Atomun Uyarılması

Atomun Uyarılma Yolları

Temel halde bulunan bir elektronun bir üst enerji düzeyine çıkması olayına uyarılma denir. Uyarılmış elektronun tekrar temel hale dönerken foton yayınlamasına ise ışıma adı verilir.

Uyarılma için dışarıdan enerji alınması gerekir. Atom, dört farklı yolla uyarılabilir.

Isıtılarak, çarpıştırılarak, elektronla bombardıman edilerek ve fotonlarla bombardıman edilerek.

Atomun Isıyla Uyarılması

Atomlar ısıtıldığında, temel halde bulunan elektronların sıcaklıkları dolayısıyla enerjileri artar.

Enerjisi artan elektron verilen enerjiye göre, üst yörüngelerden birine geçer.

Atomların Birbirine Çarpıştırılarak Uyarılması

Yüksek basınç ve sıcaklık altındaki atomlar birbirleriyle çarpıştırılarak, elektronlar üst enerji seviyelerine uyarılırlar.

Atomlar aldıkları fazla enerjiyi ışıma yoluyla geri verirler.

Atomun Elektronla Uyarılması

Bir atomun hızlandırılmış bir elektronla uyarılması için elektronun enerjisinin birinci uyarılma enerjisine eşit ya da daha büyük olması gerekir.

Birinci uyarılma enerjisinden küçük enerji ile atoma gelen elektron atomu uyarmadan geçer.
Birinci uyarılma enerjisinden daha yüksek enerjiyle gelen bir elektron atomu uyarır ve enerjisinin bir miktarını kaybederek gider. Uyarılan bu atom temel hale geçerken, aldığı enerjiyi bir foton olarak yayar.
Yeterince kinetik enerjiye sahip bir elektron birden fazla atomu aynı enerji seviyesine ya da farklı enerji seviyelerine uyarabileceği gibi herhangi bir çarpışma yapmadan ortamdan ayrılabilir.
Elektronun kinetik enerjisi, atomun iyonlaşma (atomdan bir elektronu tamamen koparma) enerjisine eşit ya da daha büyükse elektron, atomu uyarabilir, iyonlaştırabilir ya da esnek çarpışma yaparak geldiği enerjiyle atomdan ayrılabilir. Uyarılan atomun elektronu foton yayınlayarak temel hale geri döner.

Atomun Fotonla Uyarılması

Temel haldeki bir atomun fotonla uyarılması için gelen fotonun enerjisinin uyarılma enerji seviyelerinden birine eşit olması gerekir.

Fotonun enerjisi uyarılma enerji seviyesinden büyük veya küçük ise uyarma yapamaz. Foton, atomu uyardığında enerjisinin tamamını atoma verir ve yok olur.
Bir fotonun enerjisi iki ya da daha fazla elektronu uyarmaya yeterli olsa bile, temel haldeki atomlardan ancak bir tanesini uyarabilir.
Atoma birinci uyarılma enerjisine eşit enerji ile gönderilen foton atomu uyarır ve yok olur. Atom aldığı enerjiyi foton olarak tekrar yayar.
Fotonun ya da elektronun enerjisi iyonlaşma enerjisine eşit ya da büyük olursa atom iyonlaşır, atomdan bir elektron kopar. Bu durumda atom, çevreden bir elektron yakalayıp mümkün olan geçişleri kullanarak temel hale geçer.

Elektronun bir üst seviyeye çıkması için fotonun enerjisinin, rastgele bir değer değil, iki enerji seviyesi arasındaki farka tam olarak eşit olması gerekir.

Uyarılmış atomun enerjisi kararsızdır. Alınan enerjiyi, \(10^{-8}\) saniyede foton olarak yayınlayıp tekrar temel hale döner.

Elektron temel hale dönerken ya doğrudan ya da kısa geçişler yapar. Örneğin n=4 seviyesine uyarılmış bir elektron, şeklideki geçişleri yaparak temel hale inebilir.

Buna göre, n. enerji seviyesine uyarılmış bir elektron temel hale dönerken aşağıdaki kadar farklı ışıma yapabilir.

\[n.(n-2)/2 \]

Farklı ışıma; enerjisi, dalga boyu ve frekansı birbirinden farklı olan ışıma sayısı anlamında kullanılmaktadır.

Fotonun enerjisi frekansı ile doğru orantılı, dalga boyu ile ters orantılıdır.

Lyman, Balmer, Paschen ve Bracket Serileri

Uyarılmış bir atomun elektronu temel hale dönerken farklı ışımalar yapabilir.

Her atomun atom numarası farklı olduğundan enerji seviyeleri de farklıdır.
Bu nedenle uyarılmış atomların temel hale dönerken yaptığı ışımalara bakarak, atomun hangi elemente ait olduğu anlaşılabilir.
Böylece enerji seviyeleri ve bu seviyeler arasında geçişler sırasında yayınlanan fotonlar elementler için ayırt edici özellik olarak kullanılabilir.

Uyarılmış bir hidrojen atomunda elektron temel hale dönerken yapabileceği ışımalar seriler halinde gruplandırılır. Oluşturulan serilerin isimlerine, bu çizgileri araştıran bilim insanlarının isimleri verilmiştir.

Lyman Serisi (Mor ötesi ışın)

n=2 den n=1 e geçiş \(\alpha\) ışıması yapar.
n=3 den n=1 e geçiş \(\beta\) ışıması yapar.
n=4 den n=1 e geçis \(\gama\) ışıması yapar.
n=5 den n=1 e geçiş \(theta\) ışıması yapar.

