7
SICAKLIK Sıcaklık eşeli oluşturmak için keyfi olarak belirli sabit noktalar seçilir. Bu sabit noktalar genellikle standart atmosfer basıncında suyun donma ve kaynama noktalarıdır. Bu iki nokta arası eşit aralıklara bölünür. Farklı sıcaklık eşellerinde sabit noktalara verilen de ğ er ve aralı ğ ın bölünme sayısı farklılık gösterir. Celcius ( C) Fahrenheit ( F) Kelvin (K) o o
8
SICAKLIK Örnek 1-1 (sayfa 11)
9
ATOM MODELLERİ 1 Atom kavramını ilk kim kullandı? Democritus Atom kavramını ilk kullanan kişi hangi soru üzerinde düşünerek atom kavramına ulaştı? Madde sürekli olarak daha küçük parçalara bölünebilir mi, yoksa daha fazla bölünemeyece ğ i bir son nokta var mıdır? Bu dönem önerilen atom kuramı neden 2000 yıl kadar bir süre atom kuramı tartışılmaktan öteye gidemedi? Gözlem ve deneylerle sistematik olarak test edilmiyordu.
10
ATOMLA İLGİLİ İLK DELİLLER Dalton 1808 yılında kabul gören atom teorisini ve modelini hangi bilimsel çalışmalara dayandırıyordu? Kütlenin Korunumu Yasası (Kanunu) Sabit Oranlar Yasası (Kanunu) Katlı Oranlar Yasası (Kanunu)
11
KÜTLENİN KORUNUMU YASASI Kütlenin korunumu yasası hangi olayın açıklanması esnasında kimin tarafından bulunmuştur? Antoine Lavosier, Yanma, 1774 O dönemde yaşayan Antoine-Laurent de Lavoisier çok titiz ve dikkatli bir kimyacı idi. Rutherford ve Priestley’in deneylerini dikkatli bir şekilde yaptıklarını ve ayrıntılı olarak tanımladıklarını fakat hiçbir şeyin kütlesini ölçmediklerini fark etti. Birçok deneyde dikkatli bir şekilde reaksiyona giren maddelerin ve oluşan ürünlerin kütlesini ölçtü. (kalay örne ğ i + balon + hava) Tüm ölçümlerinde reaksiyona girenlerin toplam kütlesinin ürünlerin toplam kütlesine eşit oldu ğ unu gözlemledi.
12
KÜTLENİN KORUNUMU YASASI Lavoisier, bu gözlemlerine dayanarak kütlenin korunumu kanununu ortaya koydu Bir kimyasal tepkimede kütle yoktan var edilemez, var olan ise yok edilemez. Bir tepkimede oluşan ürünlerin kütleleri toplamı tepkimeye giren (harcanan) maddelerin kütleleri toplamına eşittir. gümüşnitrat + potasyumkromat gümüşkromat (çöker) + potasyum nitrat
13
KÜTLENİN KORUNUMU YASASI Örnek 2-1, Alıştırma A (sayfa 36)
14
SABİT ORANLAR YASASI Fransız kimyacı Joseph Proust 1799'da sabit oranlar yasasını ortaya atmıştır. Proust yaptı ğ ı deneylerde hep aynı miktar bakırı (Cu), asitte çözüp Na 2 CO 3 (sodyum karbonat) ya da K 2 CO 3 (potasyum karbonat) çözeltileri ile etkileştirdi ğ inde, daima aynı kütlede CuCO 3 (bakır karbonat) elde edildi ğ ini tespit etmiştir. Bir bileşi ğ i oluşturan atomların kütleleri arasında basit tam sayılarla ifade edilen sabit bir oran vardır. Bir bileşi ğ in bütün örnekleri aynı bileşime sahiptir. Bileşenler kütlece sabit bir oranda birleşirler.
