ATOMUN YAPISI ve ÇAĞDAŞ ATOM TEORİLERİ
Çağdaş atom modelinde, proton ve nötronlardan oluşmuş bir çekirdek ve bu çekirdeğin dışında elektronlar vardır. Yunanca'daki atamos sözcüğünden türetilmiştir. İlk önceleri bölünemeyen, sert ve içi dolu tanecik olarak bilinirdi. İlk gözleme ve deneye dayalı teori John Dalton tarafından ortaya atılmıştır. Kimyasal birleşmenin temeli olan katlı oranlar yasası ve kütlenin korunumu yasasından yararlanarak Dalton 1803-1808 yıllarında bir atom kuramı geliştirmiştir...
1.1 Dalton Atom Teorisi
- Her element atom adı verilen çok küçük ve bölünemeyen taneciklerden oluşmuştur. Atomlar kimyasal tepkimelerle oluşamaz ve bölünemezler. ( Yanlışlığı: proton, nötron ve elektronların varlığını kabul etmemesi ve kimyasal tepkime öncesi var olan atomlar tepkime sonrasında da var olmalıdır (Kütlenin Korunumu Kanunu : Tepkimeden çıkan ürünlerin kütleleri toplamı, tepkimeye giren maddelerin kütleleri toplamına eşittir. ))
- Bir elementin bütün atomlarının kütlesi (ağırlığı) ve diğer özellikleri aynıdır. Fakat bir elementin atomları diğer bütün elementin atomlarından farklıdır. ( Sabit Oranlar Yasasını destekler ( Sabit Oranlar Yasası: Bir bileşin bütün örnekleri aynı bileşime sahiptir. Yani bileşenler sabit bir oranda birleşir. Suyun %11.19 hidrojen ve % 88.81 oksijen oranlarından oluşması gibidir.) Fakat izotopların varlığını kabul etmemesi yanlışlığıdır.)
Kimyasal bir bileşik iki yada daha çok sayıda elementin basit sayısal bir oranda birleşmesiyle oluşur.
Bu düşünceler diğer bilim adamlarınca geliştirilmiş ve atom ve moleküllerin gerçekliği ispatlanmıştır.
1.2 Thomson Atom Teorisi
r=10-8 cm olan bir küre olarak düşünmüştür. İçinde proton ve elektron bulunduğunu söylemiş ama elektronun kütlesini protonunkinin yanında ihmal etmiştir. Nötronlardan hiç bahsetmemiştir. Proton ve elektronların atomda rast gele bulunduğunu söylemesi yanlışlığıdır.
1.3 Rutherford Atom Teorisi
- Bir atomun kütlesinin çok büyük bir kısmı ve pozitif yükün tümü, çekirdek denen çok küçük bir bölgede yoğunlaşır. Atomun büyük bir kısmı boş bir uzay parçasıdır. boşluklardan ibarettir.
- Pozitif yükün büyüklüğü atomdan atoma değişir ve elementin atom ağırlığının yaklaşık yarısıdır.
- Çekirdeğin dışında, çekirdek yüküne eşit sayıda elektron bulunur. Atomun kendisi elektrik yükü bakımından nötrdür.
Rutherford atom modeli bir atomun çekirdeğin çevresinde elektronların nasıl yerleştiğini göstermez. Klasik fiziğe göre sabit negatif yüklü elektronlar pozitif yüklü çekirdek etrafından çekilmekte idi. Fakat bir atomdaki elektronlar, tıpkı bir gezegenin güneş etrafındaki yörüngesel hareketi gibi hareket halindedir.
1.4 Bohr Atom Teorisi
1913 yılında, Niels Bohr Planck'ın kuantum hipotezini kullanarak hidrojen atomu için aşağıdaki varsayımları ortaya attı. (Bir sistemin izin verilen iki enerjisi arasındaki fark belirli bir değere sahiptir ve bu fark enerji kuantumu dur. Planck eşitliği:
E= h * y
Planck sabiti h= 6,623*10-34 Js)
E= Bir fotonun enerjisi
y= Frekans
- Elektron çekirdeğin etrafında dairesel yörüngede (orbitlerde) hareket eder. Bu yörüngelere enerji düzeyleri veya kabukları denir.
- Elektron izin verilen sabit bir yörünge dizisinde bulunabilir ve buna temel hal denir. Elektron belirli bir yörüngede ne kadar uzun kalırsa kalsın enerji yayınlamaz ve enerjisi sabit kalır. Atomlar bir elektrik akı veya bek alevi ile ısıtılınca elektronlar enerji absorblayarak daha yüksek enerji düzeyine geçerler. Bu durumdaki atomlar uyarılmış haldedir.
- Bir elektron yüksek enerji seviyesinden daha düşük enerji seviyesine geçtiğinde belli bir miktarda enerji yayınlar. Bu iki düzey arasındaki enerji farkı bir ışık kuantumu halinde yayılır.
Elektronlar için izin verilen haller kuantum sayısı denen n= 1, n = 2, n= 3,… gibi tam sayılarla ifade edilir. En düşük izin verilen hal temel haldir, çekirdeğe yakın yörüngede bulunur.
Ana (baş) kuantum sayısı = n ; Daima tam pozitif sayı ve 1'den 7'ye kadardır ve her bir sayı periyodik cetveldeki periyotlara (yatay sıra) karşılık gelir. Çekirdekten uzaklığı belirtir.
