ATOM ve ELEKTRON
advertisement
ATOMUN YAPISI İÇİNDEKİLER 1)Atomun Yapısı 2)Maddenin Yapısı ve Atom 3)Atom ve Elektron 4)Atom ve Yapısı ATOMUN YAPISI Elementlerin tüm özelliğini gösteren en küçük parçasına atom denir. Atomu oluşturan parçacıklar farklı yüklere sahiptir. Atomda bulunan yükler; negatif yükler ve pozitif yüklerdir. Atomu oluşturan parçacıklar: * Cisimden cisme elektrik yüklerini taşıyan negatif yüklü elektron, * Elektronların yükünü dengeleyen aynı sayıda ama pozitif yüklü olan proton, * Elektrik yükü taşımayan nötr parcacık nötron. Atom iki kısımdan oluşur : 1-Çekirdek (merkez) ve 2-Katmanlar (yörünge; enerji düzeyi) Çekirdek, hacim olarak küçük olmasına karşın, atomun tüm kütlesini oluşturur. Çekirdekte proton ve nötronlar bulunur. Elektronlar ise çekirdek çevresindeki katmanlarda bulunur. Tanecik Elektrik Kütle Sembol adı yükü (kg) 1,6725.10+ Proton P+ 27 kg - - n0 0 Elektron e Nötron 9,107.1031 kg 1,6748.1027 kg Elektronların çekirdek etrafında dönme hızı, 2,18.108 cm/sn’dir. Elementlerin Çekirdekte bulunan protonlar, atomun ( o elementin) tüm kimyasal ve fiziksel özelliklerini belirler. Proton sayısı atomlar (elementler) için ayırt edici özelliktir. Yani proton sayısının farklı olması elementin diğerinden farklı olduğu anlamına gelir. Elektronların bulunma olasılığının olduğu bölgelere elektron bulutu denir. Kimyasal olaylarda (reaksiyonlarda) yalnızca elektron sayısı değişir. Proton ve nötron, çekirdekte bulunduğu için sayıları değişmez. Nötr bir atom için; elektron sayısı= proton sayısı (A.N.) Atom numarası= proton sayısı Çekirdek yükü= proton sayısı İyon yükü= proton sayısı – elektron sayısı (E.S.) (K.N.) Kütle numarası= proton + (N.S)nötron sayısı (Nükleon sayısı)(atom ağırlığı) Atom Numarası = Proton Sayısı = Çekirdek Yükü = Elektron Sayısı İzotop atom: Proton sayıları (atom numaraları)aynı, nötron sayıları farklı olan atomlara denir. İzotop atomların kimyasal özellikleri aynı (p aynı) , fiziksel özellikleri farklıdır (n farklı). Nötr halde bulunmayan, iyon halindeki izotop atomların hem fiziksel, hem kimyasal özellikleri farklıdır. Atom Modelleri : Atom gözle veya en gelişmiş elektron mikroskopları ile bile görülemez. Maddenin kütleri 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, Bohr ve De Broglie 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. (Teosta yaşamıştır). 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 berk 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. NOT: 1- Madde fiziksel veya kimyasal değişmeye uğradığında atomlar varlıklarını korurlar, parçalanmaz ve yeniden oluşturulamazlar. 2- Kimyasal olaylar atomların birleşmesi veya ayrılması sonucu oluşur. Atomlar birleşerek molekülleri oluşturur. Bir bileşiğin molekülleri tamamen birbirinin aynısıdır. 3- Dalton İngiltereli bir kimyacı olup daha çok maddenin yapısını açıklayan atom teorisiyle ün kazanmıştır. Bunun yanında gazların bir takım özellikleriyle ve özellikle kısmi basınçlarıyla ilgili çalışmalarda yapmıştır. 4- Birçok elementin atomlarının ağırlıklarını kendi ilkel ortamında çalışarak ölçmeye çalışmış ve bu ağırlıklarla ilgili bir tablo yapmıştır. Ancak daha sonra gelişen teknik ve teknolojiyle bilim adamları tarafından atomların ağırlıklarını yeniden ölçülmüş ve Dalton’un hazırladığı bu tablonun hatalı olduğu ortaya çıkmıştır. 5- Sabit oranlar kanunu ve katlı oranlar kanunu olarak gördüğümüz bileşiklerdeki kütlesel ilişkilere bakarak 1803 yılında John Dalton, maddelerin çok çok küçük yapı taşlarının topluluğu halinde bulunduğu, fikrini ileri sürdü Dalton atom teorisi olarak ortaya konular temel özellikler şunlardır. • Aynı elementin atomları biçim, büyüklük, kütle ve daha başka özellikler bakımından aynıdır. Ancak bir elementin atomları başka bir elementin atomlarından farklıdır. • Atomlar belli sayılarda birleşerek molekülleri oluştururlar. 1 atom X ile 1 atom Y den XY, 1 atom X ile 2 atom Y den XY2 bileşiği oluşur. Oluşan bileşikler ise standart özellikleri moleküller topluluğudur. • Farklı cins atomlar farklı kütlelidir. 6- Atomla ilgili günümüzdeki bilgiler dikkate alındığında Dalton atom teorisinde üç önemli yanlış hemen fark edilir: • Atomlar içi boş küreler değildir. Boşluklu yapıdadırlar. • Aynı cins elementlerin atomları tam olarak aynı değildir. Kütleleri farklı (izotop) olanları vardır. • Maddelerin en küçük parçasının atom olduğu ve atomların parçalanamaz olduğu doğru değildir. Radyoaktif atomlar daha küçük parçalara ayılarak daha farklı kimyasal özellikte başka atomlara ayrışabilir; proton, nötron, elektron gibi parçacıklar saça bilirler. 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. NOT: 1- İngiliz fizik âlimlerinden biri olup, elektronlar hakkındaki çalışmalardan dolayı 1906 da Nobel fizik ödülünü almıştır. 1885’te içi boş bir cam tüp içerisinden elektrik akımları üzerinde çalışırken ışınları tüpün negatif (katot) kutbundan geldiğini görmüş ve ilk defa katot ışınlarını bulmuştur. Böylece elektronları da bulmuştur. Ve sonuç olarak elektronların her atomun tabiatında var olan temel parçacıklar olduğunu söylemiştir. 2- Dalton atom modelinde (–) yüklü elektronlardan ve (+) yüklü protonlardan söz edilmemiştir. Yapılan deneyler yardımıyla; katot ışınlarından protonun varlığını ortaya koymuştur. Thomson atom altı parçacıklar üzerinde çalışmalar yaparken icat ettiği katot tüpü yardımıyla 1887 yılında elektronu keşfinden sonra kendi atom modelini ortaya attı 3- Elektronların kütlesi pozitif yüklerin kütlesinden çok küçüktür. Bu nedenle atomları başlıca pozitif yükler oluşturur. 