5.FİZİKSEL VE KİMYASAL DEĞİŞİMLER

Maddelerin yapısında oluşan değişmeler temel olarak iki şekilde değerlendirilir. Bu de- ğişimlerden birinde maddenin kimlik özelliklerinde bir değişme gözlenirken, diğerinde ise maddenin kimlik özelliklerinde bir değişme olmaz. 

FİZİKSEL DEĞİŞİMLER 

Maddenin fiziksel özelliklerinin değiştiği ancak bileşiminin değişmediği olaylardır. Fiziksel özellikler, kolay ölçülebilir büyüklükler ile ifade edilir. Yoğunluk, donma noktası, kaynama noktası, renk, koku, tat gibi özellikler fiziksel özellikler olup, beş duyu organı ile algılanabilmeleri ve ölçülebilmeleri kolaydır. Bir madde fiziksel değişmeye uğradığında kütlesi değişmez.

➢ Fiziksel değişimler sonucunda madde kimlik özelliklerini kaybetmez. Yani maddenin fiziksel hali ya da görünümü değişir. 

KİMYASAL DEĞİŞMELER

Kimyasal değişimlerde maddeyi oluşturan tanecikler (atom, iyon gibi) birbirlerinden koparak ayrılır. Ayrılan tanecikler yeniden ve farklı formda birleşir. Kimyasal değişimler sonucunda; 

➢ Maddenin kimyasal özellikleri değişir. 

➢ Kimlik özelliği değişir. 

➢ Atomların türünde bir değişim olmaz. 

➢ Maddeleri oluşturan atomlar arasında yeni bir düzenleme olur. 

Maddelerin yeni maddelere dönüşmesi sırasında gözlenen özelliklere kimyasal özellik denir. Bir maddenin belirli koşullarda bileşiminde değişiklik meydana getiren yanıcılık, yakıcılık, asit veya baz ile tepkime verebilme gibi özellikler kimyasal özelliktir. Örneğin, magnezyum metalinin HCl ile tepkime verdiği halde altın metalinin tepkime verme yeteneğinin olmayışı da maddenin kimyasal özellikleri ile ilgilidir. 

Maddelerin birbirleriyle reaksiyona girme istekleri ya da farklı maddelerin aynı maddeyle reaksiyona girme istekleri farklıdır. Maddelerin tepkimeye girme isteklerine reaktiflik denir. Maddelerin tepkimeye girme isteksizliğine ise asallık denir. Kimyasal özellikler de fiziksel özelliklerdeki gibi gerekli önlemler alınarak algılanabilir ve ölçülebilir olmakla beraber bu özelliklerin ortaya çıkması için maddenin diğer maddeler ile etkileşime girip giremediğinin bilinmesi gereklidir. Örneğin; demir, nemli ortamda havanın oksijeni ile tepkimeye girerek oda koşullarında yavaş yavaş paslanır. Ancak oksijen gazı, hidrojen gazı ile hızlı reaksiyon verdiği halde, altın (Au) ile tepkime vermez. 

2Fe(k) + 2 3 O2(g) S Fe2O3(g) (Yavaş)

H2(g) + 2 1O2(g) S H2O(g) (Hızlı)

Au + O2 S Tepkime vermez. Au, O2'ye karşı asaldır.



Fiziksel ve Kimyasal Değişimler Örnekleri

4. ZAYIF ETKİLEŞİMLER

 Zayıf etkileşimler (fiziksel bağlar) maddelerin yoğun fazlarında (sıvı ve katı halde) etkilidir. Maddelerin fiziksel özelliklerini etkiler. Kimyasal bağlardan (güçlü etkileşimler) çok daha zayıftır. Bu etkileşimler Van der Waals ve hidrojen bağları olarak iki ana gruba ayrılır.

VAN DER WAALS KUVVETLERİ 

Van der Waals kuvvetleri moleküller arasındaki zayıf çekim kuvvetleridir. Kalıcı ve İndüklenmiş Dipoller Bir kimyasal tür bir bütün olarak negatif ve pozitif kutuplar bulunduruyorsa dipole sahiptir denir. Dipoller kalıcı olabileceği gibi geçici (anlık) de olabilir. Polar kovalent bağlı bileşikleri oluşturan atomlar arasındaki elektronegatiflik farkından dolayı atomlardan biri kısmi pozitif yüklü (+) diğeri de kısmi negatif yüklü (– ) olur. Bu şekilde oluşan kovalent bağlar (HCl, HF, NH3, H2O.... gibi) kalıcı dipolleri oluştururlar. Kalıcı dipoller kimyasal türlerin kendi yapılarından kaynaklanan ve üzerlerinde sürekli bulunan dipollerdir. Molekülü oluşturan atomlar arasında elektronegatiflik farkı olmayan (H2, Cl2, O2 ...) apolar moleküllerde ise kalıcı dipoller oluşamaz. Bunlarda indüklenmiş (geçici, anlık) dipoller oluşur. 

