Kimyada, bir molekül genel olarak en az iki atomun değişik durumlarda beraber duran, bütün şekline denir. Genel olarak bir molekül, saf kimyasal maddenin kendi başına bütün kimyasal bileşimini ve özelliklerini taşiyan en küçük parçasıdır. Bazı katı ve sıvı kimyasal maddelerde (örneğin; metaller, eriyik durumundaki tuzlar, kristaller, vb) bu tanım her zaman geçerli değildir ve böyle kimyasal maddelerin farkedilebilir meleküllerden değil atomlardan oluştuğu söylenmelidir. Moleküler fizikte ise bir molekül, iki ya da daha fazla atomdan oluşan, yeterli düzeyde değişmez, elektriksel olarak nötr bir oluş biçimidir.
Aynı elemanın birden fazla atomunun birleşmesiyle meydana gelen atom gurubuna "molekül" adı verilir. Moleküldeki atom sayısı en az iki tanedir. Fakat soy gazlarda olduğu gibi bir atomluk moleküller de vardır.
Bu açıklamadan kolayca anlaşılacağı gibi,bütün cisimler moleküllerden meydana gelmiştir. Gazlarda ve sıvılarda moleküller serbesttir. Hareket edebilirler. Gazlarda ve sıvılardaki molekül hareketliliği,bunu ilk kez 1827 yılında farkeden ve açıklayan Robert Brovn'ın adından dolayı "Brown Hareketleri" diye adlandırılmıştır.
Molekül,ayrı elemanların bir atomuyla ya da birden fazla atomunun birleşmesiyle de oluşabilir. Örneğin karbonmonoksit gazının molekülü, 1 karbon atomu ile 1 oksijen atomunun birleşmesinden meydana gelmiştir. Burada belirtilmesi gereken önemli bir nokta, molekülün,bir maddenin kendi başına bulunabilen en küçük miktarı olduğudur. Ancak, bu durumdaki molekül o maddenin bütün özelliklerini taşır.
Katı cisimlerde moleküller titreşim hareketi yapabilirler, aralarında güçlü bir çekim kuvveti vardır. Bu nedenle ayrı ayrı yer değiştiremezler. Daha yukarda değinmiş olduğumuz gibi, moleküllerde atom sayısı çok çeşitlilik gösterir.Alkol molekülü 9 atomludur. Gliserin 14, şeker (sakkaroz) 45, nişasta 4000 atomludur.
Değişik eleman atomları bulunan molekül "bileşik molekül"diye isimlendirilir. Bu tür bir molekül, dolayısıyla ait olduğu bileşik,yapısındaki atomların ve bu atomlardan meydana gelen elemanın özelliklerinden başka özellik gösterir.
Herhangi bir elemanın molekülü,atom simgesinin(sembolünün) sağ alt tarafına sayısı yazılarak belirtilir.Hidrojen molekülü,bu nedenle H2 olarak yazılır. Yani hidrojen molekülünde (2) hidrojen atomu vardır. Bileşik moleküller için de durum aynıdır. Sözgelimi suyu ele alalım.Suyun bileşik molekülü, 2 hidrojen ve l su atomu belirtilerek,yani H2O şeklinde yazılır.
Molekülleri meydana getiren atomlar birbirlerine elektriksel güçle bağlıdırlar. Bir çift atomu birbirine çekerek birleştiren kuvvet "kimyasal bağ" diye tanımlanır.
Moleküllerin gerçek ağırlığı o derece azdır ki,kimya hesaplarında kullanılmaması daha uygun görülmüştür.Bunun yerine, molekülü en hafif atomla (hidrojen)karşılaştırılarak esas tutulur. Yani bir cismin molekül ağırlığı, kabaca bir hesapla, o cismin bir molekülünün l hidrojen atomunun ağırlığına olan oranıdır.
Molekül, herhangi bir maddenin, bütün kimyasal özellikleri değişmeksizin aynı kalacak biçimde bölünebileceği en küçük parçasıdır. Moleküller atomlardan oluşur. Herhangi bir elementin molekülü, bir ya da birden çok, ama hepsi aynı tür atomdan oluşur; oysa bir kimyasal bileşiğin molekülünde iki ya da daha çok değişik elementin atomları bulunur.
