CO₂'nin merkez atomu karbon, iki oksijenle iki çift bağ oluşturur. Lewis yapısı üzerinden karbonun çevresindeki elektron bölgeleri incelendiğinde molekülün geometrisinin doğrusal olduğu görülür.
Bağ açısı yaklaşık:
180°
İki oksijen karbonun tam karşılıklı taraflarında bulunur.
Bunu bir halat çekme yarışına benzetebiliriz.
İki tarafta eşit güçte iki ekip olduğunu düşünün. Biri sola, diğeri sağa çekiyor. Kuvvetler eşitse ortadaki kişi hareket etmiyor.
CO₂'de de benzer bir vektörel denge söz konusu.
Oksijenler elektron yoğunluğunu kendilerine doğru çeker.
Fakat biri bir tarafa, diğeri tam ters tarafa çektiği için toplam dipol oluşmaz.
İşte “CO₂ neden apolar?” sorusunun kalbi buradadır.
Tarihten Laboratuvara: Molekülü Görmeden Molekülü Anlamak
Bu konunun bilim tarihine uzanan ilginç bir tarafı da var.
Bugün moleküllerin geometrisini ders kitaplarında renkli modellerle göstermek oldukça kolay. Ancak kimyanın gelişiminin ilk dönemlerinde bilim insanlarının elinde bugünkü görüntüleme ve hesaplama araçları yoktu.
Atomların kendisini doğrudan görmeden, kimyasal davranışlardan hareketle modeller oluşturdular.
Zaman içinde atomların bağlanma biçimleri, elektronların dağılımı ve moleküler geometri konusunda daha gelişmiş modeller ortaya çıktı.
Özellikle elektron çiftlerinin molekül geometrisini belirlemesine dayanan VSEPR yaklaşımı, temel kimya eğitiminde moleküllerin şekillerini anlamak için önemli bir araç haline geldi.
CO₂ de bunun en güzel örneklerinden biridir.
Sadece “karbon oksijene elektron verir mi?” diye sormak yetmez.
Şunu da sormamız gerekir:
Bu atomlar uzayda nasıl düzenlenmiş?
Bilimsel düşünmede bazen cevap, tek tek parçaların özelliklerinde değil, parçaların bir araya geliş biçiminde saklıdır.
Peki CO₂'nin Apolar Olması Günlük Hayatta Ne İşimize Yarar?
Burada konu yalnızca sınav sorusu olmaktan çıkıyor.
CO₂'nin fiziksel ve kimyasal özelliklerini anlamak için molekül polaritesi önemli bir parçadır.
Örneğin su ile CO₂'yi karşılaştırabiliriz.
Su molekülünde O-H bağları polardır. Fakat su molekülü doğrusal değildir; bükülmüş bir geometriye sahiptir. Bu nedenle bağ dipolleri birbirini tamamen götürmez.
Su molekülü polardır.
CO₂ ise doğrusal olduğu için bağ dipolleri birbirini dengeler.
Bu nedenle:
H₂O → polar
CO₂ → apolar
Burada “apolar” kelimesinin “hiçbir şekilde etkileşime girmez” anlamına gelmediğini de özellikle belirtmek gerekir.
Apolar moleküller de birbirleriyle çeşitli moleküller arası kuvvetler aracılığıyla etkileşebilir. Dolayısıyla “apolar = etkisiz” şeklinde bir çıkarım yapmak doğru değildir.
Bir Forum Sorusu Bize Ne Öğretebilir?
Mert tahtaya son kez bakıyor.
“Demek ki sadece elektronegatifliğe bakmayacağız.”
Derya başını sallıyor.
“Evet. Önce bağlara, sonra molekülün şekline, sonra da dipollerin toplamına bakacağız.”
Öğretmen gülümsüyor.
“Peki ya molekülün şeklini yanlış çizerseniz?”
Bu kez sınıfta sessizlik oluyor.
Çünkü herkes sorunun aslında CO₂'den daha büyük olduğunu fark ediyor.
Bilimde bir sonuca ulaşmak, doğru bilgileri ezberlemekten ibaret değil. Bilgilerin hangi sırayla ve hangi bağlamda kullanıldığını bilmek de gerekiyor.
CO₂ sorusu bunun küçük ama güzel bir örneği.
