Atomların değerlik elektron sayıları dikkate alındığında ($C:4$, $O:6$), $CO_2$ (karbondioksit) molekülünün Lewis yapısı çizildiğinde, toplam ortaklanmış (bağlayıcı) elektron çifti sayısı kaçtır?
A) $1$
B) $2$
C) $3$
D) $4$
E) $5$
Merhaba öğrenciler! Bugün, kimyasal bağların temelini oluşturan Lewis yapılarını kullanarak $CO_2$ molekülündeki ortaklanmış elektron çifti sayısını bulacağız. Bu tür soruları çözerken adım adım ilerlemek, doğru sonuca ulaşmanın en iyi yoludur.
- Adım 1: Toplam Değerlik Elektron Sayısını Hesaplayın.
- Bir molekülün Lewis yapısını çizerken ilk yapmamız gereken, moleküldeki tüm atomların değerlik elektronlarını toplamaktır.
- Karbon ($C$) atomunun $4$ değerlik elektronu vardır.
- Oksijen ($O$) atomunun $6$ değerlik elektronu vardır ve molekülde iki tane oksijen atomu bulunmaktadır.
- Toplam değerlik elektron sayısı: $4 \text{ (C'den)} + (2 \times 6 \text{ (O'dan)}) = 4 + 12 = 16$ elektrondur.
- Adım 2: Merkez Atomu Belirleyin ve İskelet Yapıyı Çizin.
- Genellikle, molekülde tek sayıda bulunan veya en az elektronegatif olan atom merkez atom olur. $CO_2$ molekülünde karbon ($C$) merkez atomdur.
- Merkez atomu, dış atomlara tekli bağlarla bağlayarak iskelet yapıyı oluştururuz: $O - C - O$.
- Her tekli bağ $2$ elektron içerir. Bu durumda, $2$ tekli bağ için $2 \times 2 = 4$ elektron kullanılmıştır.
- Adım 3: Kalan Elektronları Dağıtın.
- Toplam $16$ değerlik elektronumuz vardı ve $4$ tanesini tekli bağlar için kullandık. Geriye $16 - 4 = 12$ elektron kaldı.
- Kalan elektronları öncelikle dış atomların (oksijenlerin) oktetlerini (8 elektron) tamamlayacak şekilde dağıtırız.
- Her bir oksijen atomu, tekli bağdan $2$ elektron aldığı için oktetini tamamlamak için $8 - 2 = 6$ elektrona daha ihtiyaç duyar.
- İki oksijen atomu için toplam $2 \times 6 = 12$ elektronu, oksijen atomlarının üzerine ortaklanmamış elektron çiftleri (yalın çiftler) olarak yerleştiririz.
- Bu aşamada, oksijen atomlarının oktetleri tamamlanmıştır. Ancak merkezdeki karbon atomu sadece $4$ elektrona (iki tekli bağdan) sahiptir ve oktetini tamamlayamamıştır.
- Adım 4: Çoklu Bağlar Oluşturarak Oktetleri Tamamlayın.
- Merkez atomun oktetini tamamlamak için dış atomlardaki ortaklanmamış elektron çiftlerini kullanarak çoklu bağlar (çift veya üçlü bağlar) oluştururuz.
- Karbon atomunun oktetini tamamlaması için $8 - 4 = 4$ elektrona daha ihtiyacı vardır.
- Her bir oksijen atomundan birer ortaklanmamış elektron çiftini karbona doğru kaydırarak iki adet çift bağ oluştururuz.
- Böylece yapı $O=C=O$ şeklini alır.
- Şimdi oktetleri kontrol edelim:
- Sol oksijen: $2$ çift bağdan $4$ elektron + $2$ ortaklanmamış elektron çiftinden $4$ elektron = $8$ elektron (oktet tamam).
- Merkez karbon: $2$ çift bağdan $8$ elektron (oktet tamam).
- Sağ oksijen: $2$ çift bağdan $4$ elektron + $2$ ortaklanmamış elektron çiftinden $4$ elektron = $8$ elektron (oktet tamam).
- Tüm atomlar oktet kuralına uymaktadır. Bu, $CO_2$ molekülünün doğru Lewis yapısıdır.
- Adım 5: Ortaklanmış (Bağlayıcı) Elektron Çifti Sayısını Belirleyin.
- Lewis yapısı $O=C=O$ şeklindedir.
- Her bir çift bağ, $2$ ortaklanmış elektron çifti içerir.
- Sol taraftaki $O=C$ bağı $2$ ortaklanmış elektron çifti içerir.
- Sağ taraftaki $C=O$ bağı $2$ ortaklanmış elektron çifti içerir.
- Toplam ortaklanmış (bağlayıcı) elektron çifti sayısı: $2 + 2 = 4$'tür.
Bu adımları takip ettiğimizde, $CO_2$ molekülünün Lewis yapısında toplam $4$ ortaklanmış elektron çifti olduğunu buluruz.
Cevap D seçeneğidir.
