MolekülerYapı

Hesaplamalı kimya, kimyasal sistemlerin yapılarını, özelliklerini ve reaksiyonlarını anlamak, modellemek ve tahmin etmek için matematiksel hesaplamalar, bilgisayar simülasyonları ve teorik yöntemler kullanır. Hesaplamalı kimyanın bazı işlevleri: İlaç ve malzeme tasarımı: Modern ilaçların ve yeni malzemelerin keşfedilmesinde kullanılır. Moleküler modelleme: Moleküllerin ve geçiş durumlarının enerjilerini, kimyasal reaktiviteyi ve spektral özellikleri hesaplar. Deneysel destek: Laboratuvar sentezleri için başlangıç noktaları bulur ve spektroskopik ölçümlerin anlaşılmasına yardımcı olur. Teorik kimya ile etkileşim: Yeni teorik modellerin geliştirilmesine katkı sağlar. Hesaplamalı kimya, özellikle ilaç keşfi, malzeme bilimi ve nanoteknoloji gibi alanlarda devrim yaratarak bilimsel araştırmalarda temel bir araç haline gelmiştir.

İzopropanol ve etil alkol (etanol) aynı değildir, ancak her ikisi de alkol türüdür. Etil alkol, genellikle biyokütleden elde edilen şekerlerin fermantasyonu yoluyla üretilir ve bu da onu yenilenebilir bir kaynak haline getirir. Özelliklerine göre bazı farklar: Toksisite: İzopropanol, etanolden daha toksiktir. Suda çözünürlük: Etil alkol, suda daha yüksek çözünürlüğe sahiptir. Kullanım alanları: Etil alkol, dezenfektanlar, solventler ve kozmetiklerde; izopropanol ise boyalar, yapıştırıcılar ve kaplamalarda kullanılır.

Bir molekülün polar veya apolar olduğunu ayırt etmek için şu adımlar izlenebilir: 1. Bağların değerlendirilmesi. 2. Molekül geometrisi. Polar ve apolar moleküllere örnekler: Polar moleküller: Su (H₂O), hidrojen florür (HF). Apolar moleküller: Hidrojen gazı (H₂), oksijen gazı (O₂), azot gazı (N₂). Ayrıca, şu özellikler de polar ve apolar molekülleri ayırt etmede kullanılabilir: Dipol moment. Merkez atom. Ortaklanmamıs elektron çifti. Atom türleri.

Suyun bazı özellikleri: Kimyasal formül: H₂O, iki hidrojen ve bir oksijen atomundan oluşur. Görünüm: Beyaz katı veya renksiz, şeffaf, kristalli katı veya sıvı. Koku: Kokusuz. Yoğunluk: Sıvı hâlde 999,9720 kg/m³, katı hâlde 917 kg/m³. Erime noktası: 0 °C. Kaynama noktası: 100 °C. Kohezyon ve adhezyon: Yüksek kohezyon ve adhezyon kuvvetine sahiptir. Yüzey gerilimi: Yüksek yüzey gerilimine sahiptir. Elektrik iletkenliği: Elektriksel iletkenlik özelliği vardır. Çözünürlük: Haloalkanlar, alifatik ve aromatik hidrokarbonlar ve eterlerde az çözünür; metanol, etanol, izopropanol, aseton ve gliserol ile karışabilir.

Poliamit (PA) ve polietilen (PE) arasındaki temel farklar şunlardır: Moleküler yapı. Mekanik özellikler. Kullanım alanları.

C2H2 (asetilen) molekülü apolardır. Bunun nedenleri: Doğrusal yapı: Molekül, üçlü bağ nedeniyle doğrusal bir yapıya sahiptir. Elektronegatiflik farkı: Karbon (2,55) ve hidrojen (2,20) atomları arasındaki elektronegatiflik farkı çok azdır (0,35), bu da C-H bağlarını apolar yapar. Dipol momenti: Molekülde net bir dipol momenti yoktur; elektronların dağılımı her iki tarafta da eşittir ve bu nedenle dipol momenti birbirini iptal eder. Yük dağılımı: Molekülde pozitif veya negatif yüklü bölgeler bulunmaz; yük dağılımı eşittir.

Benzer benzeri çözer ilkesi, polar maddelerin polar çözücülerde, apolar maddelerin ise apolar çözücülerde iyi çözünmesi durumunu ifade eder. Bu durumun sebebi, polar bileşiklerde moleküller arası çekim kuvvetinin oldukça kuvvetli olmasıdır; molekülün negatif yüklü kısmı, diğer molekülün pozitif yüklü kısmı tarafından çekilir ve böylece bütün moleküller arasında bir ağ yapısı kurulur. Örnekler: Su (polar çözücü) ve tuz (çözünen) tanecikleri arasında iyon-dipol etkileşimi olduğu için tuz suda çözünebilir. Karbontetraklorür (CCl4), apolar bir moleküldür ve polar bir molekül olan suda çözünemez.

CH4 (metan) molekülünün Lewis yapısını çizmek için şu adımlar izlenir: 1. Toplam değerlik elektronu sayısını hesaplama. - Karbon atomunun değerlik elektronları: Periyodik tabloda karbon, 14. grupta yer aldığı için 4 değerlik elektronuna sahiptir. - Hidrojen atomunun değerlik elektronları: Hidrojen, periyodik tabloda 1. grupta yer aldığı için 1 değerlik elektronuna sahiptir. - CH4 molekülündeki toplam değerlik elektronu sayısı: 4 + (1 × 4) = 8'dir. 2. Merkez atomu seçme. - Hidrojen atomu daha az elektronegatif olduğu için dışarıda bırakılır ve karbon atomu merkeze yerleştirilir. 3. Atomları bağlayın. - Karbon atomu ile hidrojen atomları arasına iki elektron (bir çift) yerleştirilerek kimyasal bağ temsil edilir. 4. Dış atomları kararlı hale getirme. - Hidrojen atomları, tam dış kabuk için gereken 2 elektronu tamamlayarak kararlı hale gelir. 5. Merkezi atomdaki okteti kontrol etme. - Karbon atomunun 8 elektronu olup oktetini tamamladığı kontrol edilir. 6. Lewis yapısının kararlılığını kontrol etme. - Formal yük hesaplanarak Lewis yapısının kararlı olup olmadığı doğrulanır. CH4 molekülünün Lewis yapısını çizmek için YouTube ve knordslearning.com gibi kaynaklar da kullanılabilir.

C6H6 (benzen) molekülü apolardır. Bunun nedeni, moleküldeki karbon-karbon ve karbon-hidrojen bağlarının polar olmasına rağmen, benzenin genel moleküler şekli ve bağ düzenlemesi nedeniyle elektron yoğunluğunun simetrik bir şekilde dağılmış olmasıdır.

Elektronların diziliminin önemli olmasının bazı nedenleri: Atomun kimyasal davranışlarını belirler. Periyodik tablodaki yeri ve benzer özelliklere sahip elementler arasındaki ilişkileri anlamaya yardımcı olur. Atomların reaktivitesini ve bağ yapma yeteneğini etkiler. Atomların dengeli olup olmadığını anlamaya olanak tanır, bu da bir elementin radyoaktif niteliklerine dair fikir verir. Kimyasal reaksiyonları anlamada kritik öneme sahiptir.

Bir molekülün polar veya apolar olduğunu belirlemek için şu adımlar izlenebilir: 1. Bağların Değerlendirilmesi: - Bağ yapan atomların elektronegatiflik farkı hesaplanır. - Farklı atomlar arasında oluşan bağlar polar, aynı atomlar arasında oluşan bağlar apolardır. 2. Molekül Geometrisi: - Molekülün şekli simetrikse genelde apolardır, asimetrikse polar olabilir. 3. Dipol Moment: - Molekülün merkezi atomu çevresinde elektron dağılımı dengeliyse (dipol moment sıfırsa) molekül apolardır. Örnekler: - Apolar Moleküller: Hidrojen gazı (H₂), oksijen gazı (O₂), azot gazı (N₂). - Polar Moleküller: Su (H₂O), hidrojen florür (HF). C ve H atomlarından oluşan moleküller apolardır, diğer atomlardan oluşan moleküller ise polardır.

Formaldehit (CH2O), trigonal planar moleküler geometriye sahiptir.