➢ Atomdaki elektronlar sürekli hareket halinde iken bir bölgeye yığılmaları ile bölgenin (–) diğer bölgenin (+) yüklü olmasını sağlayabilirler. Böylece sürekli oluşup kaybolan anlık polarlanma (kutuplanma) oluştururlar. Bu olaya indüklenme ortaya çıkan dipollere indüklenmiş dipol denir. 

➢ Polar kovalent bağ içeren moleküllerin kalıcı dipole sahip olup olmadığını anlayabilmek için molekülün geometrisi bilinmelidir. CO2 ve CH4 molekülleri polar kovalent bağ içermesine rağmen kalıcı dipole sahip değildir. CO2'de oksijenler üzerindeki kısmi negatif yükler doğrusal ve zıt yönde olduğu için birbirini nötrler ve geçici dipol oluşur. CH4 molekülü de apolar olduğundan kalıcı dipoller oluşamaz. İndüklenmiş (geçici) dipol oluşur. 

➢ Birbirine yaklaşan nötr taneciklerin elektron bulutları etkileşir. Örneğin iki He atomu veya H2 molekülü birbirlerine yaklaştıklarında taneciklerde geçici indüklenmiş dipoller meydana gelir. Yani apolar moleküllerde özellikle de soy gazlarda geçici dipollük oluşur.

a. Dipol–Dipol Kuvvetleri 

İki polar molekül birbirine yaklaşırken birinin pozitif (+) kutbu ile diğerinin negatif (–) kutbu arasında elektrostatik çekim kuvveti oluşur. Bu kuvvetlere dipol-dipol kuvvetleri denir. Bu kuvvet kısmi yüklenmeden dolayı oluşan moleküllerde bulunduğundan zıt yüklü iyonlar arasında oluşan bağdan çok zayıftır. Üstelik aynı kısmi yüke sahip uçlarda da itme gerçekleşeceğinden düzgün biraraya gelme gerçekleşmez.

 ➢ Dipol­ dipol bağı, kimyasal bağlardan zayıftır. 

➢ Polar moleküller arasında oluşan dipol ­dipol kuvvetleri polar moleküllerin birbiri içerisinde çözünmesini kolaylaştırır.

b. İyon–Dipol Etkileşimi 

Anyon ya da katyon olduğu bilinen bir iyon polar bir molekülle bir araya geldiğinde yüklü iyon ile polar molekülün zıt yüklü kısmı arasında çekim kuvveti oluşur. Buna iyon–dipol etkileşimi denir. Örneğin KCl iyonik kristalinin H2O sıvısında çözünmesi olayında iyon­dipol etkileşimi önemli rol oynar. H2O moleküllerinin kısmi pozitif yüklü uçları ile Cl– iyonları arasında ve kısmi negatif yüklü uçları ile K+ iyonları arasında iyon­dipol bağı oluşur.

c. İndüklenmiş Dipol Bağları 

i. İyon–indüklenmiş dipol etkileşimi 

İyon bulunduran maddenin apolar moleküllerde çözünmesi ile ortaya çıkan etkileşim türüne iyon–indüklenmiş dipol etkileşimi denir. Bu etkileşim iyon–dipol etkileşimine göre çok zayıftır. Çünkü iyonik katıların polar olmayan çözücülerde çözünürlüğü genellikle yok denecek kadar azdır. Örneğin KCl kristali CCl4 ile karıştırıldığında K+ – CCl4 ve Cl– – CCl4 şeklinde anlık çok zayıf iyon–indüklenmiş dipol bağları oluşur. Ancak bu zayıf etkileşimler K+ – Cl– arasındaki güçlü etkileşimi koparamaz. Dolayısıyla çözünme gerçekleşmez.

ii. Dipol–indüklenmiş dipol etkileşimi 

Apolar bir maddenin polar çözücülerde veya polar bir maddenin apolar çözücülerde çözünmesi ile ortaya çıkan etkileşim türüne dipol–indüklenmiş dipol etkileşimi denir. Bu etkileşim iyon–indüklenmiş dipol etkileşiminden çok daha zayıftır. Çünkü genellikle polar moleküllerin polar çözücülerde, apolar moleküllerin apolar çözücülerde çözünürlüğü daha kolay olur. Örneğin, I 2'nin etil alkol (C2H5OH) içinde çözünmesi dipol–indüklenmiş dipol etkileşimidir. Çünkü etil alkol polar, I 2 ise apolar moleküldür. Burada indüklenmeyi gerçekleştiren etil alkoldür. 

