Su Neden Polar Bir Moleküldür
Su, polar bir moleküldür ve aynı zamanda polar bir çözücüdür. Bir kimyasal türün “polar” olması bu türün pozitif ve negatif elektrik yüklerinin eşit olmayan bir şekilde dağıldığı anlamına gelir. Pozitif yük atom çekirdeğinden, negatif yük elektronlardan sağlanır. Polariteyi elektronların hareketi belirler.
Su Molekülü Hakkında Bilgiler
-
Su (H2O) molekülü polar olması nedeni ile bükülmüştür. Moleküldeki oksijen atomundan negatif yük, hidrojen atomlarından ise pozitif yük gelir.
-
Çözünen maddeler suya eklendiğinde yük dağılımından etkilenebilirler.
-
Molekül biçimi (CO2 gibi doğrusal ve polar olmayan maddeler ) hidrojen ve oksijen arasındaki elektronegatiflik farkından etkilenir. Hidrojenin elektronegatiflik değeri 2.1 iken oksijenin elektronegatifliği 3.5’tir. Elektronegatiflik değerleri arasındaki fark ne kadar küçükse, atomların kovalent bağ oluşturma ihtimali o kadar yüksektir. Elektronegatiflik değerleri arasındaki fark büyükse iyonik bağ oluşur. Hidrojen ve oksijen normal koşullar altında ametaller gibi davranırlar ancak oksijen hidrojenden biraz daha elektronegatiftir bu nedenle iki atom polar kovalent kimyasal bağ oluşturur.
-
Yüksek elektronegatifliği olan oksijen atomu elektronları veya negatif yükü çekerek oksijen çevresindeki bölgeyi iki hidrojen atomunun etrafındaki alandan daha negatif hale getirir. Molekülün elektriksel olarak pozitif kısımları (hidrojen atomları), oksijenin iki dolu orbitalinden uzak bir noktaya doğru bükülür. Her iki hidrojen atomu da oksijen atomunun aynı tarafına çekilir ancak birbirlerinden oldukça uzaktır çünkü hidrojen atomlarının her ikisi de pozitif yük taşır. Bükülmüş konformasyon, çekme ve itme arasındaki dengeden dolayı oluşur.
-
Sudaki hidrojen ve oksijen arasında polar kovalent bağ olsa da su molekülü elektriksel olarak nötr bir moleküldür. Her su molekülü, net 10 proton ve 10 elektrona sahiptir.
Su Neden Polar Bir Çözücüdür?
Su, çözünen madde üzerindeki pozitif veya negatif elektrik yüküne çekilebildiği için polar bir çözücüdür. Oksijen atomundaki negatif yük, hidrojen atomlarını sudan veya diğer moleküllerin pozitif yüklü bölgelerinden çeker. Her bir su molekülünün pozitif hidrojen tarafı, diğer oksijen atomlarını ve diğer moleküllerin negatif yüklü bölgelerini çeker. Hidrojen bağı bir su molekülünün hidrojeni ile diğerinin oksijenini bir arada tutar ve ona ilginç özellikler katar ancak hidrojen bağları kovalent bağlar kadar güçlü değildir. Su molekülleri hidrojen bağıyla birbirlerine çekilirler bunların yaklaşık %20’si diğer kimyasal türlerle etkileşime girmekte serbesttir. Bu etkileşime hidrasyon veya çözülme denir.
Su moleküllerinin birbirini çektiği örnekler incelenirse örneğin fıskiyeden akan su moleküllerinin birbirlerini çektiği için kavisli bir görünümde oldukları görülür. Kovalent bağ ile elektronlar atomlar arasında paylaşılır. Su molekülündeki paylaşılan elektronlar hem oksijen hem de hidrojen atomlarındaki protonlara doğru çekilir. Bu çekim merkezleri atomları bir arada tutar.
