Kimyasal Bağlar
Büyük mesafelerle ayrılmış atomlar birbirlerine bağlanamazlar; bunun yerine, değerlik kabuklarındaki elektronların etkileşime girmesi için yeterince yaklaşmaları gerekir. Ama atomlar birbirlerine gerçekten dokunurlar mı? Çoğu fizikçi hayır diyecektir, çünkü değerlik kabuklarındaki negatif yüklü elektronlar birbirlerini iterler. İnsan vücudundaki ya da doğal dünyanın herhangi bir yerindeki hiçbir güç bu elektriksel itişin üstesinden gelebilecek kadar güçlü değildir. Dolayısıyla atomların birbirine bağlanması ya da çarpışması hakkında bir şeyler okuduğunuzda, atomların fiziksel anlamda birleşmediğini aklınızda bulundurun.
Bunun yerine, atomlar kimyasal bir bağ oluşturarak birbirlerine bağlanırlar. Bir bağ, atomları aynı çevrede tutan zayıf veya güçlü bir elektriksel çekimdir. Yeni gruplaşma tipik olarak daha kararlıdır -tekrar reaksiyona girme olasılığı daha düşüktür- bileşik atomları, ayrı olduklarında olduğundan daha kararlıdır. Kimyasal bağlarla bir arada tutulan iki veya daha fazla atomun az ya da çok kararlı gruplaşmasına molekül denir. Bağlı atomlar, moleküler hidrojen veya hidrojen gazı olarak adlandırılan H2 örneğinde olduğu gibi aynı elementten olabilir. Bir molekül farklı elementlerin iki veya daha fazla atomundan oluştuğunda, buna kimyasal bileşik denir. Dolayısıyla, bir birim su veya H2O bir bileşiktir, tıpkı tek bir molekül metan veya CH4 gazı gibi.
İnsan fizyolojisinde üç tür kimyasal bağ önemlidir, çünkü vücut tarafından homeostaz, sinyalizasyon ve enerji üretiminin kritik yönleri için kullanılan maddeleri bir arada tutarlar, bunlardan sadece birkaçı önemli süreçlerdir. İnsan fizyolojisinde önemli olan üç tür kimyasal bağ, vücut tarafından homeostaz, sinyalleşme ve enerji üretimi gibi birçok önemli süreçte kullanılan maddelerin bir arada tutulmasını sağlar. Bunlar iyonik bağlar, kovalent bağlar ve hidrojen bağlarıdır.
İyonlar ve İyonik Bağlar
Bir atomun tipik olarak aynı sayıda pozitif yüklü protona ve negatif yüklü elektrona sahip olduğunu hatırlayın. Bu durum devam ettiği sürece atom elektriksel olarak nötrdür. Ancak bir atom, bir veya daha fazla elektronun bağışlanması veya kabul edilmesiyle sonuçlanan bir kimyasal reaksiyona katıldığında, atom pozitif veya negatif yüklü hale gelecektir. Bu, daha önce açıklandığı gibi, tam bir değerlik kabuğuna sahip olmak için çoğu atom için sıklıkla gerçekleşir. Bu, ya yarım dolu olan bir kabuğu doldurmak için elektron kazanarak veya yarım dolu olan bir kabuğu boşaltarak elektron vererek gerçekleşebilir, böylece bir sonraki daha küçük elektron kabuğu yeni, dolu, değerlik kabuğu olarak kalır. Elektriksel yükü -pozitif veya negatif- olan bir atom iyon olarak adlandırılır.
| İNTERAKTİF BAĞLANTI Elektrik enerjisi ve yüklerin çekilmesi/itilmesi hakkında bilgi edinmek için bu web sitesini ziyaret edin. Plastik tabakaları arasında bir iletken hareket ettirildiğinde yüklü elektroskoba ne olur ve neden? |
Örneğin potasyum (K) tüm vücut hücrelerinde bulunan önemli bir elementtir. Atom numarası 19'dur. Değerlik kabuğunda sadece bir elektronu vardır. Bu özellik, potasyumun bir elektron bağışladığı kimyasal reaksiyonlara katılma eğilimini yüksek kılar. (Potasyum için bir elektron bağışlamak yedi elektron kazanmaktan daha kolaydır). Bu kayıp, potasyumun protonlarının pozitif yükünün potasyumun elektronlarının negatif yükünden daha etkili olmasına neden olacaktır. Başka bir deyişle, ortaya çıkan potasyum iyonu hafif pozitif olacaktır. Potasyum iyonu K+ olarak yazılır ve bu, tek bir elektron kaybettiğini gösterir. Pozitif yüklü bir iyon katyon olarak bilinir.
