Atom ve Atom Teorileri

[SERDEM]

Kâinatı meydana getiren maddelerin ana çekirdeğini keşfedebilmek için insanlar asırlar boyu uğraşmıştır. Bir maddeyi oluşturan parçacıklar bir başka maddeyi oluşturan parçacıklardan pek farklı değildir. Sadece bu parçacıkların değişik oranlarda bir araya gelmesiyle temel maddelerin (elementlerin) atomları oluşmaktadır. Bu atomlar da farklıoranlarda birleşerek daha kompleks maddeler oluşmaktadır. Nefes aldığımız havadan yediğimiz yiyeceklere, dünyadan güneşe, gözbebeğimizdeki bir zerreden dev yıldızlara kadar her şeyin tuğlasını yine atomlar oluşturmaktadır. Herhangi bir elementten alınan bir numuneyi küçük parçalara bölelim. Bölünen bu küçük parçaları daha küçük parçalara bölmeye devam edelim. Bu bölme işlemi sonsuza kadar sürer mi? Bu elementin istenildiği kadar küçük numunesi elde edilebilir mi? Bu soruların cevabını ilk olarak felsefi temellere dayalı olarak Yunan filozofları Milattan önce beşinci yüzyılda Leucippus ve Democritus maddenin sonsuz küçük parçacıklara ayrılamayacağını öne sürerek cevaplamışlardır.
Onlar, bir madde daha küçük parçalara bölünmeye devam edilirse, en sonunda atom denen bölünemeyen taneciklerin meydana geleceğine inanıyorlardı. Atom sözcüğü Yunanca’ da "bölünemez" anlamına gelen atomos sözcüğünden türetilmiştir1.

Atom yaklaşık 10-8 (0,00000001) cm yarıçapındaki merkezde bir çekirdek ve onun etrafında belirli yörüngelerde hareket eden elektronlardan oluşmuştur. Çekirdek, hacim itibarıyla atomun içerisinde hemen hemen fark edilemeyecek kadar küçük bir hacme sahiptir. Ama atomun hemen hemen bütün kütlesi de bu küçük hacimde toplanmıştır.
Atom çekirdeğinin yarıçapı yaklaşık 10-13 cm kadardır. Çekirdeğin çapı ile atom çapıkarşılaştırıldığında, çekirdek bütün atom çapının ancak yüz binde biri kadardır. Bu boyutta küçülerek atomlar aleminde bir seyahat yapmayıdüşünseydik çok tenha bir dünyada yaşamış olurduk.
1 Mortimer Modern Üniversite Kimyası Kitabı’ndan alınmıştır.
SAMANYOLU EĞİTİM KURUMLARI
SAMANYOLU EĞİTİM KURUMLARI
Atom içerisinde bu kadar büyük boşluklar olmasaydı çok küçük hacimdeki
maddeler çok büyük kütleye sahip olacaklardı. Meselâ, hidrojen atomunun çekirdeğinin (bir proton) hacmi 10-39 cm3 civarında, ağırlığı ise 10-24 gramdır.

