atom modelleri konu anlatımı

DALTON ATOM TEORİSİ
Kimyasal birleşmenin yukarıdaki iki yasasından yararlanan John Dalton 1803 - 1808 tarihleri
arasında bir atom kuramı geliştirdi.Dalton Kütlenin Korunumu Yasası ve Sabit Oranlar
Yasasından yola çıkarak maddeyi oluşturan ve onun bütün özelliklerini gösteren çok küçük
parçacıkların olduğu yorumunu yaparak Katlı Oranlar Kanunu’nu ortaya atmıştır:
Katlı Oranlar Kanunu, iki element birden fazla bileşik oluşturuyorsa, birinin belli bir miktarına
karşılık, diğerinin değişken miktarları arasında küçük ve tam sayılarla ifade edilen bir oran vardır,
şeklinde tanımlanabilir.
Katlı Oranlar Kanunu, kimyasal elementlerin atom adı verilen parçalanamaz parçacıklardan
oluştuğunu ve her elementin atomlarının kütlesinin aynı olduğunu gösterir.
Dalton’a göre:
1. Bir elementin bütün atomları şekil, büyüklük ve kütle yönüyle aynıdır.
2. Atomlar içi dolu küreciklerdir.
3. Bilinen en küçük parçacık atomdur.
4. Atomlar parçalanamaz, yeniden oluşturulamaz.
5. Atomlar belirli oranlarda birleşerek molekülleri meydana getirir. Elementin bütün atomları
aynı olduğu gibi bir bileşiğin de bütün atomları aynıdır.
Dalton teorisinde pek çok yanlışlık ve eksiklik olmasına rağmen çok önemlidir.Kendisinden
sonra gelen bilim adamlarına bir kapı aralamış, fikir ortaya atarak tartışılmasını sağlamıştır.
Böylece daha doğruya ulaşma imkanı sağlamıştır.
Dalton Atom Teorisindeki Eksiklik ve Hatalar :
1. Bir elementin bütün atomları aynı değildir. O dönemde nötron tanecikleri tespit edilemediği
için izotop atomların farkına varılamadı. Bir elemente ait bütün atomların proton ve elektron
sayısı aynı olmak zorundadır. Nötron sayısı farklı olsa da aynı elemente aittir, fakat farklı
atomdur.
2. Atomların içi dolu değildir. Aksine boşluklu yapıya sahiptir.
3. Bilinen en küçük parçacık atom değildir. Günümüzde atom çekirdeğini oluşturan 70 çeşit
parçacığın var olduğu ve bunların bilinen 50 hareketinin olduğu ifade edilmektedir.
4. Bir elementin bütün atomları aynı olmadığı gibi bir bileşiğin bütün molekülleri de aynı
değildir.
THOMSON ATOM MODELİ
Havası alınmış tüplerin iki ucuna yerleştirilen elektrotlara (katot ve anot) yüksek gerilim
uygulandığında katottan anoda doğru ışınların yayıldığını ve bu ışınların manyetik alanda da
pozitif kutbun etkisiyle sapmaya uğradığını tespit etmiştir. Katot ışınları adı verilen bu ışınlar
negatif elektrikle yüklüydü. Thomson, bu ışınların sapmalarından yararlanarak yük/kütle
oranlarını hesapladı. Bu oran, iyonların ölçülen yük/kütle oranlarına göre çok büyüktü. Bu
sonuca göre katot ışını birimleri negatif yüklü, çok küçük kütleli atom içi parçacıklardı. Atomda
negatif (-) yüklü parçacıklar olduğuna göre pozitif (+) yüklü parçacıklarda, yani protonlarda
olmalıydı.
Bu tespitlerden sonra Thomson atomda (+) ve (-) yüklü parçacıkların var olduğunu ve bunların
atomda rasgele dağıldığını ifade etmiştir.Rasgele dağılmayı da üzümlü kek örneğiyle izah
etmiştir.
Thomson atom teorisine
göre:
1.Atom
protonlardan
oluşmuş
küre
şeklindedir.Protonlar
(+1)
birim yüke,elektronlar ise
(-1) birim yüke sahiptir.
2.Elektronlar
içinde
homojen
atomun
olarak
dağılmıştır.
3.Nötr
sayısı
atomda
kadar
proton
elektron
bulunmaktadır.
4.
