maddenin yapısı ve özellikleri
advertisement
MADDENİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ 1-ELEMENTLER VE SEMBOLLERİ 2-ATOMUN YAPISI 3-ELEKTRONLARIN DİZİLİMİ 1-ELEMENT VE SEMBOLLERİ Elementi oluşturmak için aynı tip atomlar bir araya gelir. Bir elementin bütün atomları birbiriyle aynı iken, farklı elementlerin atomları birbirinden farklıdır. Örneğin demir elementini oluşturan atomlar birbiriyle aynı iken, bakır elementini oluşturan atomlardan farklıdır. Bazı elementleri oluşturan birimler atomlardır. Bazı elementlerin birimleri ise aynı atomların oluşturduğu moleküllerdir. Doğada canlı cansız her madde elementten oluşmaktadır. Bazı elementlerin adlarını besinlerimizden veya kullandığımız malzemelerden dolayı sıkça duyarız. Fakat bunların element olup olmadıklarını herhalde hiç düşünmemişizdir. Şimdi günlük hayatta karşılaştığımız yaygın elementler, bu elementlerin tanecik yapı modellerini ve kullanım alanlarını inceleyelim. CIVA Diş dolgusunun yapımı dahil birçok alanda cıva elementi kullanılır. Evlerimizde kullandığımız termometrelerin içinde yer alan sıvıda da cıva elementi kullanılır. BAKIR Mutfakta kullandığımız eşyalarımızın bir kısmı, bazı süs eşyalarımız, bazı inşaat malzemeleri bakır elementinden yapılmıştır. NİKEL Arabaların çeşitli kaplamalarında, Musluk kaplamalarında nikel elementi kullanılır. Nikel elementi başka hangi alanlarda kullanılıyor olabilir? ALTIN ve GÜMÜŞ elementi süs eşyası dışında nerelerde karşımıza çıkar? ALTIN Kuyumculuk, diş hekimliği ,para yapımında, iletken yapımında kullanılır GÜMÜŞ Fotoğrafçılıkta İyi iletken olduğu için tel yapımında kullanılır. Yediğimiz besinler de elementlerden oluşmaktadır. İYOT Deniz ürünlerinde ve Sofra tuzunda bol miktarda bulunur. Sofra tuzunda ve balıkta bulunan iyot elementinin taneciklerinin aynı olduğunu söyleyebilir miyiz? ÇİNKO Mutfak eşyalarında ve Pillerde çinko elementi kullanılmaktadır. Aynı element çok farklı alanlarda karşımıza çıkabilir. Örneğin; marul, pekmez gibi besinlerimizde vücudumuzda dolaşan kanda bazı inşaat malzemeleri ile demir parmaklıklarda DEMİR elementi bulunur, Bilinen elementlerin sayısı arttıkça bilim insanları bu elementleri numaralandırma ihtiyacı hissetmişlerdir. 1’den 20’ye kadar numaralandırılmış elementler ve bu elementlerin kullanım alanlarına ve kullanım alanlarına bakalım. Daha öncede belirttiğimiz gibi doğadaki canlı cansız her şey elementlerden meydana gelmiştir. Doğada bilinen yaklaşık 100 element olmasına rağmen bu elementler birbirleriyle birleşerek dünyayı ve canlıları oluşturur. Şimdi de elementlerin vücudumuzu ve yeryüzünü oluşturma oranlarına göz atalım.. Canlı Vücudunu Oluşturan Element Çeşitleri ve Bunların Oranları : •Oksijen→%65 •Karbon→%18 •Hidrojen→%10 •Potasyum→%0,35 •Sodyum→%0,15 • Azot→%3 •Kalsiyum→%2 • Fosfor→%1,1 •Kükürt→%0,25 Yeryüzünde Bulunan Elementlerin Oranları : • Oksijen → % 46,6 • Silisyum → % 27,7 • Alüminyum → % 8,1 • Demir → % 5,0 • Kalsiyum → % 3,6 • Sodyum → % 2,8 • Potasyum → % 2,6 • Magnezyum → % 2,1 Vücudumuz ve yeryüzü karşılaştırılamayacak kadar farklı özellikler sahiptir. Oysa