TYT Kimya — Kovalent Bağ

Kovalent bağ, iki ametal atomun elektron ortaklaşması yoluyla oluşturduğu güçlü bir kimyasal etkileşimdir. Bu yönüyle iyonik bağdan keskin biçimde ayrılır: iyonik bağda bir taraf elektronunu verir, diğer taraf alır ve ortaya artı-eksi yüklü iyonların birbirini çektiği bir çekim kuvveti çıkar. Kovalent bağda ise hiçbir atom elektronunu "gerçekten" kaybetmez; her iki ametal de bir veya daha fazla elektronunu ortak havuza koyar, ardından o havuzu beraber kullanır. Bu yüzden Lewis yapısında iyonikteki artı/eksi yüklerin yerini — ortaklaşa kullanılan her bir elektron çiftini temsil eden — bir çizgi alır.

Neden Ortaklaşma?

Atomların kovalent bağ yapmasındaki tek itici güç, dublet (son yörüngede 2 elektron) veya oktet (son yörüngede 8 elektron) kuralını sağlamaktır. Yalnız başına bir hidrojen atomunun son yörüngesinde bir elektron vardır ve dublete ulaşmak için bir elektrona daha ihtiyacı vardır. İkinci bir hidrojen atomu da aynı durumdadır. Bu iki hidrojen "Ben elektronu veremem, sen de veremezsin; öyleyse kendi elektronumu kenara koyuyorum, sen de kendi elektronunu koy, ikisini beraber kullanalım" diyerek bir araya gelir. Oluşan H₂ molekülünde ortaklaşa kullanılan iki elektron, her iki hidrojenin son yörüngesinde de sayılır; her iki atom da dubletini tamamlamış olur.

Bağlayıcı ve Ortaklanmamış Elektron Çiftleri

Bir molekülün Lewis yapısını çözerken "ortaklanmış elektron sayısı" veya "ortaklanmamış elektron sayısı" sorulduğunda şu adımlar yeterli olur:

1. Molekülün Lewis yapısını çiz; her atomun grup numarası kadar nokta/değerlik elektronu olduğunu unutma.
2. Atomları yan yana getir, ortaklaşılan elektron çiftlerini çizgiyle göster.
3. Her çizgi iki elektron demektir; bağ sayısını saydıktan sonra ikiyle çarparak ortaklanmış elektron sayısını bulursun.
4. Çizgiye dönüşmeyip nokta olarak kalan çiftleri ortaklanmamış elektron çifti olarak sayarsın.

Küçük Bir Örnek: N₂ Molekülü

Azot 5A grubunda yer aldığından bir azot atomunun beş değerlik elektronu vardır. İki azot yan yana geldiğinde her biri oktete ulaşmak için üç elektrona ihtiyaç duyar. Bu nedenle aralarında üç çift elektronu ortaklaşa kullanırlar; çizgilerle gösterildiğinde aralarında üçlü bağ (N≡N) oluşur. Geriye her azotun üzerinde tek bir ortaklanmamış elektron çifti kalır. Sayılarla ifade edersek: 3 bağlayıcı elektron çifti (6 elektron ortaklanmış) + 2 ortaklanmamış elektron çifti (4 elektron ortaklanmamış).

Lewis gösterimi, bir molekülün hangi atomlarının kaç bağla birbirine tutunduğunu göstermeye yarar; molekülün geometrisini ya da üç boyutlu şeklini göstermez. Bu ayrım kritik öneme sahiptir: ÖSYM, bir molekülün Lewis yapısını biraz farklı çizerek "Bu gösterim yanlış mı?" diye sorduğunda doğru cevap, atomların dizilim sırasıyla ilgili değil, her atomun dublet/oktet kuralını sağlayıp sağlamadığıyla ilgilidir.

Değerlik Elektronu Sayma Yöntemi

Her ametalin, bağlı olduğu A grubu numarası kadar değerlik elektronu vardır. 1A'daki hidrojen 1 nokta, 4A'daki karbon 4 nokta, 5A'daki azot 5 nokta, 6A'daki oksijen 6 nokta, 7A'daki halojenler 7 nokta ile gösterilir. Helyum istisnasını bir kenara bırakırsak, bu nokta sayısı atomun Lewis gösteriminin başlangıç noktasıdır.

Çözümlü Örnek: H₂O Molekülü

Adım 1 — Değerlik elektronlarını yaz. Hidrojen 1A: 1 nokta. Oksijen 6A: 6 nokta. Molekülde 2 hidrojen + 1 oksijen bulunur.