C=O bağı polar mı?
Evet.
CO₂ molekülü polar mı?
Hayır.
Neden?
Çünkü doğrusal ve simetrik yapıda bulunan iki C=O bağının dipol momentleri birbirini dengeler.
Son Sahne: Tahtadaki Küçük Formül
Ders bitiyor.
Öğrenciler sınıftan çıkarken tahtada yalnızca üç atom kalıyor:
O = C = O
İlk bakışta sıradan.
Fakat artık o üç atomun arasında yalnızca iki bağ görülmüyor.
Elektronegatiflik farkı görülüyor.
Elektron yoğunluğu görülüyor.
Molekül geometrisi görülüyor.
Vektörlerin birbirini dengelemesi görülüyor.
Ve belki en önemlisi, kimyada bir kavramı anlamanın neden yalnızca tek bir özelliğe bakmaktan daha fazlası olduğu görülüyor.
CO₂'nin hikâyesi bu yüzden güzel bir hatırlatma:
Bir bağın polar olması, molekülün mutlaka polar olduğu anlamına gelmez.
Molekülün bütününe bakmak gerekir.
CO₂'de oksijenler elektronları kendilerine doğru çeker. Ancak iki oksijen karbonun iki yanında simetrik biçimde yer aldığı için çekişmenin yönleri birbirini dengeler.
Sonuç:
CO₂ apolardır.
Kimyanın bazen bize söylediği şey aslında oldukça sade:
Parçaları bilmek önemlidir; fakat parçaların nasıl bir araya geldiğini anlamadan bütünü açıklayamazsınız.
Ve belki bir sonraki kez biri “C=O bağı polar, o zaman CO₂ de polardır” dediğinde, hemen karşı çıkmak yerine şu soruyu sormak daha öğretici olacaktır:
“Bağların polar olduğunu biliyoruz. Peki molekülün geometrisi ne söylüyor?”
Kaynak olarak temel kimya açısından IUPAC Gold Book'taki dipol moment ve polarite terminolojisi ile VSEPR molekül geometrisi yaklaşımı kullanılabilir. Ayrıca genel kimya ders kitaplarında CO₂, bağ polaritesi ile molekül polaritesi arasındaki farkı göstermek için yaygın olarak kullanılan temel örneklerden biridir.
Bağ açısı yaklaşık:
180°
İki oksijen karbonun tam karşılıklı taraflarında bulunur.
Bunu bir halat çekme yarışına benzetebiliriz.
İki tarafta eşit güçte iki ekip olduğunu düşünün. Biri sola, diğeri sağa çekiyor. Kuvvetler eşitse ortadaki kişi hareket etmiyor.
CO₂'de de benzer bir vektörel denge söz konusu.
Oksijenler elektron yoğunluğunu kendilerine doğru çeker.
Fakat biri bir tarafa, diğeri tam ters tarafa çektiği için toplam dipol oluşmaz.
İşte “CO₂ neden apolar?” sorusunun kalbi buradadır.
Tarihten Laboratuvara: Molekülü Görmeden Molekülü Anlamak
Bu konunun bilim tarihine uzanan ilginç bir tarafı da var.
Bugün moleküllerin geometrisini ders kitaplarında renkli modellerle göstermek oldukça kolay. Ancak kimyanın gelişiminin ilk dönemlerinde bilim insanlarının elinde bugünkü görüntüleme ve hesaplama araçları yoktu.
Atomların kendisini doğrudan görmeden, kimyasal davranışlardan hareketle modeller oluşturdular.
Zaman içinde atomların bağlanma biçimleri, elektronların dağılımı ve moleküler geometri konusunda daha gelişmiş modeller ortaya çıktı.
Özellikle elektron çiftlerinin molekül geometrisini belirlemesine dayanan VSEPR yaklaşımı, temel kimya eğitiminde moleküllerin şekillerini anlamak için önemli bir araç haline geldi.
CO₂ de bunun en güzel örneklerinden biridir.
Sadece “karbon oksijene elektron verir mi?” diye sormak yetmez.
Şunu da sormamız gerekir:
Bu atomlar uzayda nasıl düzenlenmiş?
Bilimsel düşünmede bazen cevap, tek tek parçaların özelliklerinde değil, parçaların bir araya geliş biçiminde saklıdır.
Peki CO₂'nin Apolar Olması Günlük Hayatta Ne İşimize Yarar?
Burada konu yalnızca sınav sorusu olmaktan çıkıyor.
CO₂'nin fiziksel ve kimyasal özelliklerini anlamak için molekül polaritesi önemli bir parçadır.
Örneğin su ile CO₂'yi karşılaştırabiliriz.
Su molekülünde O-H bağları polardır. Fakat su molekülü doğrusal değildir; bükülmüş bir geometriye sahiptir. Bu nedenle bağ dipolleri birbirini tamamen götürmez.
Su molekülü polardır.
CO₂ ise doğrusal olduğu için bağ dipolleri birbirini dengeler.
Bu nedenle:
H₂O → polar
CO₂ → apolar
Burada “apolar” kelimesinin “hiçbir şekilde etkileşime girmez” anlamına gelmediğini de özellikle belirtmek gerekir.
Apolar moleküller de birbirleriyle çeşitli moleküller arası kuvvetler aracılığıyla etkileşebilir. Dolayısıyla “apolar = etkisiz” şeklinde bir çıkarım yapmak doğru değildir.
Bir Forum Sorusu Bize Ne Öğretebilir?
Mert tahtaya son kez bakıyor.
“Demek ki sadece elektronegatifliğe bakmayacağız.”
Derya başını sallıyor.
“Evet. Önce bağlara, sonra molekülün şekline, sonra da dipollerin toplamına bakacağız.”
Öğretmen gülümsüyor.
“Peki ya molekülün şeklini yanlış çizerseniz?”
Bu kez sınıfta sessizlik oluyor.
Çünkü herkes sorunun aslında CO₂'den daha büyük olduğunu fark ediyor.
Bilimde bir sonuca ulaşmak, doğru bilgileri ezberlemekten ibaret değil. Bilgilerin hangi sırayla ve hangi bağlamda kullanıldığını bilmek de gerekiyor.
CO₂ sorusu bunun küçük ama güzel bir örneği.
C=O bağı polar mı?
Evet.
CO₂ molekülü polar mı?
Hayır.
Neden?
Çünkü doğrusal ve simetrik yapıda bulunan iki C=O bağının dipol momentleri birbirini dengeler.
Son Sahne: Tahtadaki Küçük Formül
Ders bitiyor.
Öğrenciler sınıftan çıkarken tahtada yalnızca üç atom kalıyor:
O = C = O
İlk bakışta sıradan.
Fakat artık o üç atomun arasında yalnızca iki bağ görülmüyor.
Elektronegatiflik farkı görülüyor.
Elektron yoğunluğu görülüyor.
Molekül geometrisi görülüyor.
Vektörlerin birbirini dengelemesi görülüyor.
Ve belki en önemlisi, kimyada bir kavramı anlamanın neden yalnızca tek bir özelliğe bakmaktan daha fazlası olduğu görülüyor.
CO₂'nin hikâyesi bu yüzden güzel bir hatırlatma:
Bir bağın polar olması, molekülün mutlaka polar olduğu anlamına gelmez.
Molekülün bütününe bakmak gerekir.
CO₂'de oksijenler elektronları kendilerine doğru çeker. Ancak iki oksijen karbonun iki yanında simetrik biçimde yer aldığı için çekişmenin yönleri birbirini dengeler.
Sonuç:
CO₂ apolardır.
Kimyanın bazen bize söylediği şey aslında oldukça sade:
Parçaları bilmek önemlidir; fakat parçaların nasıl bir araya geldiğini anlamadan bütünü açıklayamazsınız.
Ve belki bir sonraki kez biri “C=O bağı polar, o zaman CO₂ de polardır” dediğinde, hemen karşı çıkmak yerine şu soruyu sormak daha öğretici olacaktır:
“Bağların polar olduğunu biliyoruz. Peki molekülün geometrisi ne söylüyor?”
Kaynak olarak temel kimya açısından IUPAC Gold Book'taki dipol moment ve polarite terminolojisi ile VSEPR molekül geometrisi yaklaşımı kullanılabilir. Ayrıca genel kimya ders kitaplarında CO₂, bağ polaritesi ile molekül polaritesi arasındaki farkı göstermek için yaygın olarak kullanılan temel örneklerden biridir.