2 - E-Universite

KĐMYASAL BAĞLAR II
Molekül Geometrisi ve Atom Orbitallerinin
Melezleşmesi
Yrd.Doç.Dr. İbrahim İsmet ÖZTÜRK

10.1. MOLEKÜL GEOMETRĐSĐ
10.2. DĐPOL MOMENTLER
10.3. ATOM ORBĐTALLERĐNĐN MELEZLEŞMESĐ
10.4. ĐKĐLĐ VE ÜÇLÜ BAĞ ĐÇEREN MOLEKÜLLERDE
MELEZLEŞME

10.1. MOLEKÜL GEOMETRĐSĐ
Molekül geometrisi, bir moleküldeki atomların üç boyutlu
düzenlenmesidir. Kovalent bağ oluşturan elektron çifti sıklıkla bağlayıcı çift olarak
adlandırılır. Ancak, çok atomlu bir molekülde farklı bağlayıcı elektron çiftleri
arasındaki itme, atomların olabildiğince birbirinden uzak konumlanmalarına neden
olur. Sonuçta molekül geometrisi itmeleri en aza indirecek şekilde olmalıdır.
Merkez atom etrafındaki elektron çiftlerinin geometrik düzeni elektrostatik itme
temeline dayandığından, molekül geometrisini belirlemek için yapılan bu yaklaşıma
değerlik kabuğu elektron çifti itme modeli (VSPER) denir.
VSEPR modelinin kullanımı iki genel kurala dayanır;
1- Sadece elektron çifti itmeleri göz önüne alındığında, ikili ve üçlü bağlar tek
bağmış gibi düşünülebilir. Fakat iki atom arasındaki ikili yada üçlü bağ olduğunda
elektron yoğunluğunun daha çok yer işgal ettiğini bilmeliyiz.

2- Eğer bir molekülün iki yada daha çok rezonans yapısı varsa VSEPR modelini
bunlardan herhangi birine uygulayabiliriz.
Molekül modelleri, merkez atomlarının ortaklanmamış elektron çiftleri taşıyıp
taşımadığına göre ikiye ayrılır.
Ortaklanmamış Elektron Çiftleri Bulunmayan Merkez Atomlu Moleküller
Merkez atomu A olan, A ve B gibi sadece iki elementten oluşan
molekülleri göz önüne alırsak, bu moleküller AB x genel formülüyle gösterilebilir.
Burada x: 1,2,3,… gibi tam sayılardır. Eğer x:1 ise iki atomlu AB molekülü oluşur
ve çizgisel bir geometridedir.
Karşılıklı itmenin bir sonucu olarak, elektron çiftleri, birbirinden
olabildiğince uzak durur. Merkez atomunda ortaklanmamış elektron çifti olmayan
moleküller, beş bağlayıcı çift düzeninden birine sahip olabilirler.

AB 2 : Berilyum Klorür (BeCl 2 )
Gaz fazında berilyum klorürün Lewis yapısı şöyledir:
Bağlayıcı elektron çiftleri birbirini ittiğinden bu çiftler olabildiğince birbirinden
uzak olmalıdır. Bu yüzden, ClBeCl açısı 180° dir ve molekül çizgiseldir.
10\BeCl.c3xml
AB 3 : Bor Triflorür (BF 3 )
Bor triflorür üç kovalent bağ yada üç bağlayıcı çift içerir. BF 3 ün
geometrisi üçgen düzlemdir. Üç tane uç atom bir eşkenar üçgenin köşelerinde ve
aynı düzlemdedir.

Bu yüzden, FBF açılarının üçüde 120° dir ve dört atomda aynı düzlemdedir.
10\BF3.c3xml
AB 4 : Metan (CH 4 )
Metanın lewis yapısı yandaki gibidir.

