Kimyasal Bağlanma ve Moleküler Orbitaller
Kimyasal bağlanma, paylaşılan elektronların atomları moleküller içinde nasıl bir arada tuttuğunu açıklamakta olup, moleküler-orbital kuramı ise atomik orbitalleri delokalize moleküler orbitaller halinde birleştirerek bu durumu izah etmektedir.
Tanım
Kimyasal bağlanma, elektronlar paylaşıldığında elektronik enerjinin düşmesinden kuantum-mekaniksel olarak kaynaklanan ve atomları bir molekül içinde bir arada tutan net çekici etkileşimdir; moleküler orbital ise tipik olarak atomik orbitallerin doğrusal bir kombinasyonu olarak inşa edilen, tüm molekül üzerine yayılan tek-elektronlu bir dalga fonksiyonudur.
Kapsam
Bu konu, kimyasal bağın kuantum-mekaniksel tanımını kapsamaktadır: hidrojen molekül-iyonu ve hidrojen molekülü prototipler olarak ele alınmakta, atomik orbitallerin doğrusal kombinasyonu ile bağlayıcı ve karşı-bağlayıcı moleküler orbitallerin oluşumu, bağ derecesi ve kararlılıkla ilişkisi ile hibridizasyon içeren tamamlayıcı değerlik-bağı (valence-bond) yaklaşımı incelenmektedir. Kovalent bağlanma, elektron paylaşımı ve diatomik moleküllerde bağ gücü ile manyetizmdeki eğilimler açıklanmaktadır.
Temel sorular
- Elektron paylaşımı neden iki atomun enerjisini düşürerek bir bağ oluşturur?
- Moleküler orbitaller atomik orbitallerden nasıl inşa edilir?
- Bağlayıcı orbitalleri karşı-bağlayıcı orbitallerden ayıran nedir ve bağ derecesi nedir?
- Moleküler-orbital ve değerlik-bağı tanımlamaları nasıl ilişkilidir?
Anahtar kavramlar
- Kovalent bağ ve elektron paylaşımı
- Bağlayıcı ve karşı-bağlayıcı orbitaller
- Atomik orbitallerin doğrusal kombinasyonu
- Bağ derecesi
- Değişim etkileşimi
- Hibridizasyon ve rezonans
Temel kuramlar
- Moleküler-orbital (LCAO) kuramı
- Atomik orbitallerin aynı fazda birleştirilmesi, çekirdekler arasında artırılmış elektron yoğunluğuna sahip bağlayıcı bir moleküler orbital oluştururken, zıt fazda birleştirilmesi ise düğüm noktası içeren daha yüksek enerjili bir karşı-bağlayıcı orbital meydana getirir; bunların doldurulması bağ derecesini ve moleküler kararlılığı belirlemektedir.
- Değerlik-bağı kuramı ve kovalent bağ
- Heitler ve London, iki hidrojen atomunun elektronlarının değişim etkileşimi yoluyla bağlandığını kuantum-mekaniksel olarak göstermiştir; bu durum, daha sonra Pauling tarafından hibridizasyon ve rezonans ile genişletilen değerlik-bağı yaklaşımının temelini oluşturmaktadır.
Klinik önem
Moleküler-orbital ve değerlik-bağı kuramları, moleküllerin geometrisini, kararlılığını, reaktivitesini, manyetik ve optik özelliklerini açıklamakta ve tahmin etmektedir; bu kuramlar kimyanın kavramsal dilini ve ilaç keşfi ile malzeme tasarımında kullanılan hesaplamalı yöntemlerin temelini sağlamaktadır.
Tarihçe
Heitler ve London'ın 1927'deki hidrojen molekülü üzerine çalışması, kovalent bağın ilk kuantum-mekaniksel açıklaması olmuştur. Mulliken ve Hund, moleküler-orbital yaklaşımını paralel olarak geliştirmiş, Pauling'in 1939 tarihli The Nature of the Chemical Bond adlı eseri ise değerlik-bağı fikirlerini hibridizasyon ve elektronegatiflik ile sentezleyerek kimyayı dönüştüren bir çerçeve sunmuştur.
Öne çıkan isimler
- Walter Heitler
- Fritz London
- Robert Mulliken
- Linus Pauling
İlgili konular
Temel eserler
- heitler1927
- pauling1939
- atkins2011
Sıkça sorulan sorular
- Bağ derecesi nedir?
- Bağ derecesi, bağlayıcı ve karşı-bağlayıcı moleküler orbitallerdeki elektron sayılarının farkının yarısıdır. Daha yüksek bir bağ derecesi, daha güçlü ve daha kısa bir bağa karşılık gelmektedir; sıfır bağ derecesi ise, iki helyum atomunda olduğu gibi, kararlı bir bağın oluşmadığı anlamına gelmektedir.
- Moleküler oksijen neden paramanyetiktir?
- Moleküler-orbital kuramı, O₂'nin en yüksek enerjili iki elektronunu, paralel spinlere sahip ayrı dejenere karşı-bağlayıcı orbitallere yerleştirerek iki eşleşmemiş elektron bırakır. Bu durum, O₂'yi paramanyetik yapar; bu sonuç, basit değerlik-bağı yaklaşımının doğal olarak öngörmediği bir durumdur.