ikisi de hemen hemen aynı elementlerden oluşmaktadır. Örneğin oksijen elementi insan vücudunun ve yeryüzünün büyük bir kısmını oluşturur. Ayrıca kalsiyum,magnezyum,demir, potasyum ve daha birçok element vücudumuzu ve yeryüzünü oluşturan ortak elementlerdir. Elementlerin Adlandırması Bilim insanları elementlerin Latince adlarının yerine bu adların ilk harflerini tercih etmişler ve bu harfler elementlerin sembolü olarak kullanılmıştır. İlk harfleri aynı olan elementler olduğunda da element adının ilk iki harfi tercih edilmiştir. İki harfle belirtme durumunda da ilk harf büyük, ikinci harf küçük yazılmıştır. Örneğin; hidrojen elementinin Latince adı ‘Hydrogenes’ olduğu için sembolü ‘H’, helyum elementinin Latince adı ‘Helios’ve sembolü ‘He’ şeklindedir. Fosfor elementinin Latince adı ‘Phosphoros’ oduğu için bu element ‘P’ ile gösterilmektedir. İlk 20 elementin numarası,adı ve sembolü Elementler sembollerle gösterilir, fakat sembollerden o elementin atomik yapıda mı yoksa moleküler yapıda mı olduğunu anlayamayız. Moleküler yapıda olan elementlerde, moleküllerin kaç atomdan oluştuğunun belirtilmesi için formüller kullanılır. Örneğin; hidrojen,oksijen,iyot gibi elementlerin molekülleri iki atomludur. Bu sebeple çizelgede gördüğümüz gibi hidrojen elementinin sembolü ‘H’, formülü ‘H2’ olarak gösterilir. Demir, bakır gibi elementler moleküler halde bulunmadığı için formülleri yoktur. Bileşikler formüllerle ifade edilmektedir. Örneğin; bir bileşik olan su, H2O formülü ile gösterilirken suyu oluşturan hidrojen elementi H sembolü ile, oksijen elementi de O sembolü ile gösterilir. Formülleri verilen NaCl,CO2,HCl,HI gibi bileşikler hangi elementlerden oluşmuştur? Bu elementlerin sembolleri nedir? NaCl CO2 HCl HI 2- ATOMUN YAPISI Şekilde altın elementinden yapılmış bir yüzük görüyoruz. Altın elementini oluşturan atomlar nasıl bir arada durmaktadır? Peki bilyeler düz bir zemin üzerine konulduklarında neden bir arada durmaz? Maddeyi oluşturan tanecikler de bilyeler gibi olsaydı hepsi birbirinden bağımsız davranırdı. Elementlerin oluşturan atomlar birbirlerini etkilediği için atomlar bir arada bulunur. Elementleri oluşturan atomların birbirinden etkilenmesine sebep olan şey nedir? Maddeyi oluşturan atomları bir arada tutan etkinin nasıl meydana geldiğini bir etkinlikle keşfedelim. Maddeleri oluşturan bütün taneciklerin hareketli olduğunu öğrenmiştik. Sizce taneciklerin hareket etmesinin sebebi ne olabilir? Elementleri oluşturan atomların sürekli hareket halinde olması ve bu atomların birbirine etki etmesi,atomun yapısında başka birimlerin olduğunu gösterir. Cam bilyenin veya balonun kumaşlara sürtüldükten sonra kağıdı çekmesi, bu maddeleri oluşturan atomların yapısında bulunan birimlerden kaynaklanıyor olabilir mi? Etkinliğimizde cam bilyeyi ipek kumaşa sürttüğümüzde cam bilyenin atomları ile kumaşın atomların arasında parçacık alış verişi gerçekleşmiştir.diğer bir ifade ile cam bilyenin atomlarını oluşturan parçacıkların çok az bir kısmı ipek kumaşa geçmiştir. Yün kumaşın atomlarını oluşturan parçacıkların çok az bir kısmı ise balona