Bilim Son Makaleler

ATOM ORBİTALLERİNİN MELEZLEŞMESİ

Tarafından yazılmıştır admin

Atom orbitallerinin örtüşmesi kavramı, çok atomlu moleküllere de uygulanabilmelidir.

Bununla beraber molekül geometrisini açıklayabilmek için uygun bir bağlanma şeması verilmelidir. Çok atomlu moleküllerde bağlanmanın VB kuramı ile açıklanmasına ilişkin aşağıdaki üç örneği inceleyelim.

sp3 Melezleşmesi

CH4 molekülünü ele alalım. Sadece değerlik elektronlarını dikkate alarak C orbital diyagramını gösterebiliriz.

Karbon atomunun iki tane eşleşmemiş elektronu (iki 2p orbitalin her birinde bir tane) olduğu için, temel halde hidrojenle sadece iki bağ yapabilir. CH2 bilinmesine karşın çok kararsızdır. Metanda dört C-H bağı oluşabilmesi için 2s orbitalinden bir elektronun 2p orbitaline uyarılması gerekir.

Bu durumda C da dört C-H bağı oluşturabilecek kadar, yani dört eşleşmemiş elektron vardır. Eğer p orbitalleriyle üç bağ olsaydı geometri yanlış olurdu çünkü üç HCH bağ açısı 90° olmalıydı (C daki üç 2p orbitalini birbirine dik olduğunu hatırlayınız). Halbuki CH4 deki HCH açılarının hepsi 109,5° dir.

VB kuramı metandaki (CH4) bu bağlanmayı açıklamak için, düşünsel melez orbitallerini kullanır. Bunlar aynı atomun iki ya da daha çok eşdeğer olmayan orbitallerinin, bağ oluşumundan önce birleşmesiyle elde edilen atomik orbitalleridir. Melezleşme, melez orbitalleri oluşturmak üzere bir atomda (genellikle bir merkez atom) atom orbitallerinin karışması için kullanılan bir terimdir. Karbonda 2s orbitali ile üç 2p orbitalinin karışması sonucu dört eşdeğer melez orbitali oluşturulabilir:

ŞEKİL 1

ŞEKİL 2

Yeni orbitaller bir s ve üç p orbitalinden oluştuğu için sp3 melez orbitalleri olarak adlandırılır. Şekil 1, sp3 orbitallerinin şeklini ve yönlenmesini gösterir. Bu dört melez orbital bir düzgün dörtyüzlünün köşelerine doğru yönlenir. Şekil 2, karbonun sp3 melez orbitalleri ile hidrojenlerin 1s orbitalleri arasında dört kovalent bağ oluşumunu göstermektedir. Buna göre, CH4 dörtyüzlü bir şekle sahiptir ve tüm HCH açılan 109,5° dir. Melezleşmenin olabilmesi için enerji gereklidir. Bu enerji C-H bağlarının oluşmasıyla açığa çıkan enerjiyle fazlasıyla karşılanır (Bağ oluşumunun ekzotermik bir işlem olduğunu anımsayınız).

Aşağıdaki örnek melezleşmenin anlaşılması için yararlıdır: Her biri 50 mL olan beherin birinde kırmızı diğer üçünde de mavi renkli çözeltimiz olsun. Kırmızı çözelti bir 2s orbitaline, mavi çözeltiler ise üç 2p orbitaline karşılık gelsin, dört eşit hacim de 4 ayrı orbitali göstersin. Çözeltileri karıştırırsak 200 mL mor bir çözelti elde ederiz ve bunu 50 mL lik dört eşit kısma ayırabiliriz (yani melezleşme işlemi dört sp3 orbitali oluşturur). Mor renk, kırmızı ve mavi renklerin bir karışımı olduğu gibi, sp3 melez orbitalleri de hem s hem de p orbitallerinin özelliklerine sahiptir.

sp3 melezleşmesine başka bir örnek de amonyaktır (NH3). NH3 deki bağlanma CH4 deki C gibi N un sp3 şeklinde melezleştiği varsayılarak açıklanabilir. N un temel hal elektron dağılımı 1s22s22p3 tür. sp3 melezleşen N atomu için orbital diyagramı şöyledir:

ŞEKİL 3

Dört melez orbitalden üçü N-H kovalent bağlarını oluşturur. Dördüncü melez orbital ise azot üzerinde ortaklanmamış çift olarak yer alır (Şekil 3). Bağlayıcı orbitallerdeki elektronlarla ortaklanmamış elektronlar arasındaki itme HNH bağ açısmı 109,5° den 107,3° ye düşürür.

Melezleşme ile VSEPR modeli arasındaki ilişkiyi anlamak önemlidir. Elektron çifti düzenlenmesini VSEPR kullanılarak öngördükten sonra, bağlanma şemasını melezleşmeyi kullanarak açıklamalıyız. Eğer VSEPR modeli dörtyüzlü bir elektron çifti düzenlenmesi öngörürse, bir s ve üç p orbitalinin dört sp3 melez orbitalini oluşturmak üzere melezleştiğini anlayabiliriz. Aşağıda başka tip melezleşmelere örnekler verilmiştir.

sp Melezleşmesi

Berilyum klorür (BeCl2) molekülünün VSEPR ile doğrusal olduğu öngörülmektedir. Be için değerlik elektronları orbital diyagramı şöyledir. 

