Aşağıdaki moleküllerden hangisi apolar özellik gösterir?
(Elektronegatiflikler: $H: 2.2$, $C: 2.55$, $N: 3.04$, $O: 3.44$, $Cl: 3.16$)
A) $H_2O$
B) $NH_3$
C) $CO_2$
D) $HCl$
E) $CH_3Cl$
Merhaba sevgili öğrenciler! Bir molekülün apolar (kutupsuz) olup olmadığını anlamak için iki temel faktöre bakmamız gerekir: moleküldeki bağların polarlığı ve molekülün geometrisi. Eğer moleküldeki bağlar apolarsa (elektronegatiflik farkı çok küçük veya sıfırsa) molekül de apolar olur. Eğer bağlar polar ise, molekülün genel polarlığı, bağ dipol momentlerinin vektörel toplamına yani molekülün net dipol momentine bağlıdır. Eğer net dipol momenti sıfır ise molekül apolar, sıfırdan farklı ise polar olur. Şimdi seçenekleri tek tek inceleyelim:
- A) $H_2O$ (Su):
- Oksijen ($O$) ve Hidrojen ($H$) arasındaki elektronegatiflik farkı: $3.44 - 2.2 = 1.24$. Bu fark, $O-H$ bağlarının polar olduğunu gösterir.
- Merkez atom olan oksijenin üzerinde iki çift ortaklanmamış elektron bulunur. Bu elektron çiftleri, molekülün geometrisini bükerek açısal (V şeklinde) bir yapıya sahip olmasına neden olur.
- Açısal geometri nedeniyle, $O-H$ bağlarının dipol momentleri birbirini tam olarak dengeleyemez. Bu durum, su molekülünün net bir dipol momentine sahip olmasına ve dolayısıyla polar olmasına yol açar.
- B) $NH_3$ (Amonyak):
- Azot ($N$) ve Hidrojen ($H$) arasındaki elektronegatiflik farkı: $3.04 - 2.2 = 0.84$. Bu fark, $N-H$ bağlarının polar olduğunu gösterir.
- Merkez atom olan azotun üzerinde bir çift ortaklanmamış elektron bulunur. Bu elektron çifti, molekülün geometrisini üçgen piramit şeklinde olmasına neden olur.
- Üçgen piramit geometri nedeniyle, $N-H$ bağlarının dipol momentleri ve azot üzerindeki ortaklanmamış elektron çiftinin etkisi birbirini dengeleyemez. Bu durum, amonyak molekülünün net bir dipol momentine sahip olmasına ve dolayısıyla polar olmasına yol açar.
- C) $CO_2$ (Karbondioksit):
- Karbon ($C$) ve Oksijen ($O$) arasındaki elektronegatiflik farkı: $3.44 - 2.55 = 0.89$. Bu fark, $C=O$ bağlarının polar olduğunu gösterir.
- Merkez atom olan karbonun üzerinde ortaklanmamış elektron çifti bulunmaz ve iki oksijen atomuyla çift bağ yapar ($O=C=O$). Bu durum, molekülün doğrusal bir geometriye sahip olmasına neden olur.
- Doğrusal geometri nedeniyle, iki $C=O$ bağının dipol momentleri eşit büyüklükte ve zıt yönlüdür. Bu dipol momentleri birbirini tam olarak dengeleyerek molekülün net dipol momentini sıfır yapar.
- Bu nedenle, $CO_2$ molekülü apolardır.
- D) $HCl$ (Hidrojen Klorür):
- Klor ($Cl$) ve Hidrojen ($H$) arasındaki elektronegatiflik farkı: $3.16 - 2.2 = 0.96$. Bu fark, $H-Cl$ bağının polar olduğunu gösterir.
- $HCl$ iki atomlu bir moleküldür ve sadece bir adet polar kovalent bağ içerir.
- Bu bağdaki elektron yoğunluğu daha elektronegatif olan klor atomuna doğru kaymıştır. Bu durum, molekülün kalıcı bir dipol momentine sahip olmasına ve dolayısıyla polar olmasına yol açar.
- E) $CH_3Cl$ (Klorometan):
- Karbon ($C$) ve Hidrojen ($H$) arasındaki elektronegatiflik farkı: $2.55 - 2.2 = 0.35$. Bu bağ zayıf polar olarak kabul edilebilir.
- Karbon ($C$) ve Klor ($Cl$) arasındaki elektronegatiflik farkı: $3.16 - 2.55 = 0.61$. Bu bağ polar bir bağdır.
- Merkez atom olan karbon, üç hidrojen ve bir klor atomuna bağlıdır. Karbonun üzerinde ortaklanmamış elektron çifti bulunmaz ve molekül tetrahedral (düzgün dörtyüzlü) bir geometriye sahiptir.
- Ancak, merkeze bağlı atomlar (üç $H$ ve bir $Cl$) aynı olmadığı için molekül simetrik değildir. Özellikle $C-Cl$ bağının polarlığı, $C-H$ bağlarının polarlığından farklıdır ve bu durum bağ dipol momentlerinin birbirini dengelemesini engeller.
- Bu nedenle, $CH_3Cl$ molekülü net bir dipol momentine sahiptir ve polardır.
Yukarıdaki analizlere göre, molekül içi bağları polar olmasına rağmen, doğrusal ve simetrik yapısı nedeniyle bağ dipol momentlerinin birbirini dengelediği tek molekül $CO_2$'dir.
Cevap C seçeneğidir.