Dört elektron çifti nedeniyle, CH 4 ’ün geometrisi dörtyüzlüdür. Dörtyüzlü
bir molekülde, merkez atom dörtyüzlünün merkezinde, diğer dört atom ise
köşelerinde yer alır. Bağ açılarının hepsi 109.5° dir.
10\CH4.c3xml
AB 5 : Fosfor Pentaklorür (PCl 5 )
Fosfor penta klorürün lewis yapısı şöyledir;

Beş bağlayıcı çiftin itme kuvvetlerini en aza indirmenin tek yolu PCl bağlarının bir
üçgen bipiramit şeklinde düzenlenmesidir.
10\PCl5.c3xml
Merkez atom ortak üçgenin merkezinde, çevreleyen atomlar ise üçgen bipramitin
beş köşesinde yer alır. Üçgen düzleminin üzerinde ve altındaki atomlar aksiyel
konumları, üçgen düzlemde yer alanlar ise ekvatoryal konumları işgal ederler.
Ekvatoryal konumlar arasındaki her açı 120° dir. Bir aksiyal ile bir ekvatoryal bağ
arasındaki açı 90°, iki aksiyal bağ arasındaki ise 180° dir.

AB 6 : Kükürt hegzaflorür (SF 6 )
Kükürt hegzaflorürün yapısı şöyledir;
Yapıdaki SF bağlayıcı çiftin en kararlı konumlanması
sekizyüzlü şeklidir. Merkez atom ortak karenin
merkezinde, köşelerde ise uç atomlar yer alır. Merkez
atomla birbirine tamamen zıt uçta dik olan atom
çiftleri arasındaki açı hariç, diğer tüm açılar 90° dir.
Birbirine zıt dik uçlar arasındaki açı ise 180° dir. Bir sekizyüzlü molekülde altı
bağda eşdeğer olduğu için bu molekülde aksiyel ve ekvatoryal terimleri
kullanılmaz.
10\SF6.c3xml

Merkez Atomunda Bir yada Daha Çok Ortaklanmamış Elektron Çifti Olan
Moleküller
Merkez atomunda hem ortaklanmamış, hem de bağlayıcı çiftleri olan bir
molekülün geometrisinin belirlenmesi çok daha karmaşıktır. Böyle moleküllerde,
bağlayıcı çiftler, ortaklanmamış çiftler ve bağlayıcı ile ortaklanmamış çiftler
arasında olmak üzere üç itme kuvveti vardır.
Bir bağda elektronlar, bağ yapmış iki atomun çekirdeğince uygulanan çekme
kuvvetleriyle bir arada tutulurlar. Bu bağ yapan elektronlar uzayda ortaklanmamış
elektronlardan daha az yer kaplarlar, çünkü atomlar tarafından çekilirler.

Moleküldeki ortaklanmamış elektronlar uzayda daha çok yer kapladıklarından
komşu ortaklanmamış ve bağlayıcı çiftlerin itme kuvvetine daha çok maruz kalırlar.
Bağlayıcı ve ortaklanmamış çiftlerin toplam sayısını belirtmek için ortaklanmamış
çiftleri olan moleküller AB x E y şeklinde gösterilir. Burada A merkez atomu, B uç
atomu, E ise A üzerindeki bir ortaklanmamış çifti gösterir.
AB 2 E: Kükürt Dioksit (SO 2 )
Kükürt dioksitin Lewis yapısı şöyledir.
VSEPR modeline göre çift bağlar tek bağmış gibi göz önüne alındığından, SO 2
molekülü merkez S atomu üzerinde üç elektron çifti içeren bir molekül olarak
düşünülebilir. Bunlardan ikisi bağlayıcı, bir tanesi de ortaklanmamış çifttir. Üç
elektron çifti için toplam düzenlemenin üçgen düzlem olduğu görülmüştür.

Ancak elektron çiftlerinden biri ortaklanmamış olduğu için SO 2 molekülü kırık
çizgi şeklindedir.
Ortaklanmamış çift ile bağlayıcı çift itmesi, bağlayıcı çiftler arasındaki
itmeden daha fazla olduğu için, iki kükürt oksijen bağı ortaklanmamış çift
tarafından azda olsa itilir ve OSO bağ açısı 120° den daha küçük olur.

AB 3 E: Amonyak (NH 3 )
Amonyak molekülü, üç bağlayıcı ve bir ortaklanmamış çift içerir.
NH 3 de elektron çiftlerinden biri ortaklanmamış çift olduğundan, NH 3 geometrisi
üçgen pramittir. Ortaklanmamış çiftler, bağlayıcı çiftleri daha kuvvetle ittiklerinden
üç NH bağlayıcı çiftleri itilerek birbirine yaklaşır.
Bu yüzden amonyaktaki HNH açısı, ideal dörtyüzlü açı 109.5° den daha küçüktür.
AB 2 E 2 : Su(H 2 O)
Su molekülü iki bağlayıcı ve iki ortaklanmamış elektron çifti içerir.

Suda dört elektron çiftinin toplam düzenlenişi amonyakta olduğu gibi
dörtyüzlüdür. Ancak, amonyaktan farklı olarak suyun oksijen atomu üzerinde iki
tane ortaklanmamış çift vardır. Bu ortaklanmamış çiftler itme kuvvetleri çok olduğu
için birbirinden olabildiğince uzak durma eğilimindedirler. Sonuç olarak, iki OH
bağlayıcı çifti birbirine doğru itilir ve dörtyüzlü açıdan sapma NH 3 dekinden daha
büyüktür. HOH açısı 104.5° dir.

AB 4 E: Kükürt Tetraflorür (SF 4 )
SF 4 ün Lewis yapısı şöyledir.
Merkez kükürt atomunun beş elektron çifti vardır. Düzenlenişi üçgen piramittir.
Ancak, SF 4 molekülünde elektron çiftlerinden biri ortaklanmamış çifttir, bu yüzden
molekül şu geometrilerden birine sahip olmalıdır.

(a) da ortaklanmamış çift ekvatoryal konumda iken (b) de aksiyal konumdadır.
Aksiyal konumun üç komşu çifti 90° ve diğer ikisi 120° ile yönlenmiştir. Buna göre
itme kuvvetleri (a) da daha azdır ve deneysel olarak gözlenen yapıda budur. Aksiyal
F atomları ile S arasındakı açı 173°, ekvatoryal F atomları ile S arasındaki açı ise
102° dir.
Birden Çok Merkez Atomu Olan Moleküllerin Geometrisi
Birden çok merkez atomu bulunan moleküllerin toplam geometrisini
belirlemek çoğu kez zordur. Ancak, böyle bir yapıda merkez atomlarının her biri
etrafındaki geometriyi kolaylıkla belirleyebiliriz. Örneğin metanol, CH 3 OH ü göz
önüne alalım. Lewis yapısı şöyledir.

Metanol’de bulunan iki merkez atom (Uç olmayan) C ve O dir. Üç tane CH ve bir
CO bağlayıcı çiftin C atomu etrafında dörtyüzlü düzenlendiğini söyleyebiliriz.
HCH ve OCH bağ açıları yaklaşık 109°dir Burada O atomu iki ortaklanmamış çift
ve iki bağlayıcı çifte sahiptir ve sudaki yapıya benzer. Bu yüzden molekülün HOC
kısmı eğiktir ve HOC açısı yaklaşık 105° ye eşittir.

VSEPR Modelinin Uygulama Kuralları
Molekül geometrilerini, merkez atomunda ortaklanmamış elektron çifti içerip
içermemesine göre, iki sınıfa ayırarak VSEPR modelini tüm moleküllere
uygulayabiliriz.
1- Yalnızca merkez atomu etrafındaki elektron çiftlerini göz önüne alarak,
molekülün Lewis yapısını yazınız.
2- Merkez atom etrafındaki elektron çiftlerini sayınız. Bunu yaparken ikili ve üçlü
bağları tek bağ gibi düşününüz. Elektron çiftlerinin toplam düzenleşimini
öngörünüz.
3- Molekülün geometrisini öngörünüz.
4- Bağ açılarını öngörmek için, bir ortaklanmamış çiftin başka bir ortaklanmamış
çifti yada bağlayıcı çifti, bağlayıcı çiftin başka bir bağlayıcı çifti itmesinden çok
daha kuvvetli ittiğini dikkate alınız.

