atomun yapısı atom ve elektrik elektriklenme deneyimlerinden atoma

1.ÜNİTE : ATOMUN YAPISI
ATOM VE ELEKTRİK
ELEKTRİKLENME DENEYİMLERİNDEN ATOMA
Elektrik yükü ilk defa antik dönemde, kehribarın ipek yada yüne sürtüldükten sonra küçük cisimleri çekmesi ile fark
edilmiştir.
Yünlü kumaşa sürtülen ebonit çubuk, küçük kağıt parçalarına yaklaştırılırsa, ebonit çubuğun kağıt parçalarını önce
uzaktan tutup çektiğini daha sonra kağıt parçalarının uzaklaştığı görülür.
Aynı olay, plastik bir tarak(tarak bu durumda nötrdür) saça sürtüldüğünde, tarağın saçı ve akan suya yaklaştırıldığında
suyu çekmesinden gözlenebilir.
Yün kazağı çıkarırken oluşan kıvılcım, elektrik yükünün bir yerden başka bir yere hareket ettiğini gösterir.
Maddenin elektrikle yüklü hale gelmesi madde de elektrik yüklerinin olduğunu ve bunların hareket ettiğini gösterir.
Ayrıca maddelerin birbirini itme ve çekmeleri, maddenin yapısında iki tür elektrik yükünün olduğunu gösterir.
Sürtünme ile elektriklenmede, sürtünen cam, ebonit ve kumaşların kimyasal yapısı değişmez. Dolayısıyla
sürtünmede, maddeler arasında, atomlarında bulunan daha küçük taneciklerin geçişi olur. Sürtünme ile
elektriklenmede iki tür yükün olduğunu keşfeden ilk kişi Benjamin Franklin’dir.
Not: Cam çubuk (+), ebonit çubuk (-) yükle yüklenir.
FARADAY’IN ELEKTROLİZ DENEYLERİ VE ATOM ALTI PARÇACIKLAR
Luigi Galvani (Luici Galvani) kurbağa bacağının kas sinirine farklı metaller dokundurulduğunda hareket ettiğini
gözlemlemiş, bu deney Alessandra Volta’ya ( fizik profesörü) ilhan kaynağı olmuştur. (Volta, metal çiftler arasındaki
etkileşimle oluşan elektriklenme olayından yararlanarak kendi adını taşıyan pili geliştirmiştir.)
Faraday 1830 lu yıllarda elektroliz deneyleri yaparak elektriğin maddeler üzerindeki etkisini incelemiştir
Elektroliz, elektrik enerjisi kullanılarak bileşikleri elementlerine ayrıştırma işlemidir.
Ag
Yükseltgeneme: Nötr atom ya da iyonun elektron vererek
değerliğini arttırmasıdır.
Fe
AgNO3
İndirgeneme: Nötr atom ya da iyonun elektron alarak
değerliğini azaltmasıdır.
Anot: Yükseltgenmenin olduğu elektrottur. Anot (+) yüklüdür.
Katot: İndirgenmenin olduğu elektrottur. Katot (-) yüklüdür.
1
Elektrolit maddelerden, elektrik akımı geçirilirse bunların çözeltilerinde bulunan katyonlar indirgenerek katot
elektrodunda, anyonlar yükseltgenerek anot elektrodunda toplanırlar.
Faraday elektroliz deneylerinde bir elementin çeşitli bileşiklerinin çözeltilerine elektrik akımı uygulamış ve
elektrotlarda elementler elde etmiştir. Örneğin, ergimiş CuCl2 ve CuCl bileşikleri aynı miktar elektrik yükü ile
elektroliz edildiğinde;
Cu+2 + 2e-  Cu
Cu+2 + 2e-  Cu
 Katotta belirli miktarda madde biriktirmek için gerekli elektrik yükünün daima sabit veya bu sabit değerin
katları olduğunu görmüştür. Yani katotlarda açığa çıkan madde miktarı (m) ile devreden geçen yük miktarı
(Q) doğru orantılıdır.
 Elementlerin farklı bileşiklerinin aynı miktar elektrik yüküyle elektrolizinde elektrotlarda biriken element
kütlelerini, bu elementlerin atom kütlelerine böldüğünde sabit tam sayı elde etmiştir. Kapların katotlarında
açığa çıkan madde miktarı, katotta açığa çıkan maddenin türüne de (A) bağlıdır.
m=Q.A
Q=I.t
m=I.t.A
Devreden geçen yük miktarı (Q), Coulomb (C) birimi ile tanımlanır. AgNO3 çözeltisinden 1,118 mg Ag açığa çıkaran
yük miktarına 1 Coulomb denir.
Faraday yaptığı deneylerden;

