Chemistry: 01. Modern Atom Teorisi-1

Bohr Atom Modelinin Sınırlılıkları

Bohr atom modeli, \({}_1H, {}_2He^+, {}_3Li^{2+}\) gibi tek elektronlu taneciklerin spektrumlarını başarılı bir şekilde açıklamıştır.

Çok elektronlu atomların spektrumları ile elektronların çekirdek etrafında dönerken enden çekirdeğe düşmediklerini ve dairesel yörüngelerin dışında neden bulunmadıklarını açıklayamamıştır.

Modern Atom Modeli ve Orbital Kavramı

Louis De Brogile: Elektron gibi parçacıkların da dalga özelliği gösterdiğini belirtmiştir.
Werner Heisenberg: Elektronun konumunun ve hızının aynı anda belirlenemeyeceğini bulmuştur. (Heisenberg belirsizlik ilkesi)
Erwin Schrödinger: Elektron gibi küçük taneciklerin enerjilerini ve genel davranışını açıklayan denklemi geliştirmiştir. (Schrödinger dalga denklemi)

Bilim insanlarına göre; elekron gibi hızla hareket eden bir parçacığın, çekirdek etrafında dairesel yörüngeleri izlediği ispatlanamaz. Ancak çekirdek etrafında bulunma olasılığının olduğu bölgelerden bahsedilebilir.

Elektronların atomda bulunma ihtimalinin yüksek olduğu bölgelere orbital (elektron bulutu) denir.

Yörünge

Elektronun izlediği yoldur.
Dairesel şekillidir.
Elektronun çembersel hareketini temsil eder.
Her yörünge bir enerji düzeyi ile temsil edilir.
Her yörünge belirli sayıda elektron alır.

Orbital

Elektronun bulunma ihtimalinin yüksek olduğu bölgedir.
Farklı şekillerde olabilir.
Elektronun üç boyutlu hareketini temsil eder.
Her enerji düzeyinde farklı orbitaller olabilir.
Her orbital en azla 2 elektron alabilir.

Kuantum Sayıları

Baş kuantum (birincil) sayısı (n)

Orbitalin, atomun hangi enerji seviyesinde olduğunu belirten kuantum sayısıdır.
\(n\) harfi ile gösterilir.
Baş kuantum sayılarının belirttiği elektron seviyeleri katman olarak da adlandırılır. Bu katmanlar K,L,M,N,O,P,Q gibi harfler veya 1,2,3,4,5,6,7 rakamları ile belirtilir.
n değeri büyüdükçe orbitalin çekirdeğe olan ortalama uzaklığı, potansiyel enerjisi ve orbital büyüklüğü artar.

Açısal momentum kuantum (ikincil, yan) sayısı (l)

Orbitalin şeklini, türünü ve bir enerji düzeyinde kaç tane alt enerji düzeyi olduğunu veren kuantum sayısıdır.
\(l\) ile gösterilir.
Yan kuantum veya ikincil kuantum sayısı olarak da adlandırılır.
Açısal momentum kuantum sayısının her bir değeri bir orbital türüne karşılık gelir.

Orbital türleri: \(s, p, d\) ve \(f\) olmak üzere

\(l=0\to s\)
\(l=1\to p\)
\(l=2\to d\)
\(l=3\to f\)

Bir enerji seviyesinde \(l\)'nin alabileceği değerler \(0\) ile \(n-1\) arasındaki tam sayılardır.

Eğer n=1 ise l en fazla 0 olabilir.
Eğer n=2 ise l en fazla 1 olabilir...

Baş kuantum sayısı	1	2	3	4
İkincil kuantum sayısı	0	0,1	0,1,2	0,1,2,3
Orbital Türü	1s	2s,2p	3s,3p,3d	4s,4p,4d,4f

Manyetik Kuantum Sayısı

Bir orbital türünün alt enerji düzeyinde kaç tane orbital olduğunu gösteren kuantum sayısıdır.
\(m_l\) ile gösterilir.
\(m_l\) sıfır da dahil olmak üzere \(-l\) ile \(+l\) ve arasındaki bütün tam sayı değerlerini alabilir.
Her \(l\) değeri için, \(2l+1\) adet farklı \(m_l\) değeri bulunur.

\(l\)	\(m_l\)	Açıklama
0(s)	0	1. Enerji düzeyinden itibaren her enerji düzeyinde 1 tane s orbitali bulunur.
1(p)	-1,0,1	2. Enerji düzeyinden itibaren her enerji düzeyinde 3 tane p orbitali bulunur.
2(d)	-2,-1,0,1,2	3. Enerji düzeyinden itibaren her enerji düzeyinde 5 tane d orbitali bulunur.
3(f)	-3,-2,-1,0,1,2,3	4. Enerji düzeyinden itibaren her enerji düzeyinde 7 tane f orbitali bulunur.

Spin Kuantum Sayısı

Elektronun kendi ekseni etrafındaki varsayılan dönüşü spin olarak adlandırılır.
\(m_s\) ile gösterilir.
Bir elektronun saat yönündeki dönüşü \((+1/2)\) veya yukarı ok \((\uparrow)\) ile gösterilir.
Bir elektronun saat yönünün tersi yönde dönüşü ise \((-1/2)\) veya aşağı ok \((\downarrow)\) ile gösterilir.

