Kimyasal Bağlanma Teorileri: Kimyasallar Birbirine Neden ve Nasıl Bağlanıyor?
UIW
- Özgün
- Kimya
Her ne kadar kimyagerler sayesinde günümüzde kimya hızla gelişmeye devam ediyor olsa da, şüphesiz ki alandaki en büyük gelişmeler 19. ve 20. yüzyılda yaşandı. Bu dönemde kimyagerler, atomlar ve moleküller üzerinde çalışmalar yapıp makro ve mikro düzeyde geçerli olan teoriler ortaya koymuşlardır.
Fakat o dönemlerde kimyasal bağlar hakkında hiçbir sistematik bilgi yoktu. Daha önce kimyasal bağlar hakkında fikirler atıldıysa da, ilk ciddi çalışma 1916-1919 yılları arasında Gilbert N. Lewis, Irving Langmuir ve Walther Kossel tarafından yapıldı. Atomların bazı atomlarla tepkime verme isteği olması veya tepkime isteğinin sıfır olmasını açıklamak için bağlanma teorilerine ihtiyaç vardı. Lewis, kimyasal bağların elektron konfigürasyonları ile ilgili olduğunu düşünüyordu.
Bu yazıda, öncelikle bugüne kadar geliştirilen atom modellerini ele alacağız, sonrasındaysa elektron konfigürasyonu kavramına geçeceğiz. Böylece kimyasal bağlanma teorilerine geçiş yapabileceğiz.
Atom Modelleri
Atomlara dair ilk düşünceler Antik Yunan filozofları tarafından öne sürülmüştür. Democritus atomların çok küçük kürecikler olduğunu ve bunların bölünemeyeceğini öne sürmüştür. Democritus'a göre atomlar hep vardı ve hep var olacaklardır. Bunun yanında Democritus atomların sürekli bir hareket içinde olduğunu öne sürmüştür.
1808 yılında ise John Dalton kendi atom modelini öne sürdü. Dalton'un atom modeli de tıpkı Democritus'un modeli gibi atomları bölünemeyen küçük küreler olarak betimler. Buna ek olarak Dalton aynı elementlerin atomlarının hepsinin aynı kütlede olduğunu ama farklı elementlerin atomlarının farklı kütlede olduğunu öne sürmüştür.
Dalton'a göre atomlar tam sayıda birleşerek bileşikleri oluşturuyordu. Bu düşünceye ise 1803 yılında kendi bulduğu katlı oranlar kanunu sayesinde vardı. Democritus sadece bir takım düşünceler öne sürmüşken Dalton kendi düşüncelerini deneylerle desteklemiştir. Bundan dolayı Dalton atom modeli bilim tarihinde çok önemlidir ve doğru önerdiği şeyler vardır. Dalton atom modelinin eksiklikleri döneminden kaynaklanmaktadır. O dönemde elektron ve diğer atom altı parçacıklar daha keşfedilmemişti.
1897 yılında J. J. Thomson elektronları keşfetti. Elektronlar keşfedilen ilk atom altı parçacıklardı ve negatif yüklülerdi. Daha sonra 1904 yılında Thomson yeni bir atom modeli ortaya sürdü. Bu model “üzümlü kek” adı ile de bilinmektedir. Elektronların negatif elektrik yüküne sahip olduğu ve bir atomdan yaklaşık 1000 kat daha küçük bir hacim kapladığı biliniyordu. Atomun ise nötr olduğu biliniyordu. Thomson bunu açıklamak için elektronların atomdaki pozitif maddenin içine rastgele dağıldığını öne sürdü. Atomu üzümlü bir keke benzetti; üzümler elektronu kek ise atomdaki pozitif yükü temsil ediyordu.
Bu teorinin yanlışlanması çok da uzun sürmedi. 1909 yılında Geiger - Marsden Deneyi veya bilinen adıyla Altın Folyo Deneyi yapıldı. Bu deneyin sonucunda atomun çekirdeği keşfedildi. Çekirdek atomun içinde çok küçük bir hacim kaplıyordu ve pozitif yüklüydü.
