ATOM VE ELEKTRİK William Crooks kendi adı verilen katot ışın tüpünü geliştirerek elektronların varlığını ispatlamıştır. Vakumlu tüp içerisinde gazların elektrik akımı ile etkileştiğini belirlemiştir. MADDE VE ELEKTRİKSEL YÜK Crooks tüpü içerisine yüksek gerilim uygulandığında katottan anoda doğru bir ışın geçişi gözlemlenmiştir. Elektriğin varlığı ile ilgili ilk gözlemler; Katot ışını denilen bu ışınlara Stoney tarafından elektron ismi verilmiştir. Kehribar taşının küçük saç tüy vb. bazı nesneleri çekmesi Yüne sürtülen ebonit çubuğun (-), ipek kumaşa sürtülen cam çubuğun (+) yükle yüklenmesi. (Benjamin Franklin) Luici Galvaninin kurbağa bacağına metal tel değdirdiğinde kurbağabacağının seğirmesi. Bu çalışmalar atomdan atoma geçen daha küçük taneciklerin olduğu sonucunu ortaya çıkarmıştır. ELEKTROLİZ (M. FARADAY) M. Faraday Elektriğin madde üzerindeki etkilerini elektroliz deneyleri yaparak incelemiştir. J.J Thomson, katot ışınlarının elektriksel ve manyetik alandaki davranışını inceleyerek bu alandan geçen elektronun sapma açısı yardımıyla yük/küte (e/m) oranını hesaplamıştır. Gerçekleştirdiği elektroliz deneyinde bir elementin çeşitli bileşiklerinin çözeltilerine elektrik akımı uygulamış, eksi yüklü elektrotta (katotta) bileşiği oluşturan artı yüklü iyonları element olarak elde etmiştir. Faraday yasasına göre katotta belirli bir miktar madde biriktirmek için gereken elektrik yük miktarının daima sabit bir değere veya bu sabit değerin basit katlarına eşit olduğunu gözlemlemiştir. Farklı formüle sahip bileşikler elektroliz edildiğinde katot veya anotta toplanan madde miktarının aynı olması için kullanılan yük miktarları arasında sabit tamsayılı bir oran vardır. Örnek: CuCl2 den 2g Cu elde etmek çin gerekli olan elektrik yük miktarı CuCl den 2 gram Cu elde etmek için kullanılan elektrik yükünün 2 katıdır. Elektrolizde devreden 1 mol elektron geçtiğinde elektotlarda 1 eşdeğer gram madde toplanır. www.kimyadersim.com e/m= 1,7588.1011 C/kg Katot ışınlarının sapma açısı, yük ile doğru kütle ile ters orantılıdır. Katot ışınlarının özellikleri: Katot ışınları katottan anoda doğru hareket eder. (-) yüklü ışınlardır. (elektron) Elektriksel ve manyetik alandan etkilenir. Özellikleri tüpün içerisindeki gazın türüne ve katodun yapıldığı metalin cinsine bağlı değildir. Elektronun Yükünün Bulunması (Millikan Deneyi) Robert Millikan, 1906–1914 yılları arasında bir dizi “yağ damlası” deneyi yaparak elektron yükünü (e) tayin etmiştir. 1 mol e- = 96500 coulomb= 1 Faradaylık yük= 1 eşdeğer gram madde miktarı Q= I.t m= A.Q Td.96500 A: Mol kütlesi Q: Elektrik yükü Td: Tesir değerliği m: Kütle AgNO3 çözeltisinin elektrolizinde 5,4 gram Ag toplanabilmesi için elektroliz devresinden kaç coulomb elektrik yükü geçirilmelidir? (Ag = 108 Da) Millikan, çok sayıda damlacığın davranışını inceleyerek elde ettiği sonuçlardan hareket etmiş ve bu damlacık üzerindeki yük büyüklüğünün, elektron yükünün katları olduğunu bulmuştur. Elektronun yükü –1,6022.10–19 coulombdur. Bu değer Thomsonun bulmuş olduğu e/m değerinde yerine yazıldığında elekronun kütleside hesaplanıştır. kütle (m) = 9,109.10-31kg CuS04 çözeltisi 9,65 arnperlik akımla 50 dakika elektroliz ediliyor. Buna göre, katotta kaç gram Cu toplanır? (Cu= 64 Da) Katot Işınları ve Elektronun Keşfi Kanal Işınları ve Protonun Keşfi