Aşağıdaki moleküllerden hangisi polar bir yapıya sahiptir? (Atomların elektronegatiflikleri arasındaki farkı ve molekül geometrisini dikkate alınız.)
($H:1$, $C:6$, $N:7$, $O:8$, $F:9$, $Cl:17$)
A) $CH_4$
B) $CO_2$
C) $CCl_4$
D) $NH_3$
E) $BF_3$
Bir molekülün polar (kutuplu) olup olmadığını belirlemek için iki temel faktörü incelememiz gerekir:
- Bağ Polarlığı: Molekülü oluşturan atomlar arasındaki elektronegatiflik farkı, bağların polar olup olmadığını belirler. Elektronegatiflik farkı ne kadar büyükse, bağ o kadar polardır.
- Molekül Geometrisi: Bağlar polar olsa bile, molekülün genel geometrisi nedeniyle bağ dipol momentleri birbirini iptal edebilir ve molekül apolar olabilir. Molekülün net bir dipol momenti varsa, molekül polardır. Ortaklanmamış elektron çiftleri molekül geometrisini ve dolayısıyla polarlığı önemli ölçüde etkiler.
Şimdi her bir seçeneği bu prensiplere göre inceleyelim:
- A) $CH_4$ (Metan):
- Bağ Polarlığı: Karbon (2.5) ve Hidrojen (2.1) arasındaki elektronegatiflik farkı 0.4'tür. Bu fark, C-H bağlarının hafifçe polar olduğunu gösterir.
- Molekül Geometrisi: Karbon atomu, dört hidrojen atomuyla düzgün dörtyüzlü (tetrahedral) bir geometri oluşturur ve merkez atomda ortaklanmamış elektron çifti yoktur.
- Net Dipol Moment: Düzgün dörtyüzlü yapı simetrik olduğu için, C-H bağlarının hafif polar dipol momentleri birbirini tam olarak iptal eder. Bu nedenle, $CH_4$ molekülü apolardır.
- B) $CO_2$ (Karbondioksit):
- Bağ Polarlığı: Oksijen (3.5) ve Karbon (2.5) arasındaki elektronegatiflik farkı 1.0'dır. Bu fark, C=O bağlarının oldukça polar olduğunu gösterir.
- Molekül Geometrisi: Karbon atomu, iki oksijen atomuyla doğrusal (linear) bir geometri oluşturur ve merkez atomda ortaklanmamış elektron çifti yoktur.
- Net Dipol Moment: Doğrusal yapı simetrik olduğu için, zıt yönlerdeki eşit büyüklükteki C=O bağ dipol momentleri birbirini iptal eder. Bu nedenle, $CO_2$ molekülü apolardır.
- C) $CCl_4$ (Karbon Tetraklorür):
- Bağ Polarlığı: Klor (3.0) ve Karbon (2.5) arasındaki elektronegatiflik farkı 0.5'tir. Bu fark, C-Cl bağlarının polar olduğunu gösterir.
- Molekül Geometrisi: Karbon atomu, dört klor atomuyla düzgün dörtyüzlü (tetrahedral) bir geometri oluşturur ve merkez atomda ortaklanmamış elektron çifti yoktur.
- Net Dipol Moment: Düzgün dörtyüzlü yapı simetrik olduğu için, C-Cl bağlarının polar dipol momentleri birbirini tam olarak iptal eder. Bu nedenle, $CCl_4$ molekülü apolardır.
- D) $NH_3$ (Amonyak):
- Bağ Polarlığı: Azot (3.0) ve Hidrojen (2.1) arasındaki elektronegatiflik farkı 0.9'dur. Bu fark, N-H bağlarının polar olduğunu gösterir.
- Molekül Geometrisi: Azot atomu, üç hidrojen atomuyla bağ yapar ve üzerinde bir çift ortaklanmamış elektron bulunur. Bu ortaklanmamış elektron çifti, bağ elektron çiftlerini aşağı doğru iterek molekülün üçgen piramit (trigonal pyramidal) bir geometriye sahip olmasına neden olur.
- Net Dipol Moment: Üçgen piramit geometri simetrik değildir. N-H bağ dipol momentleri ve azot üzerindeki ortaklanmamış elektron çiftinin etkisiyle oluşan dipol momentleri birbirini iptal etmez. Molekülün azot tarafında kısmi negatif, hidrojen tarafında kısmi pozitif yük yoğunlaşması oluşur. Bu nedenle, $NH_3$ molekülü polardır.
- E) $BF_3$ (Bor Trifluorür):
- Bağ Polarlığı: Flor (4.0) ve Bor (2.0) arasındaki elektronegatiflik farkı 2.0'dır. Bu fark, B-F bağlarının çok polar olduğunu gösterir.
- Molekül Geometrisi: Bor atomu, üç flor atomuyla düzlem üçgen (trigonal planar) bir geometri oluşturur ve merkez atomda ortaklanmamış elektron çifti yoktur.
- Net Dipol Moment: Düzlem üçgen yapı simetrik olduğu için, 120 derecelik açılarla yerleşen üç B-F bağ dipol momenti birbirini tam olarak iptal eder. Bu nedenle, $BF_3$ molekülü apolardır.
Yukarıdaki analizlere göre, sadece $NH_3$ molekülü polar bir yapıya sahiptir.
Cevap D seçeneğidir.