4- Atomda elektriksel dengeyi sağlamak için pozitif yük sayısına eşit sayıda elektron küre içinde dağılmıştır. 5- ELEKTRON’UN KEŞFİ Maddenin yapısına ilk olarak modern yaklaşım Thomson’un katot ışınlarını inceleyerek elektronun keşfi ile başlar. Thomson: elektriksel gerilim uygulanan katot ışınları tüpünde katot ışınların negatif kutup tarafından itildiğini pozitif kutba doğru çekildiğini tespit etti. Aynı cins elektrik yüklerinin bir birini itmesi ve farklı yük elektrik yüklerinin birbirini çekmesi nedeniyle Thomson katot ışınlarının negatif elektrik yüklerinden olduğu sonucu çıkardı. Thomson deneyinde katot için farklı madde kullandığında ve deney tüpünün farklı gazla doldurulduğunda da katot ışınlarının aynı davranışta bulunduğunu gördü. Böylece elektronun maddenin cinsinin karakteristik bir özelliği olmadığını bütün atom cinsleri için elektronun her birinin aynı olduğunu neticesini ortaya koydu. Elektron negatif yüklü olduğundan elektriksel alanda pozitif kutba doğru saparlar. Elektriksel alandaki bu sapmalar taneciğin yükü (e)ile doğru, kütlesi(m) ile ters orantılıdır. Yükün kütleye oranı (e/m) bir elektrik alanı içinde elektronların doğrusal yoldan ne kadar sapacağını gösterir. 6- PROTONUN KEŞFİ Katot tüpleriyle elektron elde edildiği gibi, elektrik deşarj (boşalma ) tüpleri ile de pozitif iyonlar elde edilir. Bu tüplerde uygulanan yüksek gerilim sonucunda atomdan elektronlar koparılarak pozitif iyonlar oluşturulur. Oluşan bu pozitif iyonlar bir elektriksel alanda elektronun ters yönünde hareket ederek negatif elektrota (katota) doğru ilerler. Bu iyonların büyük bir kısmı hareketleri sırasında ortamdaki elektronlara çarparak nötral atomlar oluştururlar. Çok az bir kısmı ise yollarına devam ederek katota erişirler. Eğer ortası delikli bir katot kullanılırsa, pozitif parçacıklar delikten geçerler. Bu ışınlara pozitif iyonlar ya da kanal ışınları denir. Pozitif iyonlar için e/m nin saptanmasında katot ışınlarının incelenmesinde kullanılan yöntemin hemen hemen aynısı kullanıldı. Katot ışınlarında katot maddesi ne olursa olsun elde edilen ışınların e/m oranı hep aynı bulunmuştu. Oysa pozitif ışınlarda elde edilen e/m oranı tüpteki gazın oranına göre farklı olduğu bulundu 7- Protonlar ve elektronlar yüklü parçacıklardır. Bunlar yük bakımından eşit, işaretçe zıttılar. Protonlar +1 birim yüke, elektron ise –1 birim yüke eşittir. 8- Nötr bir atomda proton sayısı elektron sayısına eşit olduğundan yükler toplamı sıfıra eşittir. 9- Atom yarı çapı 10-8 cm olan bir küre şeklindedir. Söz konusu küre içerisinde proton ve elektronlar atomda rasgele yerlerde bulunurlar. Elektronun küre içindeki dağılımı üzümün kek içindeki dağılımına benzer. 10- Elektronların kütlesi ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Bu nedenle atomun ağırlığını büyük ölçüde protonlar teşkil eder. 11- • Nötron denilen parçacıklardan bahsedilmemesi Thomson atom teorisinin eksikliklerinden biridir. • Proton ve elektronların atomda rasgele yerlerde bulunduğu iddiası ise teorinin hatalı yönüdür. d) Rutherford Atom Modeli (Ernest Rutherford 1871–1937) : Atomun çekirdeğini ve çekirdekle ilgili birçok özelliğin ilk defa keşfeden bir 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. (Yörünge daire şeklinde değil, enerji seviyesine karşılık gelen orbitallerde dolanır). • 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. NOT: 1- Yeni Zellanda’da doğmuş ve başarılı bir öğrenci olduğundan 1894 yılında İngiltere’ye gelmiştir. İlk önceleri elektromanyetik radyasyon hakkında çalışmalar yapmıştır. Daha sonraları ilgisini X ışınlarına ve radyoaktiviteye çevirmiştir. Farklı tipte elektromanyetik radyasyonların varlıklarını sembolleri ve isimlerini ve ,ortaya atmış bunlara ilk defa ışımasının ise ışımasının helyum çekirdeği, vermiştir. Devamla elektron içerdiğini bulmuş ve bu çalışmasından dolayı 1908 yılında kimya Nobel ödülü almıştır. 2- 1911 yılında atomun kütlesinin çoğunu içine alan çok küçük bir merkezinin olduğunu ortaya attı ve buna çekirdek adını verdi. 3- Atomun yapısının açıklanması hakkında önemli katkıda bulunanlardan biride Ernest Rutherford olarak bilinir. Rutherford’dan önce Thomsan atom modeli geçerliydi bu kurala göre atom küre şeklindedir. Ve küre içerisinde proton ve elektronlar bulunur. Acaba bu proton ve elektronlar atom içerisinde belirli bir yere mi yoksa rast gele mi dağılım içerisinde mi bulunuyordu? Bu sorunun cevabı daha bulunamamıştı. Rutherford bu sorunun cevabı ve Thomson atom modelinin doğruluk ) parçacıkları deneyinde birderecesini anlamak için yaptığı alfa ( model geliştirdi - ışını kaynağıdır.4- Polonyum ve radyum bir - taneciklerini bir demetRutherford bir radyoaktif kaynaktan çıkan halinde iğne ucu büyüklüğündeki yarıktan geçirdikten sonra kalınlığı 10-4 cm kadar olan ve arkasında çinko sülfür (ZnS) sürülmüş bir ekran bulunan altın levha üzerine gönderdi. Altın levhayı geçip ekran üzerine parçacıkları ekrana sürülen ZnS üzerine ışıldama yaparlar.Düşen parçacıklarını sayma imkânı elde edilmişBöylece metal levhayı geçen -olunur. Rutherford yaptığı deneyde metal levha üzerine gönderilen parçacıklarını99,99 kadarının ya hiç yollarında sapmadan ya dan yollarında çok az saparak metal levhadan geçtiklerini, fakat çok az bir kısmının ise metale çarptıktan sonra büyük bir açı yaparak geriye döndüklerini gördü. Rutherford daha sonra deneyi altın levha yerine kurşun, bakır ve platin levhalar üzerinde denedi. Hepsinde de aynı sonuç ortaya çıktığını gördü. - parçacıklarının geriye dönmesi için;Kinetik enerjisi çok yüksek olan çok hızlı olarak bir kaynaktan çıkan 1- Metal levhada pozitif kısmın olması 2- Bu pozitif yüklü kısmın kütlesinin (daha doğrusu yoğunluğunun) çok büyük olması gerekir. Bu düşüncelerden harekele Rutherford bu deneyden şu sonucu çıkardı: • - tanecikleri atom içerisinde ki bir elektrona çarpsaydı kinetik Eğer enerjileri büyük olduğu için elektronu yerinden sökerek yoluna devam edebilirdi. Ayrıca a - taneciği pozitif, elektron olduğundan söz konusu almaması gerekliydi. Bu düşünceyle hareket eden Rutherford metale çarparak geriye dönen a - parçacıklarının sayısı metal levhadan geçenlere oranla çok küçük olduğundan atom içerisinde pozitif yüklü ve kütlesi büyük olan bu kısmın hacmi, toplam atom hacmine oranla çok çok küçük olması gerektiğini düşünerek, bu pozitif yüklü kısma çekirdek dedi. • Rutherford atomun kütlesini yaklaşık olarak çekirdeğin kütlesine eşit olduğu ve elektronlarda çekirdek etrafındaki yörüngelere döndüğünü ileri sürmüştür. Buna göre Rutherford atomu güneş sistemine benzetmiş oluyor. Rutherford atom modelini ortaya koyduğunda nötronların varlığı daha bilinmiyordu Günümüzde ise çekirdeğin proton ve nötronlar içerdiği ve bunların çekirdeğin kütlesini oluşturduklarına inanılmaktadır. Rutherford’un ortaya koyduğu atom modelinin boyutlarını da anlamak önemlidir. Bunu şu şekilde ifade edebiliriz. Eğer bir atomun çekirdeği Bir tenis topu büyüklüğünde olsaydı, bu atom büyük bir stadyum büyüklüğünde olurdu. 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). NOT: 1- Bohr, Danimarkalı bir fizikçidir. Doktorasını bu şehirde bitirdikten sonra 1911 yılında J.J. Thomson ile birlikte çalışmak için İngiltere’ye gitti. Birkaç yıl içinde ciddi ve başarılı çalışmalarda bulunarak atomların yapısını ve spektrumların açıklanışı hakkında teorisini ortaya koymuş ve kitap halinde yayınlamıştır. Daha sonra Kopenhag’a geriye dönmüş ve orada teorik fizik enstitüde yöneticilik yapmıştır. Bu enstitüde gerek kimya ve gerek fizik dalında birçok Nobel ödülü kazanmış olan W. Heisenberg, W.Pouli ve L. Pauling gibi birçok genç bilim adamı yetiştirmiştir. Atomun ilk kuantum modelini önerdi. Kuantum mekaniğinin ilk gelişmesinde aktif olarak katıldı ve bu konuda pek çok felsefi çalışmalar yaptı. Çekirdek fiziğine, çekirdeğin sıvı damlası modelinin geliştirilmesinde büyük rol oynadı. Atomların yapısı ve onlardan yayılan ışınım üzerine yaptığı çalışmalar için 1922'de fizikte Nobel ödülünü kazandı. Buraya kadar anlatılan atom modellerinde atomun çekirdeğinde (+) yüklü proton ve yüksüz nötronların bulunduğu, çekirdeğin etrafında dairesel yörüngelerde elektronların dolaştığı ifade edildi. Bu elektronların çekirdek etrafında nasıl bir yörüngede dolaştığı, hızı ve momentumlarının ne olduğu ile ilgili bir netice ortaya konmadı. Bohr ise atom teorisinde elektronların hareketini bu noktadan inceledi. • Bir atomdaki elektronlar çekirdekten belli uzaklıkta ve kararlı hâllerde hareket ederler. Her kararlı halin sabit bir enerjisi vardır. • Her hangi bir enerji seviyesinde elektron dairesel bir yörüngede (orbitalde) hareket eder. Bu yörüngelere enerji düzeyleri veya kabukları denir. • Elektronlar kararlı hallerden birinde bulunurken atomdan ışık (radyasyon) yayılmaz. Ancak yüksek enerji düzeyinden daha düşük enerji düzeyine geçtiğinde, seviyeler arasındaki enerji farkına eşit bir ışık kuantı yayınlar. Bunlara E=h.ν bağıntısı geçerlidir. • Elektron hareketinin mümkün olduğu kararlı seviyeler K, L, M, N, O gibi harflerle veya en düşük enerji düzeyi 1 olmak üzere her enerji düzeyi pozitif bir tam sayı ile belirlenir ve genel olarak “n” ile gösterilir. (n: 1,2,3, ...∞ ) Bugünkü atom modelimize göre: Borh kuramını elektronların dairesel yörüngelerde hareket ettiği, ifadesi yanlıştır. 2- 1913'te Danimarkalı fizikçi Niels Bohr (1885-1962), hidrojen atomunun tayf çizgilerini kuantum kuramına dayanarak açıkladı. Buna göre çekirdek çevresindeki elektron, her enerjiyi değil, ancak belirli enerjileri alabiliyordu. En düşük enerjili durumdaki atoma temel durumdaki atom, enerji verilmiş atomlara da uyarılmış atom denir. Elektron yüksek enerjili durumdan daha düşük enerjili duruma sıçrayarak düşer, bu sırada ışık yayınlanır. Bohr modeli hidrojen atomunun yanı sıra bir elektronlu helyum(+1 yüklü helyum iyonu) ve lityum iyonu (+2 yüklü lityum iyonu) tayf çizgilerine başarıyla uygulandı. Ancak bu model çok elektronlu atomların davranışlarını açıklayamadığından yaklaşık 12 yıl geçerli kaldı. Bununla birlikte, kuram çok elektronlu atom ve iyonların karmaşık tayf çizgilerini açıklamakta yetersiz kaldı Daha sonra yerini Modern atom modeli aldı. Bohr’a göre elektronlar çekirdek belirli uzaklıklarda dairesel yörüngeler izler. Çekirdeğe en yakın yörüngede bulunan ( n = 1 ) K tabakası en düşük enerjilidir Çekirdekten uzaklaştıkça tabakanın yarıçapı ve kabukta bulunan elektronun enerjisi artar. Elektron çekirdekten sonsuz uzaklıkta iken ( n = ∞ ) elektronla çekirdek arasında çekim kuvveti bulunmaz. Bu durumda elektronun potansiyel enerjisi sıfırdır. Elektron atomdan uzaklaşmış olur. Bu olaya iyonlaşma denir Elektron çekirdeğe yaklaştıkça çekme kuvveti oluşacağından, elektronun bir potansiyel enerjisi oluşur. Elektron çekirdeğe yaklaştıkça atom kararlı hale gelir, potansiyel enerjisi azalır. Buna göre elektronun her enerji düzeyindeki potansiyel enerjisi sıfırdan küçük olur. Yani negatif olur. Bohr hidrojen atomunda çekirdeğe en yakın enerji düzeyinde K yörüngesi ) bulunan elektronun enerjisini – 313,6 kkral/mol olarak bulmuştur. 