Atom Modelleri
Maddenin tüm özelliklerini taşıyan en küçük yapıya atom denir. Tarih boyunca bilim insanları maddenin yapısıyla ilgili çeşitli tahminlerde bulunmuş ve teoriler ortaya koymuşlardır.
- Tales, Dünya'daki her şeyin özünün su olduğunu söylemiştir.
- Anaxagoras, maddeyi oluşturan bölünmez parçacıkların farklı şekilde birleşerek değişik maddeleri oluşturduğunu söylemiştir.
- Empedokles, maddeyi toprak, hava, ateş ve su olmak üzere dört elemente ayırmıştır.
- Democritus, maddelerin bölünmez taneciklerden (atomos) oluştuğunu ifade etmiştir.
- Aristo, toprak, hava, ateş ve sudan oluşan dört element görüşünü desteklemiştir.
Dalton Atom Modeli
1803 yılında John Dalton, tüm elementlerin atomlardan oluştuğunu, atomların birleşerek molekülleri, moleküllerin de bileşikleri oluşturduğunu söylemiş, atomun maddenin özelliğini taşıyan en küçük yapı taşı olduğundan bahsetmiştir.
Dalton atom teorisine göre,
- Atom küçük, sert ve küre biçimindedir.
- Elementler, bölünemez en küçük parça olan atomlardan meydana gelmiştir.
- Atomlar kimyasal tepkimelerle oluşamaz ve bölünemez.
- Atom elektrikçe nötrdür.
Thomson Atom Modeli
Stoney isimli bilim insanının elektronu keşfinden sonra, 1897 de Thomson katot ışını tüpünü kullanarak yaptığı deneylerde elektronun yükünün kütlesine oranı olan e/m'yi hesaplamıştır.
Bu deney sonuçlarından yola çıkan Thomson, üzümlü kek modeli olarak bilinen atom modelini ortaya koymuştur.
Thomson atom modeline göre,
- Atom, yarıçapı \(10^{-10}\) metre civarında olan küre şeklindedir.
- Atom, pozitif yüklü madde ile tam olarak doludur.
- Negatif yükler, pozitif yüklü maddenin içine gömülüdür ve hareket edemezler.
- Atom elektrikçe nötrdür.
Üzümlü kek!
Millikan'ın Yağ Damlası Deneyi
Thomson'un e/m oranını keşfinden sonra, Millikan isimli bilim insanı elektrikle yüklenmiş bir yağ damlasının elektrik alandaki hareketinden yola çıkarak elektronun yükünü ve kütlesini ölçmeyi amaçlamıştır.
Bu deney düzeneğinde Millikan, birinci adımda; yüklü yağ damlacıklarını püskürterek, limit hıza ulaşıncaya kadar hızlanmalarını bekledi. Bir mikroskop yardımıyla damlacıkların limit hızını ölçtü. Daha sonra bu verileri kullanarak damlacıkların kütlesini ölçtü.
İkinci adımda ise; X ışınlarıyla iyonize hale getirdiği hava sayesinde yağ damlacıklarını elektrikle yükleyerek, elektrik alan uyguladı. Bu sayede havada asılı kalan damlacıkların dengesinden yola çıkarak yükünü hesapladı.
Millikan yağ damlası deneyi ile,
- Elektronun yükü ölçülmüş,
- Pozitif ya da negatif yüklü tüm maddelerin yüklerinin, elektronunn yükünün tam katları olduğunu göstermiş,
- Thomson'un bulduğu e/m oranı kullanılarak elektronun kütlesini hesaplamıştır.
Rutherford Atom Modeli
1911 de Rutherford, yaptığı saçılma deneyinde; alfa \((\alpha)\) tanecikleri (pozitif yüklü) ile çok ince altın yapraklarını bombardımana tuttu. Levhaya gelen alfa taneciklerinin çoğu altın yapraktan geçerken, bazıları saçıldı, bazuları da tam tersi yönde geriye döndü.
Rutherford bu deneyden yola çıkarak (+) yüklerin çekirdek adını verdiği bir yerde toplandığını söylemiş ve şekildeki gibi Güneş sistemine benzetilen ilk atom modelini ortaya koymuştur.
Rutherford atom modeline göre,
- Atomun kütlesinin çoğunu oluşturan pozitif yükler çekirdek denilen küçük bir yerde toplanmıştır.
- Atomun içinde büyük boşluklar vardır.
- Elektronlar, gezegenlerin Güneş etrafında döndüğü gibi dönmektedir.
- Atom elektrikçe nötrdür.
Elektronların çekirdeğe düşmemesinin sebeplerini açıklayamaması Rutherford atom modelinin en önemli eksiklerinden biridir.
Rutherford modeli, nötronlardan bahsetmediği için ed eksik kalmıştır.
Rutherford atom modelinde, çekirdek etrafında dolanan elektronun, ivmeli hareket yaptığı için ışıma yaparak enerjisi azalmalı ve spiral bir yörünge çizerek çekirdeğe düşmesi gerekir. Bu da atomun yapısının bozulması demektir.
Bohr tom Modeli
Bohr, Planck'ın kuantumlu enerji düzeyleri fikrini yörüngedeki elektronlara uygulayarak varsayımlarını ortaya koydu.