CCl4 (karbon tetraklorür) molekülü, aşağıdaki nedenlerden dolayı apolardır: Molekülün şekli tetrahedradır. Merkez atomda yalnız elektron çifti bulunmamaktadır. Karbon ve klor arasındaki elektronegatiflik farkı, polarite için ilk şartı sağlasa da, moleküldeki dipol momentleri birbirini iptal eder.

H2O'nun (su) bazı özellikleri: Kimyasal formül: İki hidrojen ve bir oksijenden oluşur (H2O). Renksiz ve kokusuz: İçinde başka çözeltiler veya elementler bulunmayan saf su, renksiz ve kokusuzdur. Yüksek yüzey gerilimi: Moleküller arasındaki çekim kuvveti sayesinde dağılmadan kalabilir ve yüzeye ince bir tabaka halinde yayılmaktansa damlacıklar oluşturur. İyi çözücü: Polar bir yapıya sahiptir, bu da onu iyi bir çözücü yapar. Katı, sıvı ve gaz hali: Doğada farklı sıcaklıklarda bu üç halde de bulunabilir. Kaynama ve donma noktaları: 100°C'de kaynar ve 0°C'de donar. Isı iletimi: Yüksek ısı iletim yeteneğine sahiptir. Yoğunluk anomalisi: +4°C'ye kadar soğuduğunda yoğunluğu artar, ancak daha sonra genleşerek buzun sıvı sudan daha hafif olmasına neden olur.

Su molekülleri, hidrojen bağları sayesinde bir araya gelir. Hidrojen bağı, su molekülü gibi polar moleküller arasında oluşan, zayıf ama çok önemli bir kimyasal etkileşimdir. Polar molekül, oksijen negatif yüklü ucu, hidrojenler ise pozitif yüklü uçları oluşturur. Zıt yükler, komşu su moleküllerini birbirine çeker ve bu çekim hidrojen bağı olarak adlandırılır. Her su molekülü, toplamda dört hidrojen bağı kurabilir: iki hidrojen atomu ile iki adet bağ verebilir; bir oksijen atomu ile iki adet bağ kabul edebilir. Bu bağlar sabit değildir; saniyenin milyarda biri kadar kısa sürede kopup yeniden kurulur.

BH3 molekülü, üç hidrojen atomunun bor atomuna bağlı olduğu üç atomlu bir moleküldür. Molekülün apolar olmasının sebebi, şu şekilde açıklanabilir: Elektron dağılımı. Dipol momenti. Ayrıca, molekül geometrisi de molekülün polar ya da apolar olmasında etkilidir.

Bağ açılarının farklı olmasının birkaç nedeni vardır: Yalnız çiftler: Merkezi atom üzerindeki yalnız elektron çiftleri, bağ elektronlarını iterek açının küçülmesine neden olur. Atomların elektronegatiflik farkı: Farklı elektronegatifliklere sahip atomlar arasında oluşan polar kovalent bağlarda, elektronlar atomlardan birine daha fazla çekilir ve bu durum bağın kısmi iyonik karakterine yol açar. Yörünge hibridizasyonu: Atomlar, sp3 gibi hibrit orbitaller oluşturarak belirli bağ açılarını elde eder. Bu faktörler, molekülün genel geometrisini ve dolayısıyla bağ açılarını belirler.

Moleküler yapı çeşitleri, molekülleri bir arada tutan kimyasal bağlara göre üç ana kategoriye ayrılır: iyonik, kovalent ve metalik bağlar. İyonik Bağlar: Bir veya daha fazla elektronun bir atomdan ayrılıp başka bir atoma bağlanması sonucu pozitif ve negatif iyonların oluşmasıyla meydana gelir. Kovalent Bağlar: İki veya daha fazla atomun elektron paylaşımı ile oluşur. Metalik Bağlar: Metal atomlarını bir arada tutan bağdır. Ayrıca, moleküller yapılarında aynı veya farklı atomların bir araya gelmesiyle de farklı çeşitler oluşturabilir.

CO3 (karbonat iyonu) molekülü, apolardır. Bunun nedeni, karbon ve oksijen atomları arasındaki bağların polar kovalent bağ olmasına rağmen, moleküldeki elektron yoğunluğunun dengeli bir şekilde dağılmış olmasıdır.

NH4 (amonyum iyonu) molekülü polar değildir. Bunun nedeni, molekülün simetrik olması ve elektronegatiflik farkının olmamasıdır.