Skip Navigation

Bölüm 4, Ders 4:

Enerji Seviyeleri, Elektronlar ve Kovalent Bağ

Temel Kavramlar

  • Bir atomun en dış yörüngesi “valans yörüngesi” olarak adlandırılır. Valans yörüngesinde bulunan elektronlara da “valans elektronları” adı verilir.
  • Valans elektronları bir elementin diğer elementler ile kimyasal olarak nasıl etkileştiğini kararlaştırır.
  • Bir atomun çekirdeği başka bir atomun valans elektronlarını çekerek atomları birbirine bağlar.
  • Birbirini çekerek bir araya gelen atomların elektronları her iki atomun çekirdeği tarafından çekilerek “paylaşılır”.
  • Atomlar arasındaki elektronların paylaşımı “Kovalent bağ” olarak adlandırılır. Kovalent bağ sonucu atomlar molekül olarak birbirlerine bağlanır.
  • Eğer her iki atomdaki çekimler yeterince güçlüyse ve dış enerji seviyesinde bir elektron için boş yer varsa kovalent bağ oluşur.
  • Atomlar kovalent bağlanarak dış enerji seviyelerini doldurarak kararlı hale geçerler.
  • Kovalent olarak birbirlerine bağlanan atomlar(molekül), tek başına bulunan atomlara göre daha karalıdır.

Özet

Öğrenciler enerji seviyesi modellerini kullanarak kovalent bağ olaylarını inceleyecekler ve bunula ilgili animasyonlar izleyecekler. Ayrıca, H2 (hidrojen), H2O (su), O2 (oksijen), CH4 (metan) ve CO2 (karbon dioksit) gibi moleküllerin kovalent bağlanma biçimlerini inceleyecekler.

Amaç

Öğrenciler iki atomun protonları ve elektronları arasındaki çekimi açıklayabilecek ve H2 (hidrojen), H2O (su), O2 (oksijen), CH4 (metan) ve CO2 (karbon dioksit) gibi moleküllerin kovalent bağlanma biçimlerini çizebilecekler.

Değerlendirme

Etkinlik sayfası, her biri 5E kuramı ders planının “değerlendirme” bileşeni olarak hizmet verecektir. Etkinlik sayfaları öğrencinin anlamasını ve gelişmesini sağlayan biçimlendirici değerlendirmelerdir. Çok resmi olan Özetleyici değerlendirme her bölümün sonunda yer almaktadır.

Güvenlik

Öğrencilerin gözlük taktığından emin olun

Her grup için Malzemeler

  • 9-voltluk pil
  • 2 adet iki taraflı kıskaç (timsah ağzı) kablo
  • 2 adet her iki tarafı da soyulmuş kurşun kalem
  • Su
  • Tuz
  • Şeffaf plastik bardak
  • Bant

Ders Hakkında

Bu ders muhtemelen 1 ders süresinden daha fazla sürecektir.

  1. GİRİŞ - ENGAGE

    Kovalent bağ sürecini tanıtmak için bir animasyon gösterimi

    Öğrencilere bu derste araştırma yapacakları soruyu sorun.

    Atomların elektron ve proton sayıları eşitse neden başka atomlarla bağ yapıyorlar? Neden sadece ayrı kalmıyorlar?
    Bu soruyu cevaplamak için hidrojeni örnek olarak kullanın.

    Animasyon yansıtma (Hidrojendeki Kovalent Bağ)

    Her hidrojende 1 proton ve 1 elektron olduğunu öğrencilerin gördüğünden emin olun. Elektronların ve protonların birbirlerini çektiğini öğrencilere açıklayın. Eğer atomlar birbirlerine yeterince yakın olursa, Hidrojen atomundaki elektron bir başka hidrojen atomundaki proton tarafından çekilir. (ok ile gösterilmektedir). Hidrojen atomlarındaki elektronların konumu çekirdekteki protonlardan uzak ise, protonlar elektronları yeterince güçlü çekmez. Fakat atomlar birbirlerine yaklaştığında protonlardaki çekim her iki atomdaki elektronu çekmek için yeterince güce sahip olur ve elektronlar protonlar tarafından çekilerek birbirine yaklaştırılır, böylece elektronlar her iki atom tarafından paylaşılmış olur. Animasyon sonunda, hidrojen atomları H2 molekülü olarak birbirine bağlanacaktır. Bu bağ türüne Kovalent bağ denir. Kovalent bağda, elektronlar atomlar tarafından “ortaklaşa” kullanılır.

