ZAYIF ETKİLEŞİMLER - LONDON KUVVETLERİ - HİDROJEN BAĞI -

ZAYIF ETKİLEŞİMLER

Zayıf Etkileşimler

Zayıf etkileşimler; moleküller arasında gerçekleşen etkileşim türüdür. Maddenin bulunduğu sıcaklıkta fiziksel halini ve karışımlarda çözücü çözünen ilişkisini belirler. Saf maddelerin bulunduğu koşullarda katı-sıvı-gaz oluşunu açıklayan etkileşim türüdür. Moleküller arası çekim kuvveti çok düşükse madde gaz halde, düşük değilse madde katı halde bulunabilir.

Moleküller arası etkileşimlerin bağ enerjisi genellikle 40kj/mol den küçüktür. Örneğin CH3OH molekülleri arasındaki bağı kırmak için gerekli enerji (bağ enerjisi) 35,3 kj/mol iken Mg metal atomları arasındaki metalik bağın enerjisi 3850 kj/mol dür. Fakat bazı hallerde moleküller arası etkileşim 40 kj/mol değerinin üstünde olabilir. Örneğin H2O sıvı halden gaz hale geçerken fiziksel değişim olmasına karşın 43,9 kj/mol kadar enerji harcanır. Aşağıda tepkimeler üzerinden fiziksel bağın bağ enerjisi ile olan ilişkisi gösterilmiştir:

VAN DER WAALS KUVVETLERİ

1. İyon-Dipol Etkileşimleri

Daha önce moleküllerin polarlığına değinilmişti. Lewis yapısında merkez atomda bağ yapmayan elektron çifti bulunduran moleküller polardır. Polar moleküllerde kalıcı pozitif ve negatif yüklerin oluşmasına kalıcı dipol denir. Sıvı haldeki polar madde içinde iyonik bir katının çözünmesi ile iyon-dipol ekileşimi meydana gelir. Örneğin polar bir molekül olan H2O sıvısı içinde NaCl tuzu çözündüğünde, Na+ ve Cl– iyonları ayrışarak H2O ile iyon-dipol etkileşimi meydana gelir.

Na+ ve Cl–  iyonları ile H2O arasındaki iyon-dipol etkileşimi

 

 

 

 

 

NH3, H2O, CHCl3, CH3Cl, SO2, C2H5OH, CH3COOH, HCl, HBr gibi moleküller polardır, iyonik bileşiklerle oluşturdukları iyonik katı-sıvı çözeltilerde iyon-dipol etkileşimi görülür.

2. Dipol-Dipol Etkileşimi

HCl molekülleri arasındaki dipol-dipol etkileşimleri

İki polar molekül arasındaki etkileşimdir. Polar HCl molekülünün pozitif kısmı ile diğerinin negatif kısmı çarpışarak dipol-dipol etkileşimi oluşur. Aynı iki molekül arasındaki etkileşim maddenin fiziksel halini, farklı iki molekül arasındaki etkileşim karışımdaki çözücü-çözünen ilişkisini belirler.

dipol dipol etkileşimi örnek:

H2O – H2O, C2H5OH – C2H5OH, NH3-NHetkileşimleri dipol-dipol etkileşimleridir.

3. London Kuvvetleri

İndüklenmiş dipol-indüklenmiş dipol kuvvetleri Fritz London tarafından açıklandığı için bu etkileşimlere London kuvvetleri de denir.

Apolar moleküllerde yük dağılımı dengeli olduğundan polar moleküller gibi kalıcı dipol oluşturmazlar. Ancak apolar moleküllerin sürekli çarpışmaları anlık geçici yüklenmeler meydana getirir. Yük dağılımının geçici olarak bozulmasına anlık dipol ya da indüklenmiş dipol denir.  İki apolar molekül arasında indüklenmiş dipol- indüklenmiş dipol etkileşimleri meydana gelir. Bu kuvvetler London kuvvetleri olarak adlandırılır.