Adım 2 — Merkez atomu seç. Birden fazla atom tipi varsa, en çok bağ yapma yeteneğine sahip atom merkeze alınır. Oksijen hidrojenden daha fazla bağ yapabildiği için merkez atomdur.

Adım 3 — Hidrojenleri oksijenin etrafına yerleştir, her birinin tek elektronunu oksijenin tek elektronlarından biriyle eşleştir. Böylece iki adet O-H bağı (çizgi) oluşur.

Adım 4 — Kontrol et. Her hidrojen dubletini tamamladı (1 bağ = 2 elektron), oksijen oktetini tamamladı (2 bağ + 2 ortaklanmamış çift = 8 elektron).

Çözümlü Örnek: NH₃ (Amonyak)

Azot 5A grubunda olduğundan 5 değerlik elektronu vardır; üç tanesi hidrojenlerle ortak kullanılmak üzere ayrılır, kalan 2 elektron ise azotun üzerinde bir ortaklanmamış çift olarak kalır. Üç adet N-H bağı oluşur, azot oktetini, hidrojenler ise dubletini tamamlar. Ortaklanmış elektron sayısı: 6 (3 bağ × 2). Ortaklanmamış elektron sayısı: 2 (azotun üzerinde tek bir çift).

Çözümlü Örnek: CO₂ (Karbondioksit)

Karbon 4A grubunda 4, her oksijen 6A grubunda 6 değerlik elektronu taşır. Karbon merkez atomdur çünkü daha fazla bağ yapabilir. Her karbon-oksijen bağı tek başına yeterli olmaz; karbon oktetine ulaşmak için her oksijenle ikili bağ kurar. Sonuçta molekülde toplam 4 adet bağlayıcı elektron çifti (2 adet C=O ikili bağ, her biri 2 çizgi olarak da gösterilebilir) ve her oksijen üzerinde 2 ortaklanmamış çift bulunur. Ortaklanmış: 8 elektron, ortaklanmamış: 8 elektron.

Lewis Gösteriminin Serbestliği

Kovalent bağın en sık sorulan tuzak sorularından biri bor elementinin oktet kuralına uymamasıdır. Bor 3A grubunda yer aldığı için bir bor atomunda yalnızca 3 değerlik elektronu bulunur. Bor, hidrojen veya florla bağ yaptığında üç adet bağ oluşturur; ancak kendi etrafına yalnızca 6 elektron (3 bağ × 2) toplar. Sekiz elektrona ulaşamaz, yani oktetini tamamlamaz. Bu durum TYT sorularında klasik bir çeldiricidir.

BH₃ ve BF₃ Örnekleri

BH₃ (boran) molekülünde bor merkez atom olarak üç hidrojenle birer çizgiyle bağlanır. Her hidrojen dubletini tamamlar, ancak bor etrafında yalnızca 6 elektron vardır ve üzerinde ortaklanmamış elektron çifti yoktur. Aynı durum BF₃ için de geçerlidir: üç adet B-F tek bağı oluşur, her flor 7 değerlik elektronundan 3 tanesini ortaklaşarak oktetini tamamlarken, bor yine 6 elektronla yetinir.

Tekli, İkili ve Üçlü Bağ

Kovalent bağın "kat sayısı", iki atom arasındaki ortaklaşa kullanılan elektron çifti sayısına göre isimlendirilir:

• Tekli bağ: İki atom arasında bir adet ortak elektron çifti vardır (bir çizgi). Örnek: H-H, H-Cl, Cl-Cl.
• İkili bağ: İki atom arasında iki adet ortak elektron çifti vardır (iki çizgi, yani = işareti). Örnek: O=O (oksijen molekülü), C=O (karbondioksit her iki tarafta).
• Üçlü bağ: İki atom arasında üç adet ortak elektron çifti vardır (üç çizgi, yani ≡ işareti). Örnek: N≡N (azot molekülü), HC≡CH (asetilen, C₂H₂).

Bağ Enerjisi ve Bağ Uzunluğu

Bağ sayısı arttıkça iki atom birbirine daha sıkı tutunur. Bu da iki gözlemlenebilir sonucu beraberinde getirir:

Bağ tipi	Bağ uzunluğu	Bağ enerjisi
Tekli bağ (C-C)	Uzun	Düşük
İkili bağ (C=C)	Orta	Orta
Üçlü bağ (C≡C)	Kısa	Yüksek

Yani tekli bağdan üçlü bağa doğru gidildikçe bağ uzunluğu azalır, bağ enerjisi artar. Bu ilişkiyi kısaca şöyle ifade edebiliriz: bağ enerjisi C-C < C=C < C≡C; bağ uzunluğu ise C-C > C=C > C≡C.