  2. AÇIKLAMA - EXPLAIN

    Kovalent bağlanma için gereken koşulları ve Kararlı molekül formunu tartışma

    Görüntü yansıtma (Hidrojendeki Kovalent bağ)

    Bu dersin sonunda Öğretmen arkaplan ekinde bağlar hakkında daha fazla bilgi bulabilirsiniz.

    Not: Kovalent bağın bu modelinde başlangıçta tek tek ayrılmış 2 hidrojen atomunun birbirine bağlanmasıyla hidrojen molekülü (H2) oluşmuştur. Aslında hidrojen atomları hiçbir zaman tek tek bulunmazlar, onlar daima bir şeylerle bağ yapmış durumdadır. Konunun daha iyi anlaşılması için, hidrojen atomunun bağ kırılması gösterilmeyip, iki atom arasındaki Kovalent bağ olayına odaklanılmıştır

    • İki hidrojen atomu birbirine yaklaşır.
    • Hidrojen atomları birbirine yaklaşınca, elektronlar ile diğer atomun protonu birbirini çeker.
    • Her iki atom arasındaki çekim eşit güçte olduğu için, elektronlar her iki atomun dış enerji seviyesinin bulunduğu boş bir alanda buluşur, böylece atomlar elektronları ortak kullanır. Bu olaya Kovalent bağ denir

    Öğrencilere açıklayın: İki hidrojen atomunun bir molekül oluşturabilmesi için iki neden vardır:

    • Hidrojen atomunun elektronları arasındaki çekim başka bir atomun protonları tarafından çekilebilecek güçte olmalıdır.
    • Her iki atomun dış enerji seviyesinde yeterli boşluk olmalıdır.

    Hidrojen atomları bağ yaparken, elektronlar protonlara yaklaşır ve her iki atomun ortak olduğu bir dış enerji seviyesi boşluğunda buluşur. Elektronlar protonlara daha yakın olduğu için, bağ yapmış iki hidrojen atomu, bağ yapmamış hidrojen atomlarından daha kararlıdır. Bağ yapımına katılan atomların bağ yapmadan önceki enerjileri, bağ yaptıktan sonraki enerjilerden daha fazladır. Bu nedenle kovalent bağ oluşumu sırasında bir kısım enerji açığa çıkar. Açığa çıkan enerjide bağa kararlılık kazandırır.

    Hidrojen atomu kararlı olabilmek için bağ yapar. Bu nedenle bir hidrojen atomuyla bağ yaparak hidrojen gazını (H2), oksijenle bağ yaparak suyu (H2O), karbonla bağ yaparak metanı (CH4) veya başka atomlarla bağ yaparak farklı molekülleri oluşturur.

  3. İki hidrojen atomu birbirine bağlanırsa, dış enerji seviyesi dolar.

    Öğrenciler ders 3’te dağıtılan 1–20 arasındaki elementlerin enerji seviyelerini gösteren periyodik tablo ’ya bakacaklar.

    Öğrencilere açıklayın: Hidrojen molekülündeki (H2) iki elektron her iki hidrojen atomuna da “ait” olabilir. Bu, her bir hidrojen atomunun ilk enerji seviyesinde iki elektrona sahip olduğu anlamına gelir. Hidrojenin ilk enerji seviyesi, hidrojenin dış enerji seviyesidir ve sadece iki elektron "tutabilir". Atomlar dış enerji seviyelerini doldurana kadar kovalent olarak bağlanmaya devam edecektir. Bu aşamada hidrojen atomları kovalent bağlanıp son yörüngelerini doldurdukları için atomlar hidrojen molekülüne (H2) kovalent olarak bağlanamayacaktır.

  4. Öğrencilerin etkinlik sayfalarındaki hidrojen molekülündeki kovalent bağları açıklaması ve soruları cevaplaması

    Her öğrenciye bir etkinlik sayfası dağıtın.

    Öğrenciler kovalent bağ olayını açıklamak için her resmin altına kısa yazılar yazmalı ve ilk üç soruyu cevaplamalıdır. Etkinlik sayfasının geri kalan kısımlarını talimatınıza bağlı olarak, sınıfça, grupça veya tek tek cevaplayacaklar.