Elektronların
kütlesi
protonların kütlesinden çok
küçüktür.
Bu
nedenle
ihmal edilebilir.
5.
Protonlar
ve
elektronlar atomda rasgele
dağılmıştır.
RUTHERFORD ATOM TEORİSİ
Rutherford çok ince (10-6 cm) altın levhaya alfa (α) tanecikleri (Helyum çekirdeği) göndermiştir.
Bu taneciklerin çok az bir kısmı aynen yansırken bazıları belli açılarla yansımış fakat büyük bir
bölümü aynen geçmiştir.
Yapılan deney sonucuna göre :
1. Atomdaki pozitif(+) yükler çekirdek denen çok küçük bir bölgededir.
2. Alfa (α) taneciklerinin sapmasına yol açan yoğun kesim çekirdekte toplanmıştır.
3. Çekirdekteki yük miktarı, bir elementin bütün atomları için aynı, farklı atomları için farklıdır.
4. Elektronlar çekirdekten oldukça uzakta yer alırlar. Elektronların bulunduğu hacim, çekirdeğin
bulunduğu hacimden çok büyüktür. Atomun büyük bir kısmı boşluklu yapıya sahiptir.
BOHR ATOM MODELİ
Bohr yaptığı çalışmalarda Rutherford atom
modeline
göre,elektronların
çekirdek
etrafında dönmeleri ile enerji yaymaları
sonucunda
enerjilerinin
azalacağını
ve
çekirdek üzerine düşeceklerini hesapladı,
fakat
böyle
bir
elektron
düşmesi
gerçekleşmediği
için
teorisinin
yanlışlıklarının
bazı
Rutherford
atom
olması
gerektiğini fark etti ve bu teoriye bazı
eklemeler yaptığı yeni bir atom modeli
ortaya
attı.Rutherford,
elektronların
çekirdekten oldukça uzakta yer aldığını
ifade etmişti. Bohr da elektronların ne kadar
uzakta yer aldıklarını, çekirdek etrafındaki
hareketlerini
ve
enerjilerini
incelemiştir.Araştırmaları 1H, 2He ve 3Li+
gibi
küçük
atom
ve
iyonlar
üzerinde
olmuştur.Elde ettiği sonuçlar küçük atomlar
için doğru iken büyük atomlar için hatalı
olmuştur.
Bohr Atom Teorisine Göre:
1. Elektronlar çekirdek çevresinde rasgele dairesel bir yörüngede değil, çekirdekten oldukça
uzakta sabit bir enerjiye sahip dairesel yörüngelerde hareket ederler.
2. Elektronlar çekirdek etrafında sabit enerjili dairesel yörüngelerde (orbitallerde) hareket
ederler. Bu yörüngelere Enerji Seviyesi adı verilir.
3. Bohr atom kuramına göre, hidrojen atomunun 1 elektronu en düşük enerji düzeyi olan n=1
de bulunur. Buna Temel hâl denir. Elektron temel hâlden uzaklaştırılırken n=2, n=3, n=4
hâllerinden birine getirilirse uyarılmış olur. Uyarılmış hâlde elektronun enerjisi daha fazla
olur.Daha az enerjili (uyarılmış) duruma göre kararsızdır. Elektrona verilen enerji kaldırıldığında
düşük enerjili uyarılmamış (kararlı duruma) hâle geçer. Bu sırada iki enerji seviyesi farkı kadar
ışın yayınlar. Elektronlar yüksek enerji düzeyinden düşük enerji düzeyine geçerken enerji
yayarlar. Düşük enerji düzeyinden yüksek enerji düzeyine geçerken de enerji alırlar.
NOT: Bir atomun elektronları dışardan enerji alarak yüksek enerji düzeyine yükselirse bu
atoma "uyarılmış atom" denir. Bu olaya uyarılma denir. Uyarılmış atom (bilgi yelpazesi.net)
yüksek enerji düzeyinden düşük enerji düzeyine geçtiğinde iki enerji düzeyi arasındaki enerji
farkına eşit bir ışık (foton) yayınlar.Bu yayınlanan ışınlar her element için karakteristik özellik
gösterir.Yayınlanan ışının şiddetine göre cisimlerin bazılarını mikroskop bazılarını ise gözümüzle
gözlemleyebiliriz.