15
SABİT ORANLAR YASASI Örnek AÖrnek BÖrnek C Örnek Kütlesi18,000 g su10,000 g su27,000 g su Hidrojen kütlesi2,000 g H1,119 g H3,021 g H Oksijen kütlesi16,000 g O8,881 g O23,979g O Birleşme Oranı1/8 Hidrojen yüzdesi% 11,19 Oksijen yüzdesi% 88,81 Örnek 2-2, Alıştırma A (sayfa 37)
16
KATLI ORANLAR YASASI John Dalton “kütlenin korunumu yasası” ve “sabit oranlar yasası” ile ilgili bilgileri de kullanarak yaptı ğ ı deneyler sonucunda Katlı Oranlar Yasası’nı ifade etmiştir. Aynı elementlerden oluşan iki bileşi ğ in elementlerinden birinin belli bir miktarına karşılık, di ğ erinin de ğ işen miktarları arasında küçük ve tam sayılarla ifade edilen bir oran vardır Karbon ve oksijenden oluşan iki bileşi ğ i göz önüne alalım. (CO ve CO 2 ) (Aynı miktar O ile birleşen C oranı 2,667/1,333=2) COCO 2 C yüzdesi42,927,3 O yüzdesi57,172,7 1g O ile birleşen C kütlesi1,333 g2,667 g
17
KATLI ORANLAR YASASI
18
Aynı elementlerden oluşan PbO 2 ve Pb 3 O 4 bileşiklerinin eşit Pb’lere karşılık gelen oksijen elementlerine ait katlı oranlarını gösteriniz.
19
DALTON ATOM TEORİSİ Kütlenin korunumu, sabit oranlar ve katlı oranlar yasası nasıl açıklanabilir? Elementler niçin böyle davranırlar? İ ngiliz kimyacı ve ö ğ retmen John Dalton bu sorulara cevap verebilmek amacıyla farklı maddelerle deneyler yaparak bugünkü anlamda atom fikrini ilk kez 1808 yılında ortaya atmıştır.
20
DALTON ATOM TEORİSİ Dalton, yaptı ğ ı deneyler sonucunda her iki yasanın maddenin bütünsel yapısıyla açıklanmasının mümkün olmadı ğ ını elementlerde görülemeyen fakat gerçekte var olan bir şeyler (tanecikler) oldu ğ unu düşünmüştür. Dalton, görülemeyen bu taneciklere Democritus’un da önerdi ğ i şekilde atom adını vermiştir. Bu çalışma ilk atom modeli olması bakımından da oldukça önemli olup Democritus'unkinden çok daha spesifiktir.
21
DALTON ATOM TEORİSİ Dalton, teorisinde atomları bilardo topları gibi yuvarlak, sert ve özelli ğ i olmayan küreler olarak algılamış fakat atomun yapısı hakkında yorum yapmamıştır.
22
DALTON ATOM TEORİSİ 1. Elementler atom denilen bölünemeyen çok küçük taneciklerden oluşmuştur. 2. Bir elementin bütün atomlarının kütlesi ve di ğ er özellikleri özdeştir. 3. Ancak bir elementin atomları di ğ er bütün elementlerin atomlarından farklıdır. Dalton atomların nasıl olduklarını bilmemesine ra ğ men, bu kadar çok ve farklı elementin varlı ğ ının ancak bu şekilde açıklanabilece ğ ini düşünüyordu. 4. Kimyasal tepkimeler, yalnızca atomların birbirinden ayrılması, birbirleri ile birleşmesi ya da yeniden düzenlenmesinden ibarettir. Kimyasal tepkimelerde, bir element atomu di ğ er bir elementin atomuna dönüşemez, parçalanamaz ve yok olamaz. 5. Bir elementin atomları ile di ğ er bir elementin atomları ile birleşerek bileşikleri meydana getirirler. Elementler bileşik oluştururken atomlar tam sayılı olarak birleşirler (sabit oranlar yasası). Örne ğ in, bir A atomu ve bir B atomu (AB) ya da A atomu ve 2 B atomu (AB 2 )gibi
23
DALTON ATOM TEORİSİ KÜTLE YASALARINI NASIL AÇIKLAR? Kütlenin Korunumu Yasası: Dalton’un atom teorisine (4 numaralı) göre element atomları parçalanamadı ğ ından bir kimyasal tepkime öncesi var olan atomların aynısı, tepkime sonrasında da var olmalıdır. Bu durumda kütle de ğ işmez. İ şte Dalton kuramı “kütlenin korunumu yasası”nı böyle açıklamaktadır.