iii. İndüklenmiş dipol–indüklenmiş dipol etkileşimi (London kuvvetleri) 

İlk kez Fritz London tarafından açıklanmıştır. Apolar moleküller ve soy gazlar arasında etkileşimler olmasaydı maddeler fiziksel hallerini değiştiremez, gazlar sıvılaşamaz veya katı- laşamazdı. Bu yüzden dışarıdan bir etki ile tanecik geçici polarlanabileceği gibi taneciklerin birbiri ile çarpışması sonucu da geçici dipoller oluşabilir. Apolar moleküllerin yapısında bulunan hareketli elektronların bir anlık yığılma hareketi ile ani ve geçici kutuplaşma oluşturması indüklenmiş dipol–indüklenmiş dipol çekim kuvvetlerini (London kuvvetlerini) oluşturur. Anlık dipoller elektronların sürekli hareket halinde olmasından dolayı sürekli yön değiştirir. 

➢ London kuvvetleri bütün moleküller arasında vardır. Anlık ve geçicidir. Çünkü elektronların hareketi sonucu indüklenmiş dipol ve bağ bozulur. Apolar molekülde veya soy gazda elektron sayısı, molekül ağırlığı arttıkça London kuvvetleri artar. Böylece taneciklerin erime ve kaynama noktası artar. 

➢ Apolar moleküllerde ve soy gazlarda yoğun fazda yalnızca London kuvvetleri bulunur.

 ➢ Elektron sayısı aynı olan apolar moleküllerden doğrusal yapılı (düz zincirli) olanların London kuvvetleri küresel olanlara (dallanmış) göre daha büyüktür. Böylece erime ve kaynama noktaları daha yüksektir. 

HİDROJEN BAĞI 

Elektronegatifliği diğer atomlara göre oldukça yüksek olan, bu nedenle bileşiklerinde kısmi negatif yüklenen F, O, N atomlarıyla hidrojen atomu bileşik oluşturduğunda polarlaşma sebebiyle hidrojen atomu kısmi artı yük kazanır. Hidrojen bağı, F, O ve N atomlarına bağlanmış hidrojen atomlarının komşu moleküllerdeki bağ yapmamış elektron çiftlerine uyguladığı çekim kuvvetidir.

➢ Hidrojen bağları aynı tür moleküller arasında oluşabileceği gibi farklı tür moleküller arasında da oluşabilir. 

 ➢ Hidrojen bağları zayıf etkileşimler arasında en güçlüsüdür. Kimyasal bağlardan zayıf, Van der Waals kuvvetlerinden yaklaşık 10 kat daha güçlüdür. Hidrojen Bağının Fiziksel Özelliklere Etkisi ➢ Hidrojen bağları maddelerin kaynama noktalarının artmasına neden olur. Hidrojen bağı bulunan bileşiklerin kaynama noktaları Van der Waals bağı içerenlere göre genellikle yüksektir. (NH3 > H2S).

             Zayıf Etkileşimler ve Görünür Özellikler:

3. GÜÇLÜ ETKİLEŞİMLER

İYONİK BAĞ VE İYONİK BİLEŞİKLERİN OLUŞUMU

Metal ve ametal atomları arasında elektron alış-verişi ile bileşik oluşurken anyon ve katyonlar arasındaki elektrostatik çekim kuvvetleri ile oluşan kimyasal bağa iyonik bağ, iyonik bağ içeren bileşiklere ise iyonik bileşik denir.

İyonik Bileşiklerin Formüllerinin Yazılması 

İyonik bileşiklerin formüllerinin yazılmasında aşağıdaki kurallar geçerlidir. 

➢ Öncelikle pozitif yüklü iyon (katyon) sonra negatif yüklü iyon (anyon) yazılır. 

➢ Bileşikteki iyonların değerlikleri toplamı sıfır olmalıdır. Bu nedenle iyonların değerlikleri çaprazlanarak element sembollerinin sağ alt köşelerine mutlak değerleri alınarak yazılır. 

➢ İyon yüklerinin değerleri birbirinin katları şeklinde ise en küçük katsayı olacak şekilde formül oluşturulur.

➢ İyonların kök olması durumunda kök parantez içine alınır. İyon yükünün mutlak değeri parantezin sağ alt köşesine yazılır. 

➢ İyonların yüklerinin mutlak değerleri eşit ise (a=b), çaprazlama yapılmaz. Sadeleştirme yapılır. 