10.2. DĐPOL MOMENTLER
Hidrojen florür (HF) polar kovalent bağlı bir bileşiktir. HF molekülünde H
den F a doğru elektron yoğunluğu kayması söz konusudur. Bunun nedeni, F
atomunun H atomundan daha elektronegatif olmasıdır. Elektron yoğunluğu
kayması, Lewis yapısının üzerine kaymanın yönünü belirten kesikli bir ok koyarak
gösterilir.
Oluşan yük ayrımı şöyle gösterilebilir:
Burada δ (delta) kısmi yükü gösterir. Elektrik alanı uygulandığında, HF molekülleri
negatif uçları pozitif plakaya, pozitif uçları negatif plakaya doğru yönlenirler.

Bir bağın polarlığının nicel ölçümü dipol moment (µ) tir. Dipol moment, Q yükü ile
yükler arasındaki uzaklığın (r) çarpımına eşittir:
Q sadece yükün büyüklüğünü gösterdiği için dipol moment daima pozitiftir. Dipol
momentler genellikle debye (D) birimi ile verilir.
Burada C coulomb, m metredir.

Farklı elementlerin atomlarını içeren iki atomlu moleküller (HCl, CO, NO)
dipol momentlere sahiptir ve polar moleküller olarak adlandırılırlar. Aynı elementin
atomlarını içeren iki atomlu moleküller ise (H 2 , O 2 , F 2 ) polar olmayan
moleküllerdir çünkü bu tür moleküllerin dipol momentleri yoktur. Üç yada daha
çok atomdan oluşan moleküllerin dipol momentlerinin olup olmadıklarının
belirlenmesi için hem bağların polarlıklarının hem de molekül geometrilerinin
bilinmesi gerekir. Polar bağları olsa bile molekülün dipol momenti olmayabilir.
Örneğin CO 2 , üç atomlu bir moleküldür, geometrisi doğrusal yada açısal olabilir.
Bağ momenti hem büyüklük hem de yön bakımından vektörel bir niceliktir.
Ölçülen dipol moment bağ momentlerinin vektörel toplamıdır. CO 2 de iki bağın
momenti eşit büyüklüktedir. Doğrusal CO 2 molekülünde iki zıt yönde yönlenirler
ve oluşan net dipol moment sıfır olmalıdır.

Diğer taraftan, eğer CO 2 molekülü açısal olsaydır, iki bağ momenti birbirini kısmen
güçlendirecek ve molekülün net bir dipol momenti olacaktı.Deneysel olarak CO 2 in
bir dipol momenti olmadığı bulunmuştur. Buradan CO 2 in doğrusal olduğu sonucu
çıkarılır.
Dipol momentler, aynı molekül formülüne sahip ancak farklı yapıları olan
molekülleri ayırt etmek için de kullanılır. Örneğin, aşağıdaki moleküllerin her ikisi
de aynı molekül formülüne (C 2 H 2 Cl 2 ), aynı sayıda ve aynı türde bağlara sahiptirler.
Ancak bunların molekül yapıları farklıdır.

Cis-dikloretilen polar bir molekül iken, trans-dikloretilen değildir. Bu iki molekül,
dipol moment ölçümleriyle kolayca ayırt edilebilir.

10.3. ATOM ORBĐTALLERĐNĐN MELEZLEŞMESĐ
sp 3 Melezleşmesi
CH 4 molekülü ele alındığında, sadece değerlik elektronlarını dikkate
alarak C orbital diyagramını şu şekilde gösterebiliriz.
Karbon atomunun iki tane eşleşmemiş elektronu olduğu için, temel halde
H ile sadece iki bağ yapabilir. Metanda dört CH bağı oluşabilmesi için 2s
orbitalinden bir elektronun 2p orbitaline uyarılması gerekir.

