KİMYASAL GÖNÜL BAĞLARI

KİMYASAL GÖNÜL BAĞLARI

ALPEREN GÜRBÜZER

Maddenin moleküler yapısı sıradan bir yapı olmayıp, aksine simetrik kaide ve kurallara göre inşa edilmiş bir kimyasal gönül bağ organizasyonudur. Bu yüzden günlük hayatımızda kullandığımız bir su molekülünü sadece su deyip geçiştiremeyiz. Çünkü hayat kaynağı suyun moleküler yönden incelendiğinde hidrojen atomları her iki gönül kollarını açmış vaziyette oksijen atomuyla birlikte simetrik bağ oluşturduğu gözlenecektir. Malum hidrojen atomunun yörüngesinde 1 elektron bulunup, oksijenin birinci yörüngesinde 2, ikinci yörüngesinde ise 6 olmak üzere toplam 8 elektron bulunmaktadır. Fakat her ikisi bir arada gönül birliği yapacağı zaman oksijen atomunun dış yörüngesinde yer alan 6 elektrondan 2 tanesi 2 hidrojen atomun birer elektronuyla koalisyon kurarak 8’e tamamlanır. İşte oksijenin dış yörüngesindeki 6 elektronun iki tanesi hidrojenden gelen birer elektronuyla kurdukları kovalent bağ sayesinde ab-ı hayat suya kavuşuruz. Dolayısıyla suyu oluşturan her iki elemente ait elektronların nerede yer alacakları önceden belirlenmiş bile. Nitekim su molekülü içerisindeki gönül kolları arasında 120 derecelik simetri açının varlığı hiçbir bilim adamının gözünden kaçmamaktadır. Anlaşılan moleküler hayat gerek diziliş bakımdan gerek aralarında kurdukları gönül bağları sayesinde simetrik yapı üzerine kurulmuş durumda.
Bilindiği üzere bir atomun en son halkasının kararlı olabilmesi için 8 elektron ihtiva etmesi gerekmektedir. Yani 8’den fazla bulunmasına izin verilmez. Zaten normal dış yörüngesinde sekiz elektron bulunan atomlar kararlı yapı sergilemeleri için buna mecburdur, dolayısıyla başka atomlarla birleşmek eğilimi göstermezler. Çünkü atom dünyasında program buna göre yazılmıştır. Öyle ki en son yörüngesinde elektron açığı bulunan elementler bir şekilde bu açığı gidermek zorundadır. Mesela dış yörüngesinde iki elektron bulunan bir atom, altı elektronlu bir atomla birleşerek tıpkı su da olduğu gibi birlikte yeni bir molekül oluşturabiliyor. Zira pozitif veya negatif elektrik iyona sahip zıt kutuplu atomlar arasında çekme kuvvetleri devreye girmesiyle de, maddenin temel yapı taşları gün yüzüne çıkabiliyor. Hakeza dış yörüngesinde bir elektrona sahip olan sodyumun dış yörüngede yedi elektrona sahip klor atomuyla ortaklaşa bağ kurmasıyla birlikte sekiz elektrona tamamlanıp sofralarımızın bereketi olan tuz molekülü meydana gelmektedir. Gerçekten tuzun suda erime özelliği hayat için önemli bir madde olduğunu ispatlamaya yetiyor artıyor da. İşte bu noktada kimyasal bağ kavramı çok önem kazanmaktadır. Bu yüzden bilim adamları habire hayatın tuzlu suda başladığını dillendirirler. Hayat için elbette ki sadece tuzlu su yetmez, bundan başka karbon, oksijen, hidrojen ve azot gibi gönül dörtlüsüne ihtiyaç vardır. Bu yüzden dörtlü kombinezonun dış yörüngeleri sekiz elektrondan az olacak şekilde dizilimi ayarlanmış ki; başka maddelerle bağ kurup birçok madde oluşturabilsinler. Böylece dört elementin açılımıyla çok sayıda molekül hayatımıza renk katmış olurlar. Şayet böyle bir ayar çekilmeseydi canlı organizmaların ihtiyacı sayılan protein, yağ ve karbonhidrat gibi en temel madde gerçeği ile yüzleşemeyecektik.
Bilindiği üzere kimyasal bağ terimi ilk defa 1916 yılında G.N. Lewis tarafından açıklanmıştır. Lewis ana başlık olarak iki ayrı tip bağ ortaya atmış olup, bunları iyonik (elektrovalent bağ) ve kovalent bağ diye kategorize etmiştir. Şayet bu iki gönül bağ olmasaydı belki de evrende sınırlı sayıda sadece yüz küsur kadar madde olacaktı. Zaten şuan madde âleminde zenginlikten bahsedebiliyorsak, bilin ki elektronların kendi aralarında alışveriş veya ortaklaşa kurdukları bağlar sayesinde olmaktadır. O halde atom deyip geçmemeli.
Bilmem hiç düşündünüz mü yeryüzünde en basit atom modeli neden hidrojendir diye? Zira bu atomun merkezinde pozitif yüklü bir proton, dışında ise negatif yüklü bir elektron bulunmasından dolayıdır. Sanki gizli bir güç atomlar arasında hiyerarşik ortamın olmasını murat etmiş. İşte bu muradın gereği atomlar arasında basitten karmaşığa doğru bir diziliş gerçeği ile yüzleşiriz. Mesela Helyum atomunun merkezinde iki proton dışında iki elektron olması hidrojene göre biraz daha sayısını artırmış olduğu gözükmektedir. Hakeza Lityum atomunda ise üç proton ve üç elektron bulunmaktadır. Derken uranyum atomunda 92 proton ve 92 elektron zenginliği ile tanışırız. Zenginlikleri daha da zengin hale getirmek içinse atomlar arasında çekim bağları ihdas edilmiş. Böylece iyonik bağ kurulumun elektro negativiteleri birbirinden çok farklı atomlar arasında cereyan ettiğine şahit oluruz. Zira iyonik bileşikli moleküller (-) ve (+) yüklendiğinde iki atom arasında elektronik prostatik çekim gönlü sergilerler.
O halde İyonik bağların özelliklerini şöyle sıralayabiliriz:
—İyonlar arasında elektro prostatik çekim söz konusudur.
—İyonik bağ elektro negativiteleri farklı atomlar arasında meydana gelir.
—Çoğunlukla metaller ve ametaller arasında meydana gelir.
—İyonik bağlar kovalent bağlara göre çok daha kuvvetlidir.
—İyonik bağlı bileşikler çoğu katı olup erime noktaları yüksektir.
—İyonik bağ H ve NH2 gibi molaritesi yüksek çözücülerde çözülüp, aynı zamanda sulu çözeltilerin elektriğini iletirler.
— İyonik bağlarda elektron alışverişi vardır.
Kovalent bağların özellikleri:
—Aynı cins atomlar arasında ya da elektro negativitileri birbirine çok yakın olan farklı atomlar arasında meydana gelir.
—Elektron alışverişi söz konusu olamaz, ancak iki atom arasında ortak işbirliği veya gönül birliği söz konusudur.
—Kovalent bağ yapmış moleküller genellikle organik kökenli bileşikler olarak sahne alırlar.
—Erime noktaları inorganiklere göre daha düşüktür.
—Kovalent bağlar eter ve alkol gibi apolar karakterde olan organik çözücülerde çözünüp, çözelti halinde elektriği iletmezler.
ORGANİK BİLEŞİKLER
Şurası muhakkak canlılar hücrelerden, hücreler ise atomlardan meydana gelmiştir. Sonuçta Allah tarafından yaratılan her canlı varlığın temelinde cansız atomlar bulunmaktadır. Özellikle bilim adamları söz konusu atomlar arasında bilhassa 24 elementin hayat için olmazsa olmaz şartı olduğuna ittifak içerisindedir. Zira oksijen, karbon, hidrojen ve azot canlı hayatın % 99’unu oluşturmaktadır. Diğer geriye kalan 20 element canlı vücudun % 1 yekûnu diyebileceğimiz oranda yer almaktadır. Aslında karbon ve azotun beslendiği kaynak atmosferdeki karbondioksit ve azot gazlarıdır. Neyse ki bu kaynak habire kullanılmasına rağmen karbon ve azot devirleri sayesinde tükenmemektedir. Belli ki bu devri daim döngü olmasaydı bugün canlılıktan söz edemeyecektik. İhtimaldir ki 20 elementin her biri belli bir periyodik düzen içerisinde döngü içerisine dâhil edilip, tüm canlı âleme can simidi olarak ikram edilmektedir. Söz konusu bu elementler ekseriya su ve toprakta bulunup mikroorganizmalarca canlıların çürümeye yüz tutmuş ölmüş bedenlerinden ayrıştırılarak tabiata döndürülür. Allah korusun bu döngü âlem bir noktada kesilmiş olsa tüm canlıların hayat bağları kopmuş olacaktır. Anlaşılan o ki organik moleküllerin esas yapısını C, H ve O oluşturup diğer N, P ve S ise boş durmayıp adeta hayat çorbasının tadı tuzu olurlar. O halde hayata renk katan organik bileşiklerin özelliklerini maddeler halinde şöyle sıralayabiliriz:
—Organik bileşikler C elementinin H, O, N, P ve X gibi atomlarla meydana getirdiği bileşikler olup, bunlar arasında S ve Mg gibi metal atomlarda bulunabiliyor.
—Organik bileşikler hemen hepsi kovalent bağlıdır.
—Erime ve kaynama noktaları anorganiklere göre düşüktür. Birçoğunun erime noktası 150 santigrat derecenin altındadır.
—Organik bileşikler moleküler reaksiyon gösterip, kimyasal reaksiyonları ise yavaş seyretmektedir.
—Organik bileşikler C atomunun 4 valens olması hasebiyle anorganik bileşiklere göre sayıca çok daha fazladır.
—Organik bileşikler taşıdıkları atom cinsi, bağ ve fonksiyonel grup yapısına göre sınıflandırılır. Mesela C ve H taşıyan bileşiklere hidrokarbonlar, OH grubu taşıyanlara ise alkol denmektedir. Dolayısıyla organik bir sınıfı incelerken aynı zamanda fonksiyonel grubu da incelemiş oluruz.
Organik kimya bir anlamda C (karbon) bileşik kimya âlem demektir. Mesela fotosentez olayında bitkiler yapraklarıyla oksijen çıkarıp, havadan aldığı karbonu kökleriyle emdiği suyun hidrojeni ile birleştirerek saklamaktadır. Derken hem bitkinin kendisine hem de tüm canlıların hizmetine sunulmak üzere şeker, selüloz, değişik türden kimyasal madde, meyve ve çiçek üretirler habire.
Vitalizm düşüncesi(dirimselcilik düşüncesi)
Demek ki insan ve hayvanlar sürekli karbondioksit imal etmekteler, bitkiler ise oksijen açığa çıkarmak için seferber olmuş durumdalar. Yani bu karşılıklı alışveriş olmasaydı belki de bugün hayat iksirinden söz edemeyecektik. Bir başka ifadeyle bu döngü olmasaydı canlı âleminin tümü tabiatta ki tüm oksijeni veya karbondioksiti tüketip hayat sona erecekti. İşte bu tür düşünceler eşliğinde organik bileşiklerin hayata güç kattığını fark ediverdik. Hatta hayatı kavramak adına insanoğlu bir adım daha ileri adım atıp organik kimya ile tanışıp ateşin ne demek olduğunu keşfediverdi. Böylece medeniyet alanında birçok dallar ve deneysel metotlar hızla yayılıverdi. Mesela organik bileşiklerin yapıları hakkında deneysel metotlar 1811–1831 yılları arasında Justus Liebig, Jöns Jacob Berzelius, J.B.A. Dumas tarafından geliştirildiğine şahit olduk. Hatta Stanislao Cannizzaro sayesinde deneysel ve moleküler formülleri birbirinden ayırt etmede avagadro hipotezinden yararlanılabileceğini öğreniverdik. Derken etilen(C2H4), siklopentan(C2H10), siklo heptan(C7H14) gibi deneysel formülleri keşfetmenin yanı sıra C2H4, C5H10, C5H10, C7H14 gibi moleküler formüllerle tanışıverdik.
ORGANİK KİMYADA YAPI TEORİSİ
Artık laboratuarda bir bardak suda atomların diziliş ve birbirleriyle olan molekül bağların nasıl işlediğini bilim adamlarının çalışmaları ile daha da bir anlam kazanmakta. Her yapılan analiz çalışmasında mikro âleme dokunamazsak bile bir matematik program gerçeğinin farkına varıyoruz. Nitekim August Kekule, Scott Couper ve M. Butlerov tarafından ortaya atılan organik yapı teorisine göre;
—Organik bileşiklerde atomlar sabit sayıda bağ yaparlar. Mesela C atomu tetravalens, oksijen atomu 1 valens (2 değerlikli), Hidrojen ve Halojen atomlar ise mono valenstir.
Gerçi hidrojeni solumuyoruz, ama hidrojen olmaksızın ab-ı hayat suyu keşfetmek mümkün olmadığını fark ediyoruz. Oksijen, hidrojen ve karbon atomları ister birbirlerinden bağımlı olsun isterse birleşmiş halde bulunsunlar sonuçta biyolojik nizamın temel elemanları olduğu gerçeğini değiştiremeyecektir.
— C atomu bir ya da daha fazla bağ yapmak üzere başka atomlarca kullanılabiliyor. Zira tüm organik maddelerin karışımında (C ) karbon vardır. İşte bu gerçeklerden hareketle yapı teorisi organik bileşiklerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini açıklamaya yetebiliyor. Mesela etil alkol ve dimethyl eter aynı bileşim formülüne sahip olmakla birlikte (C2H6O), fiziksel ve kimyasal özellikleri farklı olmaktadır. Bu farklılık yapı formüllerinin farklı olmasına bağlıdır.

H H
│ │
H─ C ─C─O ─H
│ │
H H
ETHANOL

H H
│ │
H─ C ─O ─ C─H
│ │
H H
DIMETHYL ETHER

ETHANOL DIMETHYL ETHER
Kaynama noktası 78,5 C0 (santigrat derece) —24,9 C0
Erime noktası 117,5 C0 —13,8 C0
Sodyum ile reaksiyona girdiğinde H2 çıkarır. Reaksiyon verir.

Her element atomun bağ yapabilme ölçüsüne değerlik (valens) denir.
Etanol ile dimethyl ether arasında bazı farklar şunlardır:
—Etil alkol C-C-O eksen üzerine, dimethyl eter ise C-O-C eksen üzerine halka oluşturur.
—Etil alkolde hidrojenlerden bir tanesi oksijene bağlı olurken, dimethyl eter de 6 hidrojenin her biri karbon atomlarına bağlanmıştır.
— Etil alkolde oksijene bağlı hidrojen sodyuma karşı duyarlı olup reaksiyon oluşturabiliyor, dimethyl eter de C atomuna bağlı hidrojenler sodyuma karşı duyarlı değildirler, bu yüzden reaksiyon vermezler.
Bazı fonksiyonel gruplar şunlardır:

Keton grubu

Aldehit grubu

Karboksil asit organik grubu
Sadece C ve H taşıyan bileşiklere hidrokarbonlar denir(Porifenler). Hidrokarbonlar şu şekilde sınıflandırılır.
Hidrokarbonlar:
1-Doymamış hidrokarbonlar
a- Alkin adı: Olefinler (─C═ C)
b-Alkin adı: Asetilen(etin) (H─C≡C ─H)
c- Doymamış halkalı yapı taşıyanlar.
2-Doymuş hidrokarbonlar
a- Düz zincirli olanlar
b- Halkalı yapıya sahip olanlar
Alkanlar C─C tek bağını taşıyan hidrokarbonlardır. İlk 4 alkan molekülünün özel ismi:
—Metan (CH4)
—Etan(C2H6)
—Propan(C3H8)
—Bütan(C4H10) olup, latince C sayısının sonuna (an) ekinin getirilmesiyle isimlendirilir. Görüldüğü üzere 2 doymuş hidrokarbon arasında belli bir atom grubu farkıyla birbirini izleyen bileşim dizilerine Homolog seriler denir. Mesela;
“Pentan (C5H12)
Hekzan (C6H14)
Oktan ( C8H19)
Nonan (C9H20)
Dekan (C10H22)” dizilişinde olduğu gibi CnH2n+2 formülüne uydukları görülür.
Bir karbon zinciri linear, yani doğrusal değildir. Her ne kadar kâğıt üzerine düz yazsak da aslında zikzak yapıdadır. Yani düz zincirin iki ucu ayrı ayrıdır. Halka yapıya sahip olanlarda ise zincirin iki ucu bir aradadır.
Bu arada doymuş hidrokarbon molekülünden bir hidrojen atomu çıkarıldığı zaman oluşan yeni atom grupları Alkil adını alır.
Örnek:
CH4 hidrojen çıkarıldığında (-H) → CH3 (Metil kökü),
C2H6 hidrojen çıkarıldığında (-H) → C2H5 (Etil kökü),

C3H8 hidrojen çıkarıldığında (-H) → C3H7 (Propil)

C4H10 hidrojen çıkarıldığında (-H) → C4H9 (Butil)

C5H12 hidrojen çıkarıldığında (-H) → C5H11 (Pentil)
Metan molekülü her bakımdan 4 H atomuyla özdeştir. Ancak metanın yanına 1 metil grubu daha ilave olduğunda birer hidrojenin çıkmasıyla birlikte etan molekülü oluşur. Keza aynı işlemlerin bir başka benzer şekli olan etan molekülünün yanına ikinci bir metil grubu geçtiği zaman propan molekülü teşekkül eder. Bunun yanına bir metil grubu geçtiğinde ise butan meydana gelir. Akabinde bundan bir sonraki yeni molekül dizisi düz zincirli olmayıp dallanmış bir yapı görünümü verecektir. Örnek:

H
│
H ─C ─ H
│
H
Metan

H H
│ │
H ─C ─ C ─H
│ │
H H
Etan

H H H
│ │ │
H ─C ─ C ─ C ─H
│ │ │
H H H
Propan şeklinde olur.
O halde buton’un düz zincir olanına n-buton, diğerine de izobuton( ikinci karbona bağlı yapı) adı verilir. Bu bileşikler aynı zamanda birbirinin izomeridirler.