Katot ışınlarının özelliklerini inceleyen Eugen Goldstein katot ışınlarına zıt yönde ilerleyen + yüklü Not: Protonun kütlesi elektronun kütlesinin 1836 katıdır. Atomlarda Proton Sayılarının Belirlenmesi Elektromanyetik Işımalar Titreşim hareketi ile bir ortama aktarılan enerjiyi, bir yerden başka bir yere ileten şekil değişikliğine dalga denir. Enerjinin, elektromanyetik dalgalar halinde yayılması ve ilerlemesi, elektromanyetik ışıma olarak adlandırılır. Örnek : X- şınları, radyo dalgaları, mikrodalga ışınları. www.kimyadersim.com Moseley gerçekleştirdiği X-ışınları deneyi ile atomların yayınladıkları ışınların frekanslarının karekökünün proton sayıları (atom numarası) ile orantılı olduğunu gözlemlemiştir. Modern peryodik sistem bu nedenle elementlerin atom numaralarına göre hazırlanmıştır. Bu yöne doğru dalga boyu artarken frekans azalır ışınların enerjisi azalır. Protonun yükü +1,6022.10–19 coulombdur. kütle (m) için 1,6726.10 –24 g Bu yöne doğru dalga boyu kısalırken frekans artar bu nedenle enerji artar ışınları gözlemlemiştir. Pozitif yüklü bu ışınlara kanal ışını denilmiştir. En küçük kütleli kanal ışını Protondur. Kanal ışınları; Elektriksel ve manyetik alandan etkilenir. Özellikleri tüpün içerisindeki gazın cinsine bağlıdır. Anottan katoda doğru hareket eder. Katot ışınlarının e ve m değerleri Thomson tarafından hesaplanmıştır. Boşlukta elektromanyetik dalgalar dalga boyuna bağlı olmaksızın aynı hızla hareket ederler. 3.1010 cm/s değerinde olan bu hıza ışık hızı (c) denir. Dalga boyu (λ) : Ardışık dalgalarda, eş noktalar arasındaki mesafeye denir. Frekans (ʋ) : Belirli bir noktadan bir saniyede geçen dalga sayısıdır. Birimi Hz (hertz)'dir. Genlik (A) : Dalganın orta çizgisinden tepesine veya çukuruna olan dik mesafeye denir. Belli bir ışıma için dalga boyu ile frekansın çarpımı elektromanyetik dalgalar için ışık hızına eşittir ÇİFT YARIKTA GİRİŞİM ( YOUNG DENEYİ ) Thomas Young ışık kaynaklarının da tıpkı su ortamında girişim yapan dalga kaynakları gibi davrandığını kanıtlamak için ışık kaynakları ile girişim deneyini gerçekleştirmiştir. (c=.) Not: Bir dalganın enerjisi dalga boyu ile ters frekansı ile doğru orantılıdır. Yani frekans arttıkça dalganın enerjisi artarken dalga boyu arttıkça enerjisi azalır. Monokromatik ışık: Tek dalga boyuna sahip ışınlara denir. Örnek: kırmızı ışık Polikromatik (çok renkli) ışık: Dalga boyları farklı ışınlardan oluşan ışığa denir. Örnek: Beyaz ışık Yarıklardan geçen ışık bir diğer yüzeye düştüğünde aydınlık ve karanlık çizgiler belirir. Bu görüntü ışığın dalga özelliği gösterdiğini ve girişim yaptığını kanıtlar. SİYAH CİSİM IŞIMASI Üzerine gelen bütün ışınları soğuran cisimlere siyah cisim denir. Siyah cisim ısıtıldığında her çeşit dalga boyunda ışığın olduğu görülür. Bu nedenle siyah cisim ışıması ışığın tanecik modelini destekler. Planck Kuantum Kuramı Planck, atomların ve moleküllerin enerjiyi, küçük paketler ve demetler gibi belirli miktarlarda yayınlayıp soğurabileceklerini savunmuştur. Planck, enerjinin elektromanyetik ışıma şeklinde yayınlanabilen (veya soğurulabilen) en küçük miktarına kuantum adını vermiştir. Einstein bu kuantlara foton ismini vermiştir. Tek bir kuantumun enerjisi E ise, Not: Her elementin kendine özgü bir yayılma spektrumu vardır. formülü ile hesaplanır. Bir elektronun bulunduğu