Bu durumda C da dört CH bağı oluşturulabilecek kadar eşleşmemiş elektron vardır.
Metandaki bu bağlanmayı açıklayabilmek için düşünsel melez orbitalleri
kullanılır. Bunlar aynı atomun iki yada daha çok eşdeğer olmayan orbitallerinin,
bağ oluşumundan önce birleşmesiyle elde edilen orbitallerdir. Melezleşme, merkez
orbitalleri oluşturmak üzere bir atomda atom orbitallerinin karışması için kullanılan
bir terimdir. Karbonda 2s orbitali ile üç 2p orbitalinin karışması sonucu dört
eşdeğer melez orbitali oluşturulabilir

sp 3 melezleşmesine başka bir örnekte NH 3 tür. Dört elektron çifti NH 3 ün
dörtyüzlü düzenlendiğini gösterir. NH 3 teki bağlanma CH 4 daki C gibi N un sp 3
şeklinde melezleştiği varsayılarak açıklanır. N un temel hal elektron dağılımı 1s 2
2s 2 2p 3 tür. sp 3 melezleşen N atomu için orbital diyagramı şöyledir.

Dört melez orbitalden üçü NH
kovalent bağlarını oluşturur.
Dördüncü melez orbital ise
azot üzerinde ortaklanmamış
çift olarak yer alır.
sp Melezleşmesi
Berilyum klorür (BeCl 2 ) molekülünün VSEPR ile doğrusal olduğu
öngörülmektedir. Be için değerlik elektronları orbital diyagramı şöyledir.
Temel halde Be, Cl ile kovalent bağ oluşturamaz, çünkü 2s orbitalindeki elektronlar
eşleşmiştir.

Bu yüzden Be un bağlanmasını açıklamak için melezleşmeyi kullanmak gerekir.
Bunun için önce, bir 2s elektronunu 2p orbitaline atlatırız.
Bu durumda, 2s ve 2p de bağ oluşturacak iki Be orbitali vardır.

sp 2 Melezleşmesi
VSEPR’ e göre molekül geometrilerinin düzlemsel olduğu bilinen BF 3
molekülünü inceleyelim. B için değerlik elektronları orbital diyagramı şöyledir;
Bu durumda bir 2s orbitali ile iki 2p orbitalinin karışımından oluşan üç sp 2 melez
orbitali meydana gelir.

Melezleşme konusunda dikkat edilmesi gereken noktalar;
1- Melezleşme kavramı izole atomlara uygulanmaz. Sadece kovalent bağı
açıklamak için kullanılan kuramsal bir kavramdır.
2- Melezleşme, en az iki farklı atom orbitalinin karışmasıdır.
3- Oluşan melez orbitalleri sayısı, melezleşmeye katılan saf atom orbitallerinin
sayısına eşittir.

4- Melezleşme enerji gerektirir, ancak, sistem bağ oluşumu sırasında bu enerjinin
daha fazlasını karşılar.
5- Çok atomlu molekül ve iyonlardaki kovalent bağlar melez orbitallerin ya da
melez orbitallerle melezleşmemiş orbitallerin örtüşmesiyle oluşur.
Atom Orbitallerinin Melezleşmesinde Đzlenecek Yol
Bir molekülde merkez atom için uygun olan melezleşmeyi ortaya koymak için
molekül geometrisi hakkında bilgimizin olması gerekir.
izlenir;
1- Molekülün Lewis yapısı çizilir.
Bunun için şu yollar
2- VSEPR modeli kullanılarak elektron çiftlerinin toplam düzenlenmesi gösterilir.
3- Elektron çiftleri düzenlenmesi ile melez orbitalleri karşılaştırılır ve merkez
atomun melezleşmesi belirlenir.

s, p ve d Orbitallerinin Melezleşmesi
Üçgen bipiramit ve sekizyüzlü geometriye sahip moleküllerin oluşumunu
anlamak için melezleşme kavramının içine d orbitallerini de katmak gerekir.
Örnek olarak SF 6 molekülünü göz önüne alalım. Molekülün altı elektron
çiftinin dezenlenmesiyle sekizyüzlü geometride olduğu gösterildi. S ün temel hal
elektron dağılımı [Ne] 3s 2 3p 4 dür:
3d nin düzeyi enerji bakımından 3s ve 3p düzeylerine çok yakın olduğundan, 3s ve
3p elektronları 3d orbitallerinin ikisine uyarılabilir.