Balmer Serisi (Görünür Işın)

n=3 den n=2 ye geçiş \(H_{\alpha}\) ışıması yapar.
n=4 den n=2 ye geçiş \(H_{\beta}\) ışıması yapar.
n=5 den n=2 ye geçiş \(H_{\gamma}\) ışıması yapar.
n=6 den n=2 ye geçiş \(H_{\theta}\) ışıması yapar.

Paschen Serisi (Kızılötesi Işın)

n=4 den n=3 e
n=5 den n=3 e
n=6 dan n=3 e

Bracket Serisi

n=5 den n=4 e
n=6 dan n=4 e

Kutup ışıkları olarak bilinen Auroralar atomsferin üst katmanlarında bulunan oksijen ve azot atomlarının Güneş'ten gelen parçacıklar sayesinde uyarılıp sonra tekrar temel enerji düzeyine dönmesi sonucu foton salınımı oluşmasıyla ortaya çıkar.

Oksijen atomlarının emisyonu sonucunda yeşil ya da kahverengimsi kırmızı ışık elde edilir.
Azot atomlarının emisyonu sonucunda mavi ya da kırmızı ışık elde edilir.

Günlük hayatta aydınlatma amaçlı kullanılan floresan ve neon lambaların ışık vermesi olayı ile bazı mineral ve canlıların ışıldaması olayı, atom emisyonunun bir sonucudur.

Franck-Hertz Deneyi

Bu deneyde Franck ve Hertz, hızlandırdıkları elektronları cıva buharına göndererek, cıva gazının atomlarını uyarmış ve dışarıya çıkan elektronların enerjilerini ölçerek, elektronların belirli enerji seviyelerinde bulunduğunu göstermişlerdir.

Kullanılan deney düzeneği aşağıdaki gibidir.

Yapılan deney sonucunda çıkan elektronların kinetik enerjileri ölçülerek cıva atomlarının soğurduğu enerji miktarları hesaplanmış ve cıva atomunun enerji seviyeleri belirlenmiştir.

Deney başka element atomları ile de tekrarlanmış ve bütün atomların enerji seviyelerinin kesikli olduğu ve ayırt edici bir özellik olarak kullanılabileceği ortaya konulmuştur.

Franck-Hertz deneyi ile Bohr atom modeli desteklenmiş ve atomların enerji seviyelerinin kesikli olduğu kanıtlanmıştır.

Modern Atom Teorisi

Bohr atom modelinin atoma getirdiği kuantumlu bakış açısından yola çıkan De Brogile, Schrödinger ve Heisenberg isimli bilim insanlarının yaptığı çalışmalar sonucunda kuantum mekaniği geliştirilmiştir.

De Brogile, elektron gibi çok küçük kütleli parçacıkların, tanecik olmalarına rağmen dalga özelliği de gösterdiğini söylemiş ve her taneciğe bir madde dalgası eşlik eder demiştir.
Bax Born, madde dalgalarının, fiziksel dalgalar değil olasılık dalgaları olduğu yorumunu yapmıştır.
Buradan yola çıkan Heisenberg geliştirdiği belirsizlik ilkesi ile bir parçacığın konumunun ve momentumunun aynı anda ve kusursuz olarak ölçülmesinin mümkün olmadığını göstermiştir.
Schrödinger, tüm bu bilgileri kullanarak, zamandan bağımsız dalga fonksiyonunu geliştirmiş ve atom içinde hareket eden elektronların yerlerini kesin olarak bilmenin imkansız olduğunu, bazı yerlerde elektronun bulunma ihtimalinin çok yüksek olduğunu söylemiştir.

Modern atom teorisinde elektron yörüngelerinden bahsedilmez. Elektronun yeri tam olarak bilinmemesine karşın elektronun belli bir zaman aralığında nerede bulunabileceği olasılığı açıklanabilir.

Modern atom teorisinde yörünge yerine orbital ismi kullanılır. Orbitaller elektronların bulunma ihtimalinin yüksek olduğu bölgelerdir.

Modern atom teorisinde, atomdaki elektronların dağılımı ve bulunabileceği enerji düzeyi dört tane kuantum sayısıyla ifade edilir.

Baş kuantum sayısı: Elektronun ait olduğu kabuğu ya da enerji seviyesini belirtir. Yörünge numarası olarak da bilinir.
Açısal momentum kuantum sayısı: Elektron bulutlarının şekillerini ve şekil farkı nedeni ile enerji seviyelerinde nasıl ayrılmanın olabileceğini belirtmek için kullanılır.
Manyetik kuantum sayısı: Manyetik alan etkisinde kalan orbitallerin uzaydaki yönelim biçimini belirlemek için kullanılır.
Spin kuantum sayısı: Elektronların kendi eksenleri etrafında döndüğünü belirtmek için kullanılır.

Chedwick nötronu 1932 de keşfetmiştir. Anderson pozitronu bulmadan 4 yıl önce Dirac antiparçacıklardan bahsetmiştir.

Questions

Fotonlar dalga boyu farketmeksizin aynı hızda hareket ederler. Birinci öncül yanlıştır.
Enerji frekans ile doğru orantılıdır, dalga boyu ile ters orantılıdır.

Elektron 12,75 eV ile uyarıldığında 4. enerji seviyesine çıkar. Buradan tekrar temel hale dönerken ise farklı ışımalar yapabilir.

Bir elektron atomu enerjisinin bir kısmını veya tamamını kaybederek uyarabilir, iyonlaştırabilir veya etkileşmeden aynı enerjiyle ortamdan ayrılabilir.
Bize bu ortamdan geçip çıkan elektronların kalabilecek enerjilerini soruyor.

Çizgisel momentum v olmak üzere \(v \propto 1/n\) eşitliği vardır. Elektron üst yörüngelere çıktıkça hızı azalır.