Aşağıdaki siteden oyun oynayarak iyonik bağ konusunu ne kadar anladığınızı test edebilirsiniz.

İyonik Bağ Oluşturma Oyunu

KOVALENT BAĞ VE KOVALENT BAĞLI BİLEŞİKLER

Ametal atomları arasında elektron ortaklaşması sonucu oluşan bağ türüne kovalent bağ denir. Kovalent bağlar ile oluşan bileşikler kovalent bileşikler veya moleküler bileşikler olarak adlandırılır. 

➢ Kovalent bağın oluşumu sırasında zıt yüklü iyonlar oluşmadığından bu bağ türü iyonik bağdan daha zayıftır. 

➢ Kovalent bağ, aynı tür atomlar arasında oluşabileceği gibi farklı tür atomlar arasında da oluşabilir. 

➢ Aynı cins ametal atomları element molekülünü oluşturur. H2, O2, F2, Cl2, O3 gibi.... 

➢ Farklı cins ametal atomları bileşik molekülünü oluşturur. H2O, NH3, CO2, CH4 gibi...

Polar Kovalent Bağ

Farklı ametal atomları arasında ortak kullanılan elektronlar atomlar tarafından eşit çekilemeyeceği için elektronlar çekim kuvveti fazla olan elemente doğru kayarlar. Böylece kısmen pozitif (+) ve kısmen negatif (– ) uçlar oluşur. Böyle moleküllere polar moleküller, oluşan kovalent bağada polar kovalent bağ (kutuplu) denir. Yani farklı ametal atomları arasında oluşan bağdır.

Apolar Kovalent Bağ 

➢ Aynı tür ametal atomları arasında ortak kullanılan elektron çiftinin eşit olarak çekilmesiyle yani atomların elektronegatiflik değerlerinin eşit olması ile oluşan bağlara apolar kovalent bağ (kutupsuz) denir. 

➢ Aynı tür ametal atomları arasında oluşan bağlarda kısmi negatif ve kısmi pozitif uçlar oluşmaz. 

Verilen linkten kovalent bağ oluşumunu görebilirsiniz.

Kovalent Bağ Oluşumu

Molekül Oluşumunun Lewis Yapısıyla Gösterimi 

Kovalent bileşiklerin Lewis elektron nokta gösterimleri de iyonik bileşiklerdeki gibi olmaktadır. Kovalent bileşiklerde ortaklaşa kullanılan elektron çiftlerine bağlayıcı elektron çifti veya ortaklanmış elektron çifti denir. Atomların bağ yapımına katılmayan elektron çiftlerine ise ortaklanmamış elektron çifti denir. Aşağıda verilen bazı moleküllerin Lewis yapısını inceleyelim. 

➢ H2 molekülü oluşurken H atomları birer elektronlarını ortaklaşa kullanır ve son katmanlarındaki elektron sayısını 2 yaparak dubletlerini tamamlamış olurlar. 

➢ O2 molekülü oluşurken O atomları ikişer elektronlarını ortaklaşa kullanır ve son katmanlarındaki elektron sayısını 8 yaparak oktetini tamamlamış olurlar. Bu arada bağ yapımına katılan 2 elektron, iki oksijen atomu tarafından ortaklaşa kullanılarak iki kovalent bağ (=) oluşturur. O2 molekülünde 8 tane de ortaklanmamış elektron vardır. 

➢ H2O molekülü, hidrojenin bir tane bağlayıcı elektronu, oksijenin ise iki tane bağlayıcı elektronu ve dört tane ortaklanmamış elektronu bulundurmaktadır. Bu nedenle H'nin bir bağlayıcı elektronu ile O'nun iki tane bağlayıcı elektronu arasında iki tane tekli bağ oluşmaktadır. Yani H2O molekülü oluşurken H atomları birer elektron alarak dubletini, O atomu ise iki elektron alarak oktetini tamamlamış olur.

METALİK BAĞ

Metal atomlarının son enerji katmanındaki elektronlar çekirdek tarafından daha az kuvvetle çekilir. Böylece, metal atomlarının değerlik elektronları daha fazla hareket edip, boş değerlik orbitallerinde daha serbest dolaşabilir. Pek çok metal atomu bir arada bulunduğunda değerlik elektronlarının hem boş orbitallerde hem de komşu atomların boş değerlik orbitallerinde serbest halde dolaşması ile bir elektron denizi oluşur. Böylece pozitif yüklü metal iyonları ile elektron denizi arasında elektrostatik çekim kuvveti meydana gelir. Bu çekim kuvveti metalik bağ olarak adlandırılır. Metalik bağ metal atomlarının bir arada durmasını sağlar. 