Atom modeli bu bilgiye göre güncellendi ve 1911 yılında Ernest Rutherford tarafından yeni bir model ortaya atıldı. Bu modele göre atom tıpkı güneş sistemimiz gibiydi. Çekirdek güneş gibi merkezde dururken elektronlar tıpkı gezegenler gibi çekirdeğin etrafında dönüyorlardı. Çekirdeğin pozitif yükü elektronun negatif yükünü dengeliyor ve atom nötr oluyordu.
1913 yılında Niels Bohr ve Ernest Rutherford 1911 yılındaki modele kuantum mekaniğine uygun birkaç ekleme yaptı. Bu model Bohr Atom Modeli veya Bohr-Rutherford Atom Modeli adıyla bilinir. Bu modelin diğerlerine göre farkı, kuantum mekaniği ilkelerine uygun olmasıydı; yani enerjiyi kuantize olarak kabul etmesiydi. Bu sayede Rutherford atom modelinin açıklamakta yetersiz kaldığı birkaç konu açıklanabilir hale geldi.
Bohr atom modelinin getirdiği yenilikleri açıklamak için önce kuantum mekaniği ile olan bağlantısını anlamalıyız. Bohr atom modeli enerjiyi kuantize yani kesintili olarak kabul eder. Enerji sürekli değildir ve minik paketçikler halinde taşınmaktadır. Kuantum mekaniğinin getirdiği devrim, kimyada çok büyük yankı buldu.
Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.
Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.
Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.
Atom teorileri hakkında daha fazla bilgiyi buradaki yazımızdan alabilirsiniz.
Kuantum, Kimyayı Nasıl Etkiledi?
Bohr atom modeli, tıpkı Rutherford atom modeli gibi elektronların çekirdeğin etrafında döndüğünü kabul eder ve buna ek olarak enerjinin kuantize olduğu gerçeğini de bu modelde kullanır. Elektronlar belirli enerjilere sahip yörüngelerde dolaşır. Elektronlar en kararlı olacak (en düşük enerji) şekilde bulunur.
Bu yörüngelerin enerjileri çekirdekten uzaklaştıkça artmaya başlar. Bu yörüngeler baş kuantum sayısı denen bir sayı tarafından tanımlanır. NN ile ifade edilen bu sayı, bir doğal sayıdır.
Enerjinin kuantize olduğundan bahsetmiştik. Enerjiyi taşıyan parçacığın adı fotondur. Kütlesiz bir parçacıktır. Işık hem dalga hem de parçacık yapısındadır. Parçacık yapısındayken ışık fotondur. Fotonlar ve kuantize enerji seviyeleri sayesinde atomların absorbsiyon ve emisyon spektrumlarını açıklayabilir hale geldik. Elektronların üzerine gerekli enerjiye sahip foton düştüğü zaman foton enerjisinin tamamını elektrona aktarır ve elektron üst enerji seviyelerindeki yörüngelere çıkar. Bu duruma uyarılmış atom denir.
Tam tersi durumda da elektronlar daha üst enerji seviyesinden daha alt bir enerji seviyesine geçerken daha az enerjiye sahip olacağı için fazladan enerjiyi foton olarak gönderir.
Atomun fotonun enerjisini emmesine absorpsiyon adı verilirken foton aracılığı ile enerji yaymasına emisyon adı verilir. Emisyon ve absorpsiyon spektrumu, atomlar için parmak izi gibidir. Her atom için özeldir. Her atomun yörüngelerinin enerji seviyesi farklı olduğu için bu değerler atomlara özeldir.
Atomun üstüne gönderilen ışınlardan sadece belirli enerji seviyelerine sahip fotonlar emilir ve emilen fotonlara karşılık gelen dalga boylarında siyah çizgiler kalır.
Uyarılmış atomdaki elektron daha kararlı olmak için tekrardan daha düşük seviyeli yörüngeler geçerken foton yayar ve bu fotonun sahip olduğu dalga boyunu emisyon spektrumunda gösterebiliriz.
Atomik spektrumların açıklanması ile birlikte Bohr atom modelindeki yörünge kavramı doğrulanmış oldu. Yörünge kavramı atomların elektron konfigürasyonunu anlamamızda kilit rol oynamaktadır.
