Cevap:
a. Apolar yapılı maddeler ve kaynama noktaları:
- Apolar maddeler: CH₄ (1), H₂ (3), C₂H₆ (5)
- Gerekçe: Apolar yapıda olan maddelerde London kuvvetleri etkilidir. London kuvvetleri zayıf olduğu için kaynama noktaları düşüktür. Molekül kütlesi arttıkça kaynama noktası biraz yükselir. Bu nedenle kaynama sıralaması: H₂ < CH₄ < C₂H₆.
b. Hidrojen bağı yapan maddeler ve kaynama noktaları:
- Hidrojen bağı yapan maddeler: C₂H₅OH (2), CH₃OH (4), CH₂OH-CH₂OH (6)
- Gerekçe: Hidrojen bağı, moleküller arasında en güçlü etkileşimlerden biridir. Bu maddelerin kaynama belirtileri:
- CH₂OH-CH₂OH (çok sayıda hidrojen bağı içerdiği için en yüksek kaynama noktası)
- C₂H₅OH > CH₃OH (C₂H₅OH daha büyük molekül kütlesine sahip olduğu için daha yüksek kaynama noktası).
Özet:
- Apolar maddeler: CH₄, H₂, C₂H₆
- Hidrojen bağı yapan maddeler: C₂H₅OH, CH₃OH, CH₂OH-CH₂OH
Kaynama noktaları karşılaştırılırken molekül kütlesi ve hidrojen bağının varlığı dikkate alınır.
Nilsu_Altikulac’ın paylaştığı soru şu şekildedir:
“Tablodaki maddeler ile ilgili aşağıdaki soruları cevaplayınız:
a) Apolar yapılı olanları belirleyip aynı ortamdaki kaynama noktalarını gerekçelendirerek kıyaslayınız.
b) Hidrojen bağı oluşturanları belirleyip aynı ortamdaki kaynama noktalarını gerekçelendirerek kıyaslayınız.”
Cevap:
İçindekiler
- Genel Bakış
- Maddelerin Moleküler Özellikleri
- Verilen Maddelerin Analizi
- Karşılaştırmalı Tablo
- Ek Açıklamalar: Kaynama Noktalarını Etkileyen Faktörler
- Kısa Bir Özet
- Kaynakça
1. Genel Bakış
Bu soru, kimyasal maddelerin polar/apolar (kutupsal/kutupsuz) yapılarının belirlenmesini ve hidrojen bağının (hidrojen köprüsü) oluşup oluşmadığını inceleyerek kaynama noktalarını kıyaslamayı amaçlamaktadır. Soruya göre tabloda farklı maddeler yer alıyor:
- CH4 (Metan)
- C2H5OH (Etil alkol)
- H2 (Hidrojen gazı)
- CH3OH (Metanol)
- C2H6 (Etan)
- CH2 = CH–CH2–OH (Örnek olarak propenol/allyl alkol türevi bir bileşik)
Bu maddelerin bazıları apolar (kutupsuz), bazıları ise hidrojen bağı kurabilmelerini sağlayacak kadar polar (kutupsal) ve –OH (hidroksil) gibi fonksiyonel gruplara sahiptir. Soru, bu bağlamda iki temel noktaya odaklanmaktadır:
- Apolar (kutupsuz) halde olan maddeleri belirlemek ve kaynama noktalarını gerekçelendirmek.
- Hidrojen bağı oluşturabilen maddeleri belirleyip aynı ortamdaki kaynama noktalarını gerekçelendirerek kıyaslamak.
2. Maddelerin Moleküler Özellikleri
2.1. Polar ve Apolar Kavramı
- Apolar (Kutupsuz) Moleküller: Elektron dağılımı molekül içinde dengelidir ve net dipol momenti yoktur. Dolayısıyla, moleküller arası etkileşim düşük seviyede gerçekleşir (en önemli etkileşim London (dağılma) kuvvetleridir).
- Polar (Kutupsal) Moleküller: Elektron dağılımı asimetriktir, net dipol momenti vardır. Bu nedenle dipol-dipol etkileşimleri ya da daha fazlası (örneğin hidrojen bağı) görülür.