➢ Metalik bağ, fiziksel bağlardan daha güçlüdür. Fakat genelde iyon bağları ve kovalent bağlardan daha zayıftır. Metalik bağın sağlamlığı metalin değerlik elektron sayısı ve metal atomunun çapına bağlıdır. 

➢ Metallerde değerlik elektron sayısı arttıkça metal bağının kuvvetliliği artar. 

➢ Periyodik sistemin aynı grubunda aşağıya doğru inildikçe çap büyüdüğünden metal bağı zayıflar, erime ve kaynama noktası düşer. 

➢ Periyodik sistemin aynı periyodunda sağa doğru gidildikçe atom çapı küçülür, metal bağı kuvvetlenir, erime ve kaynama noktası artar.

2.KİMYASAL TÜRLER ARASI ETKİLEŞİMLERİN SINIFLANDIRILMASI

Bağ Enerjisi

İki atomlu bir gaz molekülünü nötral atomlarına ayrıştırmak için gereken enerji bağ enerjisi olarak adlandırılır.

Örneğin;

Oksijen molekülünün oksijen atomlarına ayrışması için mol başına 145 kj lük enerji gerekirken , hidrojen molekülünü atomlarına ayrıştırmak için mol başına 436 kj lük enerji vermemiz gerekir. Buna göre hidrojen molekülü oksijen molekülünden daha kararlıdır.

Kimyasal türleri birbirinden ayırmak için gereken enerji 40 kj/mol veya daha fazla ise bu türler arasındaki etkileşim güçlü etkileşim olarak kabul edilir.

Kimyasal türleri birbirinden ayırmak için 40 kj/mol den daha az enerji gerekiyorsa türler arasında zayıf etkileşim meydana gelir.

Bağlar oluştuğunda veya koptuğunda farklı kimlikte yeni kimyasal türler meydana geldiğinde enerji değişimi yüksek olur. Hal değişimi ve çözünme gibi fiziksel bağların rol aldığı değişimlerde ise maddelerin kimliğinde bir değişim olmaz , bu nedenle enerji değişim daha küçük olur.

1.KİMYASAL TÜR NEDİR?

Bir maddenin özelliklerine sahip olan en küçük yapı taşı kimyasal tür olarak adlandırılır. Doğada bulunan kimyasal türler; atom, molekül, iyon ve radikal olarak gruplandırılabilir.

Atom: Bir kimyasal elementin tüm özelliklerini taşıyan en küçük yapı taşıdır. Ancak elementlerin çok azı atomik halde bulunurlar. Örneğin; soy gazlar kararlı yapıdadır ve atomik haldedir. Metallerden cıva, altın, bakır, platin gibi elementler doğada tek atomlu bulunabilirler. 

Molekül: En az iki atomun belirli bir düzende bir araya gelerek oluşturduğu nötr atom gruplarına molekül denir. Bir araya gelen atomlar aynı olabileceği gibi (element molekülü) farklı da (bileşik molekülü) olabilir.

İyon: Pozitif veya negatif yüklü atom veya atom gruplarına iyon denir. Pozitif yüklü iyonlar katyon, negatif yüklü iyonlar anyon oluşturur.

Radikal: Ortaklanmamış (eşleşmemiş) elektronları olan molekül ya da atomlara radikaller denir.

Son katmandaki elektronların (değerlik elektron sayısı) element sembolü-nün etrafında noktalar (•) halinde gösterilmesidir. Bu noktalar sembolün dört tarafına teker teker yerleştirilir. Dörtten fazla değerlik elektronu olması durumunda ise oktete ulaşıncaya kadar noktalar ikişerli olacak şekilde eşleştirilir.

  

Kimyasal Bağların Oluşum Mekanizması

Kimyasal türleri bir arada tutan kuvvet elektrostatik çekim (zıt yükler arasındaki çekim) kuvvetidir. Kimyasal türler birbirine yaklaştıkça türlerin yüklerinden dolayı çeşitli etkileşimler (itme/çekme) oluşur. Aynı yükler birbirini iterken, zıt yükler birbirini çeker.

Örneğin; iki kimyasal tür yaklaştıkça proton(+) ve proton(+) ile elektron(–) ve elektron(–) arasında itmeler gerçekleşirken, proton(+) ve elektron(–) arasında çekim kuvvetleri oluşur. Çekme kuvvetleri itme kuvvetlerinden aşırı büyükse güçlü bağlar, aralarındaki kuvvet daha küçükse zayıf bağlar oluşur. Güçlü etkileşimlere kimyasal bağlar, zayıf etkileşimlere fiziksel bağlar da denir.