24
DALTON ATOM TEORİSİ KÜTLE YASALARINI NASIL AÇIKLAR? Sabit Oranlar Yasası: Dalton’a göre aynı elementin atomlarının aynı kütleye, farklı elementlerin atomlarının farklı kütlelere sahip olması gerekliydi (2 numaralı). Dalton, bir bileşik oluşurken element atomları parçalanmadı ğ ına göre (4 numaralı), bir bileşi ğ i oluşturan element atomlarının kütleleri arasında basit tam sayılarla ifade edilen sabit bir oran olması gerekir şeklinde “sabit oranlar yasası”nı açıklamıştır
25
DALTON ATOM TEORİSİ KÜTLE YASALARINI NASIL AÇIKLAR? Katlı Oranlar Yasası: Dalton’un atom teorisine (2 numaralı) göre bir elementin bütün atomlarının kütlesi ve di ğ er özellikleri özdeştir ve kimyasal tepkimelerde, bir element atomu di ğ er bir elementin atomuna dönüşemez, parçalanamaz ve yok olamaz (4 numaralı). Bu durumda kütle de ğ işmez. O hâlde, yalnız iki element arasında birden fazla bileşik oluşmuş ise bu bileşiklerde elementlerden birinin sabit miktarıyla birleşen ikinci elementin kütleleri arasında tam sayılarla ifade edilen katlı oranların olması gerekir (5 numaralı).
26
DALTON ATOM TEORİSİ YANLIŞLIKLAR ve EKS İ KL İ KLER Elementleri oluşturan atomlar bilardo topları gibi yuvarlak ve özelli ğ i olmayan içi dolu kürecikler de ğ ildir. Bugün proton, nötron, elektron gibi atom altı parçacıklar ile birlikte günümüzde atom çekirde ğ ini oluşturan birçok atom altı tanecik bilinmektedir. Dalton’un teorisindeki “bir elementin bütün atomları özdeştir” görüşü izotopları (bir elementin proton sayısı aynı nötron sayısı farklı atomları) açıklayamadı ğ ından bugün için geçerli de ğ ildir. Dalton’un atom teorisinde atomların parçalanamayaca ğ ından bahsedilmiştir. Kimyasal tepkimelerde Dalton’un da önerdi ğ i gibi atomlar parçalanamaz. Ama bugün çekirdek tepkimelerinde atomun parçalandı ğ ı kabul edilmektedir.
27
TEORİ ve YASA (KANUN) Teori nedir? Kanun nedir? Bilimsel teoriler ve yasalar hem anlam hem de işlev bakımından farklı türden bilimsel bilgilerdir. Teoriler ve yasalar arasında hiyerarşik bir ilişki bulunmamaktadır ve biri di ğ erine dönüşemez. Yasalar; do ğ ada gözlenen düzenliliklerin, ilişkilerin tanımlanmasıdır. Teori ise nasıl böyle bir düzenlilik veya ilişki oldu ğ una dair açıklamalardır. Teoriler görünüşte ilişkisiz gibi görülen gözlemlerin açıklamasını içerecek şekilde oluşturulur.
28
TEORİ ve YASA (KANUN) Örne ğ in, kütlenin korunumu, sabit oranlar ve katlı oranlar yasaları sadece maddelerin kimyasal olaylardaki davranışlarını tanımlarken kimyasal reaksiyonlarda maddenin neden böyle davrandı ğ ını açıklamaz. Dalton atom teorisi ise kimyasal reaksiyonlarda maddenin neden böyle davrandı ğ ını açıklamaktadır. Bir başka deyişle, Dalton atom teorisi kütlenin korunumu, sabit oranlar ve katlı oranlar yasalarının nedenlerinin açıklamalarını içerir.
29
ATOMUN YAPISINI ANLAMAYA YÖNELİK ÇALIŞMALAR Maddenin atom denilen çok küçük taneciklerden oluşumunu açıklayan Dalton atom teorisi, ne yazık ki atomun nelerden oluştu ğ u sorusunu cevapsız bırakıyordu. Dalton’un önerdi ğ i gibi tüm elementler atomlardan oluşuyor ise, neden bu kadar farklı elementler vardır? Bir element atomunu di ğ er element atomundan farklı kılan nedir?
