9.1: Kimyasal Bağ Türleri

Kimyasal bağ teorilerine Amerikalı kimyager Gilbert N. Lewis öncülük etti. Farklı bağların türünü ve oluşumunu açıklamak için Lewis modeli adlı bir model geliştirdi. Kimyasal bağ, kimyanın merkezidir; atomların veya iyonların molekülleri oluşturmak için nasıl birbirine bağlandığını açıklar. Neden bazı bağların güçlü ve diğerlerinin zayıf olduğunu veya neden bir karbonun üç değil de iki oksijenle bağlandığını açıklar; neden su H₂O değil H₄O'dur. 

İyonik Bağlar

İyonlar, elektrik yükü taşıyan atomlar veya moleküllerdir. Bir katyon (bir pozitif iyon), nötr bir atom değerlik kabuğundan bir veya daha fazla elektron kaybettiğinde oluşur ve nötr bir atom, valans kabuğunda bir veya daha fazla elektron kazandığında bir anyon (bir negatif iyon) oluşur. İyonlardan oluşan bileşikler iyonik bileşikler (veya tuzlar) olarak adlandırılır ve bunların kurucu iyonları iyonik bağlarla bir arada tutulur: zıt yüklü katyonlar ve anyonlar arasındaki elektrostatik çekim kuvvetleri.

İyonik bileşiklerin özellikleri, iyonik bağların doğasına biraz ışık tutmaktadır. İyonik katılar kristal bir yapı sergilerler ve sert ve kırılgan olma eğilimindedirler; ayrıca yüksek erime ve kaynama noktalarına sahip olma eğilimindedirler, bu da iyonik bağların çok güçlü olduğunu gösterir. İyonik katılar da aynı nedenden ötürü zayıf elektrik iletkenleridir—iyonik bağların gücü, iyonların katı halde serbestçe hareket etmesini engeller. Bununla birlikte çoğu iyonik katı, suda kolayca çözünür. İyonik bileşikler çözündükten veya eritildikten sonra mükemmel elektrik ve ısı iletkenleridir çünkü iyonlar serbestçe hareket edebilir.

Kovalent Bağlar

Ametal atomlar sıklıkla diğer ametal atomlarla kovalent bağlar oluşturur. Kovalent bağlar, elektronlar atomlar arasında paylaşıldığında oluşur ve her iki atomun çekirdeği tarafından çekilir. Kovalent bir bağ oluşturan atomlar, H₂, Cl₂ ve diğer diatomik moleküllerde olduğu gibi aynı atomlardan oluşuyorsa, bağdaki elektronlar eşit olarak paylaşılmalıdır. Buna saf kovalent bağ denir. Kovalent bir bağla bağlanan atomlar farklı olduğunda, bağ elektronları paylaşılır, ancak artık eşit değildir. Bunun yerine, bağ elektronları bir atoma diğerinden daha fazla çekilir ve bu da elektron yoğunluğunun o atoma doğru kaymasına neden olur. Elektronların bu eşit olmayan dağılımı, polar kovalent bağ olarak bilinir.

Kovalent bağlar içeren bileşikler, iyonik bileşiklerden farklı fiziksel özellikler sergiler. Elektriksel olarak nötr olan moleküller arasındaki çekim, elektrik yüklü iyonlar arasındakinden daha zayıf olduğu için, kovalent bileşikler genellikle iyonik bileşiklerden çok daha düşük erime ve kaynama noktalarına sahiptir. Ayrıca, iyonik bileşikler suda çözündüklerinde iyi elektrik iletkenleri iken, çoğu kovalent bileşik suda çözünmez; elektriksel olarak nötr olduklarından, her durumda zayıf elektrik iletkenleridirler.

Metalik Bağlar

İki metal atomu arasında metalik bağlar oluşur. Metalik bağları tanımlamak için basitleştirilmiş bir model Paul Drüde tarafından 'Elektron Denizi Modeli' olarak adlandırılmıştır. Model, metallerin düşük iyonlaşma enerjilerine dayanarak, metal atomlarının değerlik elektronlarını kolaylıkla kaybederek katyonlar haline geldiğini belirtmektedir. Bu değerlik elektronları, tüm metal üzerindeki katyonları çevreleyen bir delokalize elektron havuzu oluşturur. 

Bakır, alüminyum ve demir kristalleri gibi metalik katılar, metal atomlarından oluşur ve hepsi yüksek termal ve elektrik iletkenliği, metalik parlaklık ve işlenebilirlik sergiler. İşlenebilir olmalarından dolayı (basınç veya çekiçleme altında deforme olma yetenekleri) kırılmazlar ve bu nedenle iyi birer inşaat malzemeleri olurlar. Metallerin erime noktaları çok çeşitlidir. Cıva, oda sıcaklığında sıvı haldedir ve alkali metaller 200 °C'nin altında erir. Çeşitli metaller de düşük erime noktalarına sahipken, geçiş metalleri 1000 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda erir. Bu farklılıklar, metaller arasındaki metalik bağın gücündeki farklılıkları yansıtır. 

Bu metin bu kaynaklardan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 7.1: Ionic Bonding, Openstax, Chemistry 2e, Section 7.2: Covalent Bonding, and Openstax, Chemistry 2e, Section 10.5: The Solid State of Matter.

Kimyasal bağlar, atomların tuz, su veya alaşımlar gibi çeşitli bileşikler oluşturması için gereklidir. Kimyasal bağ oluşumunu veya daha spesifik olarak atomlar arasındaki çekimi anlamak, moleküler davranışı anlamaya ve tahmin etmeye yardımcı olacaktır. Bir atomun çekirdeği, negatif yüklü elektronlarla çevrili nötronlardan ve pozitif yüklü protonlardan oluşur.

İki atom birbirine yaklaştığında, bir atomdaki elektronlar diğer atomun çekirdeğine çekilir ve bunun tersi de geçerlidir. Aynı zamanda, her iki atomun çekirdeği, her atomun elektronları gibi birbirini iter. Bu etkileşimler potansiyel enerjide net bir azalmaya yol açtığında, kimyasal bir bağ oluşur.

Üç tür kimyasal bağ vardır. Sodyum ve klor gibi bir metal ve ametal iyonik bağ oluşturur. Metaller, elektronların atomdan daha kolay uzaklaştırılmasını sağlayan düşük iyonlaşma enerjisine sahiptir.

Bu elektronlar, yüksek elektron ilgileri ve tam bir değerlik kabuğu elde etme eğilimleri nedeniyle ametaller tarafından kolayca kabul edilir. Bu nedenle metal, elektronları bir katyon ve bir anyon oluşturan ametale aktarır. Bu yüklü parçacıklar birbirlerini çekerek iyonik bir bağ oluştururlar.

İkinci tip, karbon dioksit oluşturan iki oksijen atomu ve karbon gibi iki ametal arasında oluşan kovalent bağlardır. Ametaller, değerlik elektronlarının bir atomdan diğerine çıkarılmasını ve aktarılmasını zorlaştıran yüksek iyonlaşma enerjisine sahiptir, bu nedenle elektronlar atomlar arasında paylaşılır. Paylaşılan bu elektronlar, bağ atomlarının her iki çekirdeğiyle etkileşime girer ve toplam potansiyel enerjiyi düşürür.

Son tür, iki metal atomu arasında oluşan metalik bağdır. Metal atomları valans elektronlarını kolaylıkla kaybederek, en basit elektron denizi modeline göre bir elektron havuzu oluştururlar. Valans elektronları tüm metal üzerinde yer değiştirir ve pozitif yüklü metal atomları, atomları bir arada tutan bu elektron havuzuna çekilir.