdi. İki bağ oku tam ters yönde ve eşit — birbirini götürür. Dipol momenti sıfır.
Merkez atom oksijenin üzerinde 2 ortaklanmamış çift var. Kural: bu çiftler “bağ yapan diğer elektronları iter”. İki bağ oku bu yüzden ters yönde duramaz, aynı tarafa bakar ve toplamları sıfır olmaz.
Yani ayrımı yapan şey bağ değil, merkez atomun üzerindeki ortaklanmamış çiftlerdir. Ölçüt tam olarak bunu ölçüyor.
“Bir molekülde elektron yük dağılımı dengeli değilse ve elektronlar bir atomun etrafında daha yoğun bir şekilde bulunuyorsa molekülün o tarafı kalıcı negatif kutup, diğer tarafı ise kalıcı pozitif kutup oluşturur. Bu durumda molekülün dipol momenti sıfırdan farklıdır ve molekül polardır.”
Su örneği: “su molekülünde merkez atomdaki ortaklanmamış elektron çiftleri bağ yapan diğer elektronları iter, atomların elektronegatiflik değerlerindeki farklılık nedeniyle molekülde kutuplanma meydana gelir ve molekül polar olur.”
Cümlede iki sebep yan yana duruyor: (1) ortaklanmamış çiftlerin itmesi ve (2) elektronegatiflik farkı. İkisi birlikte olmadan kutuplanma tamamlanmıyor.
Kaydırağı çek: merkez atomdaki ortaklanmamış çiftlerin itme gücü arttıkça bağların nasıl bir tarafa yığıldığını ve molekülün kalıcı kutuplarının nasıl belirdiğini gör. Sağdaki ölçek dipol momentin sıfırdan uzaklaşmasını gösterir.
Etkinlik-2.10’un ve Kontrol Noktası 2.5’in bütün molekülleri. Merkez atom, çevre atom, merkezdeki ortaklanmamış çift sayısı, bağ polarlığı ve molekül polarlığı bir arada. Formül, atom ya da “polar” aratabilirsin.
Kontrol Noktası 2.5’in on molekülünün polarlık cevaplarını ders kitabı vermiyor, öğrenciden istiyor. Buradaki cevaplar aynı ölçüt uygulanarak çıkarıldı.
Bir molekül seç; ölçütü üç soruda uygulayan zincir adım adım işletilir ve her adımda o molekül için verilen cevap gösterilir.
Üçüncü adım ders kitabının kendi cümlesi; ilk ikisi onu kullanabilmek için gereken hazırlık.
Kontrol Noktası 2.5’in on molekülü. Satır başına tek hücre işaretle, sonra Denetleye bas.
Bir molekül, bir tanım ya da bir ölçüt veriliyor; doğru cevabı seç. Sorular ve şıklar her turda karışır.
Her molekülün polar ya da apolar olma gerekçesi farklı. Düğmelerle molekülü seç, ok doğru gerekçeye gitsin.
Salata sosunu ne kadar çalkalarsan çalkala yağ ile sirke sonunda ayrılır. Su polar, zeytinyağının uzun karbon zinciri ise büyük ölçüde apolar. Kalıcı kutuplu moleküller birbirini bulur, kutupsuz olanlar dışarıda kalır. Bunun sebebini ünite 16’da tanecikler düzeyinde göreceksin.
Mikrodalga, değişen bir elektrik alan üretir. Polar su molekülleri o alanla birlikte sürekli döner ve bu dönüş sürtünmeyle ısıya çevrilir. Tabağın kendisi (çoğunlukla apolar ya da katı örgülü) aynı ölçüde ısınmaz. Isıyı ona yemek aktarır.
Saçına sürttüğün cetveli ince bir su akıntısına yaklaştırınca akıntı bükülür. Su polar olduğu için molekülün δ+ ucu yüklü cetvele döner ve akıntı yön değiştirir. Aynı deneyi yağ akıntısıyla yapsan hiçbir şey olmaz.
CO₂’nin bağları polar ama molekülü apolar — dipol momenti sıfır. Bu yüzden suda çok fazla çözünmez; şişeyi açtığın anda kaçmaya başlaması bundan. Simetri, molekülün davranışını doğrudan belirliyor.
CH₄ apolar molekül örneklerinden. Karbonun üzerinde ortaklanmamış çift yok, dört hidrojen de aynı, oklar birbirini götürüyor. Bu yüzden metan suda neredeyse hiç çözünmez ve boru hattında gaz olarak taşınır.
NH₃ polar bir moleküldür: azotun üzerinde 1 ortaklanmamış çift var, üç bağ da aynı tarafa yığılıyor. Polar olduğu için suda çok iyi çözünür — şişedeki çözelti bu yüzden mümkün.
Açılış sorusu: uçurtmalar neden simetriktir? Çünkü simetri kuvvetleri dengeler. Molekülde de öyle: CCl₄ dört kloruyla tam simetriktir ve apolardır; NCl₃ üç kloru olmasına rağmen azotun üzerindeki çift yüzünden simetrisi bozuktur ve polardır.