Çekirdek ile elektronlar arasında boşlukların olmadığı kabul edilirse:
çekirdeğin yoğunluğu 10-24 / 10-39 = 1015 gram/cm3 ’tür.
Yani 1 cm3 hidrojen 1015 gram ( 1 milyar ton ) olurdu.
Atomların varlığına inanmanın mantıki temellerinin 1800 sıralarında Dalton,
Gay-Lussac ve Avogadro tarafından yapılan çalışmalarla ortaya konulduğunu söylemek yanlış olmaz.
Dalton, elindeki eksik denel verilere dayanarak, bölünemez atomların var olmasıgerektiğini ileri sürdü;Dalton’a göre:
•Kimyasal bir bileşik, iki veya daha çok sayıda elementin basit, sayısal bir oranda birleşmesi sonucunda oluşuyordu.
Biz bugün bu verilerin tam doğru olmadıklarını biliyoruz, fakat onlar kimyasal birleşmenin ilk nicel kanunlarını gerçekleştiriyorlardı. Dalton’un fikirlerinin esas bakımından doğru olduğunu gösteren ilk inandırıcı deneylere yol açan birleşme kanunları, atomik teorinin deneysel temelini oluştururlar. Şimdi bu kanunların her birini, hem atom teorisinin gelişmesindeki rolleri bakımından hem de bugünkü doğruluk dereceleri bakımından inceleyelim:
Kütlenin Korunumu Yasası:
1774 yılında Antoine Lavoisier (1743-1794) bir deney gerçekleştirmiştir. Lavoisier, bir kalay örneği ve bir miktar hava içeren bir balonun ağzını kapatmış ve tartmıştır. Tartım; kalay örneği + hava + balon kütlesidir.
Sonra bu kapalı balonu ısıtmış ve kalayın tebeşir tozuna benzer bir toz verdiğini görmüştür. Kabı yeniden tartmış (balon + beyaz toz + kalan hava) ve kütlenin değişmediğini bulmuştur. Yaptığı daha başka deneylerle de görmüş ki, beyaz tozun (şimdi buna kalay oksit diyoruz.) kütlesi, kalay örneğinin kütlesi ile kullandığı havanın bir miktarının kütlesi toplamına eşittir.

SAMANYOLU EĞİTİM KURUMLARI

SAMANYOLU EĞİTİM KURUMLARI

Bu deney ve benzer başka deneyler sonunda Lavoisier şu ünlü kütlenin korunumu yasasınıbulmuştur:

Tepkimeden çıkan ürünlerin kütleleri toplamı,
Sabit Oranlar Yasası:
Joseph Proust 1799 da yaptığı bir yayında, hep aynı miktar bakırı, sülfürik asit yada nitrik asitte çözüp, sonra soda yada potas ile karbonat şeklinde çöktürdüğünde, daima aynıkütlede ürün elde ettiğini belirtmiştir.2 Bu ve benzer deneylerden çıkan sonuç,sabit oranlar yasasıdır .
SABİT ORANLAR YASASI
. Belli bir bileşiği meydana getiren elementler,bileşiğin kaynağının veya yapılış şeklinin ne olduğuna bakmaksızın, hep aynı ağırlık oranında birleşirler. Bir bileşiğin bütün örnekleri aynı bileşime sahiptir. Yani, bileşenler sabit bir oranda birleşirler.
Sabit oranlar yasasını anlamak için suyu ele alalım. Su, bir oksijen (O) atomu başına iki hidrojen (H) atomu taşır ve H2O şeklinde simgelenir. Bu simgeye kimyasal formül denir. Aşağıda verilen iki örnekte de bu iki elementin kütlece yüzdeleri aynıdır. Sözgelimi, hidrojenin kütlece yüzdesi, örnekteki hidrojen kütlesinin, örneğin kütlesine bölünüp 100 ile çarpılmasıyla elde edilir. Bunu yaparsanız, her iki örnekteki hidrojenin kütlece yüzdesinin
% 11,19 H olduğunu görürsünüz.Mademki her bir elementin atomları belli bir ortalama ağırlıkla belirtilebiliyor, o halde, verilen bir bileşiğin ağırlıkça bileşimi, atom ağırlıkları ve
molekül formülü tarafından saptanmış belli bir değerde olmalıdır.
2 Proust’un yaptığı iş, gerçekte iki bileşiğin birleştirilmesidir. Bunlar bakır karbonat ve bakır hidroksittir. Oluşan bileşiğe bazik bakır karbonat denir. Bazik bakır karbonat da diğer bileşikler gibi belli bir bileşime sahip olduğundan, Proust’un sonuçları doğrudur.
A T O M T E O R İ L E R İ
DALTON ATOM TEORİSİ
Kimyasal birleşmenin yukarıdaki iki yasasından yararlanan John Dalton 1803 - 1808 tarihleri arasında bir atom kuramı geliştirdi.Dalton Kütlenin Korunumu Yasasıve Sabit Oranlar Yasasından yola çıkarak maddeyi oluşturan ve onun bütün özelliklerini gösteren çok küçük parçacıkların olduğu yorumunu yaparak Katlı Oranlar Kanunu’nu ortaya atmıştır:
Katlı Oranlar Kanunu, iki element birden fazla bileşik oluşturuyorsa, birinin belli bir miktarına karşılık, diğerinin değişken miktarları arasında küçük ve tam sayılarla ifade edilen bir oran vardır, şeklinde tanımlanabilir.
Katlı Oranlar Kanunu, kimyasal elementlerin atom adı verilen parçalanamaz parçacıklardan oluştuğunu ve her elementin atomlarının kütlesinin aynı olduğunu gösterir.
Dalton’a göre:
1.
Bir elementin bütün atomlarışekil, büyüklük ve kütle yönüyle aynıdır.

2.
Atomlar içi dolu küreciklerdir.

3.
Bilinen en küçük parçacık atomdur.

4.
Atomlar parçalanamaz, yeniden oluşturulamaz.
5. Atomlar belirli oranlarda birleşerek molekülleri meydana getirir. Elementin bütün atomları aynı olduğu gibi bir bileşiğin de bütün atomları aynıdır.
Dalton teorisinde pek çok yanlışlık ve eksiklik olmasına rağmen çok önemlidir. Kendisinden sonra gelen bilim adamlarına bir kapı aralamış, fikir ortaya atarak tartışılmasını sağlamıştır. Böylece daha doğruya ulaşma imkanı sağlamıştır.
Dalton Atom Teorisindeki Eksiklik ve Hatalar :
1.
Bir elementin bütün atomları aynı değildir. O dönemde nötron tanecikleri tespit edilemediği için izotop atomların farkına varılamadı. Bir elemente ait bütün atomların proton ve elektron sayısı aynı olmak zorundadır. Nötron sayısı farklı olsa da aynı elemente aittir, fakat farklı atomdur.

2.
Atomların içi dolu değildir. Aksine boşluklu yapıya sahiptir.

3.
Bilinen en küçük parçacık atom değildir. Günümüzde atom çekirdeğini oluşturan 70 çeşit parçacığın var olduğu ve bunların bilinen 50 hareketinin olduğu ifade edilmektedir.

4.
Bir elementin bütün atomları aynı olmadığı gibi bir bileşiğin bütün molekülleri de aynı değildir.


THOMSON ATOM MODELİ

Thomson, bu ışınların sapmalarından yararlanarak yük/kütle oranlarınıhesapladı. Bu oran, iyonların ölçülen yük/kütle oranlarına göre çok büyüktü. Bu sonuca göre katot ışını birimleri negatif yüklü, çok küçük kütleli atom içi parçacıklardı. Atomda negatif (-) yüklü parçacıklar olduğuna göre pozitif (+) yüklü parçacıklarda, yani protonlarda olmalıydı.
Bu tespitlerden sonra Thomson atomda (+) ve (-) yüklü parçacıkların var olduğunu ve bunların atomda rasgele dağıldığını ifade etmiştir.Rasgele dağılmayı da üzümlü kek örneğiyle izah etmiştir.Thomson atom teorisine göre:

1.Atom protonlardan oluşmuş küre
şeklindedir.Protonlar (+1) birim yüke,
elektronlar ise (-1) birim yüke sahiptir.
2.Elektronlar atomun içinde homojen olarak
dağılmıştır.
3.Nötr atomda proton sayısı kadar elektron

bulunmaktadır.
4. Elektronların kütlesi protonların kütlesinden çok küçüktür. Bu nedenle ihmal edilebilir.

5. Protonlar ve elektronlar atomda rasgele dağılmıştır.
RUTHERFORD ATOM TEORİSİ
Rutherford çok ince (10-6cm) altın levhaya alfa (.) tanecikleri (Helyum çekirdeği) göndermiştir. Bu taneciklerin çok az bir kısmı aynen yansırken bazıları belli açılarla yansımış fakat büyük bir bölümü aynen geçmiştir.
Yapılan deney sonucuna göre :
1.
Atomdaki pozitif(+) yükler çekirdek denen çok küçük bir bölgededir.

2.
Alfa (.) taneciklerinin sapmasına yol açan yoğun kesim çekirdekte toplanmıştır.

3.
Çekirdekteki yük miktarı, bir elementin bütün atomları için aynı, farklı atomları için farklıdır.