Bu durumda bir 3s, üç 3p ve iki 3d orbitallerinin karışmasıyla altı tane
sp 3 d 2 melez orbitali oluşur.

10.4. ĐKĐLĐ VE ÜÇLÜ BAĞ ĐÇEREN MOLEKÜLLERDE
MELEZLEŞME
Melezleşme kavramı ikili ve üçlü bağ içeren moleküller içinde geçerlidir.
Örnek olarak etilen molekülünü ele alalım. C 2 H 4 bir tane karbon karbon ikili bağı
içermekte ve düzlemsel geometriye sahiptir. Her karbon atomunu sp 2
melezleştiğini öngörürsek, hem geometrisi hem de bağ oluşumu anlaşılabilir.
olarak
2s orbitali ile sadece 2p x ve 2p y
orbitalleri melezleşmekte, 2p z orbitali ise
değişmeden kalmaktadır.

2p z orbitali, melez orbitallerin oluşturduğu düzleme diktir.
Her karbon atomundaki üç sp 2 melez orbitalinden ikisi iki hidrojen
atomunun 1s orbitali ile iki tane bağ, komşu C atomunun sp 2 melez orbitali ile de
bir bağ yapar. Ayrıca, C atomlarının iki melezleşmemiş 2p z
örtüşerek başka bir bağ oluşturur (π).
orbitalleri yandan

Her C atomunun yaptığı üç bağın hepsi sigma bağlarıdır (σ), bunlar
orbitallerin uç uca örtüşmesiyle oluşur, elektron yoğunluğu bağlanan atomların
çekirdekleri arasında yoğunlaşmıştır. Đkinci tip bağ ise pi bağı (π) olarak adlandırılır
ve orbitallerin yandan (paralel) örtüşmesiyle oluşan kovalent bağ olarak tanımlanır.
Burada elektron yoğunluğu bağlanan atomların çekirdek düzleminin üstünde ve
altında yoğunlaşmıştır.
Đki karbon atomu bir pi bağı oluşturur. Bu pi bağı oluşumu etilene
düzlemsel bir geometri verir.

Şekil sigma ve pi bağlarının yönlenişini göstermektedir.

Şekil düzlemsel C 2 H 4 molekülüne bir başka bakışı ve pi bağı oluşumunu gösterir
Normal olarak karbon karbon çift bağını C=C olarak göstermemize karşın
bu iki bağın farklı türden olduğunu unutmamak gerekir. Biri sigma bağı, diğeri pi
bağıdır.

Asetilen molekülü (C 2 H 2 ) karbon karbon üçlü bağı içerir. Molekül
doğrusal olduğu için geometrisini ve bağ oluşumunu, her C atomunun 2s ve 2p x
orbitallerinin sp melezleşmesiyle açıklayabiliriz.

Şekilde görüldüğü gibi, her C atomunun iki sp melez orbitalinden birisi H
nin 1s orbitali ile sigma bağı diğeri ise ikinci C atomu ile başka bir sigma bağı
oluşturur. Buna ilaveten iki pi bağı melezleşmemiş 2p y ve 2p z orbitallerinin yandan
(paralel) örtüşmesiyle oluşur. Böylece, karbon karbon üçlü bağı bir sigma ve iki pi
bağından meydana gelir.

Çoklu bağ içeren moleküllerdeki melezleşmeyi öngörmemize şu kural yardım eder:
Merkez atom bir ikili bağ yapmışsa sp 2 melezleşmiştir; eğer iki tane ikili bağ yada
üçlü bağ varsa sp melezleşmesi yapmıştır.