30
ELEKTRİK ve ATOM Evde halı üzerinden geçtiniz, elinizi kapı koluna uzattınız ve … Elektrik ile çarpıldınız. Kış zamanı eve geldiniz ve şapkanızı çıkardınız ve … saçlarınız dik kalktı. NEDEN?
31
ELEKTRİK ve ATOM İ ngiliz bilim insanı William Gilbert (Vilyım Cilbırt), cam ve plastik gibi maddelerin yünlü veya ipekli kumaşlara sürtüldükleri zaman ka ğ ıt ve toz gibi hafif parçaları çekti ğ ini tespit etmiştir. (durgun/statik elektrik) Yaklaşık 200 yıl önce benzer deneyler yapan Benjamin Franklin (Benjamin Frenklin) de, sürtünme ile elektriklenmiş kehribar taşlarının ve ipek kumaşa sürtülen cam çubu ğ un bu kez birbirini itti ğ ini tespit etmiştir. Çekme ve itme kuvvetlerinin söz konusu türlerin yüklü olması ile açıklanabilece ğ ini düşünmüştür.
32
ELEKTRİK ve ATOM Franklin’e göre Her madde elektrik yükü bakımından nötraldir (yüksüz). İ ki madde birbirine sürtülürse bir maddeden di ğ er maddeye elektrik yükü aktarılır. E ğ er elektrik yükü kaybediliyorsa madde pozitif (+) yükle yüklenir, elektrik yükü kazanılıyorsa negatif (-) yükle yüklenir. Franklin, ipek kumaşa sürtülen cam çubu ğ un yüküne artı (+) elektrik yükü, yünlü kumaşa sürtülen plastik tara ğ ın yüküne ise eksi (-) elektrik yükü adını vermiştir. Elektriksel davranışın en temel kuralını anlamamızı sa ğ lar. “Benzer yükler birbirini iter, zıt yükler birbirini çeker”
33
ELEKTRİK ve ATOM Peki o zaman için atom denilen küçük taneciklerden oluştu ğ u bilinen maddelerin artı (+) veya eksi (-) elektrik yükü ile yüklenmesi nasıl açıklanabilir? Elektriklenme atom alış verişiyle olmayacaktır. Yüne sürtülen cam çubuk elektriklendi ğ inde cam çubu ğ un yapısında herhangi bir de ğ işiklik olmamaktadır. Maddeyi oluşturan atom içerisinde yüklü bazı atom altı taneciklerin varlı ğ ı söz konusudur. Ayrıca maddeler nötr oldu ğ una göre atomlarda nötr olmalıdır. Elektriklenme olayı, atomda ‘’+’’ ve ‘’-‘’ yükler bulunması gerekti ğ i ve dolayısıyla atomun bölünebilir oldu ğ u fikirlerinin oluşumuna neden olmuştur.
34
ELEKTRİK ve ATOM Faraday 1839 yılında atomun yapısının elektrikle ilgili oldu ğ unu düşünmüş ve elektri ğ in maddeler üzerindeki etkisini inceleyen elektroliz deneyleri yapmıştır. Faraday yaptı ğ ı deneylerde bir elementin çeşitli bileşiklerinin çözeltilerine elektrik akımı uygulamış, eksi yüklü elektrotta (katotta) bileşi ğ i oluşturan artı yüklü iyonları element olarak elde etmeyi başarmıştır. Ayrıca, katotta belirli bir miktar madde biriktirmek için gereken elektrik yükü miktarının daima sabit bir de ğ ere veya bu sabit de ğ erin basit katlarına eşit oldu ğ unu göstermiştir
35
ELEKTRİK ve ATOM
36
Faraday, aynı miktar elektrik yüküyle çeşitli elementlerin biriken kütlelerini bu elementlerin atom kütlelerine böldü ğ ünde sabit bir tam sayı elde etmiştir. Faraday’ın yaptı ğ ı deneylerden, bir atomun ancak belirli bir miktar veya bu miktarın basit katları kadar elektrik yükü taşıyabilece ğ i sonucu çıkarılabilir. Demek ki elektrik yükleri parçacıklar hâlinde taşınmaktadır.