Elektron Konfigürasyonu
Bir atomun elektron konfigürasyonu elektronların dizilişine dair bize bilgi verir. Bağlanma teorilerinin temeli bu bilgiden gelir. Örnek olarak Sodyum atomunu alalım.
Sodyum atomunun 11 elektronu vardır. Gördüğümüz gibi yörüngelere 2/8/12/8/1 şeklinde dizilmiştir. Bu atomun en kararlı halidir çünkü elektronlar olabilicek en düşük enerji düzeylerindedir. Her bir yörüngenin baş kuantum sayısı adlı bir N doğal sayısı tarafından tanımlandığından bahsetmiştik. Elektronlar, 2N2 kuralına göre dizilirler. Her bir yörünge maksimum NN'in karesinin 2 katı kadar elektron alabilir. Bundan dolayı 2. yörüngeye 9. elektronu yerleştiremeyiz ya da 3. yörüngeye 21. elektronu yerleştiremeyiz. Bunlar, bir üst yörüngeye çıkmak zorundadırlar.
Lewis Bağlanma Teorileri
Bohr atom modelini öğrenmemiz Lewis bağlanma teorilerini açıklamamız için yeterlidir. Modern bağlanma teorileri çok daha fazla bilgi gerektirir.
Lewis bağlanma teorisi, atomların değerlik elektronları veya diğer adıyla valans elektronlarını kullanarak bağ yaptığını öne sürer. Değerlik elektronları atomun sahip olduğunu en dış yörüngedeki elektronlardır.
Dublet ve Oktet adı verilen iki kural vardır. Oktet kuralı atomların son katmanındaki elektron dizilimini soy gazlara benzetmeye çalışmasıdır. Atomlar değerlik elektron sayısını 8'e tamamlamayı dener. Dublet kuralı da benzer şekilde atomların elektron konfigürasyonunu helyum (He) elementine benzemek için 2'ye tamamlamayı denemeleridir. Soy gazların özel durumlar harici reaksiyona girme isteği sıfırdır; kararlı yapıdadırlar. Diğer elementler ise kararlı yapıya ulaşmak için oktet ve dublet kuralına uyarak soy gazlara benzemek isterler; bunu kimyasal bağlar aracılığı ile yaparlar.
Kimyasal bağlar en temelinde 2'ye ayrılır:
- güçlü bağlar
- zayıf bağlar
Bu yazı, güçlü bağları anlatmaktadır. Güçlü bağlar ise 3 çeşittir:
- kovalent,
- iyonik,
- metalik bağ.
Lewis teorisi, iyonik ve kovalent bağlanmayı açıklayabilir.
İyonik bağlanmalarda metal atomları elektron bağışlayıcısı, ametal atomları ise elektron kabul edicisidir. Yukarıdaki örnekte sodyum bir değerlik elektronunu bağışlayarak soy gaz elektron konfigürasyonuna benzer, aynı şekilde klor bu elektronu alarak soy gaz elektron konfigürasyonuna benzer. Bu işleme iyonik bağ denir.
Görseldeki atomlardan H atomu hidrojen elementini, O atomu ise oksijeni temsil etmektedir. Hidrojenin değerlik elektron sayısı birdir ve dublet kuralına uyarak iki elektrona sahip olmak ister. Oksijenin değerlik elektron sayısı altıdır ve oktet kuralına uyarak sekiz elektrona sahip olmak ister. Bundan dolayı 2 hidrojen atomu birer elektronlarını oksijen atomu ile paylaşır ve oksijenin sekiz değerlik elektronu olmuş olur. Aynı zamanda oksijen bir elektronunu hidrojen ile paylaşır ve hidrojen de iki değerlik elektronuna sahip olmuş olur. Bu şekilde aralarında bir bağ kurulmuş deriz.
Atomların bağlanmalarını belirlemek için Lewis yapısı denen kavramları kullanabiliriz. İlk olarak her atomun etrafına değerlik elektronları yerleştirilir. Şemadaki her bir çizgi aslında atomlar arasında paylaşılan 2 elektronu ifade eder. Bu elektron çiftine bağ çifti denir. Eğer bir atom bir bağ ile oktete ulaşamıyorsa daha fazla bağ yapabilir. Bu daha fazla elektron paylaşılması demektir. Örnek üzerinden gidelim.
