E - SABİS

ATOM
II.DERS
2
3
4
5
6
7
Bunların yanısıra, oysa ortaçağ kimyasının en büyük ismi
olan Cabir Bin Hayyan (Geber) ise; maddenin en küçük
parçası olan atomda yoğun bir enerjinin olduğunu,
parçalanabileceğini ve parçalanınca da korkunç bir güç
(enerji) meydana getirebileceğini ortaya koymuştur. Türk
Bilgini Cabir’in bu düşüncesi, atom bombası fikrinin ilk
mucidi olmasını sağlamıştır.
8
9
10
e-
ee- ee- ee- e
e- ee- e-
Pozitif yüklü
küre
e- ee-
J.J. Thompson‘un üzümlü kek Atom Modeli
11
Thomson’ın Deneyi
Vakum
(metal)
(metal)
(Floresans kaplı yüzey)
Hızla akan negatif
Yüklü e’lar
e’ların izlediği
yol sapar,
floresans oluşur.
Zıt elektriksel alan
Katot
Katot
Anot
Anot
(Mıknatıs)
Kapalı katot ışınları tüpü
12
Elektrotlar arasına yüksek gerilim uygulayarak, bir elektrik akımı gözlenir
(bir ışımayla). Işınlar, metal katottan çıkarak metal anod elektroduna
doğru doğrusal bir yolda ilerlerler. Anotda bir ışıldama yaparlar. Yüksek
enerjili olan bu ışınlar katot ışınlarıdır (yani hızlı akan negatif yüklü
elektronlardır). Elektronların elde edildiği katot tüplerinde, katot
ışınlarının tüpün diğer ucundaki floresans maddeyi ışıldattığını söyleyen
Thomson’a göre bu ışınlar;
Önlerine bir metal levha konduğunda geçemezler ve iz bırakırlar.
Metal bir yaprağı akkor haline getirirler.
Tüp içinde hava yerine gaz kullanılırsa, katot ışınları gaz moleküllerini
iyonlaştırırlar. Işımanın rengi kullanılan gaza göre değişir.
Fotoğraf plakalarında iz yaparlar. Tüpün cam çeperinde floresans
(ışıldama) oluştururlar.
Bir metale çarptıklarında yüksek giriciliği olan X-ışınlarını oluştururlar.
Çarptıkları metali negatif yükle yüklerler.
 Işınların yolu bir mıknatıs yardımıyla ancak değiştirilebilir. Doğrusal
yolda ışınlar akarken, bir elektriksel veya magnetik alan kendilerine
yaklaştırıldığında, saparlar.
13
Thomson, katot ışınlarının magnetik ve elektrik alanda
sapmalarından yararlanarak, elektronun e/m (yük/kütle) oranının
bulunabileceğini düşünmüştür. Yani sapmalar, elektronun yükü
(e) ile doğru, kütlesi (m) ile ters orantılıdır. Kütlesi m, yükü e olan
bir elektron katot tüpünde V hızı ile hareket ederken H gibi bir
magnetik alandan geçerse, bir noktaya çarpar ve r yarıçaplı bir
daire çizmiş olur. Bu sapmayı sağlayan kuvvet F, magnetik alan
şiddetine (H), elektronun yüküne (e) ve hızına (V) bağlıdır:
F = H.e.V
Elektrona dairesel hareketi için etkileyen kuvvet: F = m.V2/r
F = m.V2/r = H.e.V
e/m = V/H.r
Elektronu elektriksel alanda saptıran alan şiddeti E, elektronun
yükü (e) ile doğru orantılıdır: F = E.e
Elektron normal olarak çarpması gereken noktaya çarptığında
elektrik ve magnetik alan şiddetleri birbirine eşittir:
-1,76.10-8 coulomb/g
H.e.V = E.e
V = E/H
e/m = E/H2.r
14
Uluslararası elektrik yük birimi olan Coulomb (kulon), 1 sn de taşınan yük miktarıdır.
