Molekülleri
bir arada
tutan kuvvet
Suyun 100 °C'de kaynaması, hidrojen sülfürün ise −60 °C'de kaynaması bir tesadüf değil. Aralarındaki fark molekülleri birbirine tutturan zayıf etkileşimlerden geliyor. Bir önceki ünitede bağların içine baktık; bu ünitede moleküllerin arasına bakıyoruz.
Bağ oluşurken açığa çıkan veya bu bağı kırmak için verilmesi gereken enerjiye bağ enerjisi denir. Bir etkileşimin güçlü mü zayıf mı olduğuna karar vermenin en net yolu bu sayıya bakmaktır.
Türleri ayırmak için gerekli enerji 40 kJ/mol veya daha yüksek. İyonik bağ, kovalent bağ, metalik bağ. Türler arası çekim kuvvetleri itme kuvvetinden büyüktür.
Türleri ayırmak için gerekli enerji 40 kJ/mol'den düşük. Van der Waals kuvvetleri, hidrojen bağı. Türler arası çekim kuvvetleri itme kuvvetlerine yakındır.
Zayıf etkileşimlerin ilk büyük ailesi Van der Waals kuvvetleridir. Hangisinin oluşacağını, karşı karşıya gelen taneciklerin kutuplu olup olmaması belirler. Aşağıdaki düğmelerle beşini de tek tek incele.
Bütün moleküller arasında London kuvvetleri bulunur. Soy gazlar ve apolar moleküller arasında ise yalnızca London kuvvetleri bulunur.
London kuvvetleri, moleküller arası etkileşimlerin en zayıfıdır.
Elektron sayısı arttıkça molekülün kutuplanabilirliği ve London kuvvetleri arttığından dolayı kaynama noktası artar.
Bir molekülün pozitif yüklü hidrojeni ile diğer molekülün negatif yüklü atomu arasında moleküller arası elektrostatik çekim kuvveti ile oluşan etkileşime hidrojen bağı denir. H atomunun elektronegatifliği yüksek F, O ve N atomlarıyla oluşturduğu moleküllerde bulunur (NH₃, H₂O, HF).
CH₃OCH₃ molekülü O ve H içerdiği hâlde oksijene bağlı hidrojen içermediğinden dolayı kendi molekülleri arasında hidrojen bağı yoktur.
Yani molekülde O, N ya da F bulunması yetmez; hidrojenin doğrudan bu atomlara bağlı olması gerekir. Sorularda en sık buradan yakalanılır.
Moleküller arası etkileşimler içinde dipol-dipol ve London kuvvetlerine göre en güçlü olan bağ hidrojen bağıdır.
H₂O, NH₃ ve HF'nin kaynama noktasının yüksek olmasının nedeni molekülleri arasındaki hidrojen bağıdır. Aşağıdaki grafikte her seride molekül büyüdükçe kaynama noktası düzenli artarken, ilk üyelerde üç ani sıçrama görürsün — işte o sıçramalar hidrojen bağının imzasıdır.
Çorbaya attığın tuz kaybolur, çünkü su molekülleri iyonların etrafını sarar. Bu tam olarak iyon-dipol etkileşimidir: iyonik katının iyonları ile polar su molekülünün dipolleri arasında gerçekleşen çekim.
Camdaki yağmur damlası dağılmayıp top gibi durur. Su moleküllerini birbirine çeken hidrojen bağıdır — moleküller arası etkileşimler içinde dipol-dipol ve London'a göre en güçlü olan bağ.
Buz kütlesi bardakta batmaz. Donarken su molekülleri hidrojen bağlarıyla açık ve boşluklu bir düzene geçer, hacim artar, yoğunluk düşer. Göllerin üstten donup altta canlıların yaşayabilmesinin sebebi budur.
Çakmağın içindeki bütan sıvı, ama düğmeye basınca gaz olarak çıkar. Bütan moleküllerini bir arada tutan yalnızca London kuvvetleridir ve bunlar en zayıf etkileşimlerdir — bu yüzden hafif basınç bile sıvı tutmaya yeter, basınç kalkınca hemen gazlaşır.
Elindeki benzin lekesi birkaç saniyede uçar. Küçük ve az elektronlu apolar moleküllerde London kuvvetleri zayıftır. (Kolonya daha hızlı uçuyor gibi görünse de onun ana maddesi etanoldür ve hidrojen bağı yapar; uçuculuğunun sebebi London zayıflığı değildir.) Elektron sayısı arttıkça kutuplanabilirlik ve London kuvvetleri arttığından kaynama noktası artar — bu yüzden motor yağı uçmaz, benzin uçar.
Islak çamaşırın kuruması için su moleküllerinin birbirinden kopması gerekir; bunun için gereken enerji hidrojen bağlarını yenmeye yeter. Zayıf etkileşimleri kırmak 40 kJ/mol'ün altında enerji ister — bu yüzden güneş ve rüzgâr yeterli olur, suyun formülü hiç değişmez.
Post-it kâğıdı yapışır ama kolayca sökülür ve iz bırakmaz. Yapışkanı yüzeye bağlayan şey zayıf etkileşimlerdir; güçlü bağ olsaydı sökerken duvarın boyası da gelirdi.
Gekko denilen kertenkeleler cam duvarda yürür. Ayak tabanlarındaki milyonlarca ince tüy yüzeyle London kuvvetleri kurar. Tek başına en zayıf etkileşim, milyonlarca kez tekrarlanınca hayvanın ağırlığını taşır.
Sudan çıkınca üşürsün. Vücudundaki suyun buharlaşması için hidrojen bağlarının kopması gerekir ve bunun enerjisi senden alınır. Suyun hidrojen bağları güçlü olduğu için her bir gram su buharlaşırken senden çok enerji çeker. (Kolonya daha çok serinletiyor gibi gelir; sebebi enerjinin büyüklüğü değil, çok daha hızlı buharlaşmasıdır.)
30 sorudan oluşan bu test ile "Zayıf Etkileşimler" ünitesini ne kadar kavradığını gör.
Bağ oluşurken açığa çıkan veya bu bağı kırmak için verilmesi gereken enerjiye bağ enerjisi denir. Güçlü etkileşim: türleri ayırmak için gerekli enerji 40 kJ/mol veya daha yüksek. Zayıf etkileşim: 40 kJ/mol'den düşük.
Dipol-dipol: polar moleküllerin kalıcı dipolleri arasında. İyon-dipol: iyonik katının iyonları ile polar molekülün dipolleri arasında. İyon-indüklenmiş dipol: iyonik bileşiklerle apolar moleküller veya soy gaz atomları arasında. Dipol-indüklenmiş dipol: polar moleküllerle apolar moleküller veya soy gaz atomları arasında. London: indüklenmiş dipoller arasında.
Molekülde oluşan geçici dipollere indüklenmiş dipol denir. Bütün moleküller arasında London kuvvetleri bulunur; soy gazlar ve apolar moleküller arasında ise yalnızca London kuvvetleri bulunur. London kuvvetleri moleküller arası etkileşimlerin en zayıfıdır. Elektron sayısı arttıkça kutuplanabilirlik ve London kuvvetleri arttığından kaynama noktası artar.
Bir molekülün pozitif yüklü hidrojeni ile diğer molekülün negatif yüklü atomu arasında moleküller arası elektrostatik çekim kuvveti ile oluşan etkileşimdir. H atomunun elektronegatifliği yüksek F, O ve N atomlarıyla oluşturduğu moleküllerde bulunur (NH₃, H₂O, HF).
CH₃OCH₃ molekülü O ve H içerdiği hâlde oksijene bağlı hidrojen içermediğinden dolayı kendi molekülleri arasında hidrojen bağı yoktur. Molekülde O, N, F bulunması yetmez; hidrojenin doğrudan bu atomlara bağlı olması gerekir.
H₂O, NH₃ ve HF'nin kaynama noktasının yüksek olmasının nedeni molekülleri arasındaki hidrojen bağıdır. Moleküller arası etkileşimler içinde dipol-dipol ve London kuvvetlerine göre en güçlü olan bağ hidrojen bağıdır.