geçmiştir. Atomu oluşturan bu parçacıklar proton, nötron ve elektronlardır. Atomu oluşturan bu parçacıklar farklı konumlarda bulunurlar. Nötron ve protonlar atomun merkezinde bulunur. Nötron ve protonların bulunduğu bu kısım çekirdek olarak adlandırılır. Elektronlar ise çekirdeğin etrafında yer alır. Atomu oluşturan parçacıklar farklı yüklere sahiptir. Farklı yüklere sahip bu parçacıklar birbirini etkileyerek bir arada bulunur ve atomu oluşturur. Atomda bulunan yükler negatif ve pozitif yük olarak adlandırılır. Negatif yük elektronun, pozitif yük ise protonun yükünü temsil etmektedir. + Şekilde gösterildiği gibi elektronun yükü(-), protonun yükü(+) işareti ile gösterilmektedir. Nötron ise atomun merkezinde proton ile birlikte bulunan yüksüz parçacıktır. Her atomun farklı sayılarda elektron, proton ve nötronu bulunur. Belirli sayılarda proton, nötron ve elektronlar farklı konumlarda bir arada bulunarak atomları oluşturur. Atomu oluşturan bu parçacıkların arasında da sadece boşluk vardır. Elektron(e) Element Atom Nötron(n) Proton(p) Atomun bir alt parçacığı olan elektronlar çekirdeğin etrafında sabit bir yerde durmaz. Elektronların hareketini,Lunapark’taki ahtapotun yaptığı dönme hareketine benzetebiliriz. Elektronlar çekirdekten belirli uzaklıklarda hem kendi etraflarında hem de çekirdeğin etrafında çok hızlı hareket eder. Bu sebeple elektronlar çekirdeğe düşmezler,çekirdek tarafından çekildikleri için de dışarı fırlamazlar. Çekirdekte bulunan proton ve nötron ise elektrona göre oldukça yavaş hareket eder. Atomu oluşturan parçacıkların hızlarının farklılığı, bunların sahip oldukları kütlelerle ilişkilidir. Tabloda da görüldüğü gibi atomun kütlesini, çekirdeği oluşturan kısım(proton+nötron) meydana getirir. Şekilde,atomu oluşturan farklı yüklere sahip parçacıklar arasındaki çekme kuvveti gösterilmiştir. proton + - elektron nötron elektron çekirdek np katman Elektronların ortalama olarak bulunduğu çizgiler katman olarak adlandırılır. Atomlar birden fazla katmana sahip olabilir. Gerçekte atomun yapısında modelde gösterildiği gibi katman bulunmaz. Fakat elektronların konumunu daha kolay açıklayabilmek için katman, modelde koyu yuvarlak çizgilerle gösterilmiştir. Bu katmanlar, çizimlerde gösterildiği gibi düz bir zemin değildir. Çekirdeğin çevresini tamamen saran küresel bir yapıya sahiptir. Atomu şekilde görülen matruşkalara benzetirsek birbiri içine geçen bebeklerin her birini de elektronların bulunduğu katmanlar olarak düşünebiliriz. Bildiğimiz gibi bu tür oyuncaklarda matruşkalar birbirinin içine geçerek büyük ve tek bir bebek olarak görünür. Peki her atom farklı sayıda elektrona sahip olduğuna göre bu elektronların hepsi aynı katmanda mı bulunur? Atomlarda birden fazla sayıda katman bulunabilir ve katmanlardaki elektron sayısı farklı olabilir. Ancak iki katmanda en fazla iki elektron bulunabilir. İkinci ve üçüncü katmanlarda bulunabilecek elektron sayısı sekizi geçemez. Elektronlar öncelikle çekirdeğe en yakın katmanda bulunur. İkinci katmanda sekiz elektron yer aldıktan sonra elektronlar üçüncü katmana yerleşir. Elementlere ait