Wikimedia CommonsKarbon atomu dört değerlik elektrona sahip oksijen ise altı değerlik elektrona sahiptir. Lewis yapısındaki elektron çiftleri ikiye ayrılır. Bağlanmaya katılan çiftle bağ çifti, katılmayan çifte ise yalnız çift denir.
Tüm bildiklerimizi CO2 molekülünde uygulayalım. Yukarıdaki görseldeki tüm atomlar oktet kuralına uymuştur. Oksijenlerde iki yalnız çift vardır ve iki tane de bağ çifti vardır, bu şekilde her bir oksijen sekiz elektrona sahip olmuş olur. Karbon için ise karbonun tüm elektronları bağ çiftidir, 4 bağ çifti sayesinde sekiz elektronu vardır. Daha kolay anlaşılması için bağ çiftlerini çizgi ile gösterelim:
QuoraBu işlemi kullanarak çok daha kompleks moleküllerdeki bağlanmaları bile açıklayabiliriz. Lewis yapıları ve bağlanma teorileri modern kimyanın temelini oluşturur. Lewis teorilerinin eksik kaldığı konular vardır: oktet kuralını aşan durumlar, toplamda tek sayıda elektrona sahip moleküller ve manyetizma ile ilgili açıklayamadığı durumlar vardır. Bu konuda devreye, modern bağlanma teorileri girmektedir: Valans Bağ Teorisi ve Moleküler Orbital Teorisi. Modern bağlanma teorileri klasik bağlanma teorilerinin çok daha fazla kuantum mekaniği içeren halleridir.
Evrim Ağacı'nda tek bir hedefimiz var: Bilimsel gerçekleri en doğru, tarafsız ve kolay anlaşılır şekilde Türkiye'ye ulaştırmak. Ancak tahmin edebileceğiniz gibi Türkiye'de bilim anlatmak hiç kolay bir iş değil; hele ki bir yandan ekonomik bir hayatta kalma mücadelesi verirken...
O nedenle sizin desteklerinize ihtiyacımız var. Eğer yazılarımızı okuyanların %1'i bize bütçesinin elverdiği kadar destek olmayı seçseydi, bir daha tek bir reklam göstermeden Evrim Ağacı'nın bütün bilim iletişimi faaliyetlerini sürdürebilirdik. Bir düşünün: sadece %1'i...
O %1'i inşa etmemize yardım eder misiniz? Evrim Ağacı Premium üyesi olarak, ekibimizin size ve Türkiye'ye bilimi daha etkili ve profesyonel bir şekilde ulaştırmamızı mümkün kılmış olacaksınız. Ayrıca size olan minnetimizin bir ifadesi olarak, çok sayıda ayrıcalığa erişim sağlayacaksınız.
Makalelerimizin bilimsel gerçekleri doğru bir şekilde yansıtması için en üst düzey çabayı gösteriyoruz. Gözünüze doğru gelmeyen bir şey varsa, mümkünse güvenilir kaynaklarınızla birlikte bize ulaşın!
Bu makalemizle ilgili merak ettiğin bir şey mi var? Buraya tıklayarak sorabilirsin.
Soru & Cevap Platformuna Git-
18
-
12
-
8
-
7
-
6
-
4
-
3
-
3
-
3
-
2
-
2
-
1
- R. H. Petrucci, et al. (2017). General Chemistry: Principles And Modern Applications. ISBN: 978-0132931281. Yayınevi: Pearson.
- Britannica. Chemical Bonding. (23 Aralık 2017). Alındığı Tarih: 10 Aralık 2019. Alındığı Yer: Britannica | Arşiv Bağlantısı
- Libretexts. Introduction To Chemical Bonding. (10 Aralık 2019). Alındığı Tarih: 10 Aralık 2019. Alındığı Yer: Libretexts | Arşiv Bağlantısı
Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?
Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:
kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci
Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 12/03/2025 14:10:47 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/7924
İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.