4.
Elektronlar çekirdekten oldukça uzakta yer alırlar. Elektronların bulunduğu hacim,
çekirdeğin bulunduğu hacimden çok büyüktür. Atomun büyük bir kısmı boşluklu yapıya sahiptir.
BOHR ATOM MODELİ
Bohr yaptığı çalışmalarda Rutherford atom modeline göre, elektronların çekirdek etrafında dönmeleri ile enerji yaymalarısonucunda enerjilerinin azalacağını ve çekirdek üzerine düşeceklerini hesapladı, fakat böyle bir elektron düşmesi gerçekleşmediği için Rutherford atom teorisinin bazı yanlışlıklarının olması gerektiğini fark etti ve bu teoriye bazı eklemeler yaptığı yeni bir atom modeli ortaya attı.Rutherford, elektronların çekirdekten oldukça uzakta yer aldığını ifade etmişti. Bohr da elektronların ne kadar uzakta yer aldıklarını, çekirdek etrafındaki hareketlerini ve enerjilerini incelemiştir.
Araştırmaları1H, 2He ve 3Li+ gibi küçük atom ve iyonlar üzerinde olmuştur.
Elde ettiği sonuçlar küçük atomlar için doğru iken büyük atomlar için hatalı olmuştur.
BOHR ATOM TEORİSİNE GÖRE:

1.
Elektronlar çekirdek çevresinde rasgele dairesel bir yörüngede değil, çekirdekten oldukça uzakta sabit bir enerjiye sahip dairesel yörüngelerde hareket ederler.

2.
Elektronlar çekirdek etrafında sabit enerjili dairesel
yörüngelerde (orbitallerde) hareket ederler. Bu yörüngelere Enerji Seviyesi adı verilir.
3. Bohr atom kuramına göre, hidrojen atomunun 1
elektronu en düşük enerji düzeyi olan n=1 de
bulunur. Buna Temel hâl denir. Elektron temel hâl-
den uzaklaştırılırken n=2, n=3, n=4 hâllerinden
birine getirilirse uyarılmış olur. Uyarılmış hâlde
elektronun enerjisi daha fazla olur.
Daha az enerjili (uyarılmış) duruma göre kararsızdır. Elektrona verilen enerji kaldırıldığında düşük enerjili uyarılmamış (kararlı duruma) hâle geçer. Bu sırada iki enerji seviyesi farkı kadar ışın yayınlar. Elektronlar yüksek enerji düzeyinden düşük enerji düzeyine geçerken enerji yayarlar. Düşük enerji düzeyinden yüksek enerji düzeyine geçerken de enerji alırlar.
.Bir atomun elektronları dışardan enerji alarak yüksek enerji düzeyine yükselirse bu atoma "uyarılmış atom" denir. Bu olaya uyarılma denir.Uyarılmış atom yüksek enerji düzeyinden düşük enerji düzeyine geçtiğinde iki enerji düzeyi arasındaki enerji farkına eşit bir ışık (foton) yayınlar.Bu yayınlanan ışınlar her element için karakteristik özellik gösterir.Yayınlanan ışının şiddetine göre cisimlerin bazılarını mikroskop bazılarını ise gözümüzle gözlemleyebiliriz.

Gözümüz yayınlanan bu ışınların sadece dalga boyu( . ) 7.10-5 cm olan kırmızıışık ile 4,5.10-5 cm olan mor ışık arasındaki kısmı görür.Daha kısa dalga boylu ışımaları duyu organlarımızla algılayamayız.
4. Çekirdekten uzaklaştıkça elektronun enerjisi de artar. Elektronlar, bulunduklarıenerji seviyesinin enerjisine sahiptir. Enerji seviyeleri atom çekirdeğine yakınlığına göre n = 1, 2, 3, 4, 5, 6 gibi tamsayılarla veya K, L, M, N, O, P, Q gibi harflerle ifade edilirler.
Yörünge sayısı (n) olmak üzere yörüngenin sahip olduğu enerji;
bağıntısı ile bulunur.