H₂S, suyun kardeşi gibi: kükürdün üzerinde 2 ortaklanmamış çift, molekül polar. Burun içindeki nemli (yani polar) yüzeye kolayca tutunur; kokunun bu kadar inatçı olmasının bir sebebi de bu.
Üç adım: (1) iki atomluysa doğrudan bağa bak. (2) Bağlar apolarsa molekül de apolardır. (3) Değilse merkez atomun üzerinde ortaklanmamış çift var mı diye bak — varsa polar, yoksa apolar. On sekiz molekülün on sekizi de bu yolla çözülüyor.
45 soruluk test · dipol moment tanımı, polarlık ölçütü, apolar ve polar molekül örnekleri ve on sekiz molekülün sınıflandırması
“Dipol moment, molekülün kutupsallığının ölçüsüdür.”
Merkez atomu üzerinde elektron çifti bulunan moleküllerde yük dağılımı dengede
değildir → dipol momenti sıfırdan farklıdır.
Bulunmayan moleküllerde yük dağılımı dengededir → dipol momenti sıfırdır.
Dipol momenti sıfır → apolar · sıfırdan farklı → polar.
Bağ polarlığı: iki atomun elektronegatiflik farkına bakılır. Kenar not:
“Bağ yapan ametal atomlarının elektronegatiflik farkı kovalent bağın polarlığını
belirlemede kullanılır.”
Molekül polarlığı: molekülün bütününde kalıcı bir kutup oluşup oluşmadığına bakılır.
Şu soru — “apolar kovalent bağ içeren polar yapılı molekül olabilir mi?” —
bu ayrımı sınıyor. CO₂ tersinin örneği: bağları polar, molekülü apolar.
Element molekülünde atomları bir arada tutan kuvvet apolar kovalent bağdır. Ortak
elektronlar eşit kuvvetle çekilir, yük dağılımı dengelidir, kalıcı negatif
ve pozitif kutuplar oluşmaz, dipol momenti sıfırdır.
İki yol: (a) bağlar zaten apolar (H₂, F₂, N₂, O₂), (b) bağlar polar ama simetri
onları götürüyor (CO₂, CH₄, CCl₄, CF₄, CS₂, BH₃).
Dikkat: “kalıcı” kelimesi önemli — ünite 16’da apolar moleküllerde de geçici
kutuplar oluştuğunu göreceksin.
Elektron yük dağılımı dengeli değilse ve elektronlar bir atomun etrafında daha yoğunsa
molekülün o tarafı kalıcı negatif kutup, diğer tarafı kalıcı pozitif kutup
olur.
Su örneği: merkez atomdaki ortaklanmamış elektron çiftleri bağ yapan diğer
elektronları iter; elektronegatiflik farkıyla birlikte kutuplanma oluşur.
Örnekler: HF, HCl, HBr, H₂O, H₂S, NH₃, NCl₃, PH₃, PF₃.
1. Molekül iki atomluysa doğrudan bağa bak: bağ polarsa molekül polar
(HF, HBr), bağ apolarsa molekül apolar (H₂, N₂). (eklendi)
2. Bağlar apolarsa (aynı iki atom) molekül zaten apolardır.
3. Merkez atomunun üzerinde ortaklanmamış elektron çifti var mı?
Varsa polar, yoksa apolar — ölçüt bu.
Ölçüt, çevre atomların hepsi aynıyken geçerlidir;
on sekiz örneğin on sekizinde de öyledir. (koşul eklendi)
Etkinlik-2.10’un tablosu: H 2,20 · C 2,55 · N 3,04 ·
O 3,44 · F 4,00.
Ünite 16’daki tablodan: P 2,19 · S 2,58 · Cl 3,16.
Fark ne kadar büyükse bağ o kadar polardır; ama molekülün polar olup olmadığına
yalnız bu sayılara bakarak karar verilemez.
Etkinlik-2.10 (8): H₂ · F₂ · N₂ · O₂ (apolar) · HF · CH₄ (apolar) · NH₃ · H₂O.
Kontrol Noktası 2.5 (10): CCl₄ · NCl₃ · CO₂ · BH₃ · H₂S · HBr · PH₃ · CF₄ · CS₂ ·
PF₃.
Apolar olanlar: H₂, F₂, N₂, O₂, CH₄, CCl₄, CO₂, BH₃, CF₄, CS₂.
Polar olanlar: HF, NH₃, H₂O, NCl₃, H₂S, HBr, PH₃, PF₃.
· Bağın polar olması molekülün polar olmasını gerektirmez. CO₂, CCl₄, CF₄, CS₂
hepsi buna örnek.
· Ölçüt merkez atomdaki ortaklanmamış çiftlere bakar; çevre atomlardaki
çiftler sayılmaz. CCl₄’te klorların üzerinde 12 çift vardır ama molekül apolardır.
· BH₃ oktete uymaz ama apolardır: borun üzerinde ortaklanmamış çift yok.
· Uçurtma benzetmesi: simetri kuvvetleri dengeler. Simetri bozuksa molekül polar
olur.
· Apolar molekülde kalıcı kutup yoktur; geçici kutup olabilir (ünite 16).