Molekül Geometrisi

Konu Anlatımı

Molekül Geometrisi

Bir molekülün şekli, yalnızca hangi atomlardan oluştuğuyla değil, o atomların merkez atomın çevresinde nasıl dizildiğiyle de ilgilidir. Spektroskopik ölçümlerde gözlenen bağ açıları, çekirdekler arası uzaklığın ölçülmesiyle belirlenir; bu ölçümler molekül geometrisinin doğrudan kanıtıdır. Analitik kimyada bir bileşiğin yapısı bilinmeden özellikleri yorumlanamaz; bu nedenle geometri bilgisi yapı çalışmalarının başlangıcıdır.

1. Elektron Çepgeometrisi ve Molekül Geometrisi

Merkezi atomın çevresindeki elektron bölgeleri birbirinden uzak durmaya eğilimlidir; bu eğilime elektron çepgeometrisi denir. Bağlayıcı elektron çiftleri ile yalnız elektron çiftleri bu sayıya birlikte girer. Bağlayıcı elektron çiftlerinin merkezi atom çevresinde dizildiği şekle molekül geometrisi denir. İki kavram çoğu zaman aynıdır, ancak yalnız elektron çifti bulunduğunda ayrışır. Su molekülünde dört elektron bölgesi vardır ve elektron çepgeometrisi tetrahedraldir; buna karşılık bağlayıcı elektron çiftleriyle kurulan molekül şekli açılı bir yapıdır.

2. Temel Geometriler ve Bağ Açıları

İki elektron bölgesi doğrusal geometri verir ve açı 180 derecedir; bu durum karbondioksit ve asetilen örneklerinde görülür. Üç elektron bölgesi üçgen düzlemsel dizilim oluşturur ve açı 120 derecedir; bor triflorür bu gruba girer. Dört bölge tetrahedral geometriyi, yaklaşık 109,5 derecelik açıyı verir; metan buna örnektir. Beş bölge trigonal bipiramidal, altı bölge ise oktahedral düzen oluşturur. Elektron çifti itmesi, bağ bağ itmesinden daha güçlüdür; bu nedenle yalnız elektron çümesi açıyı daraltır.

3. Yalnız Elektron Çifti ve Molekül Şekilleri

Azot, oksijen ve kükürt gibi atomlar merkezde alındığında yalnız elektron çifti bulunabilir. Amonyakta dört elektron bölgesi olmasına rağmen biri yalnız çift olduğundan molekül kpiramidal, suda ise iki yalnız çift bulunduğundan molekül açılı şekildedir. Amonyakın bağ açısı sudan daha büyüktür, çünkü tek yalnız çift iki bağ arasındaki itmeyi tek bir yöne toplar.

4. Uygulama Adımları

• Merkezi atomu belirle ve çevresindeki bağlı atomları say.
• Bağların tekli, çiftli veya üçlü olup olmadığını tespit et; her bağ bir bölge sayılır.
• Yalnız elektron çifti varsa onu da bölge sayısına ekle ve elektron çepgeometrisini belirle.
• Yalnız çiftleri çıkararak molekül geometrisini ve bağ açısını yaz.
• Simetriyi kontrol et; bağ dipollerinin toplamının sıfır olup olmadığını değerlendir.

5. Dikkat Edilecekler

En sık hata, yalnız elektron çiftini sayı dışı bırakmaktır. İkinci hata, elektron çepgeometrisini molekül geometrisi sanmaktır. Üçüncü hata, bağ açısını türün özel koşuluna uyarlamadan yaklaşık değerle geçiştirmektir. Son olarak bağ polaritesi ile molekül polaritesinin aynı şey olmadığı unutulmamalıdır.

Özet

Merkezi atomın çevresindeki elektron bölgeleri birbirinden uzaklaşma eğilimindedir ve bu düzen elektron çepgeometrisi olarak adlandırılır. Bağlayıcı elektron çiftlerinin oluşturduğu dizilim ise molekül geometrisidir. İki bölge doğrusal ve 180 derece, üç bölge üçgen düzlemsel ve 120 derece, dört bölge tetrahedral ve yaklaşık 109,5 derece verir. Yalnız elektron çifti bulunduğunda molekül şekli bu değerlerden sapar; amonyak kpiramidal, su açılı şekildedir. Molekül polaritesi, bağ dipollerinin vektörel toplamına bağlıdır.

Ne Öğreneceğiz

Elektron çifti itmesi kuramı, elektron çepgeometrisi ile molekül geometrisi ayrımı, bağ açıları, temel molekül şekilleri ve molekül polaritesi. Bu konuda ögrenme çıktıları:

• Merkezi atomın çevresindeki elektron bölgelerini sayarak temel geometrileri belirler.
• Elektron çepgeometrisi ile molekül geometrisi kavramlarını ayırt eder ve farkını örneklerle açıklar.
• Kovalent bağlı maddelerde bağ açılarını verilen değerlerle karşılaştırır.
• Bir molekülün polar olup olmadığını bağ dipolleri ve simetri üzerinden yorumlar.
• Vereceğe kuramının sınırlarını ve yalnız elektron çifti bulunan atomlarda neden geçerli olduğunu tartışır.

