Molekül Nedir, Özellikleri Nelerdir?

Molekül, evrendeki tozlardan dağlara kadar bütün maddelerin yapıtaşıdır. Atomların bir araya gelmesi ile oluşur. Aslında hayatın ta kendisidir…

Molekül, aynı veya farklı cinslerdeki atomların bir araya gelmesi sonucu oluşan küçük yapılardır. Dünyadaki, gezegenlerdeki; kısaca evrendeki her şey moleküllerden oluşur. Uzaydaki tozlar bile… Yani bütün madde ve cisimlerin yapı taşları moleküllerdir. Bilim dünyasına göre ilk molekül 15 milyar yıl önce oluştu. Bu molekülün iki hidrojen atomunun birleşmesi ile oluştuğu varsayılıyor. Daha sonra oksijen atomunun da birleşmesi sonucu su molekülünün oluştuğu tahmin ediliyor. Yani, hayatın su molekülü ile başladığı kanısı hâkim.

Molekül Tanımları

Molekül ile ilgili farklı tanımlar bulunuyor. Farklı açılardan farklı yorumlar sebebiyle molekül tanımı da farklılaşabiliyor. Bu sebeple birçok kaynakta farklı bir molekül tanımı ile karşılaşabilirsiniz. Çünkü bilimde kelimeler genellikle tanım yoluyla değil kullanım bakımından anlam kazanır. Pratikte ve teorikte bütün tanımlar doğru.

Moleküllerin bilimi, kimyada mı yoksa fizikte mi olduğuna göre “moleküler kimya” veya “moleküler fizik” olarak adlandırılır. Moleküler kimya; kimyasal bağların oluşumuna ve kırılmasına neden olan moleküller arasındaki etkileşimi yöneten yasaları ele alır. Moleküler fizik ise, moleküllerin yapılarını ve özelliklerini yöneten yasaları inceler.

Bu bilgileri paylaştıktan sonra farklı kaynaklardaki farklı molekül tanımlarını aktaralım:

• Bir molekül, fiziksel ve kimyasal anlamda karakteristik özellikleri korunurken serbest halde tek başına bulunabilen, elektriksel olarak nötr bir atom grubudur.
  
• Kimyasal bağlarla bir arada tutulan iki veya daha fazla atomdan oluşan mevcut bir kimyasal bileşiğin en basit birimidir.
  
• Element ve bileşikleri oluşturarak özgül niteliklerini taşıyan en küçük birimdir.
  
• Birbirine bağlı gruplar halindeki atomların oluşturduğu bileşiklerin en küçük temel yapısıdır.
  
• Birkaç atomun birleşmesi ile oluşan birden fazla çekirdekli, elektronlu yapıdır.
  
• Bir bileşiği oluşturan atomların eşit oranlarda bulunduğu en küçük birimdir.
  
• Aynı yapıdaki iki atomun ya da farklı sayılardaki farklı atomların oluşturduğu bağlardır.
  
• Maddelerin özelliklerini ve biçimini kaybetmeden bölünebileceği en küçük parçadır.

Moleküllerin Özellikleri

Molekülleri oluşturan atomların yapıları ve dizilişleri kendilerine özgüdür. Az sayıdaki atomlardan oluşan moleküller “basit yapılı”, çok sayıda molekülden oluşan moleküller ise “karmaşık yapılı” olarak tanımlanır. Moleküllerin yapısında birden fazla atom vardır. Aynı tür atomların bir araya gelmesi ile element molekülleri oluşur. Bu moleküller de bir araya gelerek elementleri meydana getirir. Bir elementte aynı cins atomlar tek veya moleküller halinde bir arada bulunur. Farklı türdeki atomların bir araya gelmesi sonucu bileşik molekülleri oluşur. Bu moleküller de bir araya gelerek bileşikleri meydana getirir. Tüm bileşikler moleküllerdir; ancak tüm moleküller bileşik değildir.

Moleküller, oluşturdukları maddenin ısısı arttıkça ötelenme, dönme ve titreşim gibi hareketler yapar. Sıcaklık düştükçe sadece titreşim hareketi yaparlar ve madde katı halde bulunur. Moleküller katı ve sıvılarda birbirine bitişik haldedir. Gaz molekülleri ise serbesttir ve sürekli hareket halindedir. Bir molekül oluşturmak üzere bağlanan atomların sayılarının birbirine oranı sabittir. Bir molekülün molekül ağırlığı, molekülü oluşturan atomların atom ağırlığına eşittir.