Hidrojen elementinin molekülünde iki hidrojen atomu vardır; bir hidrojen ve oksijen bileşiği olan suyun molekülünde ise, iki hidrojen atomu ile bir oksijen atomu bulunur. Öte yandan daha karmaşık bir bileşik olan ve bitkilere yeşil rengini veren klorofil, beş değişik elementin 136 atomundan oluşan bir moleküle sahiptir.
Kimyasal formülü H2O olan bir su molekülü, ancak hidrojen ve oksijene ayrıştırılarak bölünebilir. Her ikisi de gaz olan hidrojen ve oksijen molekülleri, birbirlerinden olduğu kadar, birleştiklerinde oluşturdukları sudan da çok farklı özelliklere sahiptir.
Herhangi bir maddenin katı, sıvı ya da gaz halinde bulunması, moleküllerinin davranışına bağlıdır. Katılarda moleküller birbirlerine çok yakın, sıkışık biçimde bir arada bulunurlar; bunun sonucunda ortaya çıkan sıkı ve kararlı yapı, katı maddenin biçimini korumasını sağlar. Bilim adamları, katı maddelerin moleküllerin-deki atomların yerleşim düzenini saptamışlar ve çok sayıda değişik yerleşim düzeninin bulunduğunu ortaya çıkarmışlardır. Sıvılarda ise moleküllerin konumu sabit değildir ve bunlar birbirlerinin üzerinden kayabilir. Bu nedenle sıvılar, hacimlerinde herhangi bir değişiklik olmaksızın kolayca biçim değiştirebilir. Öte yandan gazlarda moleküller birbirlerinden o kadar uzaktır ki, kapladıkları hacimde serbestçe hareket edebilirler. Bu nedenle de gazlar genleşerek, yani yayılarak bulundukları kabı doldurur. Ayrıca katı ve sıvıların tersine gazlar iyice sıkıştırılarak küçük bir hacme sığdırılabilir. Oksijen molekülleri normal sıcaklıklarda, saniyede yaklaşık 450 metre hızla hareket eder; hidrojen molekülleri ise bunun neredeyse dört katı kadar bir hızla hareket eder. Ama moleküller birbirleriyle çarpıştıklarından fazla uzağa gidemezler.
Bir maddedeki moleküllerin hareketi, o maddenin sıcaklığına bağlıdır. Herhangi bir cisimdeki moleküllerin tüm enerjisi çekilip alınabilseydi, cismin sıcaklığı "mutlak sıfır"a (yaklaşık —273°C) düşer ve moleküller tümüyle hareketsiz duruma gelirdi. Bir madde ne kadar ısıtılırsa molekülleri de o kadar hızlı hareket eder. Isı enerjisi, kinetik enerji denen hareket enerjisine dönüşür.
Katılarda ise moleküller yer değiştirmez ve yalnızca bulundukları yerde titreşebilir. Katıların sıcaklığı ne kadar yükselirse, moleküllerinin titreşimi de o kadar hızlanır. Kızgın bir demirde moleküller o kadar hızlı titreşir ki, demire dokunduğumuzda moleküllerin bu hareketini elimizi yakan bir sıcak biçiminde duyumsayabiliriz. Çaydanlıktaki su kaynadığı zaman, su molekülleri o kadar hızlı hareket etmeye başlar ki, artık sudaki gibi bir arada durmazlar ve birbirlerinden iyice uzaklaşarak gaz haline, yani buhara dönüşürler
Moleküller aslında çok ufak parçacıklardır; örneğin, ortalama büyüklükteki bir balonu dolduran bir gazda, bütünüyle balon hacmine saçılmış durumda bulunan yaklaşık 80.000.000.000.000.000.000.000 molekül vardır. Canlıların hücrelerinde bulunan pek çok madde, yüz binlerce atomdan yapılı dev moleküllerden oluşur. Bu tür moleküllere makromolekül denir (makro sözcüğü, "büyük" anlamına gelen Eski Yunanca bir sözcüktür). Proteinler, selüloz ve kalıtım maddeleri olan DNA (deoksiribonükleik asit), mak-romoleküllü organik maddelerdir.Makromoleküller, elektron mikroskopu altında görülebilir.
