Apolar Kovalent Bağ: Elektron Paylaşımı ve Molekül Yorumu

Elektronlar neden eşit paylaşılır? Elektronegatiflik farkının yorumu

Kovalent bağ, iki atomun bir veya daha fazla elektron çiftini ortak kullanmasıdır. Bağ elektronlarını kendine çekme eğilimi elektronegatiflik olarak adlandırılır. İki bağ yapan atomun elektronegatiflikleri aynıysa, ortak elektron çiftini çekme eğilimleri de aynı olur. Bu nedenle elektron yoğunluğu belirgin biçimde bir atoma kaymaz ve bağ apolar kovalent olarak yorumlanır.

Aynı tür atomlar arasındaki bağlarda elektronegatiflik farkı teorik olarak sıfırdır. Bu durum H–H, O=O ve N≡N bağları için geçerlidir. Buradaki çizgi sayısı bağın türünü gösterir: tek çizgi bir ortak elektron çifti, çift çizgi iki ortak elektron çifti, üçlü çizgi ise üç ortak elektron çifti anlamına gelir. Bağ tekli, ikili veya üçlü olsa da aynı tür atomlar arasında elektron çekme farkı bulunmadığı için bağın polaritesi apolar kabul edilir.

Formülle bu karşılaştırma $\Delta EN = |EN_1-EN_2|$ şeklinde yazılabilir. Aynı tür atomlarda $\Delta EN=0$ olur. Ancak bu ifade, her farklı atom çifti için otomatik olarak 'apolar' kararı verileceği anlamına gelmez. Farklı atomların elektronegatiflikleri birbirine yakın olsa bile lise düzeyindeki sorularda öncelikle atomların aynı mı, farklı mı olduğuna ve soruda verilen sınıflandırmaya bakılır. Elektronegatiflik farkı, bağdaki elektron yoğunluğunun hangi atoma doğru kayacağını açıklamak için kullanılan bir ölçüttür; tek başına molekülün toplam polaritesini belirlemez.

H₂, O₂ ve N₂ Lewis yapısında apolar bağ nasıl gösterilir?

Apolar kovalent bağın oluşumunu en kolay, iki atomlu element moleküllerinin Lewis yapısıyla görmek mümkündür. Hidrojenin bir değerlik elektronu vardır. İki hidrojen atomu birer elektronunu ortaklaştırdığında H–H biçiminde tek ortak elektron çifti oluşur. Her hidrojen, ortak çift sayesinde çevresinde iki elektrona ulaşır; hidrojen için bu, dublet düzenidir.

Oksijen atomlarının her birinde altı değerlik elektronu bulunur. İki oksijen atomu, her birinin kararlı dış katman düzenine yaklaşmasını sağlamak için iki elektron çifti ortaklaştırır. Lewis gösterimi O=O biçimindedir. Her oksijen üzerinde ayrıca ortaklaşmamış elektron çiftleri bulunur. Bu çiftler bağın apolar olmasını değiştirmez; çünkü bağ yapan iki atom aynı türdedir.

Azot molekülünde her azot atomu beş değerlik elektronu taşır. İki azot atomu üç elektron çifti ortaklaştırarak N≡N yapısını oluşturur. Böylece üçlü kovalent bağ meydana gelir ve her azot üzerinde bir ortaklaşmamış elektron çifti kalır. H₂, O₂ ve N₂ örneklerinde bağ elektronları eşit paylaşılır.

Lewis yapısı çizerken izlenecek sıra şöyledir: Önce atomların değerlik elektronları belirlenir, sonra toplam elektron sayısı hesaplanır, atomlar arasındaki ortak elektron çiftleri çizilir ve dış katmandaki elektronların dublet ya da oktet koşuluna ulaşıp ulaşmadığı kontrol edilir. Lewis gösterimi, bağın apolar olduğunu tek başına kanıtlamaz; fakat hangi elektron çiftlerinin ortak, hangilerinin ortaklaşmamış olduğunu görmeyi sağlar. Ayrıntılı gösterim mantığı için Lewis yapısı ve elektron nokta yapısı konularıyla birlikte düşünülmelidir.