    Öğrencilere sorun:

    İkinci ve üçüncü resimde kovalent bağı açıklayın.
    Merkezde: İki hidrojen atomu birbirlerine yeterince yaklaştığında, elektron ile başka atomun protonu birbirini çeker.
    Yörüngede: Bu çekimle atomları birbirine daha çok yaklaşır ve elektronlarını paylaşır
    Atomların birbirlerine kovalent olarak bağlanabilmesi için ne gereklidir?
    Atomlar arasında kuvvetli bir çekim olmalı ve atomların en dış yörüngesinde elektronlar için boşluklar olmalıdır.
    Hidrojen molekülü (H2) neden hidrojen atomlarından daha kararlıdır?
    Atomlar kararlı hale geçebilmek için son yörüngelerini tamamlamak isterler. Hidrojen atomunun yörüngesinde 1 elektron bulunur, kararlı hale geçmek için 2 elektron yapmak ister. Hidrojen molekülü son yörüngesini 2 elektronla tamamladığı için hidrojen atomlarından daha kararlıdır.
    Neden hidrojen atomları H2 molekülü yapar da H3 molekülü yapmazlar?
    İki hidrojen atomu elektronlarını paylaştığında dış enerji seviyelerini tamamlamış olurlar, bu nedenle üçüncü bir hidrojen atomuna daha gerek duymazlar.

    Öğrencilere açıklayın: Dış enerji seviyesi tamamlandığında, elektronların başka atomlarla paylaşılmamasının iki nedeni vardır

    1. Birbirlerini çekerek H2 molekülünü oluşturan atomlar, bir sonraki atomun elektronu çekmek için yeterince güçlü değildir.
    2. H2 molekülünde çekirdeğe yakın ve yan yana konumlanmış elektronlar, yeni bir atomla bağ yapmak için birbirlerinden uzaklaşması gerekir. Bu olasılıklar her iki molekülü de daha az kararlı kılacağı için bunu yapmayacaklardır.

  5. Su molekülündeki kovalent bağ olayının tartışılması

    Görüntü Yansıtma (Sudaki kovalent bağ)

    “play” düğmesine basarak, iki hidrojen atomunun oksijen atomuna nasıl bağlandığına dikkat çekin.

    Öğrencilere Sorun:

    Bir atom farklı bir atom tarafından çekilebilir mi?
    Öğrenciler her bir atomdaki elektronların başka atomlardaki protonları çekebildiğini düşünebilmelidir.

    Animasyonda oksijen protonu ile hidrojen atomlarının elektronları arasındaki çekim gösterilmiştir. Aynı şekilde hidrojen protonu oksijenin elektronlarını çekmektedir. Böylece oksijen atomu ve hidrojen atomları birbirine yaklaşmaktadır.

    Öğrencilere açıklayın: Elektronlar kovalent bağlanarak hidrojen ve oksijen atomları tarafından paylaşılmıştır. Bu bağlanma oksijen ve hidrojen atomlarını bir arada tutar ve H2O molekülünü oluşturur. Molekülün oluşması için iki yöndeki çekimin yeterince güçlü olması ve atomların dış enerji seviyesinde elektronların yerleşebileceği boşlukların olması gerekir.

    Hidrojen ve oksijen atomu birbirlerine yaklaştığında, protonlar ve elektronlar arasında çekim oluşur ve atomlar birbirine bağlanarak su molekülünü oluşturur. Bu bağlanma hidrojen ve oksijen molekülünü daha kararlı yapar.

    Öğrenciler hidrojen atomları ve oksijen atomu arasında paylaşılan iki elektronun her iki atoma da “ait” olduğunu düşünmelidir. Her bir hidrojen atomunun paylaşılan elektronları oksijen atomlarının 8 elektron olarak dış enerji seviyelerini doldurmuştur. Ayrıca hidrojen atomlarının da dış enerji seviyesi 2 olarak dolmuş ve tamamen dolmuştur.

    Görüntü yansıtma (Sudaki kovalent bağ)

    Animasyondaki kovalent bağ olaylarını öğrencilerle birlikte inceleyin.

  6. Öğrencilerin etkinlik sayfasında su moleküllerinin kovalent bağlanmasını açıklaması

    Öğrencilere her bir resimdeki su moleküllerinin kovalent bağlanmasını kısaca açıklayın

    • İki hidrojen atomu ve bir oksijen atomu birbirine yaklaşır.
    • İki hidrojen atomu bir oksijen atomuna yeterince yaklaştığında, elektronlar ve başka atomun protonları birbirlerini çeker.
    • Her iki atomdaki çekim yeterli güçteyse ve atomların dış enerji seviyelerinde elektronlar için yeterli boşluk varsa atomlar birbirine bağlanarak elektronlarını ortak kullanır. Bu olaya kovalent bağ denir.