Elektriğin maddeyi değiştirdiği,

Elektrik yükleri parçacıklar halinde taşındığı,

Maddeyi oluşturan atomlarda belirli büyüklükteki elektrik yüklerini taşıyan atom altı taneciklerin
bulunduğu anlaşılabilir.
ELEKTRONUN KEŞFİNİN TARİHSEL GELİŞİM
Dalton Atom teorisinde ve daha önceki kuramlarda atom maddenin en küçük taneciği olarak kabul edilmiştir.
1807-1808 yıllarında Humphry Davy (Hampri Devi) bileşikleri ayrıştırmak için elektrik kullanarak beş element
(potasyum, sodyum, kalsiyum, stronsyum ve baryum) buldu. Bu çalışmalarına dayanarak bileşiklerde elementlerin
elektriksel çekim kuvvetleriyle bir arada tutulduklarını önerdi.
1832-1833 yıllarında Michael Faraday elektrik ve kimyasal değişme arasındaki nicel ilişkiyi açıkladı.
Faraday’ın çalışmalarına dayanarak George Johnstone Stoney atomlarda elektrik yüklü birimlerin bulunduğunu öne
sürdü ve 1891 de bunlara elektron adı verilmesini önerdi.
Elektronların varlığı ile ilgili ilk kanıt İngiliz fizikçi William Crooks tarafından ortaya kondu. Crooks geliştirdiği ve kendi
adıyla da anılan Crooks tüpleri ile yaptığı deneylerde havası alınmış vakumlu bir tüpe konan gazların elektrikle
etkileşimi sonucu ortaya çıkan davranışlarını inceledi.
2
Crooks, tüpte bulunan elektrotlara yüksek elektriksel gerilim uyguladığında sarı-yeşil renkte ışıma gözlemledi. Tüpün
ortasına bir engel yerleştirdiğinde bu nesnenin görüntüsü tüpün sonunda bir gölge gibi oluştuğunu belirledi. Crooks’a
göre gölgenin oluşmasının sebebi tüp içerisinde bazı ışınların oluşmasıdır. Crooks bu ışınlara katot ışınları adını verdi.
Çünkü Crooks tüpünde oluşan bu ışınlar, eksi yüklü elektrottan pozitif yüklü elektrota doğru hareket etmekteydi.
Buradan katot ışınlarının doğrusal hareket ettiği sonucuna varılmıştır. Katot ışınlarının hızlı hareket eden eksi yüklü
tanecikler olduğu kesinleşince, bu taneciklere Stoney’in önerdiği gibi elektron adı verildi.
ELEKTRON KÜTLESİ VE YÜKÜNÜN BULUNMASI
Julius Plücker katot ışınlarının, yaklaştırılan mıknatıstan etkilendiğini ve ışının yön değiştirdiğini
gözlemledi.
Joseph John Thomson (Josef Con Tamsın) Plücker’in çalışmalarını havası daha iyi alınmış katot tüplerinde manyetik
alan ve elektrik alan uygulayarak tekrarladı. Thomson, elektriksel alan uygulanan katot ışınlarının negatif kutup
tarafından itildiğini ve pozitif kutup tarafından çekildiğini belirledi.
Thomson bu çalışma sonucunda, katot ışınlarının negatif elektrik yüklerinden oluştuğu sonucunu çıkardı. Elektriksel
alandaki bu sapmalar taneciğin yük miktarı (e) ile doğru, kütlesi (m) ile ters orantılıdır.
Thomson, deneylerinde elektriksel alana dik belli bir şiddette manyetik alan uygulayarak elektron demetinin
sapmasını ölçmüştür.
3
(Elektronlar sağ el kuralı gereği manyetik alanda N kutbundan S
kutbuna sapar.)
Thomson, manyetik alan uygularken ayrıca elektriksel alanda uygulayarak sapmayı durdurmuş ve bu deneylerden
elde ettiği sonuçları kullanarak elektronun e / m oranını hesaplamıştır. Buna göre
𝒆
𝒎
=1,7588x1011 C /kg
Thomson, deneylerinde tüpün katodunda farklı metal kullandığında ve deney tüpünü farklı gazlarla doldurduğunda
da katot ışınlarının aynı davranışta bulunduğunu gördü. Böylece katot ışınlarının maddenin cinsine bağlı olmadığı
sonucuna ulaşılmıştır.
Ufuk Kara – Kimya Ögretmeni
4
Katot ışınlarının özellikleri;
☺
☺
☺
☺
☺
☺
Negatif yüklüdür.
Elektriksel ve manyetik alanda sapmaya uğrar.
Hızlı akan elektronlardır.
Tüp içindeki gazın cinsine bağlı değildir.
Tüp içinde elektriksel ve manyetik alan yokluğunda yolu çizgiseldir.
Tüp içinde elektrot olarak kullanılan metale bağlı değildir.
MİLLİKAN’IN YAĞ DAMLASI DENEYİ
Elektron yükü, 1908 de Rabert Andrews Millikan tarafından Yağ Damlası deneyi ile ölçülmüştür.





