Hibritleşme – Molekül Geometrileri video 12. sınıf Hocalara Geldik
Hibritleşme
Organik bileşiklerde bileşiği oluşturan elementler arasında genellikle kovalent bağlar bulunur. Bu bağlar, orbitallerin örtüşmesiyle ve elektronların bu orbitallere yerleşmesiyle oluşur. Örtüşen orbitaller atomik orbitaller olabileceği gibi hibrit orbitaller de olabilir. Organik bileşiklerin en basit molekülü olan metan (CH4 ) molekülünün bağları yandaki şekilde gösterilmiştir (Şekil 2.4). Metan molekülünde karbon atomu merkezde bulunmakta ve 4 tane hidrojen atomuyla bağ yapmaktadır. Karbon ile hidrojen atomları arasındaki bağlar özdeştir ve aralarındaki bağ açısı 109,5o dir. Metan molekülünün yapısını anlamak için karbon atomunun elektron dizilimini (konfigürasyon) incelemek gerekir. Karbon atomunun temel hâlde elektron dizilimi ve atomik orbital şekilleri aşağıdaki gibidir.
Yukarıda gösterilen atomik orbitallerin enerjileri farklıdır (Şekil 2.5). 1s orbitali diğer orbitallere göre çekirdeğe daha yakındır ve enerjisi daha düşüktür. Karbon atomunda bulunan orbitallerin temel hâl enerji seviyeleri aşağıdaki şekilde gösterilmiştir (Şekil 2.6). Bir atom, temel hâldeki elektron dizilişinde bulunan yarı dolu orbitali sayısı kadar kovalent bağ yapar. Yukarıdaki şekil incelendiğinde karbon atomunun yalnızca yarı dolu 2p orbitallerinde bulunan 2e- ile bağ yapabileceği görülmektedir (Şekil 2.6). Karbon atomunun oluşturduğu CH4 molekülünde ise karbon atomunun hidrojen atomuyla 4 tane özdeş bağ yaptığını öğrenmiştiniz. Böyle bir durum ancak karbon atomunun 4 tane özdeş yarı dolu orbitalinin olması ile mümkündür.
Karbon atomunun 2s orbitalinde bulunan elektronlardan biri uyarılarak 2p boş orbitaline yerleşir. 2s ve 2p orbitalleri eş enerji düzeyine gelip örtüşerek yeni özdeş 4 tane orbital oluşturur. Aynı enerji düzeyinde bulunan farklı orbitallerin kendi aralarında örtüşerek eş enerjili yeni orbitaller oluşturmasına hibritleşme (melezleşme), oluşan yeni orbitallere ise hibrit (melez) orbital denir. Aşağıdaki şekilde karbon atomunun temel, uyarılmış ve hibritleşmiş hâl orbitallerinin enerji seviyeleri gösterilmiştir (Şekil 2.7).
Metan molekülünde hibritleşmiş sp3 hibrit orbitalleriyle hidrojenin s orbitali uç uca örtüşerek C-H bağlarını oluşturmuştur. Bu şekilde iki orbitalin uç uca gelerek örtüşmesiyle oluşan bağlara sigma (σ) bağı denir. Metan molekülünde oluşan sigma bağları ve orbital örtüşmeleri aşağıdaki şekilde gösterilmiştir (Şekil 2.9).
Etan molekülü incelendiğinde her iki karbon atomunun sp3 hibritleşmesi yaptığı görülür. Bu hibrit orbitalleri uç uca örtüşerek sigma (σ) bağlarını oluşturur. Etan molekülünde 7 tane sigma bağı bulunur. Bu bağların 6 tanesi hidrojen atomlarının s orbitalleri ile C atomunun sp3 hibrit orbitallerinin örtüşmesinden oluşan sigma bağlarıdır. Her iki C atomunu bağlayan σ bağı ise iki tane sp3 hibrit orbitalinin uç uca örtüşmesiyle oluşur. Etan molekülünün sigma bağları ve orbital örtüşmeleri aşağıdaki şekilde gösterilmiştir (Şekil 2.10).
Etan molekülünde görüldüğü gibi sigma bağları, farklı orbitallerin örtüşmesiyle de oluşabilmektedir. Aşağıdaki şekilde atomik ve hibrit orbitallerin örtüşmesiyle oluşan sigma bağları gösterilmiştir (Şekil 2.11). İki atom arasında sadece sigma bağı mı oluşur? İki atom arasında birden fazla bağ (ikili bağ, üçlü bağ gibi) oluşması da mümkündür. Bir sigma bağı iki atom arasındaki boşluğu elektronlar ile dolduracağından ikinci bir sigma bağı oluşması mümkün değildir. Çünkü uç uca örtüşecek başka orbital yoktur. Bu nedenle ikinci ve üçüncü bağın sigma bağlarından farklı olması gerekir. Bu bağlar orbitallerin yan yana örtüşmesi ile oluşabilir. p orbitalleri için böyle bir örtüşme mümkündür. Düzlemin altında ve üstünde bulunan p orbitalleri düzleme dik şekilde birbiriyle yan yana örtüşerek yeni bağ oluşturur ve oluşan bu bağa pi (π) bağı denir. Atomlar arasında oluşan ikinci ve üçüncü bağlar yalnızca p orbitalleriyle oluşur.
Molekül Geometrisi
Bir molekülün geometrik yapısı o molekülün fiziksel ve kimyasal özelliklerini etkiler. Molekülde bulunan ortaklanmış ve ortaklanmamış elektron çiftlerinin birbirini itmesi molekül geometrisinde ve bağ açılarında değişimlere yol açar. VSEPR’e (Değerlik Katmanı Elektron Çifti İtme Kuramı) göre molekülde ortaklanmış elektronlar ile ortaklanmamış elektron çiftlerinin birbirinden olabildiğince uzak konumlarda bulunması gerekir. Böylece elektronların birbirini itmesi en az düzeye iner ve bu durumdaki atomların konumuna göre molekül geometrisi belirlenir.