Etkinlik 2.8: Hidrojen Molekülünün Oluşumu
Aşağıda iki hidrojen atomunun çekirdekleri arasındaki mesafeye göre potansiyel enerjideki değişim grafiği verilmiştir. Grafiği inceleyerek aşağıdaki soruları cevaplayınız.
Soru 1: Birbirine 300 pm uzaklıktaki iki H atomu arasında etkileşim var mıdır? Nedenini açıklayınız.
Cevap:
300 pm uzaklıkta iki hidrojen atomu arasında etkileşim yoktur. Çünkü atom çekirdekleri bu mesafede birbirine çok uzaktır ve çekirdekler ile elektronlar arasında herhangi bir elektrostatik kuvvet oluşmaz. Bu nedenle sistemin potansiyel enerjisi sıfıra yakındır ve bağ oluşumu gerçekleşmez.
Soru 2: İki H atomu birbirine yaklaşırken hangi kuvvetlerin etkisindedir ve bu atomların potansiyel enerjileri nasıl değişir? Açıklayınız.
Cevap: İki hidrojen atomu birbirine yaklaşırken üç farklı türde kuvvet etkili olur:
- Elektron-elektron itme kuvveti: Elektron bulutları birbirini iter.
- Çekirdek-çekirdek itme kuvveti: Çekirdekler arasında itme kuvveti oluşur.
- Çekirdek-elektron çekme kuvveti: Bir atomun çekirdeği, diğer atomun elektronlarını kendine doğru çeker.
Başlangıçta çekme kuvvetleri baskındır ve atomlar yaklaştıkça sistemin potansiyel enerjisi azalır. Ancak, atomlar birbirine çok yaklaştığında itme kuvvetleri baskın hale gelir ve potansiyel enerji tekrar artmaya başlar.
Soru 3: İki H atomu arasındaki uzaklık 74 pm olduğunda itme ve çekme kuvvetleri atomların hangi tanecikleri arasında oluşmaktadır? Bu durum potansiyel enerjiyi nasıl etkilemektedir?
Cevap: 74 pm uzaklıkta:
- Çekme kuvvetleri: Çekirdek ve diğer atomun elektronları arasında oluşur.
- İtme kuvvetleri: İki çekirdek ve iki elektron bulutu arasında oluşur.
Bu mesafede çekme ve itme kuvvetleri dengelenir. Bu denge, potansiyel enerjinin en düşük seviyeye ulaştığı noktadır. Bu mesafe, kararlı bir bağın oluştuğu kovalent bağ uzunluğunu ifade eder ve atomlar bu mesafede kararlı bir yapıya ulaşır.
Soru 4: İki H atomu birbirine en yakın olduğu durumda hangi kuvvetlerin etkisindedir ve bu atomların potansiyel enerjileri nasıl değişir? Açıklayınız.
Cevap: Atomlar birbirine çok yaklaştığında:
- İtme kuvvetleri: Çekirdeklerin birbirini ve elektronların birbirini itmesi nedeniyle baskın hale gelir.
- Çekme kuvvetleri: Çekirdek-elektron etkileşimleri azalır.
Bu durumda potansiyel enerji artmaya başlar, çünkü itme kuvvetleri çekme kuvvetlerinden daha güçlüdür. Bu da atomların kararlı mesafede kalmasını engeller ve sistemi kararsız hale getirir.
Genel Açıklama
Hidrojen molekülü oluşurken atomlar arasındaki çekme ve itme kuvvetleri, bağın uzunluğunu ve kararlılığını belirler. 74 pm uzaklık, çekme ve itme kuvvetlerinin dengelendiği ve sistemin potansiyel enerjisinin minimum olduğu noktadır. Bu mesafe, hidrojen molekülü için ideal bağ uzunluğunu temsil eder ve atomlar bu mesafede kararlı bir şekilde bağlanır.