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. (Elektronların yörüngeleri kesin olarak belli değildir). NOT: 1- Bohr, elektronu hareket halinde yüklü tanecik olarak kabul edip, bir hidrojen atomundaki elektronun sadece bazı belirli enerjiye sahip olacağını varsayarak teorisini ortaya attı. Bu teori hidrojen gibi tek tek elektronlu He+ , Li+2 iyonlarına da uymasına rağmen, çok elektronlu atomların ayrıntılı spektrumlarının, kimyasal özelliklerini açıklanmasına uymamaktadır. Yine de modern atom modelinin gelişiminde bir basamak teşkil etmiştir. 2- Modern atom teorisini kısaca şu şekilde özetleyebiliriz: • Atomda belirli bir enerji düzeyi vardır. Elektron ancak bu düzeyden birinde bulunabilir. • Elektron bir enerji düzeyindeki hareketi sırasında çevreye ışık yaymazlar. • Atoma iki düzey arasındaki fark kadar enerji verilirse elektron daha yüksek enerji düzeyine geçer • Atoma verilen enerji kesilirse elektron enerjili düzeyinde kalamaz daha düşük enerji düzeyinden birine geçer. Bu sırada iki düzey arasındaki fark kadar enerjiyi ışık şekline çevreye verir 3- Modern atom modeli dalga mekaniğimdeki gelişmelerin elektronun hareketine uygulanmasına dayanmaktadır. Bu modelin öncüleri Werner Heisenberg ve Erwin Schrödlinger gibi önemli bilim adamlarıdır. Erwin Schrödlinger (1887–1961) Avusturya’nın Viyana şehrinde doğmuş ve 1939 yılından 1956 yılına kadar İrlanda da çalışmıştır. 1926 yılında henüz İsviçre de çalışırken Heisenberg tarafından ortaya atılıp formüllendirilen kuvantum teorisine alternatif olarak kendi adıyla anılan (Schrödlinger eşitliği ) dalga mekaniği teoremini ortaya atmıştır. Schrödlinger teoremi kısaca elektronların gerek atom içerisinde gerekse moleküllerdeki hareketini dalga cinsinden matematiksel bir şekilde açıkladı. Bu çalışmalarından dolayı 1933 yılında fizik Nobel ödülünü İngiliz fizikçi Paul Dirac ile paylaştı. Werner Heisenberg (1901 – 1976) Atomların yapısını ve elektron gibi atom altı parçacıkların davranışlarını açıklayan quantum mekaniği teorisinin kurucusu olan bir Alman fizikçidir. 1927 yılında kendi adı il anılan belirsizlik ilkesini ortaya atmıştır. Bu ilkesinde Heisenberg kısaca ”elektron kadar küçük olan bir parçacığın hem pozisyonunu hem de momentumunu kesin olarak bulmak mümkün değildir” demektedir. Bu çalışmalarından dolayı 1932 yılında Nobel fizik ödülü almıştır. 1924 yılında Louis De broglie ışı ve maddenin yapısını dikkate alarak küçük tanecikler bazen dalgaya benzer özellikler gösterebilirler şeklindeki hipotezi elektron demetlerinin bir kristal tarafından X – ışınlarına benzer biçimde saptırılması ve dağılması deneyi ile ispatlandı. 1920’li yıllarda Werner Heisenberg, atomlardan küçük taneciklerin davranışlarını belirlemek için ışığın etkisini inceledi. Bunun sonucunda Heisenberg belirsizlik ilkesi olarak anılan şu neticeyi çıkardı: “Bir taneciğin nerede olduğu kesin olarak biliniyorsa, aynı anda taneciğin nereden geldiği ve nereye gittiğini kesin olarak bilemeyiz. Benzer şekilde taneciğin nasıl hareket ettiğini biliyorsak onun yerin kesin olarak bilemeyiz” Buna göre elektronun herhangi bir andaki yeri ve hızı aynı anda kesin olarak bilinmez. Bir taneciğin yerini ve hızını ölçebilmek için o taneciği görmek gerekir. Taneciğin görünmesi de taneciğe ışın dalgası göndermekle olur. Elektron gibi küçük tanecikleri tespit etmek için düşünülen uygun dalga boyundaki ışık, elektronun yerini ve hızını değiştirir. Bu yüzden aynı anda elektronun yeri ve hızı ölçülmez. Bu nedenle de elektronların çekirdek etrafında belirli dairesel yörüngeler izledikleri söylenemez. Yörünge yerine elektronun ( ya da elektronların ) çekirdek etrafında bulunma olasılığından söz etmek gerekir. Modern atom modeli atom yapısı ve davranışlarını diğer atom modellerine göre daha iyi açıklamaktadır. Bu model atom çekirdeği etrafındaki elektronların bulunma olasılığını kuvantum sayıları ve orbitaller ile açıklar. Kuvantum sayıları bir atomdaki elektronların enerji düzeylerini belirten tam sayılardır. Orbitaller ise elektronun çekirdek etrafında bulunabilecekleri bölgelerdir. Elektron tanecik olarak düşünüldüğünde; orbital, atom içerisinde elektronun bulunma olasılığı en yüksek bölgeyi simgeler. Elektron maddesel bir dalga olarak düşünüldüğünde ise; orbital elektron yük yoğunluğunun en yüksek olduğu bölgeyi simgeler. Yani, elektron tanecik olarak kabul edildiğinde elektronun belirli bir noktada bulunma olasılığından, dalga olarak kabul edildiğinde ise elektron yük yoğunluğundan söz edilir. NOT: 1- De Broglie Atom Teorisi : Bohr’ın atom modeli elektronların yörüngeler arası geçişlerinin mümkün kılan“enerji ( kuantum ) sıçramalarını “ açıklamakta yetersiz kalmaktaydı. Bunun çözümü Fransız fizikçi Prens Victor De Broglie tarafından teklif edilmişti. De Broglie bilinen bazı taneciklerin uygun koşullar altında tıpkı elektromanyetik radyasyonlar gibi bazen de elektromanyetik radyasyonlara uygun şartlarda tıpkı birer tanecik gibi davrana bileceklerini düşünerek elektronlara bir sanal dalganın eşlik ettiğini öne sürerek bir model teklif etti. Bu modele göre farklı elektron yörüngeleri çekirdeğin etrafında kapalı dalga halkaları oluşturmaktaydı. NOT: 1- Born Heisenberg’ in Atom Teorisi : Almanyalı kuramsal bir fizikçi olan Born Heisenberg’in ilkesini katlamakla beraber bir takım olasılık ve istatistikî