Çözümlü Örnek: C₂H₂ (Asetilen) — Toplam Bağ Sayısı

Asetilenin Lewis yapısını çizmek için şu adımlar izlenir: Önce iki karbon atomu birbirine bağlanır. Her karbonun 4 değerlik elektronu olduğundan, ikisinin arasındaki bağ eksikliğini tamamlamak için aralarında üçlü bağ kurulur (C≡C). Kalan son değerlik elektronuyla her karbon bir hidrojenle bağlanır. Toplam bağ sayısı: 1 C-H + 1 üçlü C-C + 1 C-H = 5 adet bağ (çünkü üçlü bağ üç ayrı bağ sayılır). Karbonlar ve hidrojenler oktet/dubletlerini tamamlar; ortaklanmamış elektron çifti yoktur.

Kovalent bağ her zaman "tamamen adil" değildir. Bağa katılan iki ametal atom, ortaklaşa kullandıkları elektron çiftini çekme gücüne (elektronegatifliğe) göre davranır. İki atom eşit güçteyse elektronlar bağın ortasında takılır; atomların çekim gücü farklıysa elektronlar daha güçlü çeken tarafa doğru kayar. Bu durum iki farklı bağ türünü doğurur.

Apolar Kovalent Bağ

Apolar kovalent bağa klasik örnekler: H₂ (H-H), N₂ (N≡N), O₂ (O=O), F₂ (F-F), Cl₂ (Cl-Cl), Br₂, I₂. Yani soylu olmayan 7A halojenlerinin kendi aralarındaki elementel molekülleri ve genel olarak iki aynı ametalin yaptığı her bağ apolardır.

Polar Kovalent Bağ

Polar kovalent bağa klasik örnekler: H-Cl (HCl'de), H-F (HF'de), O-H (H₂O'da), N-H (NH₃'te), C-O (CO₂'de). Özellikle H-F bağı TYT'de en sık karşılaşılan polar bağdır çünkü flor elektronegatifliği en yüksek elementtir; hidrojenden çok daha güçlü çeker.

Sadece Bağın Türünü Belirlemek

Sorunun "bağın türü" şeklinde geldiği durumlarda kural çok basittir:

İki atom	Bağ türü	Örnek
Aynı ametal	Apolar	H-H, O=O, Cl-Cl
Farklı ametal	Polar	H-Cl, O-H, C=O

Elektronegatiflik Farkının Büyüklüğü

Polar kovalent bağın "polarlık derecesi" iki atomun elektronegatiflik farkı büyüdükçe artar. Buradan çıkan pratik sonuç: bir bileşik listesinde hangi bağın en polar olduğu sorulduğunda florun bulunduğu bağ tercih edilir. H-F bağının polarlığı H-Cl'den, H-Cl'ninki H-Br'dan, H-Br'ınki H-I'dan büyüktür. Elektronegatiflik farkı yaklaşık 1.7'yi geçtiğinde bağ iyonik karaktere yaklaşır; bu eşik TYT'de nadiren kullanılır ama AYT düzeyinde önem kazanır.

TYT'nin en sık hata yapılan noktası, bir molekülün bağ polarlığı ile molekül polarlığının aynı şey olmadığını unutmaktır. Bir molekülün bağları polar olabilir ama molekülün kendisi apolar çıkabilir — CO₂ bunun ders kitabı örneğidir. Oluşan simetrik yapıda iki polar C=O bağı birbirinin etkisini iptal eder, sonuçta molekül üzerinde net bir kutuplaşma görülmez.