2.2. Hidrojen Bağları
Hidrojen bağı, moleküller arasındaki en güçlü zayıf etkileşim tiplerinden biridir. Bir molekülde N–H, O–H ya da F–H gibi bir kovalent bağ olması ve bu hidrojenin başka bir moleküldeki N, O ya da F atomuna yakın konumlanmasıyla oluşur. Özellikle OH gruplarına sahip bileşikler hidrojen bağları sayesinde kaynama noktalarında belirgin bir yükselme gösterir.
Örnek: Su (H2O)’da veya alkoller (R–OH) gibi polarlığı yüksek moleküllerde hidrojen bağının varlığı, kaynama noktasını benzer mol kütlesine sahip apolar moleküllere kıyasla çok daha yüksek kılar.
3. Verilen Maddelerin Analizi
3.1. Yapıları ve Özellikleri
-
CH4 (Metan)
- Yapı: Karbon merkezli, dört hidrojen bağlı (tetrahedral)
- Polar/Apolar: Apolar (simetrik dağılım, net dipol momenti yok)
- Moleküler kütle: 16 g/mol (yaklaşık)
-
C2H5OH (Etil Alkol, Etanol)
- Yapı: İki karbonlu zincir, uçta –OH grubu
- Polar/Apolar: Polar (–OH grubu nedeniyle)
- Hidrojen Bağı: Evet, moleküller arası hidrojen bağı kurabilir
- Moleküler kütle: 46 g/mol (yaklaşık)
-
H2 (Hidrojen Gazı)
- Yapı: İki hidrojen atomunun kovalent bağı
- Polar/Apolar: Apolar (simetrik molekül, net dipol momenti yok)
- Moleküler kütle: 2 g/mol
-
CH3OH (Metanol)
- Yapı: Bir karbonlu zincir, uçta –OH grubu (basit alkol)
- Polar/Apolar: Polar
- Hidrojen Bağı: Evet
- Moleküler kütle: 32 g/mol
-
C2H6 (Etan)
- Yapı: Çift karbon (karbonlar arasında tek bağ), altı hidrojen (CH3–CH3)
- Polar/Apolar: Apolar (simetrik yapıya yakın, –OH gibi polar grup yok)
- Moleküler kütle: 30 g/mol
-
CH2 = CH–CH2–OH (Alil Alkol ya da Propen-1-ol olarak da geçer)
- Yapı: Çift bağ (CH2=CH–), son karbonunda bir –OH grubu
- Polar/Apolar: –OH grubu nedeniyle kısmen polar (toplam yapı da çift bağ bölgesinden hafif çekim etkisi gösterebilir, ancak esas polarlık OH’dan gelir)
- Hidrojen Bağı: Evet, –OH grubu sayesinde.
- Moleküler kütle: Yaklaşık 58 g/mol (C3H6O)
3.2. Apolar Maddeler ve Kaynama Noktaları
Apolar olanlar:
- CH4 (1. madde)
- H2 (3. madde)
- C2H6 (5. madde)
Apolar moleküller arasındaki baskın etkileşimler London (dağılma) kuvvetleridir. London kuvvetleri, molekülün yüzey alanı ve toplam moleküler ağırlık arttıkça güçlenir. Aynı koşullar altında molekül ne kadar büyükse, kaynama noktası o kadar yüksek olur.
- H2 (2 g/mol): Küçük mol kütlesi ve apolar yapı → son derece düşük kaynama noktası (~–252,9 °C).
- CH4 (16 g/mol): H2’ye göre daha yüksek mol kütlesi → kaynama noktası ~–161,5 °C.
- C2H6 (30 g/mol): CH4’ten daha büyük mol kütlesi ve daha fazla elektron → kaynama noktası ~–88 °C civarında.
Dolayısıyla, yalnızca apolar maddeler arasında sıralama yaparsak en düşük kaynama noktasından en yükseğe doğru:
H2 < CH4 < C2H6
Nedeni, ikisi de apolar olsa bile mol kütlesi ve yüzey alanının artmasıyla London kuvvetlerinin güçlenmesi ve kaynama noktasının yükselmesi.