1. Varsayım: Elektronlar, Coulomb kuvvetinin etkisiyle döndükleri, pozitif yüklü çekirdeğin çevresindeki kararlı yörüngelerde, ışıma yapmadan dolanırlar.
2. Varsayım: Elektronlar pozitif yüklü çekirdek çevresinde, açısal momentumu \(h/2\pi\) nin tam katları olan kararlı yörüngelerde ışıma yapmadan dolanırlar.
Buna göre, n. yörüngedeki bi elektronun açısal momentumu (L) aşağıdaki gibi hesaplanabilir. (h: Planck sabiti)
\[L = n.\frac{h}{2\pi} \]
n. kararlı yörüngede dolanan bir elektronun yörünge yarıçapı aşağıdaki gibidir. (\(a_0=0,529\) Angström, Z: atom numarası)
\[r_n = a_0.\frac{n^2}{Z} \]
n. kararlı yörüngede dolanan bir elektronun toplam enerjisi aşağıdaki gibi hesaplanabilir. \((R=13,6eV)\)
\[E_n = -R.\frac{Z^2}{n^2} \]
Angström \((\AA)\) bir uzunluk birimi olup, atomik boyutlardaki mesafeleri ve ışığın dalga boyunu ifade etmek için kullanılır.
- \(1 \AA = 10^{-10}m\)
Elektrovolt (eV) bir enerji birimi olup, bir elektronun, boşlukta bir voltluk potansiyel farkı altında kazandığı enerjidir. Işık demetlerini oluşturan fotonların enerjisi elektrovolt ile ifade edilir.
- \(1 eV = 1,6.10^{-19}J\)
Düzgün elektrik alanda kullanılan \(E=q.V\) denkleminde q yerine elektron yazarsak \(E=eV\) (elektrovolt) elde edilir.
- \(L \propto n\)
- \(r_n \propto n^2\)
- \(E_n \propto -1/n^2\)
3. Varsayım: Elektronlar, yüksek enerjili kararlı bir yörüngeden düşük enerjili kararlı bir yörüngeye kendiliğinden geçebilir. Geçişlerde aradaki enerji farkı kadar enerjili fotonlar yayarlar.
- En küçük kararlı enerji düzeyine temel hal denir.
- Hidrojen atomunda bir tane elektron vardır.
- Bu elektron n=1 yörüngesindeyken elektron temel haldedir.
- Bir elektronun, bulunduğu enerji düzeyinden üst enerji düzeylerine çıkmasına uyarılma denir. Bu olay atoma enerji vermekle gerçekleşir.
- Elektronun atomdan koparılarak serbest kalması olayına şyonlaşma, bunun için gerekli enerjiye de iyonlaşma enerjisi denir.
- Uyarılan elektronun tekrar kararlı yörüngesine dönerken ilk ve son enerji seviyesi arasındaki fark kadar enerjiye sahip foton yayması olayına ışıma ya da emisyon denir.
\[E_2-E_1 = h.f = h\frac{c}{\lambda} \]
Hidrojen atomunun enerji seviyeleri ile uyarılma enerjileri şekildeki gibidir. (n: enerji seviyesi)
- Temel hal (1. enerji seviyesi): n=1
- 1. uyarılma enerjisi (2. enerji seviyesi): n=2
- 2. uyarılma enerjisi (3. enerji seviyesi): n=3
Dışarıdaki kararlı yörüngelere gidildikçe elektronun yörüngede dolanma hızının büyüklüğü yörünge numarasıyla ters orantılı olarak yazılır.
\[v \sim \frac{1}{n} \]
Elektron dış yörüngelere gittikçe daha yavaş dolanır.
Hızın büyüklüğünün azalması ve yörünge çevresinin artması sebebiyle, dış yörüngelere gidildikçe elektronun bir tam tur atma süresi yani periyodu (T) da artar.
\[T \sim \frac{r}{v} \]
Bohr atom modeline göre, elektronun kararlı yörünge yarıçapları, bu yörüngelerdeki hızı, enerjisi ve açısal momentumu şekildeki gibi modellenebilir.
Bohr atom modeline göre, kesikli (kuantumlu) olan yani her değeri alamayan nicelikler aşağıdaki gibidir.
- Yörünge yarıçapı,
- Toplam enerji,
- Açısal momentum,
- Çizgisel hız,
- Periyot
Bohr Atom Modelinin Eksiklikleri
- Bohr modeline göre, elektronun açısal momentumunun en küçük değeri \(h/2\pi\) dir. Ancak modeern teoriye göre, atomun açısal momentumunun en küçük değeri sıfırdır.
- Bohr, atomların birbiri ile nasıl etkileştiklerini ve bu etkileşimin maddenin fiziksel ve kimyasal özelliklerini nasıl değiştirdiğini açıklayamaz.
- Bohr modeli yalnız tek elektronlu atomları açıklarken, çok elektronlu atomları açıklayamamıştır.
- Bohr elektronların çembersel yörüngelerde hareket ettiklerini söylemiştir. Modern görüşe göre bu doğru değildir.
Questions
- n (yörünge numarası) bir tam sayı olmalıdır. 8/3. yörünge diye bir şey olamaz.
