Atomları bir arada tutan nedir? İyonik, kovalent ve metalik bağlar

Atomlar neden bağ yapar?

Atomlar bağ yapar, çünkü bu onların dış elektronlarının daha kararlı bir dizilimine, çoğu zaman bir soy gazınki gibi dolu bir dış kabuğa ulaşmasını sağlar. Yalnızca dış elektronlar, yani değerlik elektronları katılır ve atomlar onları verebilir, alabilir ya da paylaşabilir. Her seçim farklı türde bir bağa yol açar.

İyonik bağlar: elektron verme ve alma

İyonik bağ genellikle bir metal ile bir ametal arasında oluşur. Metal atomu elektron verir ve pozitif iyon olur, ametal atomu elektron alır ve negatif iyon olur. Zıt yükler güçlü biçimde birbirini çeker ve bu çekim iyonik bağdır.

Sofra tuzu klasik örnektir. Bir sodyum atomu tek dış elektronunu bir klor atomuna verir ve Na⁺ ile Cl⁻ oluşur. Bir tuz kristalinde ayrı NaCl çiftleri yoktur. Bunun yerine her Na⁺ altı Cl⁻ iyonuyla, her Cl⁻ altı Na⁺ iyonuyla çevrilidir; bu, kristal kafes denen, tekrarlanan küp biçimli bir örüntüdür.

İyonik bileşikler genellikle erime noktası yüksek, sert ve kırılgan katılardır: tuz 801 °C'de erir. Katıyken elektriği iletmezler, ama eritildiklerinde ya da suda çözündüklerinde iletirler, çünkü iyonlar o zaman serbestçe hareket edebilir.

Kovalent bağlar: elektron paylaşma

Kovalent bağ genellikle iki ametal atomu arasında oluşur. Hiçbir atom diğerinden elektron alacak kadar güçlü çekmez, bu yüzden bunun yerine bir elektron çiftini paylaşırlar. Paylaşılan çift iki çekirdek tarafından da çekilir ve bu atomları bir arada tutar. Bu şekilde birleşmiş bir atom grubuna molekül denir.

Bir su molekülünde, H₂O, oksijen atomu iki hidrojen atomunun her biriyle bir elektron çifti paylaşır. Oksijen 6 dış elektronla başlamıştı ve şimdi çevresinde 8 var; her hidrojenin de şimdi 2 elektronu, yani dolu bir birinci kabuğu var. Atomlar iki çifti de paylaşıp O₂'deki gibi çift bağ, üç çifti paylaşıp N₂'deki gibi üçlü bağ yapabilir.

Birçok kovalent maddenin erime ve kaynama noktaları düşüktür, bu yüzden çoğu zaman oda sıcaklığında gaz ya da sıvıdırlar; su 100 °C'de kaynar. Elmas gibi birkaçı ise devasa kovalent bağ ağları oluşturur ve son derece serttir.

Metalik bağlar: bir elektron denizi

Bir metalde atomlar dış elektronlarını, bütün metal boyunca serbestçe hareket eden ortak bir havuza bırakır. Geriye, bu elektron “denizi” tarafından bir arada tutulan, düzenli dizilmiş pozitif metal iyonları kalır. İyonlar ile hareketli elektronlar arasındaki çekim metalik bağdır.

Serbest elektronlar elektrik akımını taşır, bakırın tel olarak kullanılmasının nedeni budur; ısıyı da taşırlar, sıcak çorbadaki metal kaşığın hızla ısınmasının nedeni budur. Bağlar belirli atomlar arasında sabit olmadığı için iyon katmanları birbirinin üzerinden kayabilir; bu yüzden metaller parçalanmak yerine eğilir ve dövülerek levha haline getirilebilir.

Bağı tahmin etmek için elektronegatifliği kullanma

Elektronegatiflik, bir atomun ortak elektronları ne kadar güçlü çektiğini ölçer. İki atomu karşılaştırmak için büyük değerden küçük değeri çıkar. Kaba bir kılavuz olarak, yaklaşık 0,4'ün altındaki bir fark elektronların neredeyse eşit paylaşıldığı (apolar kovalent), yaklaşık 0,4 ile 1,7 arasındaki bir fark eşit olmayan biçimde paylaşıldığı (polar kovalent), yaklaşık 1,7'nin üstündeki bir fark ise genellikle iyonik bağ olduğu anlamına gelir.

Sodyum klorür: 3,16 − 0,93 = 2,23, yani bağ iyoniktir. Su: oksijen (3,44) ile hidrojen (2,20) arasındaki fark 1,24'tür, yani O–H bağları polar kovalenttir. Oksijen ortak elektronları kendine daha yakın çeker ve küçük bir negatif yük taşır, hidrojen atomları ise hafifçe pozitiftir. Klor gazı, Cl₂: 3,16 − 3,16 = 0, yani elektronlar tamamen eşit paylaşılır.

Bu sınırlar kaba kılavuzlardır ve ders kitapları biraz farklı sayılar kullanır, çünkü bağ oluşumu aslında kayan bir ölçektir. Çoğu zaman işe yarayan bir kısayol var: metal + ametal iyonik, ametal + ametal kovalent, metal + metal ise metalik bağ verir.