3.3. Hidrojen Bağı Yapan Maddeler ve Kaynama Noktaları
Hidrojen bağı oluşturabilen alkoller:
- CH3OH (4. madde)
- C2H5OH (2. madde)
- CH2 = CH–CH2–OH (6. madde)
Bu üç madde de –OH grubu taşıdığı için moleküller arası hidrojen bağları oluşturabilirler. Böylece aynı ortamda, benzer mol kütleli apolar maddelere göre daha yüksek kaynama noktalarına sahiptirler. Ancak kendi aralarında da kaynama noktası farkları ortaya çıkar:
- CH3OH (metanol, 32 g/mol): En küçük alkol. Kaynama noktası ~65 °C.
- C2H5OH (etanol, 46 g/mol): Mol kütlesi biraz daha büyük → kaynama noktası ~78 °C.
- CH2 = CH–CH2–OH (alil alkol ya da propen-1-ol, ~58 g/mol): Karbon sayısı ve mol kütlesi etanol civarındadır; çift bağ yapısı nedeniyle etkileşimler farklılık gösterebilir. Kaynama noktası yaklaşık 97–98 °C civarındadır (desteklenmiş hidrojen bağları ve konjuge sistem kısmen etki edebilir).
Bu nedenle hidrojen bağı yapanlar arasında genelde metanol < etanol < alil alkol şeklinde bir kaynama noktası sıralaması görülür. Alil alkolün çift bağı (CH2=CH–) ve polarlık katkısı (konjuge sistem vb.) ek stabilite yaratır ve hidrojen bağlarının da ekstra katkısına bağlı olarak kaynama noktası etanolün biraz üzerine çıkabilir. Bazı kaynaklarda, propen-1-olün kaynama noktası 96–97 °C civarı verilir; bu da yetkin bir hidrojen bağı ve çift bağ kaynaklı dipol etkileşimlerinin eklenmesiyle açıklanır.
4. Karşılaştırmalı Tablo
Aşağıdaki tabloda bu maddelerin apolar/polar durumlarını, hidrojen bağları oluşturma potansiyellerini ve kaynama noktalarını özetleyelim:
| Madde | Yapı | Polar/Apolar | Hidrojen Bağı | Kaynama Noktası (°C) | Gerekçe |
|---|---|---|---|---|---|
| H₂ (3) | H–H | Apolar | Yok (H–H) | ~ –253 | Çok düşük mol kütlesi, sadece London kuvvetleri |
| CH₄ (1) | Tetrahedral | Apolar | Yok | ~ –161,5 | Mol kütlesi H₂’den daha büyük, ancak hâlâ apolar → London kuvvetleri |
| C₂H₆ (5) | CH₃–CH₃ | Apolar | Yok | ~ –88 | CH₄’e göre daha ağır, London kuvvetleri daha güçlü → daha yüksek kaynama noktası |
| CH₃OH (4) | Metanol | Polar | Var (–OH) | ~ 65 | Hidrojen bağı → kaynama noktası apolarlara göre çok daha yüksek |
| C₂H₅OH (2) | Etanol | Polar | Var (–OH) | ~ 78 | Metanolden daha ağır, daha kuvvetli London ve dipol etkileşimleri + hidrojen bağı |
| CH₂=CH–CH₂–OH (6) | Alil Alkol | Polar | Var (–OH) | ~ 97–98 | –OH + çift bağlı yapı nedeniyle daha yüksek kaynama noktası; konjugasyona yakın etki vb. |
5. Ek Açıklamalar: Kaynama Noktalarını Etkileyen Faktörler
-
Molekül Kütlesi ve Yüzey Alanı
– London kuvvetlerinin şiddeti, moleküler kütle ve zincirin uzunluğuyla artar. Hence H2 < CH4 < C2H6 şeklinde sıralanır. -
Hidrojen Bağı
– Hidrojen bağları, moleküller arası etkileşimi önemli ölçüde artırır ve kaynama noktasını yükseltir. Örneğin benzer mol kütlesine sahip alkanlarla (apolar) kıyaslarsak, hidrojen bağı içeren alkollerin kaynama noktası çok daha yüksektir. -
Dipol-Dipol Etkileşimleri
– Molekülde –OH, –NH veya benzer kuvvetli elektronik gruplar varsa, dipol momenti artar. Bu dipol-dipol etkileşimlerinin eklenmesiyle kaynama noktası yükselir. -
Yapıda Konjugasyon veya Çift Bağ Varlığı
– Alil alkoldeki (CH2=CH–CH2–OH) çift bağ, molekülün kısmen daha fazla polarlık kazanmasına katkıda bulunabilir ve böylece hidrojen bağlarına ek olarak daha güçlü dipol etkileşimleri yaratabilir. Bu nedenle saf etanola kıyasla biraz daha yüksek bir kaynama noktası gözlemlenebilir.