hesaplar neticesinde bir elektronun uzaydaki yerini yaklaşık olarak Born Schrödinger’in dalga mekaniği ile kuvantum teorisi arasında bir bağıntı kurdu. Böylece elektronun uzayın bir noktasında bulunması ihtimalinin hesaplana bilineceğini göstermiş oldu. MADDENİN YAPISI VE ATOM Madde, atom adı verilen taneciklerden oluşur. Atom maddenin yapı taşıdır. Atomun yapısında proton, nötron ve elektron bulunur. Proton ve nötron atomun çekirdeğinde yer alır. Elektron ise çekirdek etrafında dolanır. Atomu oluşturan tanecikler belli başlı özellikleri vardır. Proton: Atomun çekirdeğinde bulunur. (+) yüklü bir parçacıktır. Kütlesi 1 akb’dir. Nötron: Atomun çekirdeğinde bulunur. Kütlesi hemen hemen protona eşittir. Elektrik yükü taşımaz. Yani yüksüz bir parçacıktır. Elektron: Atomun çevresinde çok büyük hızla dönen hareketli bir parçacıktır. Elektronlar çekirdek etrafında farklı enerji seviyelerinde dolanır. Atom çekirdeğinin çapı, atom çapının 100 binde biri kadardır. Atom çekirdeğinde yüklü olarak sadece protonlar bulunduğu için, atomun çekirdek yükü daima (+) artıdır. 1 Karbon atomunun kütlesinin 1/12’sine, 1 atomik kütle birimi adı verilmiştir. Atomik kütle birimi akb ile gösterilir. 1 Karbon atomu = 12 akb’dir. Kimyasal hesaplamalarda atomların kütleleri gram cinsinden değil, akb cinsinden alınır. Atom numarası: Bir element atomunun çekirdeğinde bulunan proton sayılarının toplamına, atom numarası adı verilir. Atom numarası Z ile gösterilir. Z=p Kütle numarası: Bir atomun çekirdeğindeki proton ve nötron sayılarının toplamı, o atomun kütle numarasını verir. Kütle numarası A ile gösterilir. Kütle numarası = Proton sayısı + Nötron sayısı A=p+n Nötr ve Yüklü Atom: Bir atomdaki proton ve elektron sayıları birbirine eşitse bu atoma nötr atom denir. Nötr atomda (+) ve (–) yükler birbirine eşittir. Örneğin nötr karbon atomunda 6 proton 6 elektron vardır. Nötr atomda, p = e’dir. Atomlar elektron alıp verebilirler. Ancak çekirdekte bulunan proton ve nötronu alıp veremezler. ÖRNEK: Nötr bir magnezyum atomunda proton sayısı 12, nötron sayısı 13’tür. Bu atomun; a. Elektron sayısı nedir? b. Kütle numarası nedir? Çözüm a. Nötr atomda elektron ve proton sayısı birbirine eşittir. O hâlde, p = e = 12 dir. b. Kütle no = A = p + n p = 12, n = 13 olduğuna göre, A = 12 + 13 = 25 (–) yüklü atom Eğer bir atom dışarıdan elektron alırsa, (–) yük sayısı (+) yük sayısından fazla olur. Bu durumda atom (–) yüklü olur. Örneğin nötr flüor atomunun 9 elektronu, 9 protonu vardır. Flüor atomu 1e– alınca 10 elektronlu ve (–) yüklü olur. (+) yüklü atom Eğer bir atom bir elektronunu kaybederse, (+) yük sayısı (–) yük sayısından fazla olur. Bu durumda atom (+) yüklü olur. Örneğin nötr lityum atomunun 3 protonu 3 elektronu vardır. Lityum 1e– verirse 2 elektronlu ve (+) yüklü olur. Elementlerin Sembollerle Gösterilmesi Kimyasal hesaplamalarda maddelerin Lâtince isimleriyle işlem yapmak zordur. Bunun yerine elementlerin Lâtince isimlerinin kısaltmalarından oluşan semboller kullanılır. Element sembollerinde ilk harf her zaman büyük, varsa diğerleri daima küçük yazılır. Örneğin; Hidrojen H, Helyum He, Karbon C Kalsiyum Ca, Bor B, Berilyum Be Element sembolünün sol üst köşesine atomun kütle numarası, sol alt köşesine ise atom numarası yazılır. Elektron Dağılımı Elektronlar çekirdek çevresinde belli enerji seviyelerinde ve belli sayılarda dolanır. Enerji seviyeleri çekirdekten dışa doğru, 1. seviye, 2. seviye, 3. seviye şeklinde sıralanır. Bazen enerji seviyeleri, K, L,M, N... harfleriyle de gösterilir. 1. seviyede en fazla 2 elektron bulunur. 2. seviyede en fazla 8 elektron bulunur. Bir enerji seviyesinde bulunabilecek en fazla elektron sayısı, 2 n2 bağıntısı ile hesaplanır. (n, enerji seviyesini gösterir.) Atomun en dış enerji seviyesinde en fazla 8 elektron bulunabilir. En dış enerji seviyesinde 8 elektron bulunduran elementlere soy gazlar ya da asal gazlar adı verilir. Bunun tek istisnası helyumdur. Helyum elementi soy gaz olduğu hâlde 2 elektronu vardır. Örnek: İlk iki enerji seviyesi dolu olan bir atomun toplam elektron sayısı nedir? Örnek: Atom numarası 13 olan nötr bir atomun elektron dağılımı nasıl olur? Örnek: 18X atomunun elektron dağılımı nasıldır? Örnek: Üçüncü enerji seviyesinde 2 elektron bulunan bir atomun atom numarası kaçtır? A)6 B)10 C) 12 D) 26 BUNLARI BİLİYORMUSUNUZ? Atomun çapı yaklaşık 1 angstromdur.1 angström 1 milimetrenin 10 000 000 da birine eşittir. Yani 1 milimetrelik çizgi üzerinde yaklaşık 10 milyon atom yan yana dizilmiş demektir. ATOM ve ELEKTRON Maddenin temelinde atom adı verilen çok küçük parçacıklardan oluştuğu kavramı eski yunanlılara kadar uzanır. Milattan önce 5. yüzyılda Leucippus ve Democritus maddenin sonsuz küçük parçacıklara ayrılamayacağını öne sürdüler. Onlar, bir madde daha küçük parçalara bölünmeye devam edilirse en sonunda atomun bölünmeyeceğini iddia ediyorlardı. Atom sözcüğü Yunanca’da bölünmez anlamına gelen atomos sözcüğünden türetilmiştir. Eski yunan atom kuralları planlı deneylere dayanmıyordu. Bunun için yaklaşık 2000 yıllık bir zaman süresince atom kuramı sadece tartışılmaktan öteye gidilmedi. Atomların varlığı Robert Boyle tarafından THE SCEPTİCAL CHYMİST (1661),Isaac Newton tarafındanda Principia (1687) ve Opticks(1704) kitaplarında kabul edilmişti. Fakat John Dalton’un 1803-1808 yılları arasında geliştirip önerdiği atom kuarmı kimya tarihinde en önemli aşamalardan biri olmuştur. Elektron: Gerek Dalton’un gerekse yunanlıların kuramlarında