💧 ETKİLEŞİMDEN MADDEYE: ZAYIF ETKİLEŞİMLER ve MADDENİN FİZİKSEL HALLERİ

(2. Ünitenin Devamı: Moleküller Arası Kuvvetler, Katılar ve Sıvıların Özellikleri)

2.2.1. Moleküller Arası Etkileşimler (Van Der Waals ve Hidrojen Bağı)

Kimyasal türler arasındaki etkileşimler, moleküllerin fiziksel özelliklerini (erime noktası, kaynama noktası, çözünürlük) belirler. Bu etkileşimler, genellikle kovalent ve iyonik bağlar gibi **güçlü etkileşimlerden (kimyasal bağlardan) daha zayıftır**.

• Van Der Waals Kuvvetleri (Dipol-Dipol, London, İndüklenmiş Dipol Etkileşimleri)

Van der Waals kuvvetleri, zayıf etkileşimlerin genel adıdır ve farklı dipol türleri arasındaki çekimleri kapsar.

1. Dipol-Dipol Etkileşimi

• **Tanım:** **Polar moleküllerin** kalıcı dipolleri (kısmi pozitif $\delta^+$ ve kısmi negatif $\delta^-$ uçları) arasındaki elektrostatik çekim kuvvetidir.
• **Oluşum:** İki farklı polar molekül birbirine yaklaştığında, birinin pozitif ucu diğerinin negatif ucunu çeker.
• *Örnek:* $\text{HCl}$ veya $\text{HBr}$ molekülleri arasındaki etkileşim.

2. İyon-Dipol Etkileşimi

• **Tanım:** Bir **iyon** (katyon veya anyon) ile bir **polar molekülün** (dipol) zıt yüklü ucu arasındaki çekim kuvvetidir.
• **Önemi:** İyonik bileşiklerin polar çözücülerde (en iyi örneği **suda**) çözünmesinde rol oynayan temel kuvvettir.
• *Örnek:* Tuzun ($\text{Na}^+$ ve $\text{Cl}^-$) suda çözünmesi sırasında $\text{Na}^+$ iyonunun suyun $\delta^-$ oksijen ucuyla etkileşimi.

3. London Dağılma Kuvvetleri (İndüklenmiş Dipol - İndüklenmiş Dipol)

• **Tanım:** **Apolar moleküller** veya soygazlar arasındaki anlık ve geçici dipollerin (indüklenmiş dipol) oluşturduğu çok zayıf çekim kuvvetidir.
• **Oluşum:** Atomdaki elektronların anlık olarak bir bölgede yoğunlaşmasıyla geçici bir kutuplanma (indüklenmiş dipol) oluşur. Bu, komşu molekülü de anlık olarak kutuplayarak etkileşim yaratır.
• **Önemi:** Tüm moleküllerde, hatta polar moleküllerde bile mevcuttur. Ancak apolar moleküllerde (örneğin $\text{CH}_4$, $\text{O}_2$) tek baskın etkileşimdir.
• **Etkileyen Faktör:** Molekül ağırlığı (veya toplam elektron sayısı) arttıkça London kuvveti **artar** ve kaynama noktası yükselir.

4. İyon-İndüklenmiş Dipol Etkileşimi

• **Tanım:** Bir **iyon** ile bir **apolar molekülün** (iyonun etkisiyle geçici olarak kutuplanan, yani indüklenmiş dipol olan) arasındaki çekim kuvvetidir.
• *Örnek:* $\text{Fe}^{+2}$ iyonunun apolar $\text{O}_2$ molekülünü geçici olarak kutuplayarak çekmesi.

5. Dipol-İndüklenmiş Dipol Etkileşimi

• **Tanım:** Bir **polar molekül** (kalıcı dipol) ile bir **apolar molekülün** (polar molekülün etkisiyle geçici olarak kutuplanan) arasındaki çekim kuvvetidir.
• **Önemi:** Polar ve apolar maddelerin birbirine karışması sırasında (az da olsa) rol oynar.
• *Örnek:* Polar $\text{HCl}$ molekülünün apolar $\text{Cl}_2$ molekülünü geçici olarak kutuplaması.