Su molekülleri nötrdür. Su molekülünün toplam 10 protonu ve 10 elektronu vardır (Oksijen atomunun 8 elektonu ve protonu, iki hidrojen atomunun her birinin 1 elektonu vardır). Su molekülü aynı sayıda proton ve elektrona sahip olduğu için nötrdür. Elektron bulutu modeli, elektronların bir molekülde nerede bulunduğunu gösterir. Bir elektronun tam yerini bilmek imkansızdır bu nedenle bazen elektronların bulunduğu bölgeler bir atom veya moleküldeki çekirdeğin çevresinde bulut olarak gösterilir. Elektron sayısı eşit olmadığı için su kutupsal bir moleküldür. Oksijen atomu elektronları hidrojenden biraz daha güçlü çeker. Her atomdan gelen elektron hem oksijen hem de hidrojen tarafından çekilse de elektronlar oksijen tarafına biraz daha fazla çekilir. Bu durum elektronların, molekülün oksijen ucunda daha fazla bulunduğu anlamına gelir. Böylece molekülün oksijen ucu biraz negatif olur. Elektronlar hidrojen ucuna o kadar yakın olmadığı için bu uç biraz pozitiftir. Kovalent bağlı bir molekül bir bölgede diğerinden daha fazla elektron bulunduruyorsa buna polar molekül denir. Elektron bulutu modeli, elektronların eşit olarak paylaşılmadığını gösterir. Oksijen etrafındaki elektron bulutu, hidrojen etrafındaki elektron bulutundan daha koyudur. Bu koyuluk elektronların, molekülün oksijen ucuna hidrojen ucundan daha fazla çekildiğini ve su molekülünü kutuplaştırdığını gösterir.
Bir moleküldeki atomlar arasındaki bağlar, moleküller arasındaki kutupsal çekimden farklıdır. Bir su molekülünün oksijeni ile diğerinin hidrojeni arasındaki etkileşim, su molekülünün kendi içindeki oksijen ve hidrojen atomu arasındaki elektron paylaşımından farklıdır. Peki bu farklılık nedir?
- Pozitif yüklü protonlar ve negatif yüklü elektronlar arasındaki çekim nedeni ile tek bir atom bir arada kalır.
- Bir atomdaki pozitif yüklü protonlar ve diğer atomdaki negatif yüklü elektronlar arasındaki karşılıklı çekim nedeni ile iki veya daha fazla atom bir arada kalır. Böylece atomları veya iyonları bir arada tutan kovalent veya iyonik bağ oluşur.
- Birbirlerini çeken moleküller pozitif ve negatif kısımları nedeni ile iki veya daha fazla su molekülünü bir arada tutar.
Su molekülleri arasındaki güçlü çekicilik, suyun yüzey gerilimini, kaynama noktasını ve buharlaşma oranını etkiler. Polar moleküller birbirine daha fazla yapışır bu nedenle daha az polar moleküllere göre daha yavaş buharlaşırlar. Daha az polar moleküller daha hızlı buharlaşır çünkü birbirlerini çekmezler. Bu bilgiler doğrultusunda çokça merak edilen iki soruya da cevap bulabiliriz.
Alkol neden sudan daha düşük bir sıcaklıkta kaynar?
Su moleküllerinin kutupsal özelliği birbirlerini iyi çekmelerini sağlar. Daha az polar alkol molekülleri su molekülleri kadar kuvvetli birbirlerini çekmezler. Suyu kaynatmak, alkolü kaynatmaktan daha fazla enerji gerektirir. Başka bir deyişle, alkol sudan daha düşük bir sıcaklıkta kaynar.
Alkol neden sudan daha hızlı buharlaşır?
Alkol molekülü üzerinde hem polar hem de polar olmayan bölgeler olduğu için, birbirlerine su moleküllerinden daha az çekilirler. Bu durum alkol moleküllerinin ayrılıp bir gaz olarak havaya karışmasını kolaylaştırır. Bu yüzden alkol sudan daha hızlı buharlaşır.