Günümüzde kimyacıların yapay olarak üretebildikleri maddelerin pek çoğu örneğin plastikler, yapay kauçuklar, silikonlar uzun atom zincirlerinden ya da katmanlarından oluşan ve polimer denen makromoleküllerdir. Böyle bir maddenin özellikleri ve davranışı, atomlarının birbirine bağlanma biçimine bağlıdır. Örneğin polietilen elde etmek için, etilen moleküllerinin zincir biçiminde birbirine bağlanması gerekir.
Bilimsel çalışmalarda çoğu zaman moleküllerin kütlelerinin bilinmesi ve hesaba katılması gerekir; ama moleküller o kadar küçük parçacıklardır ki, bunların kütlesini gram cinsinden ölçmek olanaksızdır. Bu nedenle bilim adamları, bağıl molekül kütlesi denen bir ölçüden yararlanırlar. Eskiden molekül ağırlığı denen bağıl molekül kütlesi, o molekülün kütlesinin bir hidrojen atomunun kütlesinin kaç katı olduğunu gösterirdi.
Gerçek bağıl molekül kütlesi değerleri, moleküllerin,bağıl atom kütlesi tam 12 olan karbon-12 izotopuyla (C12) karşılaştırılması yoluyla belirlenir. Buna göre, oksijenin bağıl atom kütlesi (eskiden atom ağırlığı denirdi) 16'dır. Amonyağın (NH3) bağıl molekül kütlesi ise 17'dir, çünkü amonyak molekülü bir azot atomu (bağıl atom kütlesi 14) ile üç hidrojen atomundan (her birinin bağıl atom kütlesi 1) oluşur.
Maddenin moleküllerden oluştuğu düşüncesini ilk olarak İtalyan bilim adamı Amedeo Avogadro (1776-1856) ortaya atmıştır.
MOLEKÜL
Molekül, bir kimyasal maddenin bağımsız olarak bulunabilen en küçük parçası.
Moleküller bir veya birden fazla atomdan müteşekkildirler. Bir veya daha fazla türden atomu ihtiva ederler. Asil (veya nadir) gazların molekülleri tek atomdan meydana gelmiştir. Bu elemanlar, atomlarının birbirleriyle birleşme yönünden az eğilim göstermesi yönünden değişik bir özelliğe sahiptirler. Asil gazların, molekülleri ve atomları aynıdır. Diğer bütün moleküller birden fazla atomdan meydana gelmiştir. Hidrojen H2, oksijen O2, azot N2 ve klor Cl2 gibi sık rastlanan gazların molekülleri, aynı elemanın iki atomundan ibarettir. Su H2O, hidrojen peroksit H2O2, karbon monoksit CO, karbon dioksit CO2 ve amonyak NH3 gibi çevremizde sık rastlanan bileşiklerin moleküllerinde farklı atomlar bulunur.
En küçük molekül, hidrojen molekülü (H2) olup, çapı 2,3-2,4 angström (1 angström = 10-8cm) ve ağırlığı 3,3x10-24 gramdır. En büyük moleküller, protein ve DNA gibi karmaşık organik moleküllerdir. Bunlar binlerce tek atomdan müteşekkildir ve molekül ağırlıkları hidrojeninkinin birkaç milyon katıdır.
Moleküller gaz, sıvı ve katı olarak bulunurlar. Genel olarak, diğer özellikleri aynı olmak şartıyla, moleküller, büyük ve ağır oldukça daha zor buharlaşırlar. Mesela, metan (CH4)dan butan (C4H10)a kadar olan moleküller normal sıcaklıkta gazdırlar. Ancak pentan (C5H12)'dan 4 (C15H32) a kadar olanlar ise sıvıdırlar. Heksadekan (C16H32) ve daha ağır olanlar ise katıdır. Bu durum ayrıca sıcaklığa ve moleküller arası çekim kuvvetine bağlıdır. Molekül yığınlarında moleküller, oldukça zayıf moleküller arası kuvvetle tutulurken; moleküllerin elektrik yüklü olması halinde kuvvetli bir elektrostatik kuvvetle bir arada tutulurlar. Böyle bir katı kristali eritmek için bu kuvvetli bağların çözülmesi gerekir. Bu ise erime noktasının yüksek olması ve daha fazla enerjiye ihtiyaç olunması sonucunu getirir.
Molekül içi kuvvetler
Bir kimyasal maddede moleküller elektronların etkili olduğu iki tür kimyasal kuvvetle bir arada tutulurlar. Moleküllerden meydana gelmeyen bileşikler iyon bağı ile bir arada bulunurlar. Böyle durum bir veya daha fazla elektronun bir elektropozitif elementten (genellikle metaldan) bir elektronegatif elemente (genellikle metal olmayan) geçişi şeklinde meydana gelir. Bir atomun elektronegatifliği, elektronların cezbedilmesinin bir ölçüsüdür. Bu ölçünün büyüklüğü oranında iyon bağı teşkil etme eğilimi fazladır. Mesela, yüksek elektropozitif olan sodyum metali, yüksek elektronegatif olan klor gazı içinde yanarsa, her bir sodyum atomu bir elektron kaybederek tek yüklü bir pozitif iyon meydana getirirken, her bir klor atomu bir elektronu alarak tek yüklü bir negatif iyon meydana getirirler. Böyle bir değişimin sonucu olarak her bir atom, dış halkalarında sekiz elektrona sahip olarak kararlı bir yapı kazanırlar. Sonuç olarak sodyum klorür (NaCl) normal yemek tuzu ortaya çıkar. Yemek tuzunda sodyum ve klorlar üç boyutlu yerleşmiş olarak bulunurlar. Hiçbir sodyum, belirli bir klora ait değildir.
İyonik bileşiklerin tanınmış özelliklerinden biri de sıvı halde ve bir sıvıda çözüldükleri zaman elektrik iletmeleri, oldukça yüksek erime ve kaynama noktasına sahip olmaları ve su gibi sıvılarda çözülebilmeleridir.
Diğer taraftan molekülün meydana gelmesinde etkili olan kovalent bağı, iki atom arasında elektronun geçişi şeklinde değil de, elektronun ortaklaşılması suretiyle ortaya çıkar. Bu genellikle metal olmayan elementlerde görülür. Atomların tamamen aynı olması durumunda her ikisi de, aynı elektronegatifliğe sahiptir. Birbirlerine elektron vererek kararlı duruma gelemezler. Bunun yerine her bir atomun dış kabuğunda bulunan elektronlar, diğer atom tarafından karşılıklı paylaşılır. Böylece her biri kararlı duruma gelir. Mesela, iki flor atomu bir araya gelerek, bir elektronlarını karşılıklı paylaşırlar. Azotta ise, karşılıklı üç elektronun paylaşılması suretiyle molekül meydana gelir. Bu tür moleküller genellikle elektrik akımı iletmezler. Erime ve buharlaşma noktaları düşüktür. Sadece kovalent bağı ile aynı cins atomların birleşmesiyle meydana gelen Cl2 gibi olan moleküllerde, atomlar aynı elektronegatifliğe sahiptir. Ortaklaşa kullanılan elektronlar arada bulunur.
Bu şekilde açıklamalar yanında moleküler yapı, kuvantum mekanik teorisi yönünden de açıklamalara sahiptir. Kuvantum mekanik, kimyasal bağları ve değişiklikler için bir teori verirken, moleküllerin üç boyutlu yapıda nasıl titreştiğini açıklar. Bu yaklaşımda elektron, artık, ayrık parçalar olarak düşünülmez. Burada önemli kabul, Heisenberg'in belirsizlik prensibidir. Buna göre bir elektronun hem yerini ve hem de hızını kesin olarak aynı zamanda ölçmek mümkün değildir. Bu halde elektron bulutları söz konusu olur. Bu tür bulutların yoğunluğu, verilen bir noktada elektron bulunma ihtimaliyle orantılıdır. Ancak bu tür yaklaşımda basit atomların dışında çözümü zor denklemlerle karşılaşılır. Bu sebepten tekrar ayrık elektron kabulüne gerek duyulur.