Apolar bağ ile apolar molekül aynı şey değildir

En sık yapılan kavram hatalarından biri, apolar kovalent bağ içeren her molekülün apolar olduğunu sanmaktır. Bağ polaritesi, tek bir bağdaki elektron dağılımını; molekül polaritesi ise bütün bağ dipollerinin ve molekül geometrisinin sonucunu anlatır.

H₂, O₂ ve N₂ gibi iki atomlu aynı tür atom moleküllerinde bağlar apolardır ve molekülün bir tarafı diğerinden farklı olmadığı için molekül de apolardır. Buna karşılık karbon-karbon bağı apolar kabul edilse bile, içinde karbon-hidrojen bağları veya başka bağlar bulunan büyük bir molekülün tamamı geometrisine bağlı olarak polar ya da apolar özellik gösterebilir. Bu nedenle 'molekülde apolar bağ var' ifadesi ile 'molekül apolardır' ifadesi eş anlamlı değildir.

Molekülün toplam polaritesini yorumlamak için iki soru sorulmalıdır: Bağlar polar mı, apolar mı? Polar bağlar varsa bağ dipolleri geometrik olarak birbirini götürüyor mu? Simetrik moleküllerde zıt yönlü dipoller birbirini dengeleyebilir. Simetri yoksa bağ dipollerinin bileşkesi sıfır olmayabilir. Bu karar, yalnızca atomların türlerine bakılarak değil, molekülün şekli dikkate alınarak verilir.

Apolar moleküllerin suyla etkileşimi de bu ayrımdan sonra değerlendirilmelidir. Su polar bir moleküldür. Bu yüzden apolar maddelerin suda çözünürlüğü, polar maddelere kıyasla genellikle düşüktür; ancak 'hiç çözünmez' sonucu her madde için çıkarılamaz. Çözünürlük; moleküller arası etkileşimlerin türüne, maddenin yapısına ve koşullara bağlıdır. Benzer biçimde apolar moleküller arasında London dağılım kuvvetleri etkili olabilir; fakat bundan bütün apolar maddelerin düşük kaynama noktasına sahip olduğu sonucu çıkarılamaz. Molekülün büyüklüğü ve elektron sayısı gibi etkenler de karşılaştırmayı değiştirebilir.

Element molekülleri ve karbon-karbon bağları nasıl sınıflandırılır?

Aynı tür ametal atomlarından oluşan iki atomlu element molekülleri apolar kovalent bağ için doğrudan örneklerdir. H₂ hidrojen, O₂ oksijen, N₂ azot, F₂ flor ve Cl₂ klor moleküllerinde bağ yapan atomlar özdeştir. Bu nedenle bağ elektronlarının bir atoma doğru çekilmesi beklenmez. Bu örneklerde molekülün iki ucu aynı tür atomdan oluştuğu için molekül polaritesi de apolar kabul edilir.

Karbon-karbon bağları da iki karbon atomunun aynı elektronegatiflik değerine sahip olması nedeniyle apolar bağ örneğidir. Fakat bir organik bileşiği sınıflandırırken yalnızca C–C bağlarına bakmak yeterli değildir. Molekülde farklı atomlar varsa, örneğin karbon-hidrojen veya karbon-oksijen bağları bulunuyorsa bu bağların elektron dağılımı ayrıca değerlendirilir. Molekülün genel polaritesi, tüm bağların ve geometrinin ortak sonucudur.

Bu ayrım özellikle 'aşağıdakilerden hangisinde apolar kovalent bağ vardır?' sorularında önemlidir. Bir molekülde apolar bağ bulunması, molekülün yalnızca apolar bağlardan oluştuğunu göstermez. Soru bağ türünü soruyorsa belirli atom çiftine, molekülün polaritesini soruyorsa bütün yapıya bakılmalıdır. Kovalent bağın iyonik bağdan farkını görmek için kovalent bağ, genel bağ sınıflandırmasını hatırlamak için kimyasal bağ konusuna başvurulabilir.

Çözünürlük ve fiziksel hâl yorumlarında hangi sınırlar vardır?

Apolar kovalent bağlı maddeler hakkında sık kullanılan açıklama, polar olmayan maddelerin polar çözücülerle güçlü etkileşim kurmakta zorlanmasıdır. Su polar bir çözücüdür; bu nedenle apolar moleküller su içinde çoğu durumda polar türler kadar iyi çözünmez. Buna karşılık apolar çözücülerle etkileşim daha uygun olabilir. Ancak bu, 'apolar olan her madde suda sıfır çözünür' biçiminde mutlak bir kural değildir.

Fiziksel hâl konusunda da koşul belirtmek gerekir. H₂, O₂ ve N₂ gibi element molekülleri oda koşullarında gaz hâlinde bulunur; mevcut metindeki örnekler bu moleküllerdir. Fakat apolar kovalent bağ içeren bütün maddelerin gaz olacağı söylenemez. Molekülün büyüklüğü, şekli, toplam elektron sayısı ve moleküller arası London kuvvetlerinin gücü arttıkça erime ve kaynama davranışı değişebilir. Bu nedenle bir soruda fiziksel hâl karşılaştırması yapılırken yalnızca 'apolar' kelimesine değil, maddelerin yapısına ve verilen koşullara bakılmalıdır.

Ayrıca molekül içi bağ ile moleküller arası etkileşim birbirinden ayrılmalıdır. O₂ içindeki O=O bağı molekül içi apolar kovalent bağdır. O₂ moleküllerinin birbirini çekmesi ise moleküller arası etkileşimdir. Bir maddenin kaynama sırasında molekülleri birbirinden ayrılır; bu olay çoğunlukla moleküller arası etkileşimlerle ilgilidir, molekül içindeki kovalent bağın kopmasıyla açıklanmaz.

Çözümlü örnekler: bağ polaritesini ve molekül polaritesini ayırma

Örnek 1 — Verilenler: H₂, O₂, N₂ ve HCl molekülleri. İstenen: Apolar kovalent bağ içerenleri belirlemek.

1. adım: Her molekülde bağ yapan atom çiftlerini yazın. H₂ için H–H, O₂ için O=O, N₂ için N≡N, HCl için H–Cl bulunur.
2. adım: Atomların aynı tür olup olmadığını kontrol edin. H₂, O₂ ve N₂’de iki atom aynı türdedir. HCl’de atomlar farklıdır.
3. adım: Aynı tür atomlar arasında elektronegatiflik farkı sıfır olduğundan bu bağları apolar kovalent kabul edin.
4. adım: HCl’de farklı atomların bağ elektronlarını çekme eğilimleri eşit değildir; bu nedenle H–Cl bağı polar kovalent olarak değerlendirilir. Sonuç: Apolar kovalent bağ içerenler H₂, O₂ ve N₂’dir. N₂’de bağın üçlü olması, apolar sınıflandırmayı değiştirmez; çünkü atomlar hâlâ aynı türdür.

Örnek 2 — Verilenler: Bir molekülün içinde iki C–C bağı ve iki C–O bağı vardır. İstenen: Apolar bağları ve molekül polaritesi hakkında söylenebilecekleri ayırmak.

1. adım: Bağları tek tek inceleyin. C–C bağında aynı tür atomlar bulunduğu için bağ apolardır.
2. adım: C–O bağını ayrı değerlendirin. Atom türleri farklı olduğundan bağ elektronlarının paylaşımı eşit olmayabilir; bu bağ polar kovalent olarak ele alınır.
3. adım: Molekülün tamamı için yalnızca C–C bağlarına bakmayın. C–O bağlarının yönleri ve molekül geometrisi verilmeden toplam molekül polaritesi hakkında kesin karar vermeyin. Sonuç: Molekülde apolar C–C bağları vardır; fakat bu bilgi, molekülün bütün olarak apolar olduğunu göstermeye yetmez. Molekül polaritesi için bağların yönleri ve yapının geometrisi gerekir.