Gözümüz yayınlanan bu ışınların sadece dalga boyu(λ ) 7.10−5 cm olan kırmızı ışık ile
4,5.10−5 cm olan mor ışık arasındaki kısmı görür.Daha kısa dalga boylu ışımaları duyu
organlarımızla algılayamayız.
4. Çekirdekten uzaklaştıkça elektronun enerjisi de artar. Elektronlar, bulundukları enerji
seviyesinin enerjisine sahiptir. Enerji seviyeleri atom çekirdeğine yakınlığına göre n = 1, 2, 3, 4,
5, 6 gibi tamsayılarla veya K, L, M, N, O, P, Q gibi harflerle ifade edilirler.
Yörünge sayısı (n) olmak üzere yörüngenin sahip olduğu enerji; -18
En = -2,18.10 J bağıntısı ile bulunur.
n2
MODERN ATOM TEORİSİ
Modern Atom Teorisi
1924 yılında Fransız Louis de BROGLİE, maddenin ışık gibi hem dalga hem de parçacık özelliği gösterdiğini ileri
sürdü..
1925 yılında Alman fizikçi Werner HEİSENBERG, belirsizlik prensibini ortaya atmıştır. Bu prensibe göre,”Bir
elektronun bulunduğu yeri ve o yerdeki hızını aynı anda ölçmek mümkün değildir.”
Bu teori Bohr modelindeki atomun yerinin bilinmesi teorisini çürütmüştür.
1926 yılında Avusturyalı fizikçi SCHRÖDİNGER,teorileri birleştirerek, atomun dalga mekaniği modelini yani
modern atom teorisini geliştirmiştir.
Modern Atom Teorisine Göre:
Atomlarda, temel enerji düzeyleri bulunmaktadır.
Her enerji düzeyinde n kadar alt enerji seviyesi bulunur.Alt enerji seviyeleri s,p,d,f alt tabakalarıdır.
Elektronların bulunma olasılığı en fazla olan alt enerji düzeylerine orbital denir.Orbitallerin bulunduğu alt enerji
tabakasının adını alır.
s alt tabakasında 1 tane s orbitali
p alt tabakasında 3 tane p orbitali
d alt tabakasında 5 tane d orbitali
f alt tabakasında 7 tane f orbitali bulunur.
Orbitaller ve biçimleri:
s orbitali:Her seviyede bulunur, küreseldir. Bir tanedir.Zıt spinli iki tane elektron bulundurur.
p orbitalleri:n=2 seviyesinden itibaren her seviyede bulunur.X,Y ve Z eksenleri boyunca uzamış PX , PY ve PZ
olmak üzere üç çeşittir.Toplam 6 elektron bulundurur.
d orbitalleri:n=3 seviyesinden itibaren bulunur.5 çeşittir. Toplam 10 elektron bulundurur.
F orbitaller : n=4 seviyesinden başlar. 7 çeşittir.Toplam 14 elektronu bulunur. f orbitallerini resimlemek güç ve
karışıktır.
Orbitallerin Elektronlarca Doldurulması
Elektronlar, orbitallere dolarken en düşük enerji orbitali seçer.Temel enerji durumunda, çok elektronlu atomların
elektronları enerji seviyesi diyagramı kullanılarak çizilir.
Bir orbitalde en fazla zıt spinli iki elektron bulunur.
Aynı enerji düzeyinde bulunan aynı cins orbitallere elektronlar önce tek tek dolar.
Temel haldeki çok elektronlu atomların elektron dizilişi;
1s, 2s2p,3s3p, 4s3d4p, 5s4d5p, 6s4f5d6p, 7s5f6d7p sırasına göre yazılır.
Orbitallere göre elementlerin elektron dilişini bazı örnekler üzerinde inceleyebiliriz.
Elektron Dizilişi
Orbitallerin dizilişinin 1s, 2s2p,3s3p, 4s3d4p, 5s4d5p, 6s4f5d6p, 7s5f6d7p şeklinde devam ettiği her enerji
seviyesine s orbitali ile başlanıp p orbitali ile bittiği görülmektedir.
Son enerji seviyesindeki orbitallerin elektronlarca tam dolu olması, atoma kararlı yapı kazandırır.Son enerji
seviyesindeki orbitalleri elektronlarca tam dolu olan atomlar soy gaz atomlarıdır.
