Kovalent Bağ Nedir? Oluşumu ve Türleri

Kovalent bağın tanımı

Kovalent bağ, iki atom arasında elektronların ortaklaşa kullanılmasıyla oluşan kimyasal bağdır. Atomlar, bağ yapan elektron çiftini birlikte kullanır; bu elektronlar iki atomun çekirdeği tarafından aynı anda çekildiği için atomlar birbirine bağlanır. Kararlı moleküllerin atomlarını bir arada tutan temel kuvvetlerden biri kovalent bağdır.

Bir kovalent bağ oluşurken atomlar birbirine yaklaşır ve değerlik orbitalleri, yani dış enerji düzeyindeki elektronların bulunma bölgeleri, örtüşmeye başlar. Ortak elektronlar her iki çekirdeğin çekimini hisseder. Uygun bir uzaklıkta çekim ve itme kuvvetleri dengelenir ve sistemin enerjisi en düşük, yani daha kararlı olduğu duruma ulaşır. Atomlar bundan daha fazla yaklaşırsa çekirdekler ve elektronlar arasındaki itmeler artar; çok uzaklaşırlarsa ortak elektronların çekirdeklerle etkileşimi bağı sürdüremez.

Örneğin H2 molekülünde iki hidrojen atomunun birer elektronu ortaklaşa kullanılır ve iki atom arasında kovalent bağ oluşur. Bağın oluşması enerji açığa çıkarırken, bağı koparmak için enerji gerekir. Değerlik elektronları, atomun en dış enerji düzeyinde bulunan ve kimyasal bağ oluşumuna katılabilen elektronlardır.

Ortak elektron çiftiyle bağ oluşumu

Kovalent bağın ayırt edici özelliği, bağ elektronlarının tek bir atoma aktarılmaması; iki atom tarafından ortaklaşa kullanılmasıdır. Her atom bağ oluşumuna genellikle bir veya daha fazla elektron sağlar. Bu elektronlar bir çift hâlinde iki çekirdek arasındaki bölgede bulunur ve iki atomu birbirine bağlayan çekim kuvvetini oluşturur.

Mekanizma, atomik orbitallerin örtüşmesiyle açıklanabilir. Tek elektron içeren iki orbital birbirine yaklaştığında örtüşür ve elektronlar iki atomun çevresinde ortak bir bölgeyi kaplar. Ortak elektron çiftiyle iki pozitif çekirdek arasındaki çekim, elektron-elektron ve çekirdek-çekirdek itmeleriyle birlikte değerlendirilir. Çekim ve itme kuvvetlerinin dengelendiği, toplam enerjinin en düşük hâle geldiği uzaklıkta kararlı kovalent bağ meydana gelir. Örtüşme arttıkça bağ genellikle güçlenir.

H2 molekülünde her hidrojen atomu bir elektronunu ortak kullanıma sunar. Böylece iki hidrojen arasında bir ortak elektron çifti oluşur. Cl2 molekülünde de her klor atomu bir elektronunu paylaşır; iki atomun çevresinde ortak kullanılan elektron çifti bulunur. Kovalent bağın elektron ortaklaşmasıyla oluştuğunu göstermek için kullanılan ayrıntılı Lewis çizimleri ayrı bir konudur.

Kovalent bağın oluştuğu atomlar

Kovalent bağlar çoğunlukla ametal atomları arasında oluşur. Ametal atomları değerlik elektronlarını ortaklaşa kullanarak daha kararlı bir elektron düzenine ulaşabilir. Aynı tür ametaller arasında H2 ve Cl2 gibi moleküller oluşurken, farklı ametaller arasında HCl gibi bileşiklerde de kovalent bağ bulunur. Atomlar aynı olduğunda elektronları eşit paylaşma eğilimi vardır; farklı olduğunda ise elektron çifti atomlardan birine daha fazla yaklaşabilir.

Kovalent bağ, iyonik bağdaki gibi elektronun bir atomdan diğerine tamamen aktarılmasıyla ya da metalik bağdaki gibi elektronların çok sayıda metal atomu arasında serbestçe dolaşmasıyla açıklanmaz. İyonik ve metalik bağlarla ayrıntılı karşılaştırma başka bir başlıkta ele alınır. Birden fazla atom kovalent bağlarla bir araya geldiğinde molekül adı verilen kimyasal yapı oluşabilir; molekül kavramının ayrıntıları ayrı bir konudur.

Tekli, ikili ve üçlü kovalent bağlar

İki atom arasında paylaşılan elektron çifti sayısına göre kovalent bağlar tekli, ikili ve üçlü olarak sınıflandırılır. Tekli bağda bir ortak elektron çifti bulunur ve H–H gösteriminde iki atom arasındaki tek çizgi bu çifti temsil eder. İkili bağda iki, üçlü bağda ise üç ortak elektron çifti vardır. Bu nedenle bağ çizgilerinin sayısı, iki atom arasında ortak kullanılan elektron çifti sayısını gösterir.

Bağ yapan elektron çifti sayısı arttıkça aynı iki atom arasındaki bağ genellikle güçlenir ve bağ uzunluğu kısalır. Bu yüzden üçlü bağ, aynı atomlar arasındaki ikili bağdan; ikili bağ da tekli bağdan genellikle daha güçlü ve daha kısadır. Örneğin O2 molekülünde iki oksijen arasında ikili bağ, N2 molekülünde ise iki azot arasında üçlü bağ bulunur. Tekli bağlar bir sigma bağı içerir; ikili bağ bir sigma ve bir pi bağından, üçlü bağ ise bir sigma ve iki pi bağından oluşur. Bu bağ türlerinin ayrıntılı çizimi için Lewis yapılarına bakılır.

Polar ve apolar kovalent bağlar

Kovalent bağda elektronların iki atom tarafından eşit ya da eşitsiz çekilmesine göre apolar ve polar bağ ayrımı yapılır. Aynı tür atomların oluşturduğu bağlarda iki çekirdeğin elektronlara çekimi aynı olduğundan elektron çifti eşit paylaşılır. Böyle bir bağ apolar, diğer adıyla saf kovalent bağdır. H2 ve Cl2 moleküllerindeki bağlar apolar kovalent bağa örnektir.

Farklı tür atomların elektronegatiflikleri, yani bağ elektronlarını kendine çekme eğilimleri, aynı olmayabilir. Elektron çifti bir atom tarafından daha güçlü çekildiğinde elektron yoğunluğu o atoma doğru kayar ve polar kovalent bağ oluşur. Elektronları daha güçlü çeken atom kısmi negatif, diğer atom kısmi pozitif yük kazanır. Bu yükler tam iyon yükü değil, kısmi yüklerdir ve δ− ile δ+ sembolleriyle gösterilebilir. HCl molekülündeki H–Cl bağında elektronlar klor atomuna daha fazla yaklaştığı için klor kısmi negatif, hidrojen kısmi pozitif olur.

Bir bağın polar olması ile bütün bir molekülün polaritesi ve dipol momenti aynı konu değildir; molekül polaritesi ve dipol momenti ayrıca incelenir. Moleküller arası etkileşimler de kovalent bağdan farklı bir konu başlığıdır.