---

• Hidrojen Bağı

Hidrojen bağı, Van Der Waals kuvvetlerinden **daha güçlü** olan ancak hala kovalent bağdan zayıf olan özel bir dipol-dipol etkileşimidir.

• **Oluşum Şartı:** Hidrojen ($\text{H}$) atomunun, elektronegatifliği çok yüksek olan F (Flor), O (Oksijen) veya N (Azot) atomlarından **birine doğrudan bağlı** olduğu moleküller arasında görülür.
• **Etkileşim Mekanizması:** Bir moleküldeki F, O veya N'ye bağlı $\text{H}$ atomu ($\delta^+$), komşu moleküldeki F, O veya N atomunun ortaklanmamış elektron çiftini ($\delta^-$) kuvvetle çeker. [Image of hydrogen bonding between water molecules]
• **Fiziksel Özelliklere Etkisi:** Hidrojen bağı, kaynama noktasını beklenenden çok daha fazla yükseltir (Örnek: $\text{H}_2\text{O}$'nun yüksek kaynama noktası) ve maddelerin çözünürlüğünü önemli ölçüde artırır.

---

2.2.2. Katılar ve Özellikleri

Katılar, maddenin en düzenli halidir. Tanecikleri (atom, molekül veya iyon) arasındaki çekim kuvvetleri çok güçlüdür ve bu tanecikler sadece titreşim hareketi yapabilirler.

• Amorf ve Kristal Katılar

1. Amorf Katılar (Şekilsiz Katılar)

• **Tanım:** Taneciklerin gelişigüzel, yani **belirli bir geometrik düzene sahip olmadan** istiflendiği katılardır.
• **Özellikleri:** Belirli bir erime noktaları yoktur. Isıtıldıklarında önce yumuşar, sonra erirler. Bu duruma **camsı geçiş sıcaklığı** denir.
• *Örnekler:* Cam, plastik, tereyağı, mum.

2. Kristal Katılar (Düzenli Katılar)

• **Tanım:** Taneciklerin uzayda **belirli bir geometrik desene** (kristal örgü) göre düzenli olarak istiflendiği katılardır.
• **Özellikleri:** Belirli ve **kesin bir erime noktasına** sahiptirler.
• **Sınıflandırma (Çekim Gücüne Göre):**
  1. **İyonik Katılar:** İyonik bağlarla bir arada tutulur (Tuzlar). Sert, kırılgan, yüksek erime noktalı.
  2. **Moleküler Katılar:** Moleküller arası zayıf kuvvetlerle bir arada tutulur ($\text{H}_2\text{O}$ buz, $\text{I}_2$). Yumuşak, düşük erime noktalı.
  3. **Kovalent (Ağ) Katılar:** Kovalent bağların tüm kristal boyunca uzandığı katılardır (Elmas, Kuartz). Çok sert, çok yüksek erime noktalı.
  4. **Metalik Katılar:** Metalik bağlarla bir arada tutulur (Bakır, Altın). Parlak, tel ve levha haline gelebilir, elektriği iletir.

---

2.2.3. Sıvılar ve Özellikleri

Sıvılar, maddenin akışkan halidir. Katılara göre daha düzensizdirler, ancak gazlara göre daha yoğundur ve tanecikleri arasında çekim kuvvetleri hala belirgindir.

• Buharlaşma ve Denge Buhar Basıncı

• **Buharlaşma:** Sıvı yüzeyindeki yeterli kinetik enerjiye sahip taneciklerin sıvı fazdan gaz (buhar) fazına geçmesidir. Buharlaşma her sıcaklıkta gerçekleşir ve **ısı alan (endotermik)** bir olaydır.
• **Yoğunlaşma:** Gaz (buhar) fazındaki taneciklerin enerjilerini kaybederek tekrar sıvı faza geçmesidir.
• **Denge Buhar Basıncı:** Belirli bir sıcaklıkta, kapalı bir kapta, buharlaşma hızı ile yoğunlaşma hızının eşitlendiği anda buharın sıvı yüzeyine yaptığı basınçtır. Denge buhar basıncı:
  1. Sadece **sıvının cinsine** bağlıdır (Moleküller arası çekim gücü zayıfsa, buhar basıncı yüksektir).
  2. Sadece **sıcaklığa** bağlıdır (Sıcaklık artarsa, buharlaşma hızlanır ve buhar basıncı artar).
  3. Sıvı miktarına veya kabın hacmine **bağlı değildir**.