Bazı maddelerin molekül yapıları ile ilgili şu bilgiler dikkatinizi çekebilir: Bir su molekülü; 2 hidrojen ve 1 oksijen olmak üzere 3 atomdan oluşur. Hidrojen peroksit molekülü; 2 hidrojen ve 2 oksijen atomundan oluşmaktadır. Kan proteini olan gamma globulin; hidrojen, oksijen, karbon ve azottan oluşan 4 farklı çeşitte 1996 atom içerir.

Moleküler Bağlar

Molekülleri oluşturan kimyasal bağlara “moleküler bağlar” adı verilir. Molekül atomları arasında oluşan bağlardır. Molekül atomları arasındaki bağlar, moleküller arasındaki bağlardan daha kuvvetlidir. Bir örnek vermek gerekirse; su molekülünün atomlarını bir arada tutan bağ, moleküler bağdır. Buz halindeki su moleküllerini bir arada tutan bağ ise, moleküller arası bağdır.

Moleküler bağlar; kovalent bağlar, iyonik bağlar ve metalik bağlar olarak üçe ayrılır.

Kovalent bağlar: Atomların arasındaki elektron paylaşımı sonucu oluşur. Bu bağı oluşturan her bir atom, elektron çiftine bir elektron sağlar. Başka bir tanıma göre, ortaya çıkan molekülü bir arada tutan ortak çekim gücüdür. Atomların dış yörüngelerinin dolması ile meydana gelir. Tüm organik maddelerin molekülleri kovalent bağla bir arada tutulmaktadır. Bazı inorganik maddelerin hidrojen, su, klor ve amonyak molekülleri de kovalent bağlıdır. Ametaller kolaylıkla kovalent bağı tercih eder. Bunun sebebi; ametallerde bir elektronun serbest kalması zordur. Bu nedenle benzer elektronegatifliğe sahip bir madde ile birleşme söz konusu olduğunda o elektronun paylaşılması tek seçenek haline gelir. Genellikle benzer elektronegatifliğe sahip atomlar arasında gerçekleşir. Kovalent bağın yönü, iyonik ve metalik bağların tersinedir.

Kovalent bağ ikiye ayrılır. İki aynı atomdan oluşan bağlara ise “apolar kovalent bağ” denir. Bu bağ türünde elektron çifti, her iki atoma eşit mesafede yer alır. İki farklı atomdan oluşan bağa ise “polar kovalent bağ” adı verilir. Bu bağda ise, elektronegatifliği yüksek olan atomun elektron yoğunluğu, elektronegatifliği az olan atoma göre daha fazla artar.

Farklı ve kuvvetli bir bağ türü olan hidrojen bağı da, oksijen ve azot gibi negatif elektrik yüklü atomlarla diğer negatif yüklü atomlara kovalent olarak bağlanmış hidrojen atomları arasında oluşan bağlardır. Hidrojen bağı, bağın bir hidrojen atomunu kapsamasından dolayı bu adı almıştır. İki farklı molekül birbirleriyle hidrojen bağı oluşturabilir. İyonik ve kovalent bağlardan daha güçsüzdür. Makromoleküller veya polimerler, kovalent bağlar sayesinde aynı küçük moleküllerin bir araya gelmesi sonucu meydana gelir. Elmas da, kuvvetli kovalent bağlardan dolayı dünyadaki en sert maddedir.

İyonik bağlar: Bir ya da birden fazla elektronun bir atomdan ayrılıp başka bir atoma bağlanması sürecinde negatif ve pozitif iyonların oluşması sonucu ortaya çıkan bağdır. Zıt yüklü iyonlar arasındaki elektrostatik kuvvetlere dayanan bir kimyasal bağ türüdür. Elektron verme ve alma eğilimindeki iki atom arasında elektron alışverişi oluşur. Bu alışveriş sonucunda elektron alan atom negatif iyon (anyon), elektron veren atom ise pozitif iyon (katyon) haline gelir. Bu şekilde aralarında elektrostatik bir çekme kuvveti oluşur. Ardından atomlar arasında iyonik bağlı bir bileşik meydana gelir. Diğer bir ifadeyle anyon ile katyon arasındaki çekim kuvvetidir. İki atom arasındaki elektronegatiflik farkı ne kadar fazlaysa oluşan bağ da o kadar iyoniktir.

İyonik bağlar, katı halde elektriği iletmez. Sulu çözeltilerde ve erimiş halde iyonlar ayrıldığı için elektrik iletebilirler. Kırılgan ve sert yapılıdır. Tel veya levha haline getirilemezler. En küçük bir baskı veya zorlamada kırılabilirler. Elektroliz edilebilirler. Oda sıcaklığında katı ve kristal halde bulunabilirler.

İyonik bağlar genellikle metallerle ametaller arasında gerçekleşir. Metaller, düşük elektronegatiflikleri sebebiyle bir elektron vererek katyon oluşturur. Ametal atomları ise, yüksek elektronegatiflikleri ile kolayca elektron alarak anyon oluşturabilir. Bu sebeple iki veya daha fazla iyon elektrostatik kuvvetlerin etkisiyle birbirlerini çekerek iyonik bağ oluşturur. İyonik bağlar, kovalent bağ ile hemen hemen aynı kuvvettedir. Hidrojen bağdan ise daha kuvvetlidir. Erime noktası yüksek bileşiklerin iyonik bağı kuvvetlidir. Tüm iyonik bağlar, kovalent ve metalik bağ özelliği taşır.

İyonik bağa bir örnek verecek olursak; yemek tuzu olarak bilinin sodyum klorür (NaCl), sodyum ve klor atomlarından oluşan bir iyonik bağdır.

Metalik bağlar: Basit bir tanımla, bir ya da daha fazla metal atomunu bir arada tutan bağdır. Atomların serbest elektronları paylaşımı sonucu oluşur. Fiziksel bir etkileşimdir. Metal atomları, valans bandında yüksek sayıda elektron içerir. Bu elektronlar, atomdan ayrılarak pozitif iyonun latisinin etrafını sararak bir elektron denizi oluştururlar. Oluşan negatif elektron denizi ile pozitif iyonlar arasında elektrostatik çekme kuvveti meydana gelir. Metal atomlarını bir arada tutan bu çekme kuvvetidir. Başka bir ifade ile metalik bağ; düzgün pozitif iyon yığını ile bu yığını çevreleyen negatif elektron denizi arasında ortaya çıkan kimyasal bir bağ türüdür. Metallerin elektrik ve ısı iletkenliği, sünekliği, dövülebilirliği, işlenebilirliği, dayanıklılığı ve parlaklığı gibi birçok özelliği metalik bağlar sonucu ortaya çıkar. Metallerin yüksek erime ve kaynama noktaları da metalik bağlarla ilişkilidir.

(Bir yağ molekülü...)

Bunları Biliyor Musunuz?

• Bir molekül o kadar küçüktür ki, elektro mikroskoplar dışında görülmesi neredeyse imkânsızdır.
  
• Bir maddenin hali, moleküller arasındaki boşluk miktarına göre değişir. (Katı, sıvı, gaz hali)
  
• Su, oksijen, hidrojen, karbondioksit, karbon monoksit, iyot molekülleri, az sayıda atomdan oluşan basit yapılı; şeker, karbonhidrat, yağ ve proteinler çok sayıda atomdan oluşan karmaşık yapılı moleküllerdir.
  
• Bir oksijen molekülü, iki oksijen atomundan oluşur. Çok sayıda oksijen molekülü de, oksijen elementini oluşturur.
  
• Su bir bileşiktir ve farklı türdeki iki hidrojen ve bir oksijen atomunun bir araya gelmesi sonucu oluşan su molekülleri, su bileşiğini meydana getirir.
  
• Bir damla suda on milyonlarca su molekülü bulunur.
  
• Bir molekülün büyüklüğü kum tanesi kadar olsaydı, kalem ucunun uzunluğu 800 metre olurdu.
  
• Bir molekülde en az 2 en fazla 200 bin atom bulunur. Protein moleküllerinde 100 bin ila 200 bin arasında değişen sayıda atom bulunur.
  
• Bir molekülün atomları ayrılırsa cisim özelliğini kaybeder, başka bir cismin molekülü haline gelir.
  
• Basınç, moleküllerin bulundukları kabın çeperlerinde çarpması sonucu oluşur. Gazların basıncı bu sebeple ortaya çıkar.
  
• Bazı sıvılar konuldukları kap dik olsa bile kabın dışına akabilir. Bu durum, sıvının karmaşık ve hareketli molekül yapısı ile ilgilidir.