ATOM
II.DERS
2
3
4
5
6
7
Oysa ortaçağ kimyasının en büyük ismi olan Cabir Bin
Hayyan (Geber); 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
ELEKTRONLARIN KEŞFİ
Faraday, havası boşaltılmış bir cam borunun iki ucuna bir doğru akım üreteci bağlamış,
tüpün negatif uç bağlanmış ucundan, yani katodundan çıkan ışının pozitif uç bağlanmış
ucuna yani anoda gittiğini görmüş ve katot ışınlarını keşfetmiştir. Gerçekte katot ışınları
gözle görülmezler. Çarptıkları bir yüzeyden yaydıkları ışıkla görülebilirler.
(Yüksek enerjili bir ışının bir madde yüzeyine çarpmasıyla ışık yayılmasına fluroresans
denir.)
9
10
11
e-
ee- ee- ee- e
e- ee- e-
Pozitif yüklü
küre
e- ee-
J.J. Thompson‘un üzümlü kek Atom Modeli
12
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
13
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.
14
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
15
Uluslararası elektrik yük birimi olan Coulomb (kulon), 1 sn de taşınan yük miktarıdır.
Thomson’un Deneyleri
Voltage source
-
+
Metal Disks
Thomson’un Deneyleri
Voltage source

+
Elektrik akımının geçişiyle tüpün negatif
uç bağlanmış ucundan çıkan ışın pozitif
uça gitmektedir.
Thomson’un Deneyleri
Voltage source
+

Elektrik alanın ilavesiyle hareket eden
parçalar negatif yüklülerdir..
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
19
X-Işınlarının Oluşumu:
Vh
Metal Filament
Katot (-)
Vf
-
Hızlandırılmış
elektronlar
+
Hedef anot
X-ışınları
Vf: Filament voltajı
Vh:Hızlandırma voltajı
1895 yılında W.Rontgen katot ışınları bir metale çarptığında
yeni türde ışınlar oluştuğunu buldu. 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 X-ışınları açığa çıkar.
20
21
22
Rutherford Atom Modeli
Detector
Detector
2
1
altın levha
Radyum Kaynak
(polonyum veya radyum
alfa-parçacıkları)
yarık
Floresan ekran
(ZnS sürülmüş)
3
23
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 hidrojendir ve kütlesi protonun kütlesine eşdeğerdir.
24
+
(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
Vakumda tüm elektromanyetik dalgaların hızı, aynı ışık hızına
(3.1010 cm/s) eşittir.
25
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
26
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.
27
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.
28
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
29
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. 30
ΔE = E2 – E1 = h.ν = h.c/λ
31
Aynı zamanda, elektronların dairesel yönlerde hareket ettikleri ifadesi de bugün
32
için yanlıştır.
9,11.10-31 kg
1,672.10-27 kg
33
Atomların kütlelerinin ölçülmesinde, yeni bir kütle birimi oluşturulmuştur. Bir
12
atomik kütle birimi (akb), 6C atomunun kütlesinin 1/12 ’ si olarak
12
tanımlanmıştır. Günümüzde bütün atomların kütleleri 6C izotopunun kütlesi
standart 12.000 u kabul edilerek u birimiyle verilmektedir.
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
A.N
K.N
Bir akb (atomik kütle birimi), 12C izotopunun 1/12’sinin kütlesidir.
47
K.N
48
49
Örnek: PO43- iyonunun 1 tanesinde kaç tane elektron
vardır.
(Nötr P’nin 15 ve nötr O’nun 8 elektronu vardır.)
50
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
51
52
53
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)
54
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
55
56
57
58
59
60
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)
61
62
63
64
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
65
kuantum sayılarından en az biri farklı olmalıdır (Pauli Prensibi).
66
67
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.
68
Örnek: 12Mg2+ iyonunun elektron dizilişini
(elektronik konfigürasyonunu) gösteriniz.
69
70
71
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
72
Download

Document