• Kaynama Sıcaklığı

• **Kaynama:** Sıvının buhar basıncının, bulunduğu ortamın dış (atmosfer) basıncına eşit olduğu andaki sıcaklıktır. Bu anda buharlaşma sadece yüzeyde değil, sıvının her yerinde (kabarcıklar halinde) olur.
• **Normal Kaynama Noktası:** Dış basıncın 1 atmosfer (atm) olduğu andaki kaynama sıcaklığıdır.
• **Etkileyen Faktörler:**
  1. **Dış Basınç:** Dış basınç arttıkça kaynama noktası **yükselir** (örneğin düdüklü tencerede). Dış basınç azaldıkça kaynama noktası **düşer** (örneğin yüksek dağlarda).
  2. **Moleküller Arası Çekim:** Moleküller arası çekim kuvveti ne kadar güçlüyse, kaynama noktası o kadar **yüksektir** (Örn: Hidrojen bağı içeren suyun kaynama noktası yüksektir).
  3. **Safsızlık (Uçucu Olmayan Çözünen):** Safsızlık eklenirse kaynama noktası **yükselir** (Örn: Tuzlu suyun kaynama noktası, saf sudan yüksektir).

• Viskozite

• **Tanım:** Sıvıların akmaya karşı gösterdiği **dirençtir** (ters orantılıdır: Akışkanlık artarsa viskozite azalır).
• **Özellikleri:** Balın sudan daha yavaş akması, balın viskozitesinin yüksek olduğunu gösterir.
• **Etkileyen Faktörler:**
  1. **Moleküller Arası Çekim:** Çekim kuvveti **arttıkça** (daha zor akar), viskozite **artar**.
  2. **Sıcaklık:** Sıcaklık **arttıkça** (tanecikler daha kolay hareket eder), viskozite **azalır**.
  3. **Molekül Şekli ve Büyüklüğü:** Büyük, uzun ve dallanmış moleküllerin viskozitesi daha yüksektir.

• Adezyon ve Kohezyon Kuvvetleri

• **Kohezyon (Tutunma):** **Aynı tür** tanecikler arasındaki çekim kuvvetidir. Sıvı damlasının küresel şeklini korumasını sağlar.
• **Adezyon (Yapışma):** **Farklı tür** tanecikler arasındaki çekim kuvvetidir. Bir sıvının, başka bir yüzeye (örneğin suyun cama) yapışmasını sağlar.
• **Kılcallık:** Adezyon ve kohezyonun birlikte rol oynadığı, sıvının dar bir boru (kılcal boru) içinde yükselmesi veya alçalması olayıdır. (Adezyon > Kohezyon ise sıvı yükselir: Su, Cam).

• Sıvıların Yüzey Gerilimini Etkileyen Faktörler

• **Yüzey Gerilimi:** Sıvı yüzeyindeki taneciklerin, sıvı içerisindeki tanecikler tarafından içeriye doğru çekilmesiyle oluşan ve yüzeyi germe eğilimine neden olan kuvvettir. Sıvının yüzey alanını küçültme isteğidir.
• **Etkileyen Faktörler:**
  1. **Moleküller Arası Çekim:** Çekim kuvveti **arttıkça** (tanecikler birbirini daha sıkı tutar), yüzey gerilimi **artar**.
  2. **Sıcaklık:** Sıcaklık **arttıkça** (kinetik enerji artar, çekim azalır), yüzey gerilimi **azalır**.
  3. **Yabancı Maddeler:**
     • **Yüzey aktif maddeler (Sabun, deterjan):** Yüzey gerilimini **azaltır**.
     • **Çözünen tuzlar (İyonik maddeler):** Yüzey gerilimini genellikle **artırır**.