ÖRNEK:
2He = 1s2
10Ne = 1s2 2s2 2p6
ÖRNEK:
Kararlı haldeki 16X elementinin elektron dizilişinde en dıştaki orbitalin baş kuantum sayısı, türü, toplam elektron
sayısı nedir?
ÇÖZÜM:
16X elementinin elektron düzeni; 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 şeklindedir. Bu elektron düzeninden ; en son orbitalin
enerji düzeyi 3, orbital türü p ve toplam elektron sayısı ise 4(3p4 olduğundan) tür.
Küresel Simetri
24Cr: 1s2 2s2 2p6 3s2 4s1 3d5 , 29Cu: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 elektron dizilişlerinde düzensizliğin
nedeni, atomun küresel simetrik yük dağılımına ulaşmak için 4s orbitalinden bir elektronu 3d orbitaline
göndermesidir.Aynı cins orbitallerde eşit sayıda elektron bulunması, atoma simetrik yük dağılımı sağlayıp, daha
kararlı olmasını sağlar.
Bir atomun değerlik orbitalleri s ,p , d ,f biçiminde yarı dolu yada s ,p ,d ,f biçiminde dolu orbitallerle bitiyorsa o
atom küresel simetrik yük dağılımına sahiptir.
Küresel simetriye sahip olan atomlardan elektron koparmak daha güçtür. Bu nedenle bu atomların,iyonlaşma
enerjileri daha büyüktür.
Çok elektronlu atomlarda, elektron dizilişi yazılırken en yakın soy gaz atom numarasından devam edilir.
ÖRNEK:
19K=(18Ar) 4s1 38Sr=(36Kr) 5s2 gibi
İyonlarda Elektron Dizilişi
Atomlar, kimyasal olaylarda, değerlik orbitalinde (en yüksek enerjili orbitalleri) bulunan elektronları (değerlik
elektronları vererek (+) yüklü iyon yada yarı dolu veya boş değerlik orbitallerine elektron alarak (-) yüklü iyonları
oluştururlar. Elektron dizilişleri iyonda bulunan toplam elektron sayısına göredir.
ÖRNEK:
15P-3 iyonunda 18 e olduğundan, dizilişi 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 şeklinde olmalıdır.
Uyarılmış Atom:Enerji kazanan bir atomun değerlik elektronu, kararlı dizilişten ayrılıp daha yüksek enerjili bir
orbitale çıkarsa, bu atoma uyarılmış atom denir.Uyarılmış atomlar iyon değildirler.
ÖRNEK:
5B 1s2 2s2 2p1 uyarılmış durum: 1s2 2s2 4s1
11Na 1s2 2s2 2p6 3s1 uyarılmış durum: 1s2 2s2 2p6 5s1
15P 1s2 2s2 2p6 3s2 3 p3 uyarılmış durum: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 4s1
ÖRNEK:
Elementlerin atomlarının temel haldeki elektron dizilişi,periyodik özellikleri ile ilgili bilgi verir.
Bu elektron dizilişinden çıkarılan,
1) Toplam elektron sayısı = Atom numarası
2) Son orbitaldeki elektron sayısı = Periyot numarası
3) En yüksek enerji düzeyi(baş kuantum sayısı) = Grup numarası
eşitliklerinden hangileri tüm elementler için doğrudur.
ÇÖZÜM:
1) Bilgi › Doğru
2) Son orbitaldeki toplam elektron sayısı grup numarasının verir.
3) Baş kuantum sayısı periyot numarasını verir.
ÖRNEK:
+4 değerlikli iyonun elektron dağılımı 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 olan X elementi için:
1) Periyodik cetvelin 4. periyot geçiş elementlerindendir.
2) Kendi atomları arasında iyonik bağ oluşturur.
3) Değerlilik elektronları 4s ve 4p orbitallerindendir.
yargılarından hangileri doğrudur.
ÇÖZÜM:
X iyonunun elektron dağılımı 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 ise nötr elementinin elektron dağılımı 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
3d1 şeklindedir.
Buna göre; X elementi ³.periyot 4B grubunda olup geçiş elementidir. (1)
X elementi metal olup, kendi atomları arasında metalik bağ oluşturur. (2)
Değerlilik elektronları 4s ve 3d orbitallerindendir. (3)
Yani ;1) ve 2) yargı doğru, 3) yargı yanlıştır.