37
ELEKTRİK ve ATOM Elektrik yükünün parçacıklar hâlinde taşınması, elektri ğ in taneciklerden meydana geldi ğ ini göstermektedir. Atomlar elektrik yükleri taşıdı ğ ı için bu taneciklerin atomlarda bulunması ve atomun bölünebilmesi gereklidir. Bu taneciklerin sayısı, atomun türüne göre de ğ işebilir. Ancak parçacı ğ ın tipi bütün atomlar için aynıdır.
38
ELEKTRİK ve ATOM Elektriklenme sonucu maddelerin elektrik ile yüklenmesi ve elektroliz deneyleri, Dalton Atom Modelindeki atomun özelliksiz küreler oldu ğ u görüşünü çürütmüştür. Faraday’ın elektrik yükünün parçacıklar tarafından taşındı ğ ını ileri sürmesinden sonra 1897 yılında Thomson katot ışınları ile yaptı ğ ı deneylerde atomun bu ışınların eksi yüklü elektronlardan oluştu ğ unu göstermiştir.
39
THOMSON ATOM MODELİ Katot ışınları 1858 yılında Plucker tarafından keşfedildi. İ ngiliz fizikçi J.J. Thomson 1897’de katot ışınları ile yaptı ğ ı deneyler sonucunda bazı ipuçlarına ulaşmış ve Dalton’un teorisinin bazı eksikliklerini tamamlamıştır. Thomson katot ışınlarının karakterini açıklamak için görüldü ğ ü gibi, ışınların elektriksel ve manyetik alanlardaki davranışlarını incelemiştir.
40
Katot ışınları tüpü
41
THOMSON ATOM MODELİ
42
Thomson katot ışınlarının elektriksel ve manyetiksel alan varlı ğ ındaki davranışından yola çıkarak m/e oranını hesaplamıştır. m/e=-5,6857x10 g/C (gram/Coulomb) Katot ışınları kullanılan katotun bileşiminden ba ğ ımsızdır. Katot ışınları bütün atomlarda bulunan negatif yüklü temel parçacıklardır. Bu parçacıklara elektron adı verildi. -9
43
THOMSON ATOM MODELİ Thomson’ın yerinde olsaydınız nasıl bir teori ve model ortaya atardınız?
44
ELEKTRONUN YÜKÜ Ya ğ damlacıkları deneyi Ya ğ damlacıkları deneyi
45
RADYOAKTİVİTE Radyoaktivite ile ilgileniyordu. Ö ğ rencileri Geiger ve Marsden ile 1909’da radyoaktif maddelerden yayılan pozitif yüklü alfa taneciklerinin do ğ asını belirlemek için bir dizi deney yaptılar. Ernest Rutherford Deneylerde, çok ince bir altın levhaya (0,00004 cm kalınlı ğ ında) alfa tanecikleri gönderildi. Levha etrafına bir detektör yerleştirilerek taneciklerin çarptı ğ ı yerde bir ışıldama görülmesi sa ğ landı. Thomson atom modeline göre beklenen sapmalar nelerdir? Alfa saçılması deneyi
47
ALFA SAÇILMASI Alfa taneciklerinin Ço ğ u hiç sapmaya u ğ ramadan geçmiş Bazı tanecikleri hafif veya büyük sapmış Beklenmedik bir gözlem: Her 20,000 tanecikten birisi geniş bir açıyla veya tamamen geri dönmüş “Yaşadı ğ ım en inanılmaz olaydı. Bir ka ğ ıt mendile 15 inch’lik (38cm) bir kurşun sıktı ğ ınızda kurşunun geri tepip sizi vurması kadar inanılmazdı.”
48
ALFA SAÇILMASININ KAYNAĞI Rutherford: Tek sapma Alfa taneci ğ inin büyük kütleli ve pozitif yüklü çekirdekle karşılaşmasından kaynaklanır. Thomson atom modelini desteklememektedir. Thomson: Ardışık küçük sapma Gözlenen büyük açılı sapmalar tek defada meydana gelen bir sapma de ğ ildir. Ardışık küçük sapmalar sonucunda meydana gelmiştir Atom modelini desteklemektedir. Alfa tanecikleri neden büyük açılarla geri dönüyor?
49
ALFA SAