Polar ve Apolar Moleküller Nasıl Ayırt Edilir?
Bir molekülün polar ya da apolar olması, elektronların molekül içinde nasıl dağıldığına ve bağ dipollerinin birbirini yok edip etmediğine bağlıdır. Bağların polar olması tek başına molekülün polar olduğunu göstermez; molekülün geometrisi de birlikte değerlendirilir. HF, H2O, CO2 ve CH4 gibi örneklerle bu ayrım adım adım yapılabilir.
Bu yazıda (5)
Polarite, bir molekülde elektrik yüklerinin tamamen dengeli dağılmaması durumunu anlatır. Bir molekülü sınıflandırırken atomlar arasındaki elektronegatiflik farkı, bağların oluşturduğu dipoller ve molekülün üç boyutlu şekli birlikte incelenir.
Molekül polaritesi kavramı
Molekül polaritesi, bir molekülün bir ucunda kısmi pozitif, diğer ucunda kısmi negatif yük yoğunluğu oluşmasıdır. Elektronlar iki atom arasında eşit paylaşılmadığında daha elektronegatif atom elektronları kendine daha fazla çeker. Böylece elektronları daha az çeken tarafta δ+, elektronları daha fazla çeken tarafta δ− kısmi yük oluşur. Bu yük ayrılığı, bağ boyunca yönü ve büyüklüğü olan bir bağ dipolü meydana getirir.
Molekülün tamamındaki polariteyi belirlemek için yalnızca tek tek bağlara değil, bütün bağ dipollerinin yönlerine bakılır. Birden fazla bağ varsa bu dipoller uzaydaki yönleriyle birlikte değerlendirilir. Molekülün net yük ayrılığı varsa molekül polar, bağ dipolleri birbirini yok ediyorsa apolar kabul edilir. Örneğin HF molekülünde tek bir bağ bulunduğu için H–F bağının polaritesi doğrudan molekülün polaritesini belirler. H ve F’nin elektronegatiflikleri farklı olduğundan elektron yoğunluğu F tarafında toplanır ve HF polar olur.
Br2 ve N2 gibi aynı atomlardan oluşan iki atomlu moleküllerde elektronegatiflik farkı bulunmadığından bağ boyunca belirgin bir yük ayrılığı oluşmaz. Buna karşılık CO ve HF gibi farklı atomlardan oluşan moleküllerde bağ polaritesi ve dolayısıyla molekül polaritesi ortaya çıkabilir.
Polar ve apolar moleküllerin temel özellikleri
Polar moleküllerde yük dağılımı dengeli değildir ve molekülün kalıcı bir net dipolü bulunur. Bu nedenle molekülün bir tarafı kısmi pozitif, diğer tarafı kısmi negatif özellik gösterir. Polar bir molekül elektrik alanına konulduğunda pozitif ucu negatif elektroda, negatif ucu pozitif elektroda yönelmeye eğilim gösterir. Su molekülünde O–H bağları polar olduğu ve molekülün şekli bu bağ dipollerini birbirini yok edecek biçimde düzenlemediği için su polar bir moleküldür.
Apolar moleküllerde ise yük dağılımı genel olarak dengelidir ve net dipol momenti bulunmaz. Bu durum, bağların apolar olmasından kaynaklanabileceği gibi polar bağların molekül içinde simetrik biçimde düzenlenip birbirini yok etmesinden de kaynaklanabilir. Örneğin CO2 içindeki C=O bağları polar olmasına rağmen molekül doğrusal ve simetrik olduğundan iki bağ dipolü zıt yönlerde birbirini dengeler; CO2 bu yüzden apolardır. Benzer biçimde simetrik CH4 molekülünde polar bağlar bulunmasına rağmen bağ dipolleri toplamda birbirini yok eder.