    Not:Bir su molekülünün kovalent bağ modeli 1 oksijen atomu ve 2 hidrojen atomundan oluşur. Aslında, bu atomlar hiçbir zaman tek tek bulunmazlar, onlar daima bir şeylerle bağ yapmış durumdadır. Konunun daha iyi anlaşılması için, hidrojen ve oksijen atomlarının bağ kırılması gösterilmeyip, iki atom arasındaki Kovalent bağ olayına odaklanılmıştır.

    Öğrencilere Sorun:

    Neden hidrojen atomları oksijen atomuna katılıp (H20) molekülü yapar da H3O molekülü yapmazlar?
    Dış enerji seviyesi tamamlandığında, elektronların başka atomlarla paylaşılmamasının iki nedeni vardır.
    1- Birbirlerini çekerek H2O molekülünü oluşturan atomlar, bir sonraki atomun elektronu çekmek için yeterince güçlü değildir.
    2- H2O molekülünde çekirdeğe yakın ve yan yana konumlanmış elektronlar, yeni bir atomla bağ yapmak için birbirlerinden uzaklaşması gerekir. Bu olasılıklar her iki molekülü de daha az kararlı kılacağı için bunu yapmayacaklardır.

  7. KEŞFETME - EXPLORE

    Öğrencilerin su moleküllerindeki kovalent bağları kırmak için elektroliz kullanmaları

    Öğrencilere açıklayın: Elektrik enerjisi su moleküllerindeki hidrojen ve oksijen atomlarındaki kovalent bağları kırar. Daha sonra iki hidrojen atomu birbirine bağlanarak hidrojen gazını (H2) ve iki oksijen atomu birbirine bağlanarak oksijen gazını (O2) oluşturur.

    Gösteri deneyi yapabilirsiniz veya aşağıdaki linkteki elektroliz videosunu izletebilirsiniz Video Elektroliz.

    Araştırma Sorusu

    Su moleküllerindeki kovalent bağlar kırıldığında oluşan ürünler nelerdir?

    Her grup için Malzemeler

    • 9-voltluk pil
    • 2 adet iki taraflı kıskaç (timsah ağzı) kablo
    • 2 adet her iki tarafı da soyulmuş kurşun kalem
    • Su
    • Tuz
    • Şeffaf plastik bardak
    • Bant

    Uygulama

    1. İki kalemin arasına 9 voltluk pili yerleştirin.

    2. Grup arkadaşınızın yardımı ile pilleri ve kalemleri birbirine bantlayın.

      Kurşun kalemin sudaki uçlarında baloncuklar oluşacak. Bu baloncuklar yükselerek sudan dışarı çıkacaktır. Öğrenciler bu baloncukların atomların birleşmesiyle oluşan gaz molekülleri olduğunu bilmesi gerekir. Gaz formdaki küçük baloncuklar hidrojen moleküllerini, büyük baloncuklar oksijen moleküllerini oluşturmaktadır. Hidrojen gazı oksijen gazına göre daha çok baloncuk oluşturmaktadır..
    3. Bir plastik bardağın ½ sine kadar su doldurun.
    4. Bir çay kaşığının yarısına tuz koyup, bardaktaki su ile çözünene karıştırın.
    5. Pilin ince ucuna kıskaç kabloyu monte edin.
    6. Pilin geniş ucuna diğer kıskaç kabloyu monte edin.
    7. Pilin ince kısmına monte edilmiş, kıskaç kablonun diğer ucunu kalemin kurşunu ile birleştirin.
    8. Pilin geniş kısmına monte edilmiş, kıskaç kablonun diğer ucunu boşta kalan öteki kalem ile birleştirin.
    9. Kalemleri suya yerleştirin ve gözlemleyin.

    Beklenen Sonuçlar

    Kurşun kalemin sudaki uçlarında baloncuklar oluşacak. Bu baloncuklar yükselerek sudan dışarı çıkacaktır. Öğrenciler bu baloncukların atomların birleşmesiyle oluşan gaz molekülleri olduğunu bilmesi gerekir. Gaz formdaki küçük baloncuklar hidrojen moleküllerini, büyük baloncuklar oksijen moleküllerini oluşturmaktadır. Hidrojen gazı oksijen gazına göre daha çok baloncuk oluşturmaktadır.