yörüngenin enerjisi aşağıdaki formül yardımı ile hesaplanır. RH: 2,18.10-18 joule Planck sabitinin değeri (h)= 6,626.10–34 J.s dir. Metallerin yüzeylerine ışık düşürüldüğü zaman, metal yüzeyinde elektron çıkışı olayına verilen isimdir. Metale gönderilen ışının frekansı artarsa kopan elektronun hızı artıyor. www.kimyadersim.com Fotoelektrik Olay (Albert Einstein) Elektronun yörüngeler arasındaki enerji farkı aşağıdaki formül yardımı ile hesaplanır. RH: 2,18.10-18 joule Metale gönderilen ışının şiddeti artarsa kopan elektron ayısı artıyor. Işığın dalga davranışını destekleyen olaylar Yansıma Kırılma Kırınım Girişim Işığın tanecik davranışını destekleyen olaylar Yansıma Kırılma Siyah cisim ışıması Fotoelektrik olay De Broglie Dalga Denklemi ATOM SPEKTRUMLARI Güneş ışığı yani beyaz ışık, prizmadan geçirildiğinde görünür bölgede mordan kırmızıya kadar değişen ve bütün renkleri içeren sürekli(kesiksiz) spektrum elde edilir. Gaz halindeki atomların ısıtılması sonucu ise çizgi (kesikli) spektrum elde edilir. Kütlesi olan taneciklerinde dalga boylarının hesaplanabileceği bağıntıyı bulmuştur. h : 6,63.10-34j.s c: taneciğin hızı m: kütle (kg) 4.Spin kuantum sayısı (ms) NOT: Davisson ve Germer tarafından yapılan deney sonucu elektronunda dalga özelliği gösterebildiği ispatlanmıştır. Orbitalde bulunan elektronun kendi ekseni etrafında dönme yönünü ifade eder. Bir orbitalde en fazla iki elektron bulunabilir ve bunlar birbirine zıt spinlidir. HEİSENBERG BELİRSİZLİK İLKESİ Işık, elektronların yerlerini veya hızını belirlemek için kullanılmaktadır. Kullanılan ışığın dalga boyu atom büyüklüğünde olmalıdır. Çünkü dalga boyu atomdan büyük olduğunda elektronun yeri belirlenememekte, küçük olması halinde ise elektronun hızını artırmaktadır. Bu nedenle bir elektronun yeri ve hızı aynı anda belirlenememektedir. Heisenberg’ in belirsizlik ilkesine ilişkin bağıntı; Elektronların Orbitallere Yerleşim Kuralları ATOMUN KUANTUM MODELİ 1.Baş kuantum sayısı (n) Elektronun çekirdeğe 1. Aufbau Kuralı: Orbitallere elektronlar yerleştirilirken olan uzaklığını, bir başka ifadeyle kaçıncı yörüngede bulunduğunu belirten sayıya denir. 1,2,3…gibi tamsayılarla belirtilir. 2 6 2 6 1s 2s 2p 3s 3p 4s 2 Rakamlar baş kuantum sayılarıdır. 2. Açısal Kuantum Momentum sayısı(ℓ) Orbitallerin şekillerini açıklar. ℓ nin alabileceği değerler, n nin değerine bağlıdır. Herhangi bir n değeri için, ℓ nin alabileceği değerler 0 ile n – 1 arasında değerlerdir. www.kimyadersim.com Örnek: 2 öncelikle enerjisi en düşük olan orbitalden(1s) başlanmalıdır. 2. Kletchkowski–Madelung İlkesi: Orbitallerin enerjileri (n + ℓ) değerinin artmasıyla yükselir. 3. Hund Kuralı: Aynı enerji düzeyinde bulunan aynı tür orbitallere elektronlar teker teker yerleştirilmelidir. örnek n= 0 ise ℓ= 0 (s) n= 1 ise ℓ= 0,1 (s,p) n= 2 ise ℓ= 0,1,2 (s,p,d) n= 3 ise ℓ= 0,1,2,3 (s,p,d,f) 3d n=3 ℓ=2 3. Manyetik Kuantum sayısı (mℓ) Orbitalin uzaydaki yönlenmesini gösterir. Bir alt kabuk için mℓ nin alabileceği değerler açısal momentum kuantum sayısı ℓ nindeğerlerine bağlıdır. Verilen bir ℓ değeri için (2ℓ + 1) adet farklı mℓ değerleri bulunabilir. ℓ= 0 ise mℓ=0 ℓ= 1 ise mℓ=-1,0,+1 ℓ= 2 ise mℓ=-2,-1,0,1,2 ℓ= 3 ise mℓ=-3,-2,-1,0,1,2,3 4. Pauli Prensibi: Bir orbitale en fazla zıt spinli(yönlü) olmak kaydıyla iki elektron yerleştirilebilir.