Molekül Polarlığının Üç Ana Kuralı

Klasik Moleküller İçin Hızlı Karar Tablosu

Molekül	Merkez atom	Ortaklanmamış çift	Molekül
H₂O	O	2 çift (var)	Polar
NH₃	N	1 çift (var)	Polar
CO₂	C	Yok	Apolar
CH₄	C	Yok (4 aynı grup)	Apolar
CCl₄	C	Yok (4 aynı grup)	Apolar
BH₃	B	Yok	Apolar
HCN	C	3 farklı ametal	Polar
PH₃	P	1 çift (var)	Polar

"Bağlar polar, molekül apolar" Kafası

CO₂, CH₄, CF₄, CCl₄ gibi moleküllerde her bir bağ farklı cins ametaller arasında olduğundan polar kovalent bağdır. Ancak molekül geometrisi simetrik olduğu için her polar bağın oluşturduğu kutuplaşma, simetrik olarak yerleşmiş diğer bağın kutuplaşmasıyla toplamda sıfırlanır. Öğrenci kitaplarında bu durum "dipol momentlerin toplamının sıfır olması" ile ifade edilir; TYT düzeyinde ise şu kısayol yeterlidir: Bağ polar olabilir ama simetri molekülü apolar yapabilir.

Karışık Soru Örneği

Soru: "H₂O, BH₃, CO₂ moleküllerinin polarite sıralaması nasıldır?"

Çözüm: H₂O polar (merkez oksijen üzerinde 2 ortaklanmamış çift). BH₃ apolar (merkez bor üzerinde ortaklanmamış çift yok). CO₂ apolar (karbona iki aynı grup bağlı, bağlar polar olsa da molekül simetrik). H₂O'da polarlık en yüksektir; BH₃ ve CO₂ arasında ise elektronegatiflik farkı büyük olan, yani florsuz C=O bağları içeren CO₂ biraz daha fazla "bağ polarlığı" içerir ama molekül polarlığı olarak her ikisi de apolardır. Dolayısıyla polar karakter sıralaması: H₂O > CO₂ ≥ BH₃.

Kovalent bağla bir arada duran moleküllerden oluşan bileşiklere moleküler bileşikler denir. İyonik bileşiklerle karşılaştırıldığında gözlenen pek çok fiziksel farklılık, iki bağ tipinin temel doğasından kaynaklanır: iyonik bileşiklerde iyonlar örgü halinde kuvvetli biçimde tutunurken, moleküler bileşiklerde moleküller arasında yalnızca nispeten zayıf olan moleküller arası çekim kuvvetleri (Van der Waals kuvvetleri, hidrojen bağları) vardır.

Fiziksel Özellikler

• Erime ve kaynama noktası düşüktür. Çoğu moleküler bileşik oda sıcaklığında gaz (H₂, O₂, N₂, CO₂, CH₄), bazıları sıvı (H₂O, C₂H₅OH), bir kısmı da düşük erime noktalı katı halindedir (şeker, naftalin).
• Sulu çözeltileri genellikle elektriği iletmez. Çünkü iyonlaşma gerçekleşmez; ortamda serbest hareket edebilen iyon yoktur. Ancak asit/baz olarak davranan moleküler bileşikler (HCl suda çözündüğünde iyonlaşır) bunun istisnasını oluşturur.
• Katı halde elektriği iletmezler. Saf haldeki şeker, yağ gibi maddelerin iletkenliği yoktur.
• Sertlik ve kırılganlık özellikleri iyonik bileşiklere göre daha değişkendir. Genelde daha yumuşak ve kolay şekil alırlar.

Hidrojen Molekülünün Özel Durumu

Hidrojen elementinin elektron dizilimi dışarıdan bakınca 1A grubuna benzese de, hidrojenin oktet yerine yalnızca dublet kuralı vardır. Bir hidrojenin son yörüngesinde 2 elektron olması yeterlidir; bu nedenle hidrojen H₂ molekülünde tek bağla dubletini tamamlar, oktet aramaz. Hidrojen ayrıca hem elektron verebildiği hem alabildiği için metal-ametal hibrit davranışı gösterir; bu özellik ilerideki asit-baz konusunda önem kazanır.

ÖSYM Klasikleri — Soru Kalıpları

Karışık Örnek: Bağ Sayısı + Molekül Polarlığı Birleşimi

Soru: N₂, CO₂, CH₄ moleküllerini (a) bağ sayısı ve (b) molekül polarlığı açısından karşılaştırın.

Çözüm:

• N₂: 3 bağ (üçlü bağ), apolar molekül (aynı atomlar).
• CO₂: 4 bağ (iki tane ikili bağ), apolar molekül (simetrik, karbon merkezli).
• CH₄: 4 bağ (dört tane tekli C-H bağı), apolar molekül (karbona 4 aynı grup bağlı).

Her üçü de apolar moleküldür ancak bağ sayısı olarak CO₂ ve CH₄ eşittir (4 bağ), N₂ ise 3 bağa sahiptir.