atomların proton ve elektron sayıları birbirine eşit olduğu için atomlar nötr yapıdadır. Atomun nötr olması atomda bulunan negatif yüklerin sayısını pozitif yüklerin sayısına eşit olması demektir. Diğer bir ifade ile elektron negatif yüklü, proton pozitif yüklü olduğu için elektron ve proton sayılarının eşit olması atomun nötr olduğunu gösterir. Artı yüklü atom Eksi yüklü atom Nötr atom (-) yüklü atom (+) yüklü atom Şimdi kendimize şöyle bir soru sorabiliriz: “Bütün atomlar elektron, proton ve nötronlardan oluştuğuna göre niçin farklı elementlerin atomları farklı özelliklere sahiptir?” Her bir elemente ait atomun proton, nötron ve elektronlarının sayısı aynı değildir. Bir elementin atomunun diğer elementin atomundan farklı olması çekirdekte bulunan proton sayısına bağlıdır. Örneğin;hidrojen atomunun çekirdeğinde bir proton bulunmasına karşılık, azot atomunun çekirdeğin yedi proton bulunmaktadır. Bu sebeple hidrojen atomu, azot atomundan farklıdır. Farklı elementlerin atomları aynı sayıda elektron veya nötron içerebilir. Ancak farklı atomların proton sayıları hiçbir zaman aynı olamaz. Bu sebeple atomda bulunan protonların sayısı, o elementin kimliğini belirler. Nötr atomlarda elektron sayısı proton sayısına bağlı olduğu için proton sayısı kadar elektron bulunur. katman Şekilde gördüğümüz çekirdek karbon atomunu incelediğimizde, çekirdeğinde altı proton ve altı nötron elektron bulunduğunu ve altı elektrona sahip olduğunu fark ederiz. Bir elementin tüm atomlarının çekirdeğinde aynı sayıda proton bulunur. Fakat aynı elementin tüm atomlarının nötron sayıları birbirinden farklı olabilir. Proton sayısı farklı olması ise elementin farklı olması demektir. Proton sayısı elementin kimliğini belirlediğine göre proton sayısını atom numarası olarak adlandırabiliriz. ATOM MODELİNİN SERÜVENİ ATOM MODELLERİ Atom gözle veya en gelişmiş elektron mikroskopları ile bile görülemez. Maddenin kütlesi olduğu halde maddeyi oluşturan atomların tek tek kütleleri ölçülemez ve atomlar duyu organları tarafından algılanamaz. Eski çağlardan günümüze kadar gözle görülemeyen atom hakkında çeşitli bilim adamları deneyler yapmışlar, atom hakkında elde ettikleri bilgileri açıklamak için çeşitli bilimsel modeller ortaya koymuşlardır. Atom hakkında ortaya konan her yeni model bir önceki modelin eksikliğini gidermiştir. Atom hakkında yapılan yeni deneyleri açıklayamayan modelin yerine de yeni bir model geliştirilmiştir. Eski atom modellerinin bugün geçerli olmamasının nedeni, o modelleri geliştiren bilim adamlarının iyi düşünememesinden değil, o dönemde bilinenlerin bugün bilinenlere göre daha az olmasından kaynaklanır. (Dalton atom modeli açıklandığında o dönemde bilinenler dikkate alındığında o modeli geliştirmek, Bohr atom modelini geliştirmekten daha zordu). Atom hakkında Democritus, Dalton, Thomson, Rutherford ve Bohr isimli bilim adamları ve filozoflar görüşlerini ortaya koymuşlar ve günümüzdeki atom modeli ortaya çıkmıştır. Günümüzde kullanılan atom modeli Modern Atom Teorisi sonucu ortaya konmuştur ve bugünkü model, yeni bir model bulununcaya kadar geçerliliğini sürdürecektir. a) Democritus Atom Modeli (Democritus–M.