6. Kısa Bir Özet
- Apolar maddeler: CH4, C2H6 ve H2.
- Düşük kaynama noktaları vardır; kütle arttıkça kaynama noktası yükselir.
- Kaynama noktası sıralaması: H2 (en düşük) < CH4 < C2H6 (en yüksek).
- Hidrojen bağı oluşturanlar: CH3OH, C2H5OH ve CH2=CH–CH2–OH.
- Hidrojen bağı, apolar moleküllerle kıyaslandığında kaynama noktalarını oldukça yükseltir.
- Genelde metanol < etanol < alil alkol (kabaca ~65 °C < ~78 °C < ~97–98 °C) şeklinde gözlemlenir.
Dolayısıyla sorunun (a) kısmında apolar moleküller CH4, C2H6, H2 olarak belirlenir ve kaynama noktaları London kuvvetlerine göre artar. (b) kısmında hidrojen bağları olan CH3OH, C2H5OH ve CH2=CH–CH2–OH daha yüksek kaynama noktalarına sahiptir ve kendi aralarında molekül kütlesi, molekül yapısı ve ek yapısal özelliklerle (örneğin çift bağ) değerlendirilerek kaynama noktası sıralanır.
7. Kaynakça
- Petrucci, R. H., Herring, F. G., Madura, J. D., & Bissonnette, C. (2017). General Chemistry: Principles and Modern Applications.
- Atkins, P. & de Paula, J. (2010). Physical Chemistry.
- EnginKimya ve çeşitli üniversite notları (2021-2023).
Bana bunu çok kısa şekilde cevapla
Answer:
Apolar yapılı maddeler: CH₄, C₂H₆ ve H₂. Bu maddelerde yalnızca London kuvvetleri etkilidir; kütle arttıkça kaynama noktası da biraz yükselir (sıralama: H₂ < CH₄ < C₂H₆).
Hidrojen bağı oluşturan maddeler: CH₃OH, C₂H₅OH ve HO–CH₂–CH₂–OH. Hidrojen bağları güçlü etkileşime yol açtığından kaynama noktaları yüksektir. İki –OH içeren HO–CH₂–CH₂–OH en yüksek kaynama noktasına sahiptir.
Table of Contents
1. Apolar Maddeler ve Kaynama Noktaları
- CH₄
- C₂H₆
- H₂
Kaynama Noktası Sıralaması (düşükten yükseğe): H₂ < CH₄ < C₂H₆
2. Hidrojen Bağlı Maddeler ve Kaynama Noktaları
- CH₃OH
- C₂H₅OH
- HO–CH₂–CH₂–OH (etilen glikol)
Kaynama Noktası Sıralaması (düşükten yükseğe): CH₃OH < C₂H₅OH < HO–CH₂–CH₂–OH
| Madde | Polar/Apolar | Hidrojen Bağı | Kaynama Noktası Eğilimi |
|---|---|---|---|
| H₂ | Apolar | Yok | En düşük (küçük molekül kütlesi) |
| CH₄ | Apolar | Yok | H₂’den biraz daha yüksek |
| C₂H₆ | Apolar | Yok | CH₄’ten daha yüksek (daha büyük kütle) |
| CH₃OH | Polar (H-bağı) | Var | Kıyasla yüksek |
| C₂H₅OH | Polar (H-bağı) | Var | CH₃OH’tan daha yüksek |
| HO–CH₂–CH₂–OH | Polar (2x H-bağı) | Var | En yüksek (iki –OH grubu) |
Özet: Apolarlar (H₂, CH₄, C₂H₆) kütle arttıkça biraz daha yüksek kaynama noktasına sahip olur. Hidrojen bağı yapanlar (CH₃OH, C₂H₅OH, HO–CH₂–CH₂–OH) ise çok daha yüksek kaynama noktalarına sahiptir.