Kimyada, moleküllerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini anlamak için apolar ve polar maddeleri belirlemek önemlidir. Apolar maddeler, polar maddelerin aksine, elektrik yükünü taşımayan veya taşıyan ancak kutuplaşmayan moleküllerdir. Örnek olarak yağlar, hidrokarbonlar ve etanol verilebilir.
Polar maddeler ise elektrik yüklerini taşıyan ve polar olan moleküllerdir. Bu moleküller, yüklerinin dağılımı ile kutuplaşır ve oksijen, hidrojen gibi atomlardan oluşan moleküller genellikle polar olarak kabul edilir. Örnek olarak su, asetik asit ve etil alkol verilebilir.
Polarlık, molekülün farklı yüzeylerindeki elektrik yüklerinin dağılımıyla belirlenir ve belirli ölçütleri vardır. Bu polarlığı belirleyen ölçütler elektronegatiflik, molekül yapısı ve diğer etkilerdir. Suda çözünürlük, polarize ışık ve dansit ölçümü gibi yöntemler de apolar ve polar maddelerin ayrımında kullanılır.
Apolar Maddeler
Apolar maddelerin özellikleri polar maddelerden farklıdır. Apolar maddeler, elektronegatiflik değerleri düşük olan elementlerle oluşan bileşiklerdir. Bu nedenle, polar moleküllerde bulunan yüksek elektronegatiflik değeri yoktur.
Apolar moleküllerde, elektron çiftleri eşit olarak paylaşıldığından, molekülün tamamen simetrik bir yapısı vardır. Örneğin, hidrokarbonlar (metan, etan, propan vb.) gibi organik bileşikler apolardır. Diğer bir örnek de lipitlerdir, yağlarda bulunan yağ asitleri apolar moleküllerdir.
Apolar moleküllerin suda çözünürlükleri düşük olduğu için yağ, gaz ve petrol gibi maddelerde yaygın olarak kullanılırlar.
Polar Maddeler
Polar maddeler, farklı elektronegatiflik değerlerine sahip atomlar arasında oluşan ve dipolmomenti olan moleküllerdir. Bu moleküllerin özellikleri arasında yüksek kaynama ve erime noktaları, su ile yüksek oranda etkileşim, yüksek elektrik iletkenliği yer almaktadır. Polar maddelerin diğer bir özelliği, kutuplaşmış yapılarından dolayı, bazı atomlarla etkileşim kurarak güçlü bağlar oluşturabilmesidir. Bazı tipik örnekleri arasında su, asetik asit, alkol ve glikol yer alır. Su, polar olduğu için birçok canlı türü için hayati önem arz etmektedir. Su, diğer polar moleküllerle kolaylıkla etkileşim kurup onları çözebildiği için, çözücü olarak kullanılmaktadır.
Polarlık Ölçütleri
Polarlık, moleküllerin farklı uçları arasındaki elektron yoğunluğu farklılığından kaynaklanır. Bu fark, maddenin yüzeylerinin ıslanıp ıslanmaması veya suyla etkileşip etkileşmemesi gibi kimyasal özellikleri belirler. Polarlığı belirleyen ölçütler arasında elektronegatiflik ve molekülün yapısındaki simetri veya asimetri yer alır. Elektronegatiflik, molekül içindeki bir atomun elektronları çekme kabiliyetini ifade eder. Polarity üzerindeki etkisi, bir moleküldeki farklı atomlar arasındaki elektronegatiflik farklarına bağlıdır. Asimetrik bir molekül yapısı, molekülün polar olmasına neden olur.
Elektronegatiflik
Elektronegatiflik, bir atomun elektronları kendisine çekme gücüdür. Bu kavram, maddelerin polarlığı üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir. Elektronegatifliği yüksek olan atomlar diğer atomların elektronlarını kendine çekerler ve bu da molekülün polarlığını artırır. Örneğin, su molekülü; oksijen atomu, hidrojen atomlarından daha fazla elektronegatifliğe sahip olduğu için polar bir yapıdadır. Bu, suyu yüksek yüzey gerilimli ve manyetizmasal yapan özelliklerin nedenidir. Elektronegatifliği az olan atomlar ise apolar yapıdadır ve moleküller arasındaki bağlar zayıftır.
Asimetrik Yapı
Molekül yapısı, polarlık üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Asimetrik yapılı moleküller, farklı kutuplara sahip olduğu için polar moleküllerdir. Bu moleküllerde, atomların elektron çiftleri arasında farklılıklar olduğu için, bir ucu pozitif, diğer ucu negatiftir. Bu da molekülün suyla etkileşimini artırır ve su ile daha iyi karışır. Örneğin, bir su molekülü polardır ve onun gibi bir molekül olan etanol, asimetrik yapısı nedeniyle sudaki maddelerle daha kolay etkileşim kurabilir. Ancak, asimetrik yapıya sahip olmayan yağ ve yağlı maddeler suyla etkileşim kurmadığı için, apolar maddelerdir.
Örnek Uygulamalar
Polar ve apolar maddeler, günlük hayatta sıklıkla karşımıza çıkan maddelerdir ve birçok alanda kullanılırlar. Apolar maddeler arasında petrol, yağ, kuru temizleme solventleri ve gazlar bulunur. Bu maddeler, su ile karışmazlar ve su bazlı sistemlerde kullanılmazlar.
Polar maddelerin örnekleri arasında ise; su, etanol, asetik asit ve benzen gibi maddeler yer alır. Bu maddeler, su bazlı sistemlerde kullanıldığı gibi çamaşır deterjanları, saç şampuanları gibi kozmetik ürünlerde de kullanılır.
Başka bir örnek olarak, apolar maddelerin içinde bulunduğu yağlar, gıda sektöründe sıkça kullanılırken, polar maddelerin içindeki sıvılar, ilaç ve kozmetik sektöründe kullanılır. Ayrıca, apolar maddeler polimer endüstrisi için önemliyken, polar maddeler ise ilaç endüstrisi için önemlidir.
Tablo kullanarak başka bir örnek verecek olursak, apolar maddeler arasında bulunan gazlar, ısıtma amaçlı kullanılırken, polar maddelerin örnekleri arasında yer alan alkol ve asetik asit ise çözücü olarak kullanılır.
Her maddenin özellikleri kullanım alanlarını belirler ve polar veya apolar olmaları bu kullanım alanlarının belirlenmesinde büyük bir öneme sahip olur.
Ayrım Yöntemleri
Apolar ve polar maddeler ayrımı birçok alanda karşımıza çıkabilir. Bu nedenle, birçok farklı yöntem kullanılarak bu maddelerin farklılıkları belirlenebilir. Suda çözünürlük, apolar maddelerin su ile olan etkileşimi nedeniyle ayırt edilmesine yardımcı olabilir. Polarize ışık, polar moleküllerin birçok yüzeyinde çift kırılma özelliklerinden faydalanarak, polaritesini belirlemek için kullanılabilir. Dansite ölçümü, apolar moleküllerin su ile karışmama özelliğine dayanan bir yöntemdir. Oldukça hassas bir ölçüm yöntemi olduğu için, başka yöntemler kadar yaygın kullanılmaz. Bu yöntemler, polar veya apolar maddelerin tanımlanması için oldukça önemli yöntemlerdir.
Suda Çözünürlük
Suda çözünürlük, kimya’da apolar ve polar maddelerin ayrımına yardımcı olan yöntemlerden biridir. Polar moleküller, su molekülleri ile etkileşime girerek süspansiyona dönüşür ve su içinde çözünür. Diğer taraftan, apolar moleküller, su molekülleri ile etkileşime girmezler ve su içinde çözünmezler. Örneğin, yağlar apolar moleküllerdir ve su içinde çözünmezler. Suda çözünmeyen maddelerin varlığı, suda bulanıklığa neden olur ve ayrım yapmamızı sağlar. Bu nedenle, suda çözünürlük, apolar ve polar maddelerin ayrımı yapmak için önemli bir araçtır.
Polarize Işık
Polarize ışık, kırınım özellikleri sayesinde apolar ve polar maddelerin farklılıklarının belirlenmesinde kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemde, polarize ışık kaynağına gönderilir ve apolar maddelerde polarizasyon olmadığından ışık doğru bir şekilde geçiş yapar. Ancak polar maddelerde polarizasyon olduğundan ve bu ışınların kırılması sonucu polarizasyon düzlemi değiştiğinden ışık geçişi etkilenir. Bu nedenle, polarize bir ışık kaynağı kullanarak bir örneği aydınlatarak polarize filtreleri ile gözlem yaparak apolar ve polar maddelerin ayrımı yapılabilmektedir.
Dansite Ölçümü
Dansite ölçümü, bir maddenin yoğunluğunu belirlemek için kullanılır. Bu ölçüm, bir maddenin polar veya apolar olup olmadığını belirlemek için de kullanılabilir. Çünkü polar maddeler, daha yüksek yoğunluğa sahip olma eğilimindedirler. Dolayısıyla, polar bir madde, apolar bir maddeye göre daha yüksek bir dansiteye (yoğunluğa) sahip olacaktır.
Dansite ölçümü, genellikle sıvı maddeler için yapılsa da, katı maddeler için de kullanılabilir. Ölçüm, öncelikle bir kütlenin ölçümü ve ardından bu kütlenin belirli bir hacme bölünmesiyle yapılır. Dansite ölçümünde genellikle gram/cm3 veya kg/m3 gibi birimler kullanılır.
Dansite ölçümü, diğer ayrım yöntemlerine göre daha invazivdir ve numuneyi bozmak veya etkilemek mümkündür. Ancak, ölçüm sonuçları oldukça doğru ve güvenilirdir.
Sonuç
Kimya bilimi, apolar ve polar olarak iki farklı maddeler kümesinden bahseder. Apolar maddelerin, polar maddelere göre daha az etilenerek interaksiyonda bulunma özelliği vardır ve bu özelliği, moleküllerinin yapısından gelir. Öte yandan polar maddeler, elektronegatiflik kavramı ile alakalı olarak daha aktiftirler ve suyla etkileşime girme eğilimindedirler. Bu yazıda apolar ve polar madde tanımları ve örnekleri verildi. Polarlığı belirleyen ölçütlerin açıklamaları yapıldı ve molekül yapısının polarlık üzerindeki etkileri hakkında bilgi verildi. Bunlara ek olarak, apolar ve polar maddelerin farklılıklarını belirleyen yöntemler tartışıldı. İlgili bilgilerin her biri ele alındığında, kimya bilimine dair geniş bir bakış açısı sağlanmış oldu.