    Not: Hidrojen ve oksijen gazı oluştuğunda kalemin ucunda baloncuklar oluşacaktır. Öğrencilerin suyun kaynadığı gibi yanlış bir yanılgıya düşmediklerinden emin olun. Kaynama olayında, su moleküllerindeki atomlar birbirlerinden ayrılmaz (parçalanmaz) fakat elektroliz olayında, atomlar birbirlerinden ayırılır (parçalanır).

  8. Öğrenci gözlemlerini tartışın

    Öğrencilere sorun:

    Yapılan deneyde oluşan baloncuklar neyden oluşmaktadır?
    Hidrojen gazı (H2) ve oksijen gazı (O2)
    Hidrojen gazı neden oksijen gazına göre daha çok baloncuk oluşturmuştur?
    Her bir su molekülü 2 hidrojen ve 1 oksijen atomundan oluşmuştur. Bir su molekülü parçalandığında iki hidrojen ve bir oksijen atomu oluşur. İki hidrojen atomu bir araya gelerek hidrojen gazı (H2) molekülünü oluşturur. Ortamda sadece 1 oksijen atomu olduğu için molekül oluşmayacaktır. Bir sonraki su molekülünün parçalanmasıyla tekrar 2 hidrojen atomu birbirleriyle bağ yaparak hidrojen gazını oluşturur ve ortamda 1 oksijen atomu daha olduğu için iki oksijen atomu da birbirleriyle kovalent olarak bağlanıp oksijen gazını (O2) oluşturacaktır.

  9. DERİNLEŞTİRME- EXTEND

    Öğrencilerin atomların birleşerek nasıl karbon dioksit, metan ve oksijen moleküllerini oluşturduğunu anlaması

    Bu derste su moleküllerinin ve hidrojen moleküllerinin kovalent olarak bağlandığını öğrencilere hatırlatın. Yaygın olarak kullanılan diğer üç maddenin kovalent olarak bağlanmış şekillerini inceleyeceğinizi öğrencilerinize söyleyin. Aynı cins iki atomun arasında oluşan bağa “apolar kovalent bağ” farklı cins atomlar arasında oluşan bağlara “polar kovalent bağ” denir.

    Animasyon yansıtma (Oksijen arasındaki çift bağ)

    Öğrencilere açıklayın: Havada bulunan oksijen molekülü iki oksijen atomunun kovalent olarak bağlanmasıyla oluşmuştur. Bu animasyon iki oksijen atomu arasındaki kovalent bağları göstermektedir. Her bir oksijen atomu 6 valens elektrona sahiptir. Oksijen atomları birbirine yaklaştığında, çekirdek tarafından en son yörüngedeki elektronlar çekilir. Böylece iki elektron iki oksijen atomu tarafından paylaşılır. Bu olay "ikili bağ" olarak adlandırılır.

    • Her bir oksijen atomunun dış enerji seviyesinde 6 valans elektronu vardır.
    • İki oksijen atomu birbirine yaklaştığında, her iki atomun çekirdeği dış yörüngedeki iki elektronu çeker.
    • Böylece, iki elektron her iki oksijen atomu tarafından paylaşılmış olur. Bu olaya çifte bağ veya ikili bağ denir.

    Görüntü yansıtma (Çift bağ oksijen II)

    Resim yansıtma (Metanın Kovalent bağlanması)

    Öğrencilere sorun:

    Metan molekülünü yapmak için, 4 hidrojen atomu ve 1 karbon atomu kovalent olarak bağlanacaktır. Son moleküldeki atomlar için, protonlar ve elektronlar arasındaki çekim ve dış enerji seviyelerindeki elektron sayıları hakkında bilgi verin.
    Atomlardaki protonlar başka atomlardaki elektronları çeker, böylece atomlar bir araya gelir. Atomlar dış enerji seviyelerini tamamlayıp kararlı hale gelene kadar bu devam eder.

    Resim yansıtma (Karbon dioksitteki kovalent bağ)

    Öğrencilere sorun:

    Karbon dioksit molekülünü yapmak için, 2 oksijen atomu ve 1 karbon atomu kovalent olarak bağlanacaktır. Son moleküldeki atomlar için, protonlar ve elektronlar arasındaki çekim ve dış enerji seviyelerindeki elektron sayıları hakkında bilgi verin.
    Atomlardaki protonlar başka atomlardaki elektronları çeker, böylece atomlar bir araya gelir. Atomlar dış enerji seviyelerini tamamlayıp kararlı hale gelene kadar bu devam eder.