Kabın üst tarafından kaba püskürtülen yağ (pülverizatör ile), çok küçük damlacıklar oluşturur.
Ortama gönderilen X ışınlarının havadaki moleküllerden kopardığı elektronlar, bu yağ damlacıkları tarafından
tutulur.
Negatif yük ile yüklenmiş yağ damlaları, elektriksel alandan aşağı düşerken elektriksel alandaki levhaların
kutuplarına göre durdurulabilir ya da yukarı yönlendirilebilir.
Bu elektriksel alanda yağ damlasını durdurmak için gerekli minimum yük miktarı ve yağ damlasının serbest
düşmesi sırasında ulaştığı limit hız değerleri ölçülerek her yağ damlacığının taşıdığı yük bulunmuştur.
Deney defalarca tekrarlanarak bulunan yük değerleri, her defasında -1,6022.10-19 C un
tam katları olduğu
bulunmuştur. Bulunan bu değer, bir elektronun yüküdür.
Elektronun kütlesi =
yük
yük/kütle
e
m=
e/m
Ufuk Kara – Kimya Ögretmeni
5
ATOMDA ELEKTRONUN YÜKÜ İLE POZİTİF YÜKLER ARASINDAKİ İLİŞKİ
Bir Croks tüpüne hidrojen gazı doldurularak katottan elektron gönderilmeye başlandığında, elektronlar
nötr haldeki gaz moleküllerine çarparak gaz moleküllerinin elektron kaybetmelerine neden olur. Elektron
kaybeden gaz molekülleri pozitif yüklü iyonlar haline gelir. Bu iyonlar katot tarafından çekilerek katot görevi
yapan delikli levhadan geçer ve tüpün yüzeyinde ışıma meydana getirir. Bu ışınlara kanal ışınları ya da pozitif
ışınlar denir.
Kanal ışınları ilk defa araştıran Eugen Goldstein'dir. (Ögen Goldştayn)
Pozitif iyonlar için e/m değerlerinin hesaplanmasında, katot ışınlarının incelenmesinde kullanılan yöntemin
hemen hemen aynısı kullanılmıştır.
Katot ışınlarında, katot maddesi ne olursa olsun elde edilen ışınların e/m oranı hep aynı bulunmuştu. Fakat
pozitif ışınlarda elde edilen e/m değeri tüpteki gazın cinsine göre farklılık gösterdiği bulunmuştur.
Aynı pozitif yüklü ışınlar için e/m değeri, iyonun kütlesi küçüldükçe artar. Gaz boşalma tüpünde hidrojen gazı
varsa pozitif iyonlar için gözlenen en büyük e/m değeri elde edilir. H gazı atomundan bir elektron koparılması ile
geriye bir proton kalır. Sadece 1 tane pozitif yük bulundurması nedeniyle hidrojen iyonu için elde edilen e/m
değeri protona ait değer olarak alınır.
1 tane proton için ; yük değeri 1,6022x10-19 C
Kütle değeri 1,67x10-27 kg dir.
 Hidrojen gazı atomundan türeyen pozitif iyonun (proton) kütlesi, elektronun kütlesinden 1836 kat daha
fazladır.
 Elektronunu kaybetmiş olan bu en küçük hidrojen taneciğine, Latincede birinci anlamına gelen “proton”
adı verildi.
 Protonun yükü elektronun yükü ile eşit ama zıt işaretlidir.
6
ATOMUN PROTON SAYILARININ DENEYSEL OLARAK BELİRLENMESİ
X ışınları, görünür ışıktan daha yüksek enerjiye sahip elektromagnetik ışınlardır.
Rutherford'un öğrencisi olan Moseley(Birinci Dünya Savaşı sırasında İngiliz askeri birlikleri ile Gelibolu'ya
gelerek çarpışmış ve Anafartalar Savaşı'nda hayatını kaybetmiştir), X ışınlarını kullanarak, değişik elementlerin
farklı X-ışınları spektrumunu elde etmiştir. Her elementin sadece birkaç karakteristik spektral(Fraunhofer) çizgi
içeren X-ışınları spektrumu olduğunu görmüştür.
Fraunhofer çizgilerini inceleyen Henry Moseley, Ca ve Ti elementleri arasındaki düzensizliğin farkına vardı.
Atom numaralarına göre sıraladığında bu iki elementin arasında başka bir elementin bulunması gerektiğini belirtti.
Buradan hareketle Sc elementi keşfedilerek bu boşluğu doldurduğu görüldü. Ayrıca spektrumda ikiden fazla çizginin
görüldüğü yerlerde örnek maddenin safsızlık içerdiği belirlendi. Bakır çinko alaşımı olan pirinç (Brass), bakır ile
çinkonun spektrum çizgileri toplamına eşit spektrum çizgileri göstermektedir.
Moseley, her elementin farklı karakteristik X-ışınları spektrumu verdiğini ve X-ışınları frekanslarının atomun
çekirdeğindeki yükün karakteristiği olduğunu belirledi. Moseley, elementin atom numarası ile çizgi frekansının kare
kökü arasında doğrusal bir ilişki olduğunu belirledi.
7
Moseley yaptığı deneylerde;

X-ışınları tayflarına dayanarak, atom numaralarını doğru olarak hesaplamayı başarmıştır.

Periyodik sistemde Ce’dan Lu’a kadar olan seride 14 element bulunması ve bu elementlerin La’dan sonra
gelmesi gerektiğini belirtti.

Periyodik cetvel, elementlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerin, atom numarasının işlevi olduğu
tanımlamıştır.

Atom numarasının, atom çekirdeğinde bulunan artı birimlerin sayısı olduğunu önermiştir.

Bir elementten diğerine gidildikçe artan temel bir nicelik bulunduğunu ifade ederek bu niceliğin ancak
merkezdeki artı yüklü çekirdeğin yükü olabileceğini belirtti.
Aşağıda verilen cümlelerdeki boşlukları uygun şekilde doldurunuz.
Ѻ Yüne sürtülen ebonit çubuk …………………….. yükle yüklenir.
Ѻ Kanal ışınları …………………….. yüklü iyonlardır.
Ѻ Katot ışınları elektrik alanda ………………… yüklü plakaya doğru sapar.
Ѻ AgNO3 çözeltisinin elektrolizinde, katotta 1,118 mg metalik gümüş birikmesine neden olan elektrik yükü
miktarı ………………………………… olarak tanımlanır.
Ѻ Negatif yüklü atom altı taneciğine elektron denmesini ilk olarak ……………………… önermiştir.
Ѻ Katot ışınlarındaki e/m değeri, H+ iyonunun e/m değerinden çok daha …………………………..
Ѻ Katot ışınlarının elektrik alanda doğrusal yolundan sapma açıları ………………………………….. ve
…………………………………. Niceliklerine bağlıdır.
Ѻ ………………………………. yaptığı elektroliz deneyleri ile elektrotlarda toplanan madde miktarı ile devreden
geçen yük miktarının ……………………………………… olduğunu keşfetmiştir.
Ѻ ………………………………yağ damlacıkları deneyi sonucunda …………………………………….. hesaplamıştır.
Ѻ Katot ışınları manyetik alanda ………………………… sapar.
Ѻ Elektrik yüklerini pozitif ve negatif olarak sınıflandıran bilim adamı ………………………………….dir.
Ѻ Elektron için e/m değerini hesaplayan bilim adamı ………………………………..dır.
Ufuk Kara – Kimya Ögretmeni
8