Kimya I · 2. Ünite: Atomlar, Moleküller ve İyonlar
Moleküller ve İyonlar
Atomlar nadiren tek başına bulunur; ya paylaşarak birleşip moleküller oluşturur ya da elektron alışverişi yapıp iyon hâline gelir. Bu konuda molekül formülü, basit formül ve yapı formülünü ayırt edecek; iyonların yükünü $Z - N_e$ ile hesaplayacak; çapraz kuralını yük dengesinden türeterek tek atomlu ve çok atomlu iyonlardan iyonik bileşik formüllerini yazacak; katyon ve anyonların neden atomdan küçük ya da büyük olduğunu etkin çekirdek yüküyle açıklayacak ve Coulomb enerjisiyle iyonik bileşiklerin neden sağlam olduğunu nicel olarak değerlendireceksin.
Öğrenme hedefleri
- Molekül formülü, basit (kaba) formül ve yapı formülünü ayırt eder; verilen molekül formülünden basit formülü bulur.
- Atom ve iyonlarda elektron sayısını $N_e = Z - q$ ile hesaplar; monoatomik ve çok atomlu yaygın iyonların yüklerini bilir.
- Yük dengesi koşulundan çapraz kuralını türetir ve katyon–anyon çiftlerinden iyonik bileşik formülü yazar.
- Bir iyonik bileşiğin formül biriminden atom ve iyon sayılarını, mol ve kütle miktarlarını hesaplar.
- Katyon ve anyon yarıçaplarını atomla karşılaştırır, izoelektronik serilerde yarıçap sıralamasını etkin çekirdek yüküyle gerekçelendirir.
- $E = k q_1 q_2/r$ bağıntısıyla iyon çiftlerinin Coulomb enerjisini hesaplar ve bunu iyonik katıların özellikleriyle ilişkilendirir.
Konu anlatımı
1. Bağlam: Molekül mü, İyon mu?
2. Kimyasal Formül Türleri
3. İyonların Oluşumu ve Bileşimi
4. Yük Dengesi ve Çapraz Kuralı: Türetme
5. İyon Yarıçapları
6. İyonik Bağın Gücü: Coulomb Enerjisi
7. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları
Anahtar terimler
- Molekül (molecule)
- Belirli sayıda atomun kovalent bağlarla birleştiği yüksüz tanecik.
- Molekül formülü ve basit formül (molecular, empirical formula)
- Molekülde gerçek atom sayıları ve atomların en küçük tam sayı oranı; molekül formülü basit formülün tam sayı katıdır.
- Formül birimi (formula unit)
- İyonik bileşiğin en küçük tam sayı oranlı iyon grubu (ör. $\text{CaCl}_2$).
- Katyon ve anyon (cation, anion)
- Elektron kaybederek pozitif, elektron kazanarak negatif yüklü hâle gelen atom ya da atom grubu.
- Poliatomik iyon (polyatomic ion)
- Kovalent bağlı birkaç atomdan oluşan ve toplam yük taşıyan grup ($\text{SO}_4^{2-}$, $\text{NH}_4^{+}$).
- Çapraz kuralı (criss-cross method)
- İyonların yüklerinin karşı iyonun indisi olarak yazıldığı ve sadeleştirildiği formül yazma yöntemi; $n_c q_c = n_a q_a$.
- İzoelektronik seri (isoelectronic series)
- Elektron sayıları aynı olan atom ve iyonlar; $Z$ arttıkça yarıçap azalır.
- Coulomb enerjisi (Coulomb energy)
- $E = k q_1 q_2/r$; iki yük arasındaki elektrostatik potansiyel enerji, iyonik bağın gücünü belirler.
- İzomer (isomer)
- Aynı molekül formülüne ama farklı yapıya sahip moleküller (etanol ve dimetil eter).
Örnek soru
Glikozun molekül formülü $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$'dır. Glikozun basit (kaba) formülü aşağıdakilerden hangisidir?
- $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$
- $\text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2$
- $\text{CH}_4\text{O}$
- $\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3$
- $\text{CH}_2\text{O}$
Doğru cevap: E
Çözüm
Cevap: E
1. Basit formül, atom sayılarının en küçük tam sayı oranıdır. $\text{C}:\text{H}:\text{O} = 6 : 12 : 6$.
2. Ortak bölen $6$: $1 : 2 : 1$, yani $\text{CH}_2\text{O}$.
3. Molekül formülü basit formülün $6$ katıdır: $6 \times \text{CH}_2\text{O} = \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$.
Çeldiriciler: A sadeleştirme yapmaz; B ve D ($\text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2$, $\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3$) $\text{CH}_2\text{O}$'nun $2$ ve $3$ katlarıdır, yani basit formül değil molekül formülüdür; C'de oksijen ve hidrojen oranı bozulmuştur.