CH3 ─ (CH2)2─CH3

n-butan

CH3─CH(CH3)3

izobutan

İşte bu şekilde ki bileşikler aynı bileşik formülüne sahip olmakla beraber yapı formüllerinin farklı olması özelliğinden dolayı izomeri adı verilir.
Mesela Alkanlardan örnek verecek olursak;
Butan 2,
Pentan 3,
Hekzan 5,
Oktan 18,
Dektan 75 kadar geometrik izomer (formül) oluşturabiliyor.
Anlaşılan ikinci karbonda bir metil grubunun bağlanması mevcut zincire “izo” özelliği katmaktadır. Hakeza bir alkil grubunda ayrılmış olan H atom yerine başka atom ya da atom grupları geçtiğinde alkil ibareli isim alır. Örnek: n-propil alkol ve izopropil alkol.

H H H
│ │ │
H ─C ─ C ─ C ─H─O─H
│ │ │
H H H

n-propil alkol

H
│
H O H
│ │ │
H ─C ─ C ─ C ─H
│ │ │
H H H

İzopropil alkol

Birden fazla fonksiyonel grup (OH, Cl gibi) bulunursa fonksiyonel gruplardan biri ana grup, diğeri ise türev olarak kabul edilir.

2,2-dimethyl–1-butanol

Halkalı alkanlar da temel zincir olarak alınan halkanın adından önce siklo(halka) kelimesi getirilir. Genel formülü CnH2n’dir.

veya ∆ şeklinde sembolize edilir.
Siklopropan
Özetle alkanlar:
—Alkanlar kimyasal reaksiyonlara karşı ilgisizdirler.
—Kullanış yerleri yakacak olarak kullanıp, havadaki oksijenle reaksiyona girmesiyle birlikte yanıp ısı verirler. Örnek: bütan gazı.
CH3—CH2—CH2—CH3 + 3/2O2→5H2O + 4CO2 + O2
—İlk 4 üyeleri oda sıcaklığında veya atmosfer basıncında gaz haldedir. Mesela 5’ten 17’ ye kadar olanlar sıvı, diğerleri katıdır.
— Kaynama noktaları diğer bileşiklere göre düşüktür. Yani halka daraldıkça kaynama noktası düşer. Örneğin n-pentan 36 santigrat derecede, neopektan 10 santigrat derece de kaynamaktadır.
Alkanlar tetrahedral (dört yüzlü) yapı sergileyebildikleri halde, alkenler düzlemsel bir yapı mevcuttur.
Alkan grupları katılma reaksiyonları verip, en çok H, X ve H2O katarlar. Yani H katılmasıyla alkanlar elde edilir.
Aynı şekilde Cl ve I kolaylıkla kimyasal reaksiyonlara katılabiliyor. Mesela sülfirikasit katalizörlüğünde alkolleri verip, HX katarlar. Yani bu katılma sırasında hidrojeni en fazla olan karbona bağlanırlar.
CH3—CH=CH2 + HX→ CH3 — CH—CH3 — X

Hakeza yine elektronegativite olan grup, hidrojeni az olan karbona bağlanıp, buna Markovnikov kuralı denir. Alkenlerin bir başka reaksiyonları ise soğukta KMnO4 oksidasyonu ile çift bağlı karbon diolleri oluşturmasıdır.
CH3—CH=CH2 → KMnO4 CH3 — CH—CH2

1,2 propanediol

Alkinlerin özellikleri:
Alkinler (asetilenler) içerisinde en çok kullanılan asetilen olup, sönmemiş bir bileşiklerden elde edilir.
CaO + 3C (2500 C0)→ CaC2 + CO
CaC2 + 2H2O(20 C0)→ Ca(OH)2 + C2H2
Alkinler oksijenle yandığında 800 santigrat dereceye çıkabilen alev verir. Bu yüzden kaynak işlerinde kullanılır.
H—C≡ C—H + 5/2 O2 → H2O + 2CO2 + O2
Alkinlerin en önemli reaksiyonları katma reaksiyonlardır. Hatta tıpkı alkenenler(olefinler) de olduğu gibi bunlar da H, X ve HX katarlar.
H—C≡ C—H + 2 H2 → H3C + CH3(Etan)
Velhasıl; kimyasal bağlar organik kimyanın gönül ruhudurlar.
Vesselam.

http://www.facebook.com/pages/Alperen-G%C3%BCrb%C3%BCzer/141391522610124