9.6: Kovalent Bağ ve Lewis Yapıları
Metal ve ametal atomlar arasında elektronların transferinden kaynaklanan iyonik bağlarla karşılaştırıldığında, kovalent bağlar, atomların “paylaşılan” bir elektron çifti için karşılıklı olarak çekilmesinden kaynaklanır.
Kovalent bağlar, her ikisi de elektronları kendilerine çekmek için benzer eğilimlere sahip olduğunda (yani, her iki atom da aynı veya oldukça benzer iyonlaşma enerjilerine ve elektron afinitelerine sahip olduğunda) iki atom arasında oluşur.
Kovalent Bileşiklerin Fiziksel Özellikleri
Kovalent bağlar içeren bileşikler, iyonik bileşiklerden farklı fiziksel özellikler sergiler. Elektriksel olarak nötr olan moleküller arasındaki çekim, elektrik yüklü iyonlar arasındakinden daha zayıf olduğu için, kovalent bileşikler genellikle iyonik bileşiklere göre çok daha düşük erime ve kaynama noktalarına sahiptir. Aslında birçok kovalent bileşik, oda sıcaklığında sıvı veya gazdır ve katı hallerinde tipik olarak iyonik katılardan çok daha yumuşaktır. Ayrıca, iyonik bileşikler suda çözündüklerinde iyi elektrik iletkenleri iken, çoğu kovalent bileşik suda çözünmez; elektriksel olarak nötr olduklarından, her durumda zayıf elektrik iletkenleridirler.
Kovalent Bağların Oluşumu
Ametal atomlar sıklıkla diğer ametal atomlarla kovalent bağlar oluşturur. Örneğin, hidrojen molekülü H2, iki hidrojen atomu arasında kovalent bir bağ içerir. Belirli potansiyel enerjiye sahip iki ayrı hidrojen atomu birbirine yaklaşır, değerlik orbitalleri (1s) üst üste gelmeye başlar. Her hidrojen atomundaki tek elektron daha sonra her iki atom çekirdeği ile etkileşime girerek her iki atomun etrafındaki boşluğu kaplar. Paylaşılan her elektronun her iki çekirdeğe olan güçlü çekimi sistemi stabilize eder ve bağ mesafesi azaldıkça potansiyel enerji azalır. Atomlar birbirine yaklaşmaya devam ederse, iki çekirdekteki pozitif yükler birbirini itmeye başlar ve potansiyel enerji artar. Bağ uzunluğu, en düşük potansiyel enerjinin elde edildiği mesafeye göre belirlenir.
Kimyasal bağları koparmak için (endotermik bir süreç) enerji gerektiğini unutmamak gerekir, oysa kimyasal bağları oluşturmak enerji açığa çıkarır (ekzotermik bir süreç). H2 durumunda, kovalent bağ çok güçlüdür; bir mol hidrojen molekülündeki bağları kırmak ve atomların ayrılmasına neden olmak için büyük miktarda enerji, 436 kJ eklenmelidir:
Tersine, iki mol H atomundan bir mol H2 molekülü oluştuğunda aynı miktarda enerji açığa çıkar:
Lewis Yapıları
Lewis sembolleri, Lewis yapılarında, moleküllerdeki ve çok atomlu iyonlardaki bağlanmayı tanımlayan çizimlerde gösterilen kovalent bağların oluşumunu belirtmek için kullanılabilir. Örneğin, iki klor atomu bir klor molekülü oluşturduğunda, bir çift elektron paylaşırlar:
Lewis yapısı, her bir Cl atomunun bağlanmada kullanılmayan üç çift elektrona (Yalın çift olarak adlandırılır) ve bir paylaşılan elektron çiftine (atomlar arasında yazılan) sahip olduğunu gösterir. Paylaşılan bir elektron çiftini belirtmek için bazen bir tire (veya çizgi) kullanılır: Cl—Cl.
- Paylaşılan tek bir elektron çiftine tek bağ denir. Her bir Cl atomu sekiz değerlik elektronuyla etkileşime girer: yalın çiftlerde altı ve tek bağda iki.
- Bununla birlikte, gerekli okteti elde etmek için bir çift atomun birden fazla elektron çiftini paylaşması gerekebilir. CH2O'daki (formaldehit) karbon ve oksijen atomları arasında ve C2H4'teki (etilen) iki karbon atomu arasında olduğu gibi bir çift atom arasında iki çift elektron paylaşıldığında bir çift bağ oluşur.
- Karbon monoksit (CO) ve siyanür iyonunda (CN–) olduğu gibi, üç elektron çifti bir çift atom tarafından paylaşıldığında üçlü bir bağ oluşur.
Periyodik tablo, bir atomdaki değerlik elektronlarının sayısını ve bir oktete ulaşmak için oluşacak bağların sayısını tahmin etmek için kullanılabilir. Argon ve Helyum gibi Grup 8A elementleri elektron konfigürasyonunu doldurmuştur ve bu nedenle nadiren kimyasal bağa katılırlar. Bununla birlikte, brom veya iyot gibi 7A grubundaki atomlar, oktete ulaşmak için yalnızca bir elektrona ihtiyaç duyar. Dolayısıyla, 7A grubuna ait atomlar tek bir kovalent bağ oluşturabilir. 6A grubunun atomlarının bir oktete ulaşması için 2 elektrona ihtiyacı vardır; dolayısıyla iki kovalent bağ oluşturabilirler. Benzer şekilde, 4A grubuna ait olan karbonun bir oktete ulaşmak için 4 elektrona daha ihtiyacı vardır; bu nedenle karbon dört kovalent bağ oluşturabilir.
Bu metin bu kaynaklardan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 7.2: Covalent Bonds ve Openstax, Chemistry 2e, Section 7.3: Lewis Symbols and Structures.