Şimdi kemiklerin ve dişlerin bir bileşeni olan flor (F)'u düşünün. Atom numarası dokuzdur ve değerlik kabuğunda yedi elektronu vardır. Bu nedenle, florun bir elektron kabul edecek şekilde diğer atomlarla bağ kurma olasılığı yüksektir (florun bir elektron kazanması yedi elektron bağışlamasından daha kolaydır). Bunu yaptığında, elektronları protonlarından bir fazla olacak ve toplam negatif yüke sahip olacaktır. Florun iyonize formuna florür denir ve F- olarak yazılır. Negatif yüklü bir iyon, anyon olarak bilinir.
Bağışlayacak veya kabul edecek birden fazla elektronu olan atomlar daha güçlü pozitif veya negatif yüklere sahip olurlar. İki elektron bağışlamış bir katyonun net yükü +2'dir. Örnek olarak magnezyum (Mg) kullanıldığında, bu Mg++ veya Mg2+ şeklinde yazılabilir. İki elektron kabul etmiş bir anyonun net yükü -2'dir. Örneğin selenyumun (Se) iyonik formu tipik olarak Se2- şeklinde yazılır.
Katyon ve anyonların zıt yükleri, atomları iyonik bir bağ oluşturacak şekilde yakın mesafede tutan orta derecede güçlü bir karşılıklı çekim uygular. İyonik bağ, zıt yüklü iyonlar arasında süregelen yakın bir ilişkidir. Yemeğinizin üzerine serptiğiniz sofra tuzu varlığını iyonik bağlanmaya borçludur. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, sodyum genellikle klora bir elektron vererek Na+ katyonuna dönüşür. Klor elektronu kabul ettiğinde, klorür anyonu Cl- haline gelir. Karşıt yükleriyle bu iki iyon birbirini güçlü bir şekilde çeker.
Su, tuzlardaki iyonik bağları kırarak iyonları serbest bırakabildiği için yaşamın vazgeçilmez bir bileşenidir. Aslında, biyolojik sıvılarda, çoğu bireysel atom, iyon olarak bulunur. Bu çözünmüş iyonlar vücut içinde elektrik yükleri üretir. Bu iyonların davranışı, elektrokardiyogram (EKG veya ECG) veya elektroensefalogram (EEG) üzerinde dalgalar olarak gözlemlenen kalp ve beyin fonksiyonlarının izlerini üretir. Yüklü iyonların etkileşimlerinden kaynaklanan elektriksel aktivite, elektrolit olarak da adlandırılmalarının nedenidir.
Kovalent Bağlar
Bir katyonun pozitif yükü ile bir anyonun negatif yükü arasındaki çekimle oluşan iyonik bağların aksine, kovalent bir bağla oluşan moleküller elektronları karşılıklı olarak dengeleyici bir ilişki içinde paylaşır. Çocukları önce bir evde sonra diğerinde takılan kapı komşuları gibi, atomlar da kalıcı olarak elektron kaybetmez ya da kazanmaz. Bunun yerine, elektronlar elementler arasında ileri geri hareket eder. Elektron çiftlerinin yakın paylaşımı nedeniyle (iki atomun her birinden bir elektron), kovalent bağlar iyonik bağlardan daha güçlüdür.
Kutupsuz Kovalent Bağlar
Aşağıdaki şekilde birkaç yaygın kovalent bağ türü gösterilmektedir. Kovalent bağlı iki atomun tipik olarak sadece bir veya iki elektron çiftini paylaştığına dikkat edin, ancak daha büyük paylaşımlar da mümkündür. Buradan çıkarılması gereken önemli kavram, kovalent bağlarda iki atomun örtüşen atomik orbitallerindeki elektronların her iki atomun değerlik kabuklarını doldurmak için paylaşıldığı ve sonuçta ilgili atomların her ikisini de stabilize ettiğidir. Tek bir kovalent bağda, tek bir elektron çifti iki atom arasında paylaşılırken, çift kovalent bağda iki elektron çifti iki atom arasında paylaşılır. İki atom arasında üç elektron çiftinin paylaşıldığı üçlü kovalent bağlar bile vardır.
Yukarıdaki şekilde gösterilen kovalent bağların dengeli olduğunu görebilirsiniz. Negatif elektronların paylaşımı oldukça eşittir ve dahil olan atomların çekirdeğindeki pozitif protonların elektriksel çekim gücü de eşittir. Bu şekilde elektriksel olarak dengelenmiş kovalent bağlı moleküllerin polar olmayan olarak tanımlanmasının nedeni budur; yani molekülün hiçbir bölgesi diğerinden daha pozitif ya da daha negatif değildir.