Ön Bilgi

Bu konuya başlamadan önce temel kavram ve ön koşulları kavramanız yardımcı olacaktır. Konunun çerçevesinde şu kavramlar dikkat ister:

• Bağ çifti, üçlü bağ ve yalnız elektron çifti her biri tek bir elektron bölgesi sayılır.
• Elektron çepgeometrisi ile molekül geometrisi yalnız elektron çümesi varsa farklılaşır.
• Elektron çifti itmesi, bağlar arası itmeden daha güçlüdür ve açıyı bu yönde değiştirir.
• Amonyakın bağ açısı sudan büyüktür; çünkü tek yalnız çift iki bağ arasındaki itmeyi tek yöne toplar.
• Bağ açıları tür özel koşullarıyla değişebilir; değerler yaklaşık olarak verilir.
• Simetrik moleküllerde bağ dipolleri toplanıp sıfır olabilir; molekül bu durumda apolar olur.

Basit Örnek ve Günlük Yaşam

Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:

Soru: Su molekülünün elektron çepgeometrisini, molekül geometrisini ve bağ açısını belirleyiniz.

1. Merkezi atom oksijendir ve çevresinde iki bağ vardır.
2. Oksijenin altı elektronundan iki tanesi bağlarda, kalan dört elektron iki yalnız çift oluşturur.
3. Toplam dört elektron bölgesi sayılır; elektron çepgeometrisi tetrahedraldir.
4. Yalnız çiftler çıkarılınca iki bağ kalan ve molekül açılı şekilde dizilir.

Sonuç/cevap: Elektron çepgeometrisi tetrahedral, molekül şekli açılı ve bağ açısı yaklaşık 104,5 derecedir.

İleri Örnek

Daha ileri bir uygulama:

Soru: Amonyum iyonunun geometrisini ve bağ sayısını belirleyiniz.

1. Azot atomu çevresinde dört hidrojen bağı bulunur.
2. Amonyak molekülünden bir proton ayrılıp elektron çifti bu protonla paylaşıldığı için yalnız çift kalmaz.
3. Dört elektron bölgesi bulunduğundan geometri tetrahedraldir.
4. Dört bağın tamamı sigma bağıdır.

Sonuç/cevap: Amonyum iyonu tetrahedral geometrilidir ve dört sigma bağı içerir.

Adım Adım Çözülmüş Örnek

Örnek 1: Su Molekülünün Geometrisi konusunun adımları:

1. Merkezi atom oksijendir ve çevresinde iki bağ vardır.
2. Oksijenin altı elektronundan iki tanesi bağlarda, kalan dört elektron iki yalnız çift oluşturur.
3. Toplam dört elektron bölgesi sayılır; elektron çepgeometrisi tetrahedraldir.
4. Yalnız çiftler çıkarılınca iki bağ kalan ve molekül açılı şekilde dizilir.

Karşılaştırma Tablosu

Sık Yapılan Hatalar

Yalnız elektron çiftini bölge sayısına katmamak: Yalnız elektron çifti de merkezi atom çevresinde yer kaplar ve itme yaratır; suda dört bölge vardır, iki değil.

Elektron çepgeometrisini molekül geometrisi sanmak: Suda elektron çepgeometrisi tetrahedral iken molekül şekli açılıdır; iki kavram ancak yalnız çift yoksa örtüşür.

Bağ açılarını koşulsuz olarak tam sayıyla yazmak: Bağ açıları türün yapısına göre değişebilir; amonyak ve suda açı, tetrahedral değerden daha küçüktür.

Bağ polaritesini molekül polaritesi sanmak: Karbon dioksitte bağlar polar olmasına rağmen molekül simetrik olduğu için apolardır; dipoller toplanıp birbirini götürür.

Kendini Dene

Soru: Bilinmeyen bir molekülün geometrisini adım adım belirlemek için izleyeceğiniz yolu yazınız. (a) elektron çepgeometrisi ile molekül geometrisini nasıl ayırt edersiniz, (b) bağ açısını nasıl tahmin edersiniz, (c) molekülün polar olup olmadığını nasıl karar verirsiniz?

Örnek cevap: Puanlama anahtarı: Merkezi atomun belirlenmesi ve çevresindeki bağların tekli, çiftli veya üçlü olduğunun sayılması yazılır (6 puan). Yalnız elektron çiftlerinin de bölge sayısına eklendiği ve buna göre elektron çepgeometrisinin belirlendiği belirtilir (6 puan). Yalnız çiftler çıkarılarak molekül şekli ve bağ açısının tahmin edildiği, amonyak ve su örnekleriyle açıklandığı görülür (4 puan). Simetri kontrolü yapılarak bağ dipollerinin toplamının sıfır olup olmadığının değerlendirildiği yazılır (4 puan).