Polar moleküller elektrik alanıyla etkileşirken apolar moleküller aynı türden kalıcı yönlenmeyi göstermez. Polar bir çözücü polar maddeleri, apolar bir çözücü ise apolar maddeleri çözme eğilimindedir. Moleküller arasındaki dipol-dipol ve London kuvvetleri gibi etkileşimler bu polarite ayrımıyla ilişkilidir; bunların ayrıntılı incelenmesi ayrı bir konudur.
Bağ polaritesi ile molekül polaritesi arasındaki fark
Bağ polaritesi, tek bir kovalent bağdaki elektron paylaşımının ne kadar dengesiz olduğunu anlatır. Bağ yapan iki atomun elektronegatiflikleri farklıysa elektronlar daha elektronegatif atoma doğru çekilir; daha az elektronegatif uç δ+, daha elektronegatif uç δ− olur. Bu bağ dipolünün yönü, daha az elektronegatif atomdan daha elektronegatif atoma doğrudur. Fark büyüdükçe bağdaki yük ayrılığı da genel olarak artar.
Molekül polaritesi ise moleküldeki bütün bağ dipollerinin birlikte oluşturduğu sonuçtur. Bu nedenle bir molekülde polar bağların bulunması, molekülün mutlaka polar olduğu anlamına gelmez. CO2 bunun açık bir örneğidir: İki C=O bağı da polardır, ancak doğrusal geometride dipoller zıt yönlü ve eşit biçimde düzenlendiği için toplam etki sıfırlanır. Molekül apolar olur.
H2O’da ise iki O–H bağı polar olmasına rağmen molekül doğrusal değildir. Bağ dipolleri aynı doğrultuda zıt yönlü olmadığından birbirini tamamen yok edemez ve su polar kalır. Bu karşılaştırma, bağ polaritesinin tek bir bağın özelliği; molekül polaritesinin ise bağların yönleri ve geometrisiyle birlikte molekülün tamamına ait bir özellik olduğunu gösterir.
Molekül geometrisinin polariteye etkisi
Molekül geometrisi, atomların uzayda nasıl konumlandığını ve bağ dipollerinin hangi yönlere baktığını belirler. Bağ dipolleri aynı büyüklükte ve simetrik yönlerdeyse birbirini yok edebilir. Yönler dengelenmiyorsa molekülün net yük ayrılığı kalır ve molekül polar olur. Bu yüzden polariteyi değerlendirirken molekülün yalnızca düzlemdeki çizimine değil, üç boyutlu düzenine de dikkat etmek gerekir.
CO2 doğrusal bir moleküldür. Karbon atomunun iki yanındaki oksijen atomları birbirine zıt konumda bulunduğu için iki C=O bağının dipolleri ters yönlüdür ve birbirini yok eder. Her bağ polar olsa da molekülün tamamı apolardır. Buna karşılık H2O’da oksijen çevresindeki elektron çiftlerinin etkisiyle atomlar doğrusal olmayan, bükük bir düzen oluşturur. İki O–H bağının dipolleri bu nedenle tamamen zıt yönlerde değildir; sonuçta net dipol kalır ve su polar olur.
Simetri de bu değerlendirmede önemlidir. BF3, CH4, PF5 ve SF6 gibi simetrik moleküllerde aynı tür polar bağlar uygun biçimde dağıldığında bağ dipolleri dengelenebilir. NH3 ve H2S gibi moleküllerde ise aynı tür bağlar bulunsa bile merkez atom çevresindeki düzen dipollerin tamamen yok olmasına izin vermez; bu moleküller polardır. Molekül geometrisinin ayrıntılı VSEPR analizi ayrı bir konudur.
Polar ve apolar molekülleri belirleme ölçütleri
Bir molekülü sınıflandırmak için şu sıra izlenebilir: Önce bağ yapan atomların elektronegatiflikleri karşılaştırılır. Elektronegatiflik, bir atomun bağdaki elektronları kendine çekme eğilimidir. Farklı elektronegatifliklere sahip atomlar arasında genellikle polar kovalent bağ oluşur; aynı ya da çok benzer elektronegatiflikteki atomlarda bağ polaritesi çok azdır veya yoktur. Elektronegatiflik kavramının ayrıntıları ayrı bir başlıkta incelenebilir.