Moleküller arası çekim
Moleküller arasında çekici ve itici olmak üzere iki tür kuvvet mevcuttur. Bir maddenin molekülleri, birbirine birkaç angström mertebesinde yaklaştıkları zaman, negatif yüklü iki elektron bulutu birbirini kuvvetli bir şekilde iter. Ancak biraz büyük mesafelerde, çekici kuvvetler daha önemli olabilir. Basınç ve sıcaklığa bağlı olarak bu kuvvetler, molekülleri sıvı veya katı halde bir arada tutacak kadar kuvvetli olabilirler.
Moleküllerin hareketi
Genel olarak bir madde ısındıkça, yani ısı enerjisi arttıkça, moleküllerinin de hareketi artar. Ötelenme, dönme ve titreşim olarak üç türlü molekül hareketi vardır. Ötelemede molekül, atılan bir top gibi hareket ederken, dönmede karmaşık bir molekülün bir parçası, diğer bir parçası etrafında döner. Titreşim hareketinde ise moleküller birbirine yaylarla bağlanmış gibi ileri geri hareket ederler. Bu tür harekette moleküller arası mesafe onda bir oranında azalır veya artar. Titreşimleri çok hızlı olup, saniyede 10 trilyon (1013) mertebesinde iken, dönme yaklaşık bunun yüzde biri hızında, saniyede 100 milyar (1011) civarındadır. Moleküllerin öteleme hızları ise, saatte birkaç kilometre mertebesindedir.
Molekülün hareketinin tür ve derecesi, maddenin sahip olduğu ısı enerjisine bağlıdır. Eğer sıcaklık çok düşükse, moleküller sıkı olarak yerleşmiş olur ve sadece titreşim hareketi yaparlar ve madde katı halde bulunur. Sıcaklık yükseldikçe molekül, titreşim yanında dönme de yapar. Ancak yerleri sabit kaldığı müddetçe madde katı kalır. Sıcaklık daha da yükselirse moleküller sıkı yerleşmiş olmakla beraber öteleme hareketi, kayma, birbiri üzerinde atlama yaparlar. Bu halde de sıvı durumdadır. Daha yüksek sıcaklıklarda ise moleküller birbirlerine daha az bağlıdırlar. Uzayda serbestçe hareket ederler. Bir gaz olarak, bir kap içinde değilseler, sınırsız bir şekilde hareket ederler.
Düz zincir moleküllerine tipik misal olarak, hidrokarbon serilerini gösterebiliriz. Metan (CH4) en basit hidrokarbon bileşiği, tetraedral yapıya sahiptir. Tetraedrin her köşesinde bir hidrojen atomu bulunur. Karbon atomu ise tetraedrin tam merkezindedir. Bu, karbon atomunun bağlarının köşelere doğru yöneldiği sonucunu verir. Metan genellikle resimdeki şeklinde gösterilir. Metanın hidrojen atomlarından birinin yerine metil gurubu (CH3-) konulursa, hidrokarbonların bir üst üyesi olan etan meydana gelir. Buna benzer olarak bundan sonra gelen üye propandır. Hidrokarbon serisinde birbirini takip edenler arasında (CH2) kadar bir fark vardır. Bu tür hidrokarbon zincirleri aslında dosdoğru değildir. Komşu karbon atomları arasındaki açı, tedraedral (109°28') olduğu için zincir zikzak şekle sahiptir. Kapalı zincirlere karşılık olarak düz ismilendirilirler.
Halkalar
Karbon atomunun bağlanma açısı tedraedral olduğundan, halka yapısı, zincirin sonlarının birbirlerine bağlanmasıyla meydana gelir. Bu yapıya aromatik bileşikler, sikloheksan ve steroitler misal olarak verilebilir.