H2, N2, O2, P4, CO2, CCl4, CH4 ve He, Ne gibi soygaz atomları arasında London kuvvetleri bulunur.

London kuvveti elektronların geçici kutuplanmasından kaynaklandığı için polar moleküller arasında da London kuvvetleri vardır. Fakat London kuvvetleri diğer van der Waals bağlarının yanında çok küçük olduğu için ihmal edilir.

London kuvvetleri zayıf etkileşimler içinde en zayıf olanıdır. London kuvvetleri içeren bir molekülün kaynama noktası diğerlerine göre düşüktür. Elektron sayısı arttıkça molekülün polarlanabilirliği artar ve böylelikle London kuvvetleri de artar.

London kuvvetleri tüm molekülleri arasında vardır, fakat diğer etkileşimler yanında çok küçük olduğundan ihmal edilir.

 

 

VII A grubu molekülleri elektron sayısı ve kaynama noktası
VIII A grubu elementlerinin elektron sayıları ve kaynama noktaları

HİDROJEN BAĞI

Buz dağının oluşumu su molekülündeki Hidrojen bağları ile ilgilidir.

Bir molekülün pozitif yüklü hidrojeni ile diğer molekülün negatif yüklü atomu arasında moleküller arası elektrostatik çekim kuvveti ile oluşan etkileşime hidrojen bağı denir. H atomu ile elektronegatifliği yüksek olan F, O, N atomları içeren moleküller arasında meydana gelir.

HF—HF, NH3—NH3, H2O—H2O, C2H5OH—C2H5OH… etkileşimleri  hidrojen bağı içerir. Ayrıca H bağı farklı moleküller arasında da meydana gelir: HF—H2O, H2O—C2H5OH…

Su molekülünü inceleyelim:

Su molekülünde kimyasal bağ ve fiziksel bağ

Su molekülü polardır. Hidrojen atomunun elektronları oksijen atomu tarafından kuvvetli bir şekilde çekildiğinden hidrojen elektronsuz gibi davranır ve kısmi pozitif yüklenir.  Kısmi pozitif yüklenen hidrojen atomu ile komşu su molekülündeki elektronegatifliği yüksek oksijen atomu arasında bir köprü oluşur. Bu köprü hidrojen bağı adını alır. Suyun sıvı hâlinin katıya göre daha yoğun olması, iyi bir çözücü olması, akıcılığının yüksek olması gibi özelliklerinin oluşumunda hidrojen bağının etkisi vardır. Hidrojen bağı diğer zayıf etkileşimler içinde en güçlüsüdür.

H bağı içeren moleküller görece daha yüksek kaynama noktasına sahiptir. Ayrıca hidrojen bağı içeren çözeltilerde çözünenin çözünürlüğü görece yüksektir.

Hidrojen Bağının Kaynama Noktasına Etkisi

Moleküller arası çekim kuvveti ne kadar fazla ise molekülün kaynama noktası o kadar yüksek olur. Aynı tür etkileşim içeren (ör: dipol-dipol) bileşiklerde moleküller arası çekim kuvvetinin elektron sayısı arttıkça arttığı görülür. Bu bileşikler içinde hidrojen bağı içeren moleküllerin kaynama noktaları diğerlerine göre yüksektir.

VI A grubu molekülleri elektron sayısı ve kaynama noktası

VI A grubu elementlerinin hidrojen ile yaptığı bileşiklerin kaynama noktaları kıyaslandığında, elektron sayısı en az olan H2Obileşiğinin kaynama noktasının diğerlerinden oldukça yüksek olduğu görülmektedir. Bu sapmanın nedeni H2O’da diğerlerinde olmayan hidrojen bağının bulunmasıdır. Hidrojen bağının etkisi bu örnekte açıkça ortadadır.

 

*Zayıf Etkileşimler konusuna ait PDF Ders Notu için TIKLAYINIZ!