Kutupsuz Kovalent Bağlar
Belirli bir konuda tamamen zıt görüşlere sahip yasama organı üyeleri grupları, haber yazarları tarafından sıklıkla "kutuplaşmış" olarak tanımlanır. Kimyada polar molekül, zıt elektrik yüklerine sahip bölgeler içeren bir moleküldür. Polar moleküller, atomlar polar kovalent bağlarda elektronları eşit olmayan bir şekilde paylaştığında meydana gelir.
Polar bir molekülün en bilinen örneği sudur (aşağıdaki şekil). Molekülün üç parçası vardır: çekirdeği sekiz proton içeren bir oksijen atomu ve çekirdeklerinin her biri yalnızca bir proton içeren iki hidrojen atomu. Her proton aynı pozitif yükü uyguladığı için, sekiz proton içeren bir çekirdek, bir proton içeren bir çekirdekten sekiz kat daha fazla yük uygular. Bu, su molekülünde bulunan negatif yüklü elektronların, hidrojen çekirdeklerine kıyasla oksijen çekirdeğine daha güçlü bir şekilde çekildiği anlamına gelir. Bu nedenle her hidrojen atomunun tek negatif elektronu oksijen atomuna doğru göç eder ve bağlarının oksijen ucunu bağlarının hidrojen ucundan biraz daha negatif hale getirir.
Bağlar için doğru olan, bir bütün olarak su molekülü için de doğrudur; yani oksijen bölgesi hafif negatif yüke ve hidrojen atomlarının bölgeleri hafif pozitif yüke sahiptir. Bu yükler genellikle "kısmi yükler" olarak adlandırılır çünkü yükün gücü iyonik bir bağda olduğu gibi bir tam elektrondan daha azdır. Yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, zayıf polarite bölgeleri Yunan harfi delta (δ) ve bir artı (+) veya eksi (-) işareti ile gösterilir.
Tek bir su molekülü hayal edilemeyecek kadar küçük olsa da kütlesi vardır ve molekül üzerindeki karşıt elektrik yükleri bu kütleyi çekerek üçgen bir çadıra benzer bir şekil oluşturur (yukarıdaki şekil sol alttaki görsel). Bu dipol, bir ucunda çadırın "altındaki" hidrojen atomları tarafından oluşturulan pozitif yükler ve diğer ucundaki negatif yük (çadırın "üstündeki" oksijen atomu) ile yüklü bölgelerin diğer polar moleküllerin yüklü bölgeleri ile etkileşime girme olasılığını yüksek kılar. İnsan fizyolojisi açısından, ortaya çıkan bağ, su tarafından oluşturulan en önemli bağlardan biridir - hidrojen bağı.
Hidrojen Bağları
Hidrojen bağı, zaten elektronegatif bir atoma (örneğin su molekülündeki oksijen) bağlı olan zayıf pozitif bir hidrojen atomunun başka bir moleküldeki elektronegatif bir atoma çekilmesiyle oluşur. Başka bir deyişle, hidrojen bağları her zaman zaten polar bir molekülün parçası olan hidrojeni içerir.
Doğal dünyada hidrojen bağının en yaygın örneği su molekülleri arasında görülür. İki yağmur damlası birleşerek daha büyük bir boncuk haline geldiğinde ya da bir dere nehre döküldüğünde gözlerinizin önünde gerçekleşir. Hidrojen bağı, bir su molekülündeki zayıf negatif oksijen atomunun diğer iki su molekülündeki zayıf pozitif hidrojen atomlarını çekmesiyle oluşur (aşağıdaki şekil).
Su molekülleri, iyonların yanı sıra diğer yüklü molekül türlerini de güçlü bir şekilde çeker. Bu durum, örneğin kimyada "tuz" olarak adlandırılan ve eşit sayıda pozitif yüklü sodyum (Na+) ve negatif yüklü klorürden (Cl-) oluşan bir molekül olan "sofra tuzunun" suda neden bu kadar kolay çözündüğünü ve bu durumda su ile elektrik yüklü iyonlar (elektrolitler) arasında dipol-iyon bağları oluşturduğunu açıklamaktadır. Su molekülleri ayrıca katı yağlar, lipitler ve sıvı yağlar gibi polar olmayan kovalent bağlara sahip molekülleri de iter. Bunu basit bir mutfak deneyiyle gösterebilirsiniz: polar olmayan kovalent bağlardan oluşan bir bileşik olan bir çay kaşığı bitkisel yağı bir bardak suya dökün. Yağ suda anında çözünmek yerine belirgin bir boncuk oluşturur çünkü polar su molekülleri polar olmayan yağı iter.
Önceki Ders: Elementler ve Atomlar: Maddenin Yapı Taşları
Sonraki Ders: Kimyasal Tepkimeler
Yorumlar
Yorum Gönder