atomun yapısı - WordPress.com
advertisement
Democritus’ un ortaya attığı bu kavram o dönemin bilim adamları tarafından kabul görmemiş. Ta ki 2000 yıl kadar sonra, yani 1800’ lü yılların başına kadar. Bilim adamları maddenin doğasını anlamaya yönelik çalışmaları sırasında ister istemez bu minik parçacıklarla karşılaşmışlardır. İngiliz bilim adamı Dalton, deneyleri sırasında, maddeyi oluşturan ama yapısını tanımlayamadığı bu temel öğelere ilişkin ilk kanıtları elde etmiş, bundan sonra da keşifler ardı sıra devam etmiş. Dalton’ un (1803), maddenin anlaşılmasına, kimyasal reaksiyonların açıklanmasına ve atomun temel özelliklerinin ortaya çıkarılmasına büyük katkılar sağlayan atom teorisine göre: Elementler atom denilen bölünemeyen parçacıklardan oluşmuştur. Bir elementin bütün atomları aynı özelliklere sahiptir. Bir bileşik iki ya da daha çok sayıda elementin belirli bir oranda birleşmesi sonucunda oluşur. Modern atom kuramı Dalton’ un atom kuramına dayanır. Fakat modern atom kuramında Dalton atom kuramının bazı ayrıntıları değiştirilmiş ve geliştirilmiştir. Faraday, 1834’ te, bileşiklerin elektrik akımı ile ayrıştığı, kimyasal elektroliz adı verilen deneylerde, kullanılan elektrik miktarı ile ayrışan madde miktarı arasındaki ilişkiyi inceledi. Böylece kimyasal elektroliz ile ilgili yasaları formüle etti. Bu çalışmalara dayanarak, George Johnstone Stoney atomlarda elektrik yüklü birimlerin bulunduğunu öne sürdü ve bunlara elektron adı verilmesini önerdi. Vakumdan elektrik akımının geçirildiği deneyler sonucunda J. Plücker katot ışınlarını buldu. Katot ışınlarını elde etmek için havası oldukça boşaltılmış bir cam tüpün uçlarına iki elektrot yerleştirilir. Bu elektrotlara yüksek gerilim uygulandığında katot adı verilen negatif elektrottan ışınlar çıkar. Bu ışınlar negatif yüklüdür, doğrusal yol izleyerek, katot karşısındaki tüp çeperlerinde ışık saçılmasına sebep olurlar. 19. yy’ ın sonlarına doğru katot ışınları ayrıntılı olarak incelendi. Birçok bilim adamının deneyleri sonucunda katot ışınlarının hızla hareket eden eksi yüklü parçacıklar olduğu ortaya çıktı. Daha sonra bu parçacıklara Stoney’ in önerdiği gibi elektron adı verildi. Elektronlar manyetik alan ve elektriksel alanda + kutba doğru saparlar. Bu sapmanın açısı (derecesi); 1. Tanecik yükü (e) ile doğru orantılıdır. Yükü büyük olan tanecik az yük taşıyan tanecikten daha çok sapar. 2. Tanecik kütlesi (m) ile ters orantılıdır. Kütlesi büyük olan tanecik küçük olandan daha az sapar. Bundan dolayı yükün kütleye olan oranı (e/m) bir elektrik alan içinde elektronların doğrusal yoldan ne kadar sapacağını belirler. Katot ışınlarının elektrik ve manyetik alanlar içindeki sapmalarını inceleyen Thomson elektron için e/m değerini saptadı. e/m= -1.7588 x 108 coulomb/gram Katot ışınlarını elde etmeye yarayan tüpe benzer bir düzenek kullanılarak Goldstein tarafından kanal (pozitif) ışınlar sayesinde protonların varlığı keşfedilmiştir. Tüpteki gaz atomlarına elektronların çarpması sonucu atomlardan elektron kopardıkları ve oluşan pozitif iyonların katot tarafından çekilerek