atom,maddenin en küçük taneciği olarak kabul edilmişti.19.yüzyılın sonlarına doğru atomun kendisinin de daha küçük taneciklerden oluştuğu düşünülmeye başlandı.Atom hakkındaki düşüncelerde meydana gelen bu değişikliğe elektrikle yapılan deneyler neden oldu. 1807-1808 yıllarında ünlü İngiliz kimyacısı Humphry Davy bileşikleri ayrıştırmak için elektrik kullanarak beş element (potasyum, sodyum, kalsiyum, stronsiyum ve baryum) buldu. Bu çalışmalarına dayanarak Davy, bileşiklerde elementlerin elektriksel nitelikli çekim kuvvetleriyle bir arada tutulduklarını önerdi. Vakumdan elektrik akımının geçirildiği deneyler 1859 da Julius Plücker katoda ışınlarını bulmasına yol açtı. Katot ışınları elde etmek için havası iyice boşaltılmış bir cam tüpün uçlarına iki elektrot yerleştirilir. Bu elektrotlara yüksek gerilim uygulandığında katot adı verilen negatif elektrondan ışınlar çıkar. Bu ışınlar negatif yüklüdür doğrusal yol izler ve katodun karşısındaki tüp çeperlerinin ışık saçmasına sebep olur. 19.yüzyılın son yıllarında katot ışınları ayrıntılı olarak incelendi. Birçok bilim adamının deneyleri sonucunda katot ışınlarının hızla hareket eden eksi yüklü parçacıklar olduğu ortaya çıktı ve bu parçacıklar daha sonra Stoney’in önerdiği gibi elektron adı verildi. Katottan çıkan elektronlar katot için hangi metal kullanılırsa kullanılsın aynı özelliktedir. Zıt yükler birbirini çektiğinden katot ışınlarını oluşturan elektron hüzmeleri yolları üzerinde üstte ve altta bulunan zıt yüklü iki levha arasından geçerken pozitif yüklüsüne doğru çekilirler. Demek ki bir elektrik alanı içinde katot ışınları normal doğrusal yollarından saparlar. Bu sapmanın açısı : 1. Tanecik yükü ile doğru orantılıdır. Yükü büyük olan tanecik az yük taşıyan tanecikten daha çok sapar. 2. Tanecik kütlesi ile ters orantılıdır. Kütlesi büyük olan tanecik küçük olandan daha az sapar. Bundan dolayı yükün kütleye oranı bir elektrik alanı içinde elektronların doğrusal yoldan ne kadar sapacağını belirler. Elektronlar magnetik bir alan içinde de sapma gösterirler. Fakat bu durumda sapma uygulanan magnetik alana dik yöndedir. Katot ışınlarının elektrik ve magnetik alanlar içindeki sapmalarını inceleyen Joseph T. Thomson, 1897’de elektron için değerini saptadı bu değer: E/M=-1,7588.10 üzeri sekiz coul /g dır. Coul uluslar arası sistemde elektrik yükü birimidir. Bir kulon bir amperlik akım tarafından iletkenin belirli bir noktasından bir saniyede taşınan yük miktarıdır. Elektron yükünün duyar olarak ölçümü ilk defa Robert A. Milikan tarafından 1909 da yapıldı. Milikan’ın deneyinde x-ışınları etkisi ile havayı oluşturan moleküllerden elektronlar koparılır. Çok küçük yağ damlacıkları da bu elektronları alıp elektrik yükleri ile yüklenirler. Bu yağ damlacıkları iki yatay levha arasından geçirilirler. Yağ damlacıklarının düşüş hızları ölçülerek kütleleri hesaplanır. Yatay levhalara elektrik akımı uygulandığında negatif yüklü damlacık pozitif yüklü levhaya doğru çekileceğinden damlacığın düşüş hızı değişir. Bu koşullar altında düşüş hızı ölçülerek damlacığın yükü hesaplanabilir. Belli bir damlacık bir veya daha çok sayıda elektron alabileceğinden bu yöntemle hesaplanan yükler daima birbirinin aynı değildir. Fakat bu yükler hep belli bir yük değerinin katları olduğundan bu yük değeri bir elektronun yükü kabul edilir. Proton: Nötral bir atom veya molekülden bir veya daha çok elektron koparıldığında geriye kalan tanecik koparılan elektronların tolam eski yüküne eşit miktarda artı yük kazanır. Bir neon atomundan bir elektron koparıldığında geriye kalan tanecik koparılan elektronların toplam eksi yüküne eşit miktarda artı yük kazanır. Bir neon atomundan bir elektron koparıldığında bir Ne(+) iyonu oluşur. Bir elektriksel deşarj tüpünde katot ışınları tüpün içinde bulunan gaz atomlarından ve moleküllerinden elektronların çıkmasına sebep oldukları zaman, bu tür artı yüklü tanecikler oluşur. Bu artı yüklü iyonlar eksi yüklü elektroda doğru hareket ederler. Eğer katot delikli bir levhadan yapılmışsa artı yüklü iyonlar bu deliklerden geçerler. Katot ışınlarının elektronları ise ters yönde hareket ederler. Pozitif ışınlar adı verilen bu artı yüklü iyon demetleri ilk defa 1886 da Eugen Goldstein tarafından bulundu. Pozitif ışınların elektrik ve magnetik alanların etkisinde sapmaları ise 1898 de Wilhelm Wien ve 1906 da J.J. Thomson tarafından incelendi. Artı yüklü iyonlar için e/m değerlerinin saptanmasına, katot ışınlarının incelenmesinde kullanılan yöntemin hemen hemen aynısı kullanıldı. Deşarj tüpünde değişik gazlar kullanıldığı zaman değişik tür artı yüklü iyonlar oluşur. Proton adı verilen bu tanecikler bütün atomların bir bileşenidir. Protonun yüklü elektronun yüküne eşit fakat ters işaretlidir. Bu yüke yük birimi denir. Proton artı bir elektrik yük birimine, elektron ise eksi bir elektrik yük birimine sahiptir.