Kimyasal Bağ ve Moleküler Geometri

Kimyasal bağ, bir atom kümesi bağlı kaldığında enerjisini düşüren şeydir. Atomlar elektronlarını üç geniş yolla yerleştirir: onları aktarmak (iyonik), iki çekirdek arasında paylaşmak (kovalent) veya tüm bir kafes boyunca havuzlamak (metalik). Gerçek maddeler bir süreklilik oluşturur — bir C–H bağındaki paylaşım, bir O–H bağındakinden çok daha dengelidir — ama bu sayfadaki her yapı tek bir soruyla kurulur: değerlik elektronları verildiğinde, atomlar nereye yerleşmek zorundadır?

Elektronegatiflik farkı ΔEN sürekliliği ayırır: 0'a yakın olduğunda paylaşım eşittir (apolar kovalent), yaklaşık 0,4–1,7 arasında dengesizdir (kutuplu kovalent) ve yaklaşık 1,7'nin ötesinde tam bir aktarım tanımı genellikle kazanır. Elektronegatiflik periyodik tabloda sağa ve yukarı doğru artar; bu yüzden F en çok çeken elementtir.

Kutuplu bir bağın bir bağ dipolü vardır — pozitif uçtan negatif (elektronu açgözlü) atoma doğru işaret eden küçük bir vektör. Molekülün kutuplu olup olmadığı bir geometri sorusudur: vektörleri toplayın. CO₂ ve H₂O ikisi de güçlü kutuplu bağlar içerir, ama CO₂ doğrusaldır (AX2, 180°) bu yüzden iki dipolü zıt yönlere işaret eder ve birbirini iptal eder; H₂O ise bükülüdür (AX2E2, 104,5°) bu yüzden birbirini güçlendirerek 1,85 D'lik net bir dipol oluşturur. Yukarıdaki Kutupluluk paneli tam olarak bu muhakemeyi her geometri için çalıştırır.

Değerlik kabuğu elektron çifti itmesi (VSEPR), merkezi atom etrafındaki elektron alanlarını sayarak şekli öngörür — her tek, çift veya üçlü bağ bir alan sayılır, her yalnız çift de öyle. İki alan doğrusal, üç alan üçgen düzlemsel, dört alan tetrahedral, beş alan üçgen bipiramidal, altı alan oktahedral dizilir. AXE gösterimi yanıtı kaydeder: merkezi bir A atomu, X_n bağlı atom, E_m yalnız çift. Eşelektronik dizide CH₄ (109,5°) → NH₃ (107°) → H₂O (104,5°) sırasında yalnız çiftler bağların yerini aldıkça açıların nasıl daraldığına bakın: aynı dört alan, ama daha çoğu yalnız. Yalnız çift olduğunda moleküler geometri elektron alanı geometrisinden farklıdır — suyun alanları tetrahedraldir, atomlar ise bükülü bir şekil oluşturur. Suyun iki yalnız çifti onu 104,5°'ye bükerken, CO₂'nin iki çift bağı onu katı biçimde doğrusal bırakır.

Değerlik bağı kuramı, bu geometrilerin yönlü bağlarını, atomun s ve p orbitallerini alanların yöneldiği yere bakan hibritler halinde karıştırarak açıklar: 2 alan → sp (180°), 3 → sp² (120°), 4 → sp³ (109,5°), 5 → sp³d, 6 → sp³d². Etiketi, kesin bir tarif değil, “bu kadar eşdeğer yön” için bir muhasebe olarak değerlendirin. Biçimsel yük, hangi Lewis yapısının çizileceği için tamamlayıcı muhasebedir: BY = değerlik elektronları − yalnız çift elektronları − bağ elektronlarının yarısı. CH₄'teki karbon 4 − 0 − 4 = 0 alır; en iyi yapı, biçimsel yükleri en aza indiren ve iç kısımdan uzaklaştıranıdır. Rezonans, tek bir çizimin yetmediğinin dürüst bir kabulüdür — SO₂'deki iki S–O bağı da bağ derecesi 1,5 ile eşdeğerdir, tekli ve çiftli olarak dönüşümlü değildir.

İkinci sıra atomları (C, N, O, F) kesinlikle sekiz elektronla sınırlıdır. Bunun ötesinde kurallar gevşer: BF₃ bordaki altı elektronla yaşar (onu açgözlü bir elektron çifti alıcısı yapar), üçüncü sıra ve daha ağır atomlar ise itiraz etmeden genişler — PCl₅ ve SF₆ sırasıyla 10 ve 12 tutar, XeF₄ ise oktahedral bir düzenlemede dört bağ ile iki yalnız çifti sığdırır ve kare düzleme düzleşir.

• Kutuplu bağlar kutuplu bir molekül yapar. Yalnızca geometri bunları iptal etmezse — CO₂, BF₃, CH₄, SF₆ ve XeF₄ hepsi kutupli veya özdeş bağlar içerir, ama yeterince simetrik düzenlenmiş olduklarından apolardırlar.
• Çift bağ iki alandır. Tek ve şişman bir alan gibi iter; CO₂'nin iki C=O çift bağı yine de sterik sayı 2 ve doğrusal bir şekil verir.
• Moleküler geometri = elektron geometrisi. Bu yalnızca sıfır yalnız çift olduğunda doğrudur; NH₃'ün alanları tetrahedraldir, atomları ise üçgen piramidaldir.
• Lewis yapısı molekülün kendisidir. Bu bir muhasebe taslağıdır; rezonans (SO₂), delokalizasyon (benzen) ve ölçüm (her iki S–O bağı eşit) rutin olarak tek bir çizimin önüne geçer.

İlgili araçlar: Elektron Dizilimi (bağları oluşturan değerlik elektronlarını saymak), Organik Kimya (fonksiyonel grupların şekilleri) ve Yapı Düzenleyici (molekülleri çizmek için).