Elektronun kütlesinin bulunması:
Elektronun yükü R.A.Milikan tarafından yağ damlacığı deneyi ile
ölçülmüştür. Bir sıvı, (özellikle de bir yağ) paralel levhalar arasına çok küçük
damlacıklar halinde püskürtülür ve üst levhadan aşağıya doğru inerken Xışınları ile ışıldatılır, böylece yağ damlası negatif yükle yüklenir. Yağ
damlasının arasından geçmekte olduğu levhalar üstteki pozitif, alttaki
negatif olacak şekilde yüklenirse, aradan geçerken negatif yükle yüklenmiş
halde bulunan yağ damlasının aşağıya düşmesi durdurulabilir. Geriye doğru
dönmesi ise ters olarak uygulanan elektrik yüküne bağlıdır. Uygulanan bu
elektrik yükü bilinirse, her damla üzerindeki yük bulunabilir. Milikan yaptığı
denemeler sonucunda yağ damlasının yükünün daima 1,6.10-19
Coulomb’un katları halinde olduğunu bulmuştur. Buradan elektronun
kütlesi:
m = e / (e/m) = 1,6.10-19 Coulomb /1,76.10-8 Coulomb/g
m = 9,11.10-28 g/elektron
-1,76.10-8 coulomb/g
15
X-Işınlarının Oluşumu:
Vh
Metal Filament
Katot (-)
Vf
-
Hızlandırılmış
elektronlar
+
Hedef anot
Vf: Filament voltajı
Vh: Hızlandırma voltajı
X-ışınları
1895 yılında W. Rontgen katot ışınlarının cam veya bir metale çarptığında yeni
türde olağandışı ışınlar oluştuğunu buldu. Bu yayımlanan yüksek enerjili radyasyon,
maddenin içinden geçebiliyor, fotoğraf filmi levhalarını karartıyor ve çeşitli
maddelerin fluoresan ışık yayımlamasına sebep oluyordu. Bu ışınlar bir mıknatıs
etkisi ile saptırılamadığından, katot ışınları gibi yüklü tanecikler değildi. Bu ışınlara
Röntgen ışınları veya X-ışınları adı verildi. X-ışınlarının oluşturulduğu tüpte; metal
filament, elektrik akımı verilerek ısıtılır. Bu sayede yeterli enerjiye sahip elektronlar
filamentin ucunda birikerek bir elektron bulutu oluştururlar. Eğer filamente verilen
akım kaldırılırsa, bu elektronlar filament tarafından tekrar absorbe edilirler.
Filamentin karşısında (+) yüklü bir hedef (anot) bulunmaktadır. Anotla katot
arasında bir elektrik alanı oluşturulursa, elektronlar çok yüksek bir hızla anoda
doğru yönelirler ve çarparlar. Bu çarpışma sonucunda da X-ışınları açığa çıkar.
17
18
Rutherford Atom Modeli
Detector
Detector
2
1
altın levha
Radyum Kaynak
(polonyum veya radyum
alfa-parçacıkları)
yarık
Floresan ekran
(ZnS sürülmüş)
3
19
Rudherford’un atomu güneş sistemine benzetmesinden sonra, Chadwick bazı
çekirdek tepkimelerinden yararlanarak, nötronu açıklamış ve nötronun
kütlesinin protonun kütlesiyle (1,6726.10-27 kg) yaklaşık aynı, 1,6749.10-27 kg
olması gerektiğini ileri sürmüştür. Tabiatta nötronu olmayan tek element
20
+
hidrojendir ve kütlesi protonun kütlesine eşdeğerdir. (H )
IŞIK ve ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM
Işığın yapısı ile atomun elektronik yapısı arasında bir ilişki vardır.
Işık, elektromanyetik bir dalgadır. Dalga, enerji taşıyan bir
harekettir (ışık dalgası, radya transistörünün yayınladığı dalgalar,
X-ışınları, gama ışınları gibi). Ancak frekans veya dalga boyları
elektromanyetik dalgadan farklıdır (su dalgaları, ses dalgaları,
sismik dalgalar gibi). Işık dalga özelliği gösterdiğine göre, bir
frekansı (belli bir noktadan 1 sn de geçen dalga sayısı: 1/sn) ve
bir dalga boyu (ard arda gelen iki min. yada iki max. arasındaki
uzaklık: cm) olmalıdır. Bir dalga hareketi için frekans ve dalga
boyunun çarpımı dalganın birim zamanda aldığı yolu gösterir ki
buna dalga hızı denir. Aynı şekilde ışık için ışık hızı ise ;
c = λ . ν : 3.1010 cm/s
ile gösterilir. Vakumda tüm elektromanyetik dalgaların hızı, aynı
ışık hızına (3.1010 cm/s) eşittir.
21
Elementler katı yada gaz durumunda iken dışarıdan yeteri kadar enerji alırsa, belli
dalga boylarında ışınlar yayarlar. Bir elementin yaydığı elektromanyetik dalgaların
bütünü o elementin spektrumunu oluşturur. Gözümüz spektrumun dalga boyu 7.10-5
cm olan kırmızı ışık ile (en uzun) dalga boyu 4,5.10-5 cm olan mor ışık (en kısa)
arasındaki kısmı görür. Oysa bu aralığın dışındaki en uzun dalga boylu ışınlar olan
radyo, TV dalgaları ile en kısa dalga boylu ışınlar olan Röntgen ışınlarını görmez.
Röntgen
22
1 nm= 1.10-7 cm
ATOM SPEKTRUMLARI
Işık bir ortamdan başka bir ortama geçerken yolundan sapar. Bu kırılma
yada yansıma ile olur. Bir ışık kaynağının verdiği beyaz ışık demeti ince
bir yarıktan geçerek cam bir prizmaya gönderilirse, prizmadan geçerken
kırılarak fotoğraf filmi üzerinde kırmızıdan mora kadar görünür
bölgedeki bütün renkleri içeren sürekli bir spektrum oluşturur. Gaz
halindeki bazı maddelerin oluşturdukları spektrum ise kesikli
spektrumdur ve bunlara atom yada çizgi spektrumu denir.
23
Bu tür spektrumlar sadece birkaç tane renkli çizgi içerir ve her çizgi
dalga boyları farklı olan ışınları ifade eder. Her elementin kendine
özgü değişik dalga boylarında farklı çizgiler ifade eden bir çizgi
spektrumu vardır. Gaz halindeki hidrojen atomunun çizgi
spektrumu:
Elektromanyetik kurama göre;
Elektromanyetik dalganın enerjisi sürekli olmalıdır.
Işığın şiddeti arttıkça yayınlanan dalganın enerjisi de artmalıdır.
24
Kuantum Teorisi (Kuramı)
Elektromanyetik teori akkor duruma getirilmiş cisimlerin yayınladığı
ışığın niteliğini açıklamakta yetersiz kalmıştır. Max Planck, ısıtılan katı
cisimlerin yayınladıkları ışınları incelemiş, ışığın enerjisi ile frekansı
arasında bir bağıntı olması gerektiğini düşünmüştür. Örneğin; ısıtılan bir
katı sıcaklığa bağlı olarak önce kırmızı, sonra turuncu, sarı, beyaz ve mavi
renk alır. Eğer ışık sürekli bir enerjiye sahip olsaydı bu şekilde ayrı ayrı
renkler yerine sürekli bir renk görünürdü.
Planck, sıcaklık değiştiği halde, yayınlanan her bir ışının enerjisinin sabit
kaldığını bulmuştur ve şöyle ifade etmiştir: Hiçbir mekanik sistemin
enerjisi sürekli değildir ve bütün sistemlerin enerjileri kuantlaşmıştır
(paketler halindedir). Bu nedenle ısıtılan bir katı ancak belli bir enerjiye
sahip ışınlar yayar. Katıların yaydıkları bu ışınların enerjisi:
6,63.10 J.s
-34
25
Bir ışının enerjisi frekansına bağlı olduğundan, enerjisi yüksek olan ışının
frekansı da yüksektir. Yüksek frekans, bir noktadan 1 saniyede çok sayıda
dalga geçtiği anlamına geldiğine göre, yüksek enerjili ışının dalga boyu
kısadır. Düşük enerjili ışının ise frekansı düşük, dalga boyu yüksektir.
Fotoelektrik Olayı
Bir metal yüzeyine düşürülen ışın ile metalden elektron koparılması olayı
fotoelektrik olayıdır. Eğer ışımanın şiddeti arttırılırsa, daha fazla sayıda
elektron fırlar. Işımanın enerjisi arttırılırsa da fırlayan elektronların hızı
artar.
Işık hızı: c = λ . ν,
Fotonun (ışımanın) enerjisi : E = h.ν = h. c / λ ‘den bulunabilir. 26
ΔE = E2 – E1 = h.ν = h.c/λ
27
Aynı zamanda, elektronların dairesel yönlerde hareket ettikleri ifadesi de bugün
28
için yanlıştır.
9,11.10-31 kg
1,672.10-27 kg
29
Atomların kütlelerinin ölçülmesinde, yeni bir kütle birimi oluşturulmuştur. Bir atomik
kütle birimi (akb), 6C atomunun kütlesinin 1/12’si olarak tanımlanmıştır. Günümüzde
bütün atomların kütleleri 6C izotopunun kütlesi standart 12.000 u kabul edilerek u
(akb) birimiyle verilmektedir. Ya da bir akb (atomik kütle birimi), 12C izotopunun
30
1/12’sinin kütlesidir.
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
A.N
K.N
43
K.N
44
45
Örnek: PO43- iyonunun 1 tanesinde kaç tane elektron
vardır.
(Nötr P’nin 15 ve nötr O’nun 8 elektronu vardır.)
46
PO43- iyonunun 1 tanesindeki toplam elektron sayısı, P
ve O atomlarında bulunan elektronlarla iyonun
elektriksel yükünde bulunan 3 elektronun toplamına
eşittir.
P atomunda 15 elektron ve O atomunda 8 elektron
vardır.
Toplam e = P + 4.(O) + 3
= 15 + 4.8 + 3 = 50 elektron
47
48
49
Bir atomdaki elektronların enerji düzeylerini belirten tam sayılar (n),
kuantum sayılarıdır (orbital sayıları). Çekirdek etrafındaki herhangi bir
elektronun durumu kuantum sayısı (orbital sayısı) ile belirtilir.
Ana (orbital) kuantum sayısı (n)
Alt (orbital) kuantum sayısı (l)
50
Kuantum
Sayısı
Ana
Orbital
Ismi
Alt
Orbitaller
Alt
Orbital
Sayısı
Elektron Sayısı
Alt Orb.
Ana Orb.
1
K
s
1
2
2
2
L
s
p
1
3
2
6
8
3
M
s
p
d
1
3
5
2
6
10
18
4
N
s
p
d
f
1
3
5
7
2
6
10
14
32
51
52
53
54
55
56
Enerji
Pauli, Aufbau yöntemini ortaya koymuştur: Elektronlar orbitallere atomun
enerjisi en az olacak şekilde yerleşirler (önce 1s sonra 2s, 2p, 3s, 3p,
4s…sırasına göre)
d
f
d
f
d
p
s
f
d
p
s
d
p
s
p
s
p
s
p
s
s
1
2
3
4
5
6
7
Kuantum Numarası(n)
57
58
59
60
Pauli, elektronların orbitallere yerleşimi ilkesini (dışlama ilkesi) de
ortaya atmıştır: Bir atomun aynı yörüngesinde zıt spinli (ters yönlü) en
çok 2 elektron bulunabilir. Aynı bir atomda bulunan 2 elektron hiçbir
zaman birbirinin aynı olan kuantum sayılarına sahip olamaz. Bu
61
kuantum sayılarından en az biri farklı olmalıdır (Pauli Prensibi).
62
63
Hund Kuralı: Aynı enerjiye sahip farklı orbitallere eş enerjili orbitaller
denir. Bir atomun 2px, 2py, 2pz orbitalleri eş enerjilidir. Elektronlar eş
enerjili orbitallere önce birer birer yerleşirler, bunların hepsi birer elektron
aldıktan sonra ikinci elektronu (ters spinli) almaya başlarlar.
64
Örnek: 12Mg2+ iyonunun elektron dizilişini
(elektronik konfigürasyonunu) gösteriniz.
65
66
67
Z
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
Element
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca
Sc
Ti
Orbital Düzeni
1s1
1s2
1s22s1
1s22s2
1s22s22p1
1s22s22p2
1s22s22p3
1s22s22p4
1s22s22p5
1s22s22p6
1s22s22p63s1
1s22s22p63s2
1s22s22p63s23p1
1s22s22p63s23p2
1s22s22p63s23p3
1s22s22p63s23p4
1s22s22p63s23p5
1s22s22p63s23p6
1s22s22p63s23p64s1
1s22s22p63s23p64s2
1s22s22p63s23p63d14s2
1s22s22p63s23p63d24s2
68