(Protonun kütlesi elektronun kütlesinin 1836 katıdır). Nötron: Atomlar elektrik yükü bakımından nötral olduklarından bir atomun içerdiği proton sayısı elektron sayısına eşit olmalıdır. Atomun toplam kütlesini açıklayabilmek için 1920 de Ernest Rutherford atomda yüksüz bir taneciğin var olduğunu savundu. Bu tanecik yüksüz olduğundan onu incelemek ve tanımlamak zordu. Fakat 1932 de James Chadwick nötronun varlığını kanıtlayan çalışmalarını sonuçlarını yayınladı. Chadwick, nötronların oluştuğu bazı nükleer tepkimelerin verilerinden nötronun kütlesini hesaplayabildi. Bu tepkimelerde kullanılan ve oluşan bütün taneciklerin kütlelerini ve enerjilerini göz önüne alarak Chadwick nötronun kütlesini hesapladı. Bu kütle protonun kütlesinden biraz daha büyüktü. Günümüzde daha birçok atom altı tanecik bulunmuştur. Fakat bu taneciklerin atom yapısı ile olan ilişkisi çok iyi bilinmemektedir. Kimyasal çalışmalar için atomun yapısı elektron, proton ve nötronun varlığına dayanarak yeterince açıklığa kavuşturulmuştur. İZOTOPLAR Belli bir elementin bütün elementlerinin atom numarası aynıdır. Fakat bazı elementler kütle numarası bakımından farklılık gösteren çeşitli tipte atomlardan oluşmuştur. Aynı atom numarasına fakat farklı kütle numarasına fakat farklı kütle numarasına sahip atomlara İZOTOP atomlar adı verilir. Görüldüğü gibi izotoplar çekirdeklerindeki nötron sayısı bakımından farklıdırlar; bu da doğal olarak atom kütlelerinin farklı olduğu anlamına gelir. Bir atomun kimyasal özellikleri ilke olarak atom numarası ile belirtilen proton ve elektron sayısına bağlıdır. Bundan dolayı bir elementin izotopları birbiri ile hemen hemen aynı olan kimyasal özelliklere sahiptir. Bazı elementler doğada tek bir izotop halinde bulunurlar. Fakat çoğu elementlerin birden çok izotopu vardır. Örnek olarak kalayın 10 doğal izotopu vardır. Kütle spektrometresi bir elementte kaç izotop bulunduğunu, her izotopun tam olarak kütlesini ve bağıl miktarını saptamak için kullanılır. Buharlaştırılmış madde, elektronlarla bombardıman edilerek artı yüklü iyonlar oluşturulur. Bu iyonlar eksi yüklü bir levhaya doğru çekilerek bu levha üzerinde bulunan dar bir aralıktan hızla geçirilirler. İyot demeti bundan sonra magnetik bir alan içinden geçirilir. Yüklü tanecikler magnetik bir alan içinde dairesel bir yörünge izlerler. Taneciğin yükü arttıkça doğrusal yörüngesinden sapma da artar. Bu nedenle, magnetik bir alanda artı yüklü bir iyonun izlediği dairesel yörüngenin yarıçapı o iyonun e/m değerine bağlıdır. Değişik e/m değerine sahip iyonların bu son aralıktan geçmesi ise magnetik alan şiddeti veya iyonları hızlandırmak için kullanılan voltaj ayarlanarak sağlanır. Böylece aygıttaki farklı iyon türlerinden her biri bu aralıktan ayrı ayrı geçirilirler. Detektör her farklı iyon demetinin şiddetini ölçer; bu iyon şiddeti örnekte bulunan izotopların bağıl miktarına bağlıdır. Atom Numarası ve Periyotlar yasası 19.yüzyılın başlarında kimyacılar elementler arasında bulunan fiziksel ve kimyasal benzerliklerle ilgilendiler.1817 ve 1829 da Johann W. Döbereiner “triad” lar adını verdiği element serileri (Ca,Sr,Ba;Li,Na,K;Cl,Br,I;S,Se,Te) hakkındaki incelemelerini yayınladı burada her seriyi oluşturan elementler birbirine benzeyen özeliklere sahip olup serideki ikinci elementin atom ağırlığı yaklaşık diğer iki elementin atom ağırlıklarının ortalamasına eşittir. Bunu izleyen yıllarda birçok kimyacı elementleri benzeyen özellikleri açısından sınıflandırmayı denedi.1863-66 yıllarında John A. R. Newlands “oktavlar yasası” nı önerip geliştirdi. Newlands a göre elementler atom ağırlıklarının artış sırasına göre dizildiklerinde sekizinci element birinciye, dokuzuncu element ikinciye benziyor ve bu durum böylece devam ediyordu. Newlands bu ilişkiyi müzik notalarındaki oktavlara benzetti. Fakat gerçek ilişki Newlands’ın varsaydığı kadar basit değildi.Newlands ın çalışmaları dayanaksız bulunmuş ve diğer kimyacılar tarafından ciddiye alınmamıştır. Elementlerin modern periyodik sınıflandırılması Julius Lothar Meyer ve özellikle Dimitri Mendeleev ‘in çalışmalarına dayanır. Mendeleev periyodik bir yasa önerdi; bu yasaya göre elementler atom ağırlığı artışına göre incelendiğinde, özelliklerindeki benzerlikler periyodik olarak tekrarlanır. Mendeleev in çizelgesinde benzer elementler grup adı verilen dikey sütunlarda toplanır. Ayrıca Mendeleev in çizelgesinde henüz bulunmamış elementler için boş yerler bıraktı ve çizelgede olmayan elementlerden üç tanesinin özelliklerini önceden belirtti. Hemen sonra Mendeleev in öngördüğü özelliklerin çoğuna sahip oldukları belirlenen Skandiyum, galyum ve germanyum elementlerinin bulunması periyodik sistemin doğru olduğunu gösterdi. Asal gazların varlığı Mendeleev tarafından öngörülmediği halde bu elementler 1892-98 yılları arasında bulunduktan sonra periyodik çizelgedeki yerlerine oldukça iyi bir şekilde uydular. Periyodik çizelgedeki plana göre K,Ni ve I elementlerinin atom ağırlığının artışına göre belirlenmiş dizilişinin dışında yer almamaları gerekliydi. Örneği iyot atom ağırlığına göre 52 numaralı element olmalıydı. Fakat kimyasal açıdan benzediği F,Cl ve Br elementleri ile aynı gurupta olabilmesi için iyot keyfi olarak 53 numaralı element oldu. Periyodik sınıflandırmanın daha ayrıntılı olarak incelenmesi ile birçok araştırıcı periyodik özelliğin, atom ağırlığından çok, başka bir temel bağlı olduğuna inandı. Bu temel özelliğinde o zamanlar periyodik sistemden çıkarılan ve sadece bir seri numarası olan atom numarası ile ilişkisi olduğunu öğrendi. 