katot ışınlarına zıt yönde ve zıt yüklü pozitif ışın adı verilen bir ışının oluştuğu tespit edilmiştir. Bu ışınların manyetik alanda negatif kutba doğru saptıkları tespit edilmiştir. Proton olarak tanımlanan bu parçacıklar, bütün atomların yapısında bulunur ve yükü elektronunki ile aynı olup zıt işaretlidir. Protonlar için yük:+1.6 10-19 C Kütle 1.6726 10-27 kg’ dır. Atomlarda eşit sayıda proton ve elektron bulunduğundan, atomlar elektrik yükü bakımından nötrdür. Hidrojen atomu dışındaki diğer bütün atomların kütlesi kendi yapısında bulunan elektron ve protonların kütleleri toplamından en az iki kat fazla bulunduğundan ve elektronun kütlesi protonun yanında ihmal edilecek kadar küçük olduğu için atomun yapısında protonun kütlesine eşit, yüksüz taneciklerin bulunması gerektiğini Rutherford öne sürmüştür. Yüksüz olduklarından bunların varlıkları ancak 1932 yılında bazı çekirdek reaksiyonları ile ortaya konmuştur. Nötronun kütlesi: 1.6749 10-27 kg Atom numarası elementin her bir atomunun çekirdeğindeki proton sayısıdır. Atom çekirdeğinde bulunan proton sayısı, atomun kimyasal özelliklerini belirler. Atomları birbirinden ayıran temel özellik sahip oldukları proton sayısıdır. Atom numarası= proton sayısı= çekirdek yükü Örneğin oksijenin proton sayısı 8, atom numarası 8’ dir. Demirin proton sayısı 26, atom numarası 26’ dır. Atom numarası 8 olan tek bir element vardır o da oksijendir. Nötr bir atomda proton sayısı ile elektron sayısı eşittir ve toplam yük sıfırdır. Atom numarası elementin sembolünün sol alt köşesine yazılır. Elementler atom numaralarına göre periyodik tabloda yer alırlar. ANX: 1H, 7N, 6C, 26Fe Kütle numarası ise atom çekirdeğinde bulunan proton ve nötronların toplamıdır. Nötron sayısı, kütle numarasından atom numarası çıkarılarak hesaplanır. Nötron sayısı=kütle numarası-atom numarası Kütle numarası, çekirdeğin kütlesi değildir. Sadece çekirdekteki proton ve nötronların toplamıdır. Bir elementin bütün atomlarının atom numarası aynıdır. Fakat bazı elementler kütle numarası bakımından farklılıklar gösteren atomlardan oluşmuştur. Yani izotoplar, atom numaraları aynı kütle numaraları farklı elementlerdir. İzotop atomların kimyasal özellikleri aynı, fiziksel özellikleri farklıdır. İzotop iyonlarda elektron sayıları da farklı ise kimyasal özellikleri de farklıdır. İzotop atomlar 1H Proton sayısı Nötron sayısı Kütle numarası 1 0 1 2H 1 1 2 3H 1 2 3 235U 92 143 235 238U 92 146 238 Bazı elementler doğada tek bir izotop halinde bulunurlar. Örneğin; sodyum, berilyum ve flor. Fakat elementlerin çoğunun birden fazla doğal izotopu vardır. Örneğin kalayın 10 tane doğal izotopu vardır. Kütle numaraları aynı, atom numaraları farklı elementlerdir. Örnek: 3616S - 36 18Ar Nötron sayıları aynı, proton sayıları farklı olan atomlara ise izoton denir. Örnek: 3517Cl n=18, p=17 36 Ar n=18, p=18 18 Atomların kütlelerini ölçmek için standart kütle birimleri çok büyük olacağından atom kütleleri için yeni bir kütle birimi geliştirilmiştir. Atomik kütle birimi (akb: atomic mass unit) bir 12 C atomunun kütlesinin onikide biri olarak 6 tanımlanır. C-12 izotopunun kütlesi 12 akb olarak kabul edilmiştir. 1 akb= 1.66055 10-24 g Kütle kg akb Proton 1.6726 10 -27 1.007277 Nötron 1.6749 10 -27 1.008665 Elektron 9.1096 10 -31 0.000549 Bir izotopun atom numarası ve kütle numarası biliniyorsa atom kütlesinin hesaplanması beklenir, fakat bu hesaplama gerçek atom kütlesini göstermez. Örneğin; 3517Cl izotopunun kütlesinin 17 proton, 18 nötron ve 17 elektronun kütleleri toplamına eşit olması beklenir. Yani 17 x 1.007227 akb + 18 x 1.008665 akb + 17 x 0.000549= 35.289005 akb 3517Cl izotopunun gerçek (denel) kütlesi ise 34.96885 akb olarak bulunmuştur. İki kütle farkı 35.289005-34.96885= 0.32016 akb’ dir. Sonuca göre atomu oluşturan parçacıkların bir araya gelmeleri kütle kaybına neden olmaktadır. Bu kütle farkının enerji eşdeğeri, bağlanma enerjisi olarak bilinir. (Bağlanma enerjisi bir atomun hesaplanmış kütlesi ile gerçek kütlesi arasındaki kütle farkının enerji eşdeğeridir. ) Kütle Einstein’ın E=mc2 formülüne göre enerji cinsinden hesaplanabilir. E= (0.32016 akb x 1.66 10 -27 kg) x (3.108 m/s)2 E= 4.7831 10-11 joule (Bağlanma enerjisi) Periyodik tabloya bakıldığında atom kütlelerinin genellikle tam sayılar olmadığı görülür. Örneğin karbon atomunun kütlesi 12.01 akb, klorun kütlesinin 35.5 akb’ dir. Bunun nedeni karbon ve klorun birden fazla izotopunun bulunmasıdır. Elementlerin atom kütleleri doğal izotoplarının kütlelerinin ağırlıklı ortalamasıdır. Ağırlıklı ortalama, her izotopun atom kütlesi ile doğada bulunma yüzdesinin çarpılması ve bulunan değerlerin toplanması ile bulunur. Elementlerin benzer kimyasal ve fiziksel özelliklerine göre oluşturulan çizelgeye Periyodik Tablo denir. Periyodik tabloda atom numarasındaki artışa göre belirlenmiş yatay sıralara periyot, benzer kimyasal özelliklere göre oluşturulmuş dikey sıralara grup adı verilmektedir. Periyodik tablodaki periyot sayısı 7, grup sayısı 18’ dir. Periyodik tablonun en altında bulunan yatay sıralanmış iki periyot aslında periyodik tablonun içerisindedir. Ancak tabloyu enine büyütmemek için bu sıralar tablonun alt kısmında gösterilmiştir. 1A 8A 2A 3A 4A 5A 6A 7A B GRUBU Periyodik cetvelin 8A grubu elementleridir. Grupta He dışındaki tüm elementler kararlı elementlerdir. Erime ve kaynama noktaları çok düşüktür. Grupta yukarıdan aşağıya gidildikçe erime ve kaynama noktaları yükselir. Tümü tek atomlu renksiz gaz halindedir. Yalnız Rd radyoaktif olup çekirdeği dayanaksızdır. Doğada çok az bulunurlar. İyonlaşma enerjileri en yüksek olan elementlerdir. Periyodik cetvelin 1A grubu (Li , Na , K , Rb , Cs , Fr) elementleridir. En yüksek temel enerji düzeylerinde bir elektron vardır. Bileşiklerinde ( +1 ) değerlik alırlar. Yumuşak, bıçakla kesilebilen, hafif metallerdir. Elektrik akımı ve ısıyı iyi iletirler. Erime ve kaynama noktaları diğer metallerden düşüktür.Grupta yukarıdan aşağıya doğru erime ve kaynama noktaları düşer. Özkütleleri düşük olan elementlerdir. İyonlaşma enerjileri,sıralarında, en düşük olan elementlerdir. Tepkime verme yatkınlıkları çok fazladır. Doğada daha çok bileşikleri halinde bulunurlar. - Alkali metaller,havanın oksijeni ile etkileşerek oksit oluştururlar. 2 M(k) +1/2 O2 ( g) M2O(k) - Halojenlerle birleşerek tuzları oluştururlar. 2 M(k) + X2 2 MX(k) -Su ile hızlı tepkimeye girerler ve hidrojen gazı (H2) oluştururlar. 2 M(k) + 2 H2O(s) 2 MOH (suda) + H2 (g) Periyodik cetveli 2A (Be , Mg , Ca , Sr , Ba , Ra ) grubunda yer alan elementlere toprak alkali metaller adı verilir. Bileşiklerinde +2 değerliklidirler. Isı ve elektrik akımını iyi iletirler. Alkali metallerden daha sert erime ve kaynama noktaları daha yüksektir. İyonlaşma enerjileri alkali metallerden daha yüksektir. Özkütleleri de alkali metallerden daha büyüktür. Oksijenle birleşerek oksitleri oluştururlar. M (k) + ½ O2 (g) MO(k) Halojenlerle birleşerek tuzları oluştururlar. M (k) + Cl2 (g) MCl2 (k) Su ile tepkimeye girerek hidrojen gazı ( H2 ) oluştururlar. M (k) + 2 H2O (s) M(OH)2 (suda) + H2 (g) Periyodik cetvelin 7A grubunda (F , Cl , Br , I, At) yer alan elementlerdir. Bileşiklerinde -1 ile +7 arasında çeşitli değerlikler alabilirler. Ancak F bileşiklerinde sadece -1 değerlik alır. Erime ve kaynama noktaları grupta aşağıdan yukarıya doğru azalır. Elektron alma istekleri en fazla olan elementlerdir. Tümü renklidir. Tümü zehirli ve tehlikelidir. Element halinde 2 atomlu moleküllerden oluşurlar (F2,Cl2 , Br2 , I2 , At2 ). At (astatin) doğada bulunmayan, ancak radyoaktif olaylarla oluşan bir elementtir. Oda koşullarında F ve Cl gaz, Br sıvı, I ise katı haldedir. Bir atomdan elektron uzaklaştırmak için atoma enerji verilir.Verilen bu enerji bir büyüklüğe ulaşınca atomdan bir elektron kopar.Kopan bu elektron çekirdek tarafından en zayıf kuvvetle çekilen yani atom çekirdeğinden en uzakta bulunan elektrondur. Bir atomdan elektron koparmak için gerekli enerjiye İyonlaşma Enerjisi ( Ei )denir. Bir atomda en üst enerji seviyesindeki atomların atom çekirdeğine olan uzaklığına Atom Yarıçapı denir. Periyodik cetvelde soldan sağa doğru gittikçe atom numarası (çekirdek yükü) arttığından en dıştaki elektron daha çok çekilir, ortalama atom yarıçapı küçülür. Gruplarda ise yukarıdan aşağıya gidildikçe temel enerji seviyesi arttığından dıştaki elektronlar daha az çekilir, atom yarıçapı artar. Gaz fazındaki 1 mol nötral atoma 1 mol elektron bağlandığı zaman açığa çıkan enerjinin miktarına elektron ilgisi ya da elektron aftinitesi ( Eaf ) denir. Periyodik cetvelde soldan sağa, yukarıdan aşağıya doğru gidildikçe elektron ilgisi artar.Çünkü çekim arttığı için elektronun bağlanması kolaylaşır. Metalik özelliği elementlerin iyonlaşma enerjisi ile ilgilidir.İyonlaşma enerjisi düşük olan elementler metalik özelliğe sahip,iyonlaşma enerjisi yüksek olan elementler ise metalik özelliğe sahip değildir. Periyodik cetvelde soldan sağa,yukarıdan aşağı gidildikçe metalik özellik azalır. Elektronegatiflik; elektronu çekme kapasitesine denir.Elektron ilgisi arttıkça elektronegatiflik artar.Elektron ilgisi fazla olan elementler daha elektronegatiftir.Bilinen en elektronegatif element flordur (F). Elektronegatiflik;periyodik cetvelde soldan sağa,aşağıdan yukarıya doğru artar.