Halkalı bileşiklerin en önemli sınıfı aromatik bileşiklerdir. Bu bileşiklerin en basit üyesi benzen (C6H6)dir. Benzende karbonlar arasında sırayla bir tek ve bir çift bağ bulunmaktadır. Karbonlar arasında çift bağ olduğu halde, doymamış hidrokarbonların özelliğini göstermez. Bu çift bağlar belirli bir yerde değildir. Titreşim halinde karbonlar arasında değişir. Halka yapı, organik bileşiklere has bir yapı olmayıp, bazı anorganik bileşiklerde de görülür. Bor elementinin meydana getirdiği borazin bileşiği, elektronik yapı bakımından benzene benzer ve buna bazan anorganik benzen de denir.
Kafes yapısı
En basit kafes yapı, beyaz fosforda (P4) bulunur. Bu, fosfor atomlarının bir tedrahedrin köşelerine yerleşmesinden meydana gelir. Fosforun oksitlerinden P4O6 ve P4O10 kafes yapısına sahiptirler. P4O6 ile aynı sayıda elektron sayısına ve aynı yapıya sahip olan fosfor imid P4(NCH3)6 de kafes yapısına sahiptir.
Sandaviç bileşimler
Metal atomun iki hidrokarbon halkasının arasında bulunduğu oldukça büyük bir organometalik bileşiklerdir. İlk sandaviç bileşim ferosende bulundu. Benzene olan benzerliğinden (aromatik reaktivitesinde) bu isim verildi.
İzomerler
İzomerler aynı kimyasal bileşime ve moleküler ağırlığa sahip, fakat farklı özellik gösteren moleküllerdir. Çeşitli türde sınıflandırıldığı halde, yapısal izomerler ve stereoizomerler esas grubu teşkil eder.
İzomerler, aynı tür ve sayıda atomlara sahip olmakla beraber, atomlar arası bağlar farklıdır. Atomların ve bağlarının uzayda yerleşmesi farklıdır.
Makromoleküller
Makromoleküller veya polimerler, kovalent bağlar yardımıyla aynı küçük moleküllerin biraraya gelmesi suretiyle meydana gelirler. Mesela, formaldehit (CH2O) simetrik trioksan olarak isimlendirilen bir trimer (CH2O)3 ve uzun bir zincir polimer olan paraformaldehit HO (CH2O)nH'i teşkil eder. Burada n, 8 ile 100 arasında değişir.
Makromoleküller bir boyutlu polimerler olabilir. Bunlar tabii olarak ortaya çıkan lastik, ipek, asbest ile suni madde olan polietilen ve sıvı silikonlardır. Keza, bunlar mika, grafit veya volkanize (çapraz bağlı) lastikte olduğu gibi iki boyutlu ve kuvars veya elmasda olduğu gibi üç boyutlu da olabilirler.
Polimerlerin özelliklerini bunu meydana getiren dev moleküllerin özellikleri belirler. Silikon sıvılar, mika ve kuvarsın hepsi silikooksijen bağlara sahiptir. Fakat birbirine olan bağlantı sıra ile bir, iki ve üç boyutludur. Diğer bir misal de grafit ve elmas olup, tamamen karbondan ibaret olmalarına rağmen, çok değişik yapıya sahiptirler. Grafitte karbon atomları iki boyutlu levhalarda bağlı olup, levhalar arasındaki bağ oldukça zayıftır. Levhalar birbiri üzerinde kolayca kayarak grafiti yumuşak ve mükemmel bir yağlayıcı yaparlar. Elmasta ise karbon atomları birbirine üç boyutlu bağlı olup, üç boyutlu bir yapı ortaya çıkar. Elmas, kuvvetli kovalent bağlardan dolayı en sert maddedir.
Canlılardaki glikojen, nişasta, selüloz ve protein, polimerdirler.
İnternetteki Kaynaklardan Yararlanılarak Derlenmiştir.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder