MADDEYE GİDEN İKİNCİ BASAMAK: MOLEKÜLLER
|
|
Sizce çevrenizde gördüğünüz cisimleri birbirinden
farklı kılan şey nedir? Renklerini, biçimlerini,
kokularını, tatlarını birbirinden farklılaştıran
nedir? Neden bir madde yumuşakken diğeri sert,
bir diğeri akışkandır? Buraya kadar okuduklarınızdan
hareket ederek bu sorulara "atomların farklılığıdır"
diye cevap verebilirsiniz. Ancak bu cevap yeterli
değildir. Çünkü eğer bu farklılıkların sebebi
atomlar olsaydı, o zaman birbirinden farklı özellikler
taşıyan milyarlarca atom olması gerekirdi. Ama
gerçekte bu böyle değildir. Birçok madde aynı
atomları içermesine rağmen farklı görünür ve farklı
özellikler taşır. Bunun da nedeni atomların molekülleri
oluşturmak için aralarında kurdukları farklı kimyasal
bağlardır.
Maddeye giden ilk basamak olan
atomlardan sonra ikinci basamak moleküllerdir.
Moleküller, maddenin kimyasal özelliklerini belirten
en küçük birimlerdir. Bu küçük yapılar iki veya
daha çok atomdan, bazıları da binlerce atom grubundan
oluşur. Atomları, molekül içinde elektromanyetik
çekim kuvvetine dayalı kimyasal bağlar bir arada
tutarlar. Yani bu bağlar atomların sahip oldukları
elektrik yüklerini esas alarak kurulurlar. Atomların
elektrik yükleri de daha önce belirttiğimiz gibi
son yörüngelerinde taşıdıkları elektronlar tarafından
belirlenir. Moleküllerin çeşitli biçimlerde bir
araya gelmeleriyle de çevremizde gördüğümüz madde
çeşitliliği ortaya çıkar. Bu noktada da maddenin
çeşitliliğinin ana merkezinde yer alan kimyasal
bağların önemi anlaşılır.
Kimyasal Bağlar
Yukarıda da belirtildiği gibi kimyasal bağlar,
atomların dış yörüngelerindeki elektronların hareketleriyle
oluşur. Her atom en dışta yer alan yörüngesini,
alabileceği en fazla elektron sayısına tamamlama
gayreti içindedir. Atomların son yörüngelerinde
bulundurabilecekleri maksimum elektron sayısı 8’dir.
Bunu sağlarken atomlar ya en dış yörüngelerindeki
elektronları 8’e tamamlamak için başka atomlardan
elektron alırlar, ya da eğer en dış yörüngelerinde
az sayıda elektron varsa, bunları bir başka atoma
vererek önceden tamamlanmış olan bir alt yörüngeyi
en dış yörüngeleri haline getirirler. Atomların
kendi aralarında yaptıkları bu elektron alıp verme
eğilimi, birbirleri arasında yaptıkları kimyasal
bağların temel itici gücünü oluşturur.
Bu itici güç, yani atomların son
yörüngelerindeki elektron sayılarını maksimuma
tamamlama amaçları, bir atomun diğer atomlarla
3 çeşit bağ kurabilmesini sağlar. Bunlar iyonik
bağ, kovalent bağ ve metalik bağdır.
Moleküller arasında ise genel olarak
"zayıf bağlar" başlığı altında toplanan özel bağlar
görev yapar. Bu bağlar atomların molekülleri oluşturmak
üzere kurdukları bağlardan daha zayıftır. Çünkü
moleküllerin maddeyi meydana getirmek için daha
esnek yapılara ihtiyaçları vardır.
Bu bağların özellikleri nedir ve
nasıl kurulurlar, kısaca ele alalım.
İyonik Bağlar
Bu bağ ile birleşen atomlar son yörüngelerindeki
elektron sayısını 8’e tamamlamak için birbirleriyle
elektron alışverişinde bulunurlar. Son yörüngelerinde
4’e kadar elektronu bulunan atomlar bu elektronları
birleşecekleri yani bağ kuracakları atoma verirler.
Son yörüngelerinde 4’den fazla elektron
bulunduran atomlar ise birleşecekleri yani bağ
kuracakları atomlardan elektron alırlar. Bu tip
bağ ile oluşan moleküller kristal (kübik) yapıya
sahip olurlar. Yakından tanıdığımız sofra tuzu
(NaCl) molekülleri bu bağ ile oluşmuş maddelerden
biridir. Peki atomların neden böyle bir eğilimi
vardır? Bu eğilim olmasa ne olurdu?
Bugüne kadar atomların bir araya
gelmek için aralarında kurdukları bağlar çok genel
biçimde tarif edilebilmiştir. Ama atomların neden
böyle bir prensiple davrandıkları anlaşılamamıştır.
Yoksa atomlar son yörüngelerindeki elektronların
sayısının 8 olması gerektiğini kendileri mi tesbit
etmiştir? Tabii ki hayır. Bu öyle büyük bir tespittir
ki, bir aklı, iradesi ve şuuru olmayan bir atomun
kendisini aşmaktadır. Çünkü bu sayı maddenin ve
dolayısıyla evrenin meydana gelmesi için ilk basamak
olan atomların birleşmelerindeki kilit noktadır.
Eğer atomların bu prensipten kaynaklanan eğilimleri
olmasaydı moleküller ve buna bağlı olarak da madde
oluşamazdı.
Oysa atomlar ilk yaratıldıkları
andan itibaren sahip oldukları bu eğilim sayesinde
moleküllerin ve maddenin kusursuz bir biçimde
meydana gelmesi için hizmet ederler.
Kovalent Bağlar
Atomların arasındaki bağları inceleyen bilim
adamları ilginç bir durumla karşılaştılar. Bazı
atomlar bağ kurmak için elektron alışverişinde
bulunurken, bazıları da son yörüngelerindeki elektronları
ortak kullanmaktaydılar. Daha sonra yapılan çalışmalar
da canlılık için vazgeçilmez önem taşıyan birçok
molekülün bu bağlar sayesinde var olabildiğini
ortaya koymuştur.
Kovalent bağın daha iyi anlaşılabilmesi
için kolay bir örnek verelim: Daha önce elektron
yörüngelerinden bahsederken de belirttiğimiz gibi
atomların ilk yörüngelerinde en fazla 2 elektron
taşınabilir. Hidrojen atomu tek bir elektrona
sahiptir ve elektron sayısını 2’ye çıkarıp
kararlı bir atom olma eğilimindedir. Bu yüzden
hidrojen atomu 2. bir hidrojen atomuyla kovalent
bağ yapar. Yani, 2 hidrojen atomu da birbirlerinin
tek elektronlarını 2. elektron olarak kullanır.
Böylece H2 molekülü oluşur.(1)
Eğer çok sayıda atom, birbirlerinin
elektronlarını ortaklaşa kullanarak birleşiyorlarsa,
bu kez "metalik bağ" söz konusudur. Günlük hayatta
çevremizde gördüğümüz ya da kullandığımız pek
çok araç ve gerecin ana maddesini oluşturan demir,
bakır, çinko, alüminyum, vs. gibi metaller, kendilerini
oluşturan atomların birbirleri aralarında metalik
bağlar yapmaları sonucunda, elle tutulur, gözle
görülür, kullanılabilir bir yapı kazanmışlardır.
Atomların yörüngelerindeki elektronların
neden böyle bir eğilimi olduğu sorusunu ise bilim
adamları cevaplayamamaktadır. Fakat canlı organizmalar
ancak nedenini bilmediğimiz bu eğilim sayesinde
var olabilirler.
Acaba tüm bu bağlarla kaç farklı
bileşik oluşabilmektedir?
Laboratuvarlarda her gün yeni bileşikler
oluşturulmaktadır. Şu an için yaklaşık 2 milyon
bileşikten bahsetmek mümkündür. En basit kimyasal
bileşik, hidrojen molekülü kadar ufak olabildiği
gibi, milyonlarca atomdan oluşan bileşikler de
vardır. (2)
Bir element acaba en fazla kaç
değişik bileşik oluşturabilir? Bu sorunun cevabı
oldukça ilginçtir. Çünkü bir tarafta hiçbir elementle
birleşmeyen bazı elementler (soy gazlar) vardır. Diğer tarafta ise 1.700.000
bileşik oluşturabilen karbon atomu vardır. Toplam
bileşik sayısının 2 milyon kadar olduğunu tekrar
hatırlarsak, 109 elementin 108’i
toplam 300.000 bileşik yapmaktadırlar. Ancak karbon
olağanüstü bir şekilde tek başına tam 1.700.000
bileşik yapabilmektedir.
|