Bir atomun çekirdek etrafındaki n değeri K, L, M, N, O, P, Q alt kabuklarına eşdeğerdir ve buradaki tali yörüngeler s, p, d, f isimleri ile adlandırılır.
K - kabuğunda 1 s tali yörüngesi
L - kabuğunda 1 s ve 1 p olmak üzere 2 tali yörünge
M- kabuğunda 1 s , 1 p ve 1 d olmak üzere 3 tali yörünge
N- kabuğunda 1 s , 1 p , 1 d , 1 f olmak üzere 4 tali yörünge
Yörüngelerin aldığı elektron sayısı = 2n2 dır.
En dış kabuktaki elektronlara değerlik elektronları denir.
İkinci sayı ise orbital (açısal -momentum ) kuantum sayısı (l) , sıfır dahil pozitif tam sayıdır ve elektron bulutunun şekillerini ifade eder;
l = 0, 1, 2, 3, 4, … n-1
l= 0 ise küresel , l= 1 ise labut şeklini alır. Sayı büyüdükçe şekil karışık olur.
Üçüncü sayı ise magnetik kuantum (m) sayısıdır ve boşluktaki elektron bulutunun oriantasyonu ile ilgilidir. -l den + l ye kadar herhangi bir sayı olabilir.
2 l +1=m
dördüncü kuantum sayısı spin kuantum sayısı (s) dır ve elektronun dönüş yönünü tanımlar. Magnetik alanda elektronların (+) ve (-) spinleri olduğunu gösterir. Spin kuantum sayısı daima +½ veya -½ dır.
1.5 Elektronların Dağılımı
Elektronlar orbitallere atomun enerjisi en az olacak şekilde yerleşir.
1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p 6d 6f
7s 7p 7d 7f
Elektron alt kabuklarının dolma sırası
Bir atomda hiç bir zaman 4 kuantum sayısı da aynı olan iki elektron bulunmaz. (Pauli dışlama ilkesi) Bir orbitalde yalnızca iki elektron bulunabilir ve bu elektronlar zıt spinlere sahip olmalıdır. Her bir orbitalde ancak iki elektron bulunabileceğinden bir alt kabuğun alabileceği elektron sayısı, alt kabuktaki orbital sayısının iki katına eşittir.
Elektronlar eş enerjili orbitallere önce birer birer girerler, bütün eş enerjili orbitaller birer elektron aldıktan sonra ikinci elektronu ters spinli almaya başlarlar. (Hunt Kuralı)
Tüm elektronlar aynı elektriksel yüke sahip olduğu için birbirlerini iterler. Bunun için yarı dolmuş bir orbitaldeki elektronlar eşleşmek yerine eş enerjili boş bir orbitale girmeyi tercih ederler.
1.6 Magnetik Özellikler
Atom, iyon veya molekül halinde bulunan maddelerin magnetik özellikleri doğrudan doğruya elektronik biçimlenmeleri ile ilgilidir. Kararlı durumda bulunan bütün kimyasal maddeler en az bir elektron çiftine sahiptir.
Bütün elektronları çiftleşmiş maddeler diyamagnetik tir. Magnetik alanda zayıf bir kuvvetle itilirler.
Bir veya daha fazla çiftleşmemiş elektronu bulunan maddeler paramagnetik maddelerdir ve magnetik alan tarafından çekilirler .
Ferromagnetik maddeler; bir atomdaki çiftleşmemiş elektronlar ile diğer atoma ait çiftleşmemiş elektronların karşılıklı etkileşimleri sonucu ortaya çıkar.
1.7 Atom Simgeleri
Bir atomun çekirdeğinde bulunan proton sayısına atom numarası (z) denir. Nötr bir atomda elektron sayısı proton sayısına eşittir. Atom kütlesi; çekirdekte bulunan proton ve nötron sayısının toplamıdır.
Proton sayısı-nötron sayısı = Elementin yükü
Elektron veren yada alan atoma iyon denir ve net bir elektron yükü taşır. İyon haline gelen atomun proton sayısı değişmez.
1.8 Atom Kütleleri
Bağıl atom kütleleri karbon elementine göre düzenlenmiştir. Karbon atomunun kütlesi keyfi olarak 12 atomik kütle birimi 8akb) kabul edilmiştir. Atomik kütle birimi 126C atomunun kütlesinin 1/12 olarak tanımlanır. 1H haricinde, bir atomun çekirdeğini oluşturan taneciklerin kütlelerinin toplamı daima o çekirdeğin gerçek kütlesinden büyüktür. Atom kütleleri için 12 standart alındığı halde gerçekte karbon atomunun kütlesi 12.011 akb dır. Standart alınan karbon atomları sadece 12 karbon atomlarıdır, halbuki doğada 13 karbon atomları da vardır. Bu iki izotopun varlığı karbon atom kütlesinin 122 den büyük olmasını sağlar.
Aynı atom numarasına (z), farklı kütle numarasına sahip iki yada daha çok atoma izotop denir. Çoğu elementler doğada izotop halinde bulunurlar. Atom ağırlığı, doğal izotopların kütlelerinin ağırlıklı ortalamasıdır.
Elementin atom kütlesi = (İzotop 1'in bulunma %) ( İzotop 1'in kütlesi) + (İzotop 2'in bulunma %) ( İzotop 2'in kütlesi) + ……………….