ŞEKİL 4

Temel halde Be un Cl la kovalent bağ oluşturamayacağını biliyoruz, çünkü 2s orbitalindeki elektronlar eşleşmiştir. Bu yüzden Be un bağlanmasını açıklamak için melezleşmeyi kullanmak gerekir. Bunun için önce, bir 2s elektronunu 2p orbitaline atlatırız.

Bu durumda, 2s ve 2p de bağ oluşturacak iki Be orbitali vardır. İki Cl atomu bu uyarılmış haldeki Be ile etkileşirse bir Cl atomu 2s, diğeri ise 2p elektronu ile ortaklaşarak eşdeğer olmayan iki BeCl bağı oluşturacaktır. Bu şema deneysel kanıtlara uymamaktadır. Gerçekte BeCl2 molekülünde iki BeCl bağı da her yönden aynıdır. Bu yüzden 2s ve 2p orbitalleri iki eşdeğer sp melez orbitallerini oluşturmak üzere karışmalı ya da melezleşmelidir:

Şekil 4, sp orbitallerinin şeklini ve yönlenmesini göstermektedir. Bu iki melez orbital arasındaki açı 180° olacak şekilde x ekseni boyunca uzanır ve aynı doğru üzerinde yönlenen BeCl bağlarının her biri Be un sp melez orbitalleri ile Cl un 3p orbitalinin örtüşmesinden oluştuğuna göre, BeCl2 molekülü doğrusal bir geometriye sahiptir (Şekil 5).

ŞEKİL 5

sp2 Melezleşmesi

Şimdi, VSEPR e göre molekül geometrisinin düzlemsel olduğu bilinen BF3 (bor triflorür) molekülünü inceleyelim. Sadece değerlik elektronları göz önüne alınırsa, B için aşağıdaki orbital diyagramı yazılır:

Önce, bir 2s elektronunu boş p orbitallerinden birine atlatalım:

Bu durumda 2s orbitali ile iki 2p orbitalinin karşımasından oluşan üç sp2 melez orbitali meydana gelir:

ŞEKİL 6

Bu üç sp2 melez orbitali aynı düzlemde yer alır ve herhangi ikisi arasındaki açı 120° dir (Şekil 6). BF bağlarının her biri bor atomunun bir sp2 melez orbitali ile florun 2p orbitalinin örtüşmesiyle oluşur (Şekil 7). BF3 molekülü düzlemseldir ve tüm FBF açıları 120° dir. Bu sonuç, deneysel sonuçlarla ve VSEPR ile öngörülen yapıyla uyum içindedir.

ŞEKİL 7

Melezleşme ile oktet kuralı arasındaki ilginç bir bağlantıya dikkat etmek gerekir. Melezleşme tipi ne olursa olsun bir s ve üç p orbitali olan atomun bileşikte toplam sekiz elektronu barındırabilecek dört orbitali olacaktır. Periyodik çizelgenin ikinci periyot elementlerinin herhangi bir atomunun değerlik kabuğunda barındırabileceği maksimum elektron sayısı sekizdir. Bunun nedeni, oktet kuralına ikinci periyot elementlerinin genellikle uymasıdır.

Ancak bu durum üçüncü periyot element atomu için farklıdır. Eğer molekülde melez orbitalleri oluşturmak için sadece 3s ve 3p orbitalleri kullanılırsa, bu oktet kuralına uyacaktır. Buna karşın, bazı moleküllerde melez orbitalleri oluşturmak için aynı atomun 3s ve 3p sinin yanısıra bir ya da daha fazla 3d orbitali de kullanılabilir. Bu durumda oktet kuralı geçerli olmaz. Melezleşmeye 3d orbitallerinin katıldığı bazı örnekler incelenecektir.

Melezleşme konusunda dikkat edilmesi gereken bazı hususlar aşağıda özetlenmiştir: 

1. Melezleşme kavramı izole atomlara uygulanmaz. Bu, sadece kovalent bağı açıklamak için kullanılan kuramsal bir modeldir.

2. Melezleşme, en az iki farklı atom orbitalinin karışmasıdır. Örneğin s ve p orbitalleri gibi. Bu yüzden, bir melez orbital saf bir atom orbitali değildir. Melez orbitaller ve saf atom orbitalleri çok farklı biçimdedirler.

3. Oluşan melez orbitallerin sayısı, melezleşmeye katılan saf atom orbitallerinin sayısına eşittir.

4. Melezleşme enerji gerektirir, ancak, sistem bağ oluşumu sırasında bu enerjinin daha fazlasını karşılar.

5. Çok atomlu molekül ve iyonlardaki kovalent bağlar melez orbitallerin ya da melez orbitallerle melezleşmemiş orbitallerin örtüşmesiyle oluşur. Bu yüzden, melezleşme bağ şeması değerlik bağ kuramının çerçevesi içindedir: moleküldeki elektronlar atomların tek tek melez orbitallerini işgal ederler. sp, sp2 ve sp3 melezleşmeleri aşağıdaki çizelgede özetlenmiştir. (Çizelge, kısaca incelenecek olan başka türleri de içerir.)

Yazar Hakkında

admin

%d blogcu bunu beğendi: