İyonik Karakter Hesaplayıcı - Pauling Formülü | Bağ Polaritesi

İyonik karakter nedir?

İyonik karakter, iki atomun bir kimyasal bağdaki elektronları ne kadar eşit olmayan biçimde paylaştığını gösteren bir ölçüdür. Yüzde olarak %0 (elektronlar eşit paylaşılır, bağ tamamen kovalenttir) ile %100 değerinin hemen altı (bir atom diğerinden neredeyse tamamen elektron alır, bağ tamamen iyonik olmaya yakındır) arasında ifade edilir. Gerçek bağların çoğu bu iki uç arasında bir yerde bulunur. İyonik karakter hesaplayıcısı, kimyager Linus Pauling tarafından yayımlanan bir formülü kullanarak bu yüzdeyi bağlı iki atomun elektronegatifliğinden tahmin eder.

Elektronegatiflik, bir atomun ortak elektronları kendisine doğru ne kadar güçlü çektiğini sıralayan bir sayıdır. Yaygın Pauling ölçeğinde değerler yaklaşık 0,7 (zayıf çekim gösteren sezyum ve fransiyum) ile 4,0 (en güçlü çekimi gösteren flor) arasında değişir. Bağlı iki atomun elektronegatiflik değerleri çok farklı olduğunda, atomlardan biri ortak elektronları diğerinden çok daha güçlü çeker ve bağın iyonik karakteri yüksek olur.

İyonik karakter nasıl hesaplanır (Pauling formülü)

Hesaplayıcı şu formülü kullanır:

$\text{İyonik karakter (\%)} = \left(1 - e^{-0.25(\Delta\chi)^2}\right) \times 100$

Burada Δχ (delta ki), iki atomun elektronegatiflik değerleri arasındaki mutlak farktır; e ise yaklaşık 2,71828 olan Euler sayısıdır.

Formülü kullanmak için:

1. Her atomun Pauling elektronegatifliğini bulun. Çoğu periyodik tablo ve kimya ders kitabı bu değerleri listeler.
2. Δχ değerini bulmak için küçük değeri büyük değerden çıkarın. Yalnızca fark kullanıldığı için atomların sırası önemli değildir.
3. Δχ'nin karesini alın, −0,25 ile çarpın ve e'yi bu kuvvete yükseltin.
4. Yüzdeyi bulmak için sonucu 1 değerinden çıkarın ve 100 ile çarpın.

İlişki doğrusal değildir. 0,5 değerindeki bir Δχ yaklaşık %6 iyonik karakter verirken, 1,0 değerindeki bir Δχ, %12 değil yaklaşık %22 iyonik karakter verir. Elektronegatiflik farkındaki küçük artışlar, eğri düzleşip %100 değerine yaklaşana ancak ona hiçbir zaman ulaşmayana kadar, iyonik karakterde giderek daha büyük sıçramalara yol açar.

Çözümlü örnek: karbon-oksijen bağı

Alkollerde ve diğer birçok organik molekülde bulunan C–O bağı tipik bir örnektir.

• Karbonun elektronegatifliği: 2,5
• Oksijenin elektronegatifliği: 3,5
• Fark: Δχ = |3,5 − 2,5| = 1,0
• İyonik karakter: (1 − e^(−0,25 × 1,0²)) × 100 ≈ %22,1
• Sınıflandırma: polar kovalent

Çözümlü örnek: sodyum-klor bağı

• Sodyumun elektronegatifliği: 0,9
• Klorun elektronegatifliği: 3,0
• Fark: Δχ = |3,0 − 0,9| = 2,1
• İyonik karakter: (1 − e^(−0,25 × 2,1²)) × 100 ≈ %66,8
• Sınıflandırma: iyonik

Ders kitaplarında iyonik bağın örneği olarak verilen sofra tuzundaki Na–Cl bağı bile %100 değil, yaklaşık %67 iyonik karakter gösterir. Pauling formülü her bağı kısmen kovalent, kısmen iyonik kabul eder ve hiçbir sıradan bağ tam %100 değerine ulaşmaz.

Bağların sınıflandırılması

Hesaplayıcı sonucu üç kategoriye ayırır:

Bu eşik değerler kesin bir fiziksel sınır değil, bir uzlaşıdır. İyonik karakteri %49 olan bir bağ, %51 olan bir bağdan yalnızca biraz farklı davranır.

Diğer Örnekler

İyonik karakter neden önemlidir?

İyonik karakteri yüksek bağlar genellikle suda çözünen, sert kristal katılar oluşturan ve eritildiğinde veya çözündüğünde elektriği ileten bileşiklerde bulunur. İyonik karakteri düşük bağlar ise genellikle yağlarla ve diğer apolar maddelerle karışan bileşiklerde bulunur. “Benzer benzeri çözer” kuralının temeli budur: polar O–H bağlarından oluşan su, bitkisel yağ gibi apolar maddelere kıyasla diğer polar veya iyonik maddeleri çok daha iyi çözer.

Formülün tarihçesi

Linus Pauling ilk sayısal elektronegatiflik ölçeğini 1932 yılında Journal of the American Chemical Society dergisinde yayımladı. Ölçeği, ölçülen bağ enerjilerini karşılaştırarak oluşturdu. Yukarıdaki üstel formül daha sonra, ilk kez 1939 yılında basılan ve 1960 yılında gözden geçirilen The Nature of the Chemical Bond adlı kitabında ortaya çıktı. Pauling'in kimyasal bağlar üzerine çalışmaları ona 1954 Nobel Kimya Ödülü'nü kazandırdı.

O zamandan beri başka bilim insanları da iyonlaşma enerjisi ve elektron ilgisine dayanan Robert Mulliken ölçeği (1934) dâhil olmak üzere farklı elektronegatiflik ölçekleri önerdi. Pauling ölçeği günümüzde en yaygın öğretilen ve kullanılan ölçek olmaya devam etmektedir.

Pauling formülünün sınırlamaları

Pauling formülü bir yaklaşıklıktır. Basit ve yaygın bağlarda iyi sonuç verir, ancak bilinen sınırlamaları vardır.

• Yalnızca elektronegatifliği kullanır; bu nedenle rezonans (benzen örneğinde olduğu gibi elektronların birkaç atom üzerine yayılması) ve çevredeki moleküler yapı gibi etkileri göz ardı eder.
• Farklı ders kitapları aynı element için biraz farklı elektronegatiflik değerleri listeler; bu da sonucu değiştirir.
• %50 üzerindeki bir sonuç, kimyagerlerin gerçek bir maddeyi sınıflandırma biçimiyle her zaman örtüşmez. Formül hidrojen ve floruna (2,1 ve 4,0) uygulandığında Δχ = 1,9 ve yaklaşık %59 iyonik karakter verir; bu değer iyonik eşik değerinin üzerindedir. Buna karşın hidrojen florür, sodyum klorür gibi iyon örgüsü yerine ayrı moleküller hâlinde bulunduğu için genellikle iyonik bir bileşik olarak değil, polar kovalent bir molekül olarak tanımlanır. Yüzde, kesin bir kural değil, yararlı bir tahmindir.

Daha kesin değerler için kimyagerler yoğunluk fonksiyoneli teorisi gibi hesaplama yöntemlerini ya da elektron dağılımını doğrudan ölçen X-ışını kristalografisi ve kızılötesi spektroskopisi gibi deneysel teknikleri kullanır.

Sık sorulan sorular

İyonik karakter nedir?

İyonik karakter, bir kimyasal bağın iki atomun elektronu eşit paylaşması yerine atomlardan birinin diğerinden elektron çekmesinden kaynaklanan karakterinin tahmini yüzdesidir. Özdeş atomlar için %0 değerine yakın, elektronegatiflikleri çok farklı atomlar için %100 değerinin hemen altındadır.

İyonik karakter için Pauling formülü nedir?

İyonik karakter (%) = (1 − e^(−0,25 × Δχ²)) × 100; burada Δχ, bağlı iki atomun Pauling elektronegatiflik değerleri arasındaki mutlak farktır.

Neden hiçbir bağ %100 iyonik değildir?

Formül, Δχ arttıkça %100 değerine yaklaşır ancak ona ulaşmaz; çünkü elektron transferini ya hep ya hiç gerçekleşen bir olay yerine olasılık olarak ele alır. Sezyum florürün Cs–F bağı gibi yüksek derecede iyonik bağlar bile (elektronegatiflik farkı yaklaşık 3,2) bir miktar elektron paylaşımı hâlâ gerçekleştiği için %100 yerine yaklaşık %92 sonucunu verir.

Pauling formülü ne kadar doğrudur?

Yaygın bağlar için daha gelişmiş yöntemlerden, örneğin hesaplamalı kimya ve X-ışını kristalografisinden elde edilen sonuçlarla genel olarak uyumludur. Rezonansı veya bir molekülün tam yapısının etkilerini hesaba katmadığından, kesin bir ölçümden çok genel bir tahmin olarak en iyi sonucu verir.

İyonik karakter bağ polaritesiyle aynı mıdır?

İlişkilidir ancak aynı değildir. Bağ polaritesi, çoğu zaman dipol momentiyle ölçülen, bir bağdaki yük ayrışmasını ifade eder. İyonik karakter ise yalnızca elektronegatiflikten türetilen ve elektron paylaşımına kıyasla ne kadar elektron transferi gerçekleştiğini gösteren yüzde tahminidir. İyonik karakteri yüksek bir bağ genellikle daha büyük bir dipol momentine sahiptir.

Elektronegatiflik değerleri nereden gelir?

Çoğu genel kimya ders kitabında ve periyodik tabloda bulunan Pauling elektronegatiflik ölçeğinden gelir. Bu ölçekteki değerler genellikle sezyum ve fransiyum için yaklaşık 0,7 ile flor için 4,0 arasında değişir.