Atomları Bir Arada Tutan Kuvvet Nedir?

Atomun en ilginç karakteristik özelliği, bileşik oluşturmak için öteki atomlarla bağ yapma ve birleşme özelliğidir. Dalton: bileşik atomların birleşmesi sonucu oluştukları keşfetmiş, ancak atomların birbirine nasıl bağlandıklarını açıklayamamıştır. Günümüzde elementlerin aynı tür atomlardan, bileşiklerin ise farklı tür atomlardan oluştuklarını ve bileşiklerin, kendini oluşturduğu elementlerden farklı özellikle gösterdiklerini biliyoruz.

Örneğin; sodyum ve klor atomlarından oluşan yemek tuzunun özellikleri, onu oluşturan sodyum ve klor elementinin özelliklerinden oldukça farklıdır. Ayrıca yemek tuzunun özellikleri; karbon, hidrojen ve oksijen elementlerinden oluşan çay şekerinin özelliklerinden de farklılık gösterir. Ancak yemek tuzu ile çay şekeri katı ve kristal yapılı olmak gibi kısmet benzer olan özellikleri de gösterebilir. Her iki bileşiğin temelde farklı olan kristal yapılarında atomlar çok düzeli bir şekilde birbirine bağlanarak kristal örgü içerisinde belirli bir konum alır. Bu maddeler, dışarıdan bir etki yapmadığı sürece seçim ve hacimlerini korur. Bu durum, her iki maddenin örgü yapısında atomların belli konumda kalıyor olmasından kaynaklanır. Eğer bu iki madde ayrı ayrı ısıtılırsa, çay şekeri düşük sıcaklıkta erir ve geride karbon bırakarak bozulur. Yemek tuzu ise yüksek sıcaklıkta (801^oC’ta) eriyerek sıvı hale geçer.

Dışarıdan verilen ısı enerjisiyle, bir zorlama sonucu, bu katılardaki düzenli örgü yapısının bozulması, atomları belirli bir örgü düzeninde bir arada tutan atomlar arası kuvvetlerin varlığını gösterir. Hatta, her iki maddede örgü yapısının farklı sıcaklıklarda bozulması, farklı katı maddelerdeki atomlar arası çekim kuvvetlerinin büyüklüklerinin de farklı olduğu açıklar. Bir başka ifade ile çay şekerinin kristal yapısına neden olan atomlar arası etkileşmeler, yemek tuzundakine göre daha zayıftır.

Yukarıda belirttiğimiz gibi yemek tuzu, iki farklı elementten, çay şekeri üç farklı elementten oluşur. Ancak her iki maddede örgü düzenlerini sağlayan kuvvetler, yani atomlar arası etkileşme kuvvetleri çok farklıdır.

Bununla beraber farklı tür ve sayıda atom, aralarında farklı kuvvetlerdeki etkileşimlerle birbirine sıkı biçimde bağlanarak belirli kümeler oluşturur.

Aynı ya da farklı cinsten atomların kuvvetli etkileşimlere kümeler halinde bir arada tutulmalarını sağlayan kuvvetlere kimyasal bağ denir.

Yüksek sıcaklıkta hidrojene atom halinde rastlanır. Ancak normal şartlarda hidrojen gazı, H₂ formülü ile gösterilen iki atomlu kümler halindedir. Bunun nedeni, yüksek enerjili ve kararsız olan hidrojen atomlarının daha az enerji ve kararlı olan H₂ kümeleri haline geçme eğilimidir. Bu eğilimin sonucu olarak, hidrojen atomları aralarında bağ  yaparak H₂ kümelerini oluşturur ve dışarıya bir miktar enerji verir.böylece hidrojen atomları daha az enerji ve kararlı hale geçer.

H_(g) + H_(g)  → H_2(g) + 432,6 kJ

Atomlar bağ yaparken açığa çıkan enerji, bu bağları kopararak molekülü atomlarına ayırmak için verilmesi gereken enerjiye eşittir. Bu enerjiye kimyasal bağ enerjisi denir.

Bir molekülde bağ enerjilerinin toplamının büyüklüğü, molekülün kararlılığının bir ölçüsüdür.

Kimyasal bağlarla bir arada duran bir atomlar kümesinin fiziksel ve kimyasal özellikleri, onu oluşturan her tür atomunkinden çok farklıdır. Kaldı ki bu özellikler o kümeye has ayırt edici özelliklerdir. Örneğin: canlılığın bir parçası olan su bileşiği, iki hidrojen ve bir oksijen atomunun bir araya gelmesinden oluşur. Hidrojen renksiz, kokusuz ve yanıcı bir gazdır. Oksijen ise yine renksiz, kokusuz ve yakıcı bir gazdır. İki hidrojen ve bir oksijen atomunun bir araya gelerek kuvvetli etkileşimlerle oluşturduğu su kümesi, oda sıcaklığında sıvı bir maddedir. Yanıcı yada yakıcı bir gazdır. Normal koşullarda su : 0^oC’ ta donan, 100^oC ta kaynayan bir maddedir. Bu özellikler suyun ayırt edici özellikleridir.

Asal gaz atomlarının değerlik orbitalleri, tamamen elektronlarla dolu ve değerlik elektronları çekirdeğe eşit uzaklıktadır. Bu durumda , asal gaz atomları küresel simetrik olup iyonlaşma enerjileri oldukça yüksektir. Bu yüzden asal gaz atomlarından elektron koparmak zordur. Ayrıca asal gaz atomlarının değerlik orbitalleri dolu olduğundan dışarıdan elektron alamaz. Bu durum, asal gaz atomlarına en az enerjili ve kararlı yapı sağlar. Diğer elemen atomları ise aralarında elektron alış verişi yaparak ya da elektron ortaklığı kuran elektron dizilişlerini asal gazların elektron dizilişine benzetir. Böylece bu  atomlar daha az enerjili, daha kararlı, nötr kümler haline gelir. Atomların elektron alış verişi ya da elektron ortaklığı yoluyla elektron dizilişlerini 1s² elektron dağılımlı He asal gazı elektron dizilişine benzetmelerine dublete varma denir. Elektron dizilişlerini ns² ns⁶ (n, herhangi bir enerji düzeyi numarasıdır.) elektron dizilişli Ne, Ar gibi asal gazların elektron dizilişlerine benzetmelerine ise oktete varma denir.

Atomların oktetlerini tamamlamaları için iki temel yol geçerlidir. Birinci yol, elektron kazanma veya kaybetme, ikinci yol ise elektronlarını paylaşmaktır. Atomlar, asal gaz yapısına ulaşmak için iki yoldan birini seçer. Bu farklı seçim sonucu atomlar  iyonik ya da kovalent bağ  yaparak kararlı yapı oluşturur. Kimyasal bağ oluşumunun gerçekleşmesinde iki temel faktör söz konusudur.

1. Atomların asal gaz yapısına ulaşabilme çabaları,
2. Karşıt yüklerin birbirlerini çekmesi.