1913-14 yıllarında Henry G. J. Moseley in çalışmaları bu problemleri çözdü. Yüksek enerjili katot ışınları bir hedefe odaklandığında X-ışınları oluşur. Bu X-ışınları çeşitli dalga boylarındaki bileşenlere ayrılabilir ve bu şekilde elde edilen çizgi spektrumları da fotografik olarak kaydedilebilir. Hedef olarak değişik elementler kullanıldığında değişik X-ışınları spektrumları elde edilir ve her spektrum sadece birkaç karakteristik spektral çizgi içeren Xışınları spektrumu vardır. Moseley atom numaraları 13 ile 79 arasında olan 38 elementin Xışınları spektrumunu inceledi. Her elemen için o elemente karşılık gelen karakteristik spektrum çizgisini kullanan Moseley, elementin atom numarası ile çizgi frekansının karekökü arasında doğrusal bir ilişki olduğunu buldu. Başka bir değişle elementler atom numarası artışına göre dizildiğinde spektrum çizgisi frekansının karekökü bir elementten diğerine gittikçe sabit bir miktarda artar. Bundan dolayı Moseley X-ışınları spektrumuna dayanarak elementlerin doğru atom numaralarını tahmin edebildi. Böylece atom ağırlıkları komşu atomlarınkine uygun düşmeyen K,Ni ve I un sınıflandırılması problemi de çözümlenmiş oldu. Diğer taraftan Moseley Ce den Lu e kadar olan seride 14 element bulunması ve bu elementlerin ve bu elementlerin periyodik çizelgede Lantan’dan sonra gelmeleri gerektiğini bildirdi. Moseley’in diagramları ayrıca 79 numaralı elementten önce henüz o zamana kadar bulunmamış 4 elementin var olması gerektiğini de gösterdi. Nihayet Moseley’in çalışmalarına dayanarak periyodik yasa “Elementlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri atom numarasının periyodik fonksiyonudur” şeklinde tekrar tanımlandı. Moseley in atom numaraları ile Rutherford un tanecikleri saçılma deneyinden hesapladığı çekirdek yükleri oldukça iyi bir uyum içindeydi. Buna dayanarak Moseley atom numarasının atom çekirdeğinde bulunan artı birimlerin sayısı olduğunu önerdi. Moseley ayrıca, atomda bir elementten diğerine gidildikçe artan temel bir nicelik bulunduğunu ifade ederek bu niceliğin ancak merkezdeki artı yüklü çekirdeğin yüklü olabileceğini belirtti. X-ışınları, görünür ışıktan çok daha kısa dalga boylarına ve dolayısıyla daha yüksek frekans ve enerjilere sahip elektro magnetik ışınlardır. Bir elementin x-ışınları spektrumunun olmasına hedef element atomlarında meydana gelen elektron geçişlerinin sebep olduğuna inanılmaktadır. X-ışınlar tüpüne katot ışınları, hedefteki atomların iç kabuklarından elektronlar koparırlar. Dış kabuktaki elektronlar iç kabuklarda oluşan bu boşlukları doldurdukları zaman xışınları yayınlanır. Bir atomda elektronun, yüksek bir enerji düzeyinden K düzeyine geçmesi sonucu oldukça bir büyük bir miktarda enerji açığa çıktığından, elde edilen radyasyonun frekansı yüksektir. Buna karşı gelen dalga boyu da x-ışınlarına özgü olup kısadır. Bir elektron geçişi sırasında açığa çıkan radyasyonun frekansı ayrıca atom çekirdeğindeki yüke bağlıdır. Açığa çıkan bu enerjinin miktarı çekirdek yükünün karesi ile doğru orantılıdır. Çekirdeğin yükü arttıkça açığa çıkan enerji artar ve yayınlanan radyasyonun dalga boyu kısalır. Moseley in gözlemleri de bu ilişkiyi yansıtmaktadır ATOM ve YAPISI Maddelerin gözle görülmeyen (bölünmeyen) en parçasına atom denir. Atom kendinden başka hiçbir fiziksel ya da kimyasal metotlarla kendinden farklı atomlara dönüşemezler. Atomda (+) yüklü protonlar,(-) yüklü elektronlar ve yüksüz nötronlar bulunur. Atom çekirdek ve elektron olmak üzere iki temel parçacıktan oluşur. Çekirdek: Atomun merkezini oluşturur. Hacim olarak çok küçük(1/10000) olmasına karşın tüm ağırlığın(1/1840) toplandığı kısımdır. Protonlar: Bir element için proton sayısı sabittir. Elementin tümünü ve tüm özellikleri belirleyen protondur. Proton sayısı değiştiğinde elementin türü ve tüm özelliği değişir.”p” harfiyle gösterilir. Elektron:”e” harfiyle gösterilir. Çekirdek çevresinde, belirli yörüngelerde bulunurlar. Elektronlar bağımsız yörüngelerde bulunamazlar. İYON Pozitif(+) ya da negatif(-) elektrik yüküyle yüklenmiş atom veya atom gruplarına iyon denir. İki tür iyon vardır; Pozitif iyon: Nötr atomdan elektron uzaklaştırılması sonucu oluşmuştur Negatif iyon: Nötr atoma elektron ilavesi sonucu oluşur. İZOTOP ATOM Proton sayıları aynı, nötron sayıları farklı atomlara izotop atomlar denir. İzotop atomların kimyasal özellikleri aynı, fiziksel özellikleri farklıdır. Yanda gördüğümüz gibi iki atom var ve bunların nötron sayıları(22,18) farklı ama proton sayıları(20,20) aynıdır. Bu nedenle yandaki iki atom izotop atomlardır. ELEMENTLERİN SINIFLANDIRILMASI Elementler kendilerinden başka daha saf maddelere ayrışamazlar. Kısaca içerisinde bir cins atom bulunduran maddelere element denir. Doğada 115 tane element bulunur. Bu elementleri üç grupta inceleriz. Bunlar metaller,ametaller ve yarı metaller(soygazlar)dır. Şimdi bunları tanıyalım; 1)-Metaller: Elementlerin çoğunluğu metal şeklinde bulunurlar. Sanayi ve teknolojinin ham maddesidir. Isı ve elektriği ileten ve dövülerek işlenebilen (biçimlendirilen) ,genellikle katı halde bulunan parlak cisimlere metal denir. Altın, gümüş, demir vb. Metallerin özellikleri şunlardır; _Doğal ortam şartlarında, cıva hariç hepsi katıdır. _Tel ve levha haline gelirler _Elektriği ve ısıyı iletirler. _Parlak renklidirler _Asitlerle reaksiyon verirler. _Birbirleriyle bileşik değil, alaşım yaparlar. _Belirli şekil ve biçim alırlar. _Canlıların yapısında az bulunurlar. _Pozitif değerlidirler. 2)-Ametaller: Isı ve elektriği iletmeyen, dövülerek işlenemeyen katı, sıvı ve gaz halinde bulunan maddelerdir. Azot, oksijen, klor, karbon vb. Ametaller doğada 20 tanedir. Ametallerin özellikleri şunlardır: _Doğal ortam şartlarında gaz halinde bulunurlar. _Genellikle mat renklidirler. _Grafit hariç ısı ve elektriği iletmez. _Canlıların yapısında bol bulunurlar. 3)-Yarı metaller(soygazlar):Bazı özellikleriyle metallere, bazı özellikleriyle de ametallere benzerler. Bu elementlere geçiş elementleri de denir. Arsenik, antimont, germanyum, silisyum, polonyum, tellür vb.