Sonra moleküldeki bağ dipollerinin yönleri belirlenir ve molekülün şekli dikkate alınır. Tek bağ içeren HF gibi iki atomlu bir molekülde bağın polaritesi doğrudan molekülün polaritesini verir. Birden fazla bağ içeren CO2’de ise polar bağlar bulunmasına rağmen doğrusal ve simetrik yapı dipolleri yok eder; bu nedenle molekül apolardır. H2O’da bükük şekil dipollerin birbirini tamamen yok etmesini engellediği için molekül polardır. Aynı şekilde simetrik CH4 apolar, asimetrik yük dağılımına sahip NH3 ise polardır.
Kısaca polar bir molekül için en az bir polar bağ bulunmalı ve bağ dipollerinin toplam etkisi sıfırlanmamalıdır. Molekülde polar bağ yoksa molekül apolardır; polar bağlar varsa son karar, bağların yönleri ile molekül geometrisi birlikte incelenerek verilir.
Polar bir çözücü, polar maddeleri çözmede; apolar bir çözücü ise apolar maddeleri çözmede daha uygundur. Ayrıca polar moleküller elektrik alanında yönlenebilirken apolar moleküller kalıcı dipol taşımadığı için aynı şekilde yönlenmez.
Polar bağ ile polar molekülü karıştırmamak gerekir. CO2’de polar C=O bağları bulunmasına rağmen doğrusal geometri nedeniyle molekül apolardır; H2O’da ise bükük geometri nedeniyle bağ dipolleri yok olmaz ve molekül polardır.
Sık sorulan sorular
Polar bağ içeren her molekül polar mıdır?
Hayır. Bağ dipolleri molekül geometrisi nedeniyle birbirini yok edebilir. Polar bağlar içeren doğrusal CO2 bu nedenle apolardır.
Bir molekülün apolar olduğunu nasıl anlarım?
Önce bağların polar olup olmadığına, sonra molekülün şekline bakılır. Polar bağlar simetrik biçimde birbirini dengeliyorsa molekül apolardır.
H2O neden polar, CO2 neden apolardır?
H2O’nun bükük geometrisi O–H bağ dipollerinin yok olmasını engeller. CO2’nin doğrusal ve simetrik geometrisi ise iki C=O bağ dipolünü birbirini dengeleyecek biçimde düzenler.
Elektronegatiflik polariteyi nasıl etkiler?
İki atomun elektronegatiflik farkı, bağ elektronlarının ne kadar eşit paylaşılacağını etkiler. Fark arttıkça bağdaki yük ayrılığı genellikle belirginleşir; molekülün toplam polaritesi için ayrıca geometriye bakılır.
Öğrendin mi? Kendini sına
Testi ayrı sayfada aç →3 soru. Hepsini işaretledikten sonra sonucunu ve her sorunun açıklamasını görürsün.
- •Chemistry: Atoms First — Molecular Structure and Polarity / Molecular Polarity and Dipole Momentopenstax.orgCreative Commons Attribution License
- •Chemistry — Molecular Structure and Polarity / Molecular Polarity and Dipole Momentopenstax.orgCreative Commons Attribution License
- •Chemistry: Atoms First — Summary / 4.6 Molecular Structure and Polarityopenstax.orgCreative Commons Attribution License
- •Chemistry: Atoms First — The Solid State of Matter / Molecular Solidopenstax.orgCreative Commons Attribution License
- •Chemistry: Atoms First — Key Terms / Key Termsopenstax.orgCreative Commons Attribution License
- •Chemistry — Key Terms / Key Termsopenstax.orgCreative Commons Attribution License