Ö. 400) : Atom hakkında ilk görüş M.Ö. 400’lü yıllarda Yunanlı filozof Democritus tarafından ortaya konmuştur.Democritus, maddenin taneciklerden oluştuğunu savunmuş ve bu taneciklere atom adını vermiştir. Democritus, atom hakkındaki görüşlerini deneylere göre değil varsayımlara göre söylemiştir. Democritus’ a göre; Madde parçalara ayrıldığında en sonunda bölünemeyen bir tanecik elde edilir ve bu tanecik atomdur. Bütün maddeler aynı tür atomlardan oluşur. Maddelerin farklı olmasının nedeni maddeyi oluşturan atomların sayı ve dizilişi biçiminin farklı olmasıdır. Atom görülemez. Atom görülemediği için bölünemez. b) Dalton Atom Modeli (John Dalton 1766–1844) : Atom hakkında ilk bilimsel görüş 1803 – 1808 yılları arasında İngiliz bilim adamı John Dalton tarafından ortaya atılmıştır. Dalton’ a göre; Maddenin en küçük yapı taşı atomdur. (Maddeler çok küçük, bölünemez, yok edilemez taneciklerden oluşur.) Atom parçalanamaz. Atom içi dolu küre şeklindedir. Bütün maddeler farklı tür atomlardan oluşmuştur. Maddelerin birbirlerinden farklı olmasının nedeni maddeyi oluşturan atomların farklı özellikte olmasıdır. Bir maddeyi oluşturan atomların tamamı birbirleriyle aynı özelliklere sahiptir. Dalton atom modeli: c) Thomson Atom Modeli (John Joseph Thomson 1856–1940) : Atomun yapısı hakkında ilk model 1897 yılında Thomson tarafından ortaya konmuştur. Thomson atom modeli bir karpuza ya da üzümlü keke benzer. Thomson’ a göre; Atom küre şeklindedir. (Çapı 10–8 cm) Atomda (+) ve (–) yüklü tanecikler bulunur. Thomson’a göre atom; dışı tamamen pozitif yüklü bir küre olup negatif yüklü olan elektronlar kek içerisindeki gömülü üzümler gibi bu küre içerisine gömülmüş haldedir. Atomlar, daha küçük taneciklerden oluştuğu için parçalanabilirler. d) Rutherford Atom Modeli (Ernest Rutherford 1871–1937) : Atomun çekirdeğini ve çekirdekle ilgili birçok özelliğin ilk defa keşfeden bilim adamı Rutherforddur. Atom kütlesinin tamamına yakını merkezde toplanır, bu merkeze çekirdek denir. Atomdaki pozitif yüklere proton denir. Elektronlar çekirdek etrafında gezegenlerin Güneş etrafında dolandığı gibi dairesel yörüngelerde sürekli dolanırlar. Çekirdekle elektronlar arasında çekim kuvveti olduğu için elektronların çekirdeğe düşmemeleri için dolanmaları gerekir. Elektronların bulunduğu hacim çekirdeğin hacminden çok büyüktür. Çekirdekteki protonların sayısı (yük miktarı) bir maddenin bütün atomlarında aynı, fakat farklı maddenin atomlarında farklıdır. Çekirdekteki proton (yük) sayısı, elektron sayısına eşittir. Çekirdekteki pozitif yüklerin kütlesi yaklaşık atom kütlesinin yarısına eşittir e) Bohr Atom Modeli (Niels David Bohr 1875–1962) : Bohr atom teorisi hidrojenin yayınma spektrumuna dayanılarak açıklanır. Bohr’ a göre; Elektronlar çekirdek etrafında belirli uzaklıklardaki katmanlarda dönerler, rasgele dolanmazlar. (Yüksek enerji düzeyinde bulunan elektron, düşük enerji düzeyine geçerse fotonlar halinde ışık yayarlar). (Kararlı hallerin tamamında elektronlar çekirdek etrafında dairesel yörünge izlerler). f) Modern Atom Teorisi Günümüzde kullanılan atom modeli, modern atom teorisi sonucu ortaya konmuştur. Bu teoriye göre elektronlar çok hızlı hareket ettikleri için belirli bir yerleri yoktur. Yani elektronların bulunduğu kabuk kavramı yanlış bir kavramdır. Elektronların sadece bulunma ihtimalinin olduğu bölgeler bilinebilir ve elektronların bulunma ihtimalinin olduğu bölgelere elektron bulutu denir. 3-ELEKTRON DİZİLİMLERİ ELEKTRON ALIŞVERİŞİ VE SONUÇLARI: Helyum (2), neon (10), argon (18)in elektron dağılımları incelendiğinde Eğer bu üç elementin birer elektronu daha olsaydı, her birinde yeni bir katman oluşacaktı. Çünkü her üçünün de en dıştaki katmanları tamamen dolu durumdadır. 1.Katmanda en çok 2 elektron bulunması durumu dublet kuralı, 2. ve 3. katmanlarda en çok 8 elektron bulunması durumu oktet kuralı olarak adlandırılır.. Helyum dublet, neon ve argon oktet kuralına uyar. Oktet veya dublet kuralına uyan atomlar kararlı yapıya sahiptir. Diğer elementler de kararlı yapıya sahip olmak isterler. Bu yüzden elektron alır veya verirler. Son yörüngesindeki elektron sayısı az olan lityum (3), berilyum (5) gibi elementler elektron verme eğilimindedir. Oksijen(8), flor(9) elementleri ise elektron almaya yatkındır. Atomlar elektron alarak veya vererek kararlı yapıya ulaştıklarında artık, iyon olarak adlandırılırlar. Nötr bir atomun elektron almış veya vermiş haline iyon denir. Atom elektron alarak kararlı hale geçerse elektron sayısı>proton sayısı olur. Bu tür iyonlara negatif(-) yüklü iyon (anyon)denir. Atom elektron vererek kararlı hale geçerse elektron sayısı(+)yüklü iyon (katyon)denir. Atomlar kaybettikleri elektron sayısı kadar +yüklü, kazandıkları elektron sayısı kadar – yüklü olurlar. Not: iyon yükü =proton sayısı- elektron sayısı Eğer iyon anyonsa sembolün sağ üst kısmına – işareti konur ve aldığı elektron sayısı yazılır. Katyonsa + işareti konur ve sayısı yazılır. DEĞERLENDİRME SORULARI A)1 ve 3 B)3 ve 5 C)3, 5 ve 6 D)1, 2 ve 4 ‘Element, ……………’ cümlesinde boş bırakılan yere aşağıdakilerden hangisi gelmelidir? A)Farklı atom ve moleküllerin bir araya gelmesiyle oluşur. B)Çok çeşitli atomlardan oluşur. C)Farklı moleküllerden oluşur. D)Aynı çeşit atomların bir araya gelmesiyle oluşur. Atomu oluşturan temel parçacıklar aşağıdakilerden hangisinde doğru olarak verilmiştir? A) proton, nötron, iyon B) proton, nötron, elektron C) proton, nötron, katman D) çekirdek, elektron, iyon Atomu oluşturan parçacıklardan hangisi yaklaşık olarak aynı hacme ve kütleye sahiptir? A) nötron, elektron B) elektron, proton C) proton, nötron D) proton, nötron, elektron Aşağıdakilerden hangisi atom modellerinden değildir? A)Dalton atom modeli B)Kovalent atom modeli C)Bohr atom modeli D)Rutherford atom modeli ‘İyon’ kelimesinin anlamı için aşağıdakilerden hangisini kullanmak doğru olur? A)Molekül B)Yüklü tanecik C)Element D)Yüksüz tanecik ‘Bir atom elektron alıp verdiğinde ………… oluşur.’ cümlesinde boş bırakılan yere aşağıdakilerden hangisi gelmelidir? A)İyon B)Element C)Atom D)Proton HAZIRLAYAN: DİDEM SİPAHİOĞLU FEN BİLGİSİ ÖĞRETMENLİĞİ 4. SINIF (İ.Ö)