Bir orbital ancak iki elektron alabilir ve biri artı yönde dönerken diğeri de daima eksi yönde döner.

\(n=1\) enerji seviyesinde \(l=0, m_l=1\) dır. Bir adet 1s orbitali bulunur.
\(n=2\) enerji seviyesinde
- \(l=0\) için \(m_l=0\) dır. Bir adet 2s orbitali bulunur.
- \(l=1\) için \(m_l=-1,0,1\) dir. Üç adet 2p orbitali bulunur.
\(n=3\) enerji seviyesinde
- \(l=0\) için \(m_l=0\) dır. Bir adet 3s orbitali bulunur.
- \(l=1\) için \(m_l=-1,0,1\) dir. Üç adet 3p orbitali bulunur.
- \(l=2\) için \(m_l=-2,-1,0,1,2\) dir. Beş adet 3d orbitali bulunur.
\(n=4\) enerji seviyesinde
- \(l=0\) için \(m_l=0\) dır. Bir adet 4s orbitali bulunur.
- \(l=1\) için \(m_l=-1,0,1\) dir. Üç adet 4p orbitali bulunur.
- \(l=2\) için \(m_l=-2,-1,0,1,2\) dir. Beş adet 4d orbitali bulunur.
- \(l=3\) için \(m_l=-3,-2,-1,0,1,2,3\) dür. Yedi adet 4f orbitali bulunur.

Example Questions

s Orbitalleri

Küresel yapılıdır.
Açısal momentum kuantum sayısı \((l)\) 0 olan orbitallerdir.
Manyetik kuantum sayısı sadece 0 dır.
En fazla 2 elektron alabilir.
Birinci enerji düzeyinden itibaren her enerji seviyesinde bulunurlar.
Baş kuantum sayısının (n) değeri arttıkça s orbitallerinin de büyüklüğü ve enerjisi artar.

p Orbitalleri

Çekrideğin iki tarafında zıt yöneltilmiş iki ayrı lobdan oluşan elektron bulutudur.
Açısal momentum kuantum sayısının değeri 1 olan orbitallerdir.
Manyetik kuantum sayıları -1,0,1 dir.
İkinci enerji düzeyinden itibaren her enerji seviyesinde bulunurlar.
Aynı enerji düzeyinde \(p_x, p_y\) ve \(p_z\) olmak üzere 3 tane p orbitali vardır. Bu orbitaller özdeş durumdayken eşit enerjilidir.
Her orbital en fazla 2 elektron aldığı için p orbitalleri toplam 6 tane elektron alabilir.

d Orbitalleri

Komplex şekillere sahiptirler.
Açısal momentum kuantum sayısının değeri 2 olan orbitallerdir.
Manyetik kuantum sayıları -2,-1,0,1,2 dir.
Üçüncü enerji düzeyinden itibaren her enerji seviyesinde bulunurlar.
Aynı enerji düzeyinde toplam 5 tane d orbitali bulunur.
Her bir orbital en fazla 2 elektron alabileceği için d orbitalleri toplam 10 elektron alabilir.
d orbitalleri uzaydaki yönelişlerine göre \(d_{xy}, d_{yz}, d_{xz}, d_{x^2-y^2}, d_{z^2}\) şeklinde gösterilirler. Bu orbitaller özdeş durumdayken eşit enerjilidir.

f Orbitalleri

d orbitallerine göre daha kompleks şekillere sahiptirler.
Açısal momentum kuantum sayısının değeri 3 olan orbitallerdir.
Manyetik kuantum sayıları -3,-2,-1,0,1,2,3 tür.
Dördüncü enerji düzeyinden itibaren her enerji seviyesinde bulunurlar.
Aynı enerji düzeyinde bulunan ve uzaydaki yönelişleri farklı olan toplam 7 tane f orbitali vardır.
Orbitaller özdeş durumdayken eşit enerjilidir.
Her bir orbital en fazla 2 elektron alabileceği için f orbitalleri toplam 14 elektron alabilir.

Example Questions

Çok Elektronlu Atomlarda Orbitallerin Enerji Seviyeleri

Birden fazla elektronu bulunan atomlarda baş kuantum sayısı (n) büyüdükçe o katmanda bulunan orbitallerin ve dolayısıyla orbitaldeki elektronların enerjisi de artar.
Çok elektronlu atomlarda aynı katmanda bulunan farklı tür orbitallerin enerjileri birbirinden farklıdır.
Orbitallerin enerjisi \(n+l\) değerinin artması ile artar.
Eğer orbitallerin \(n+l\) değeri aynı ise, baş kuantum sayısı (n) büyük olan orbitalin enerjisi büyüktür.

\(n+l\) değerlerine göre orbitallerin enerjileri arasındaki ilişki, parantez içindeki sayı \(n+l\) olmak üzere aşağıdaki gibidir.

\[1s(1) < 2s(2) < 2p(3) < 3s(3) < 3p(4) < 4s(4) < 3d(5) < 4p(5) < 5s(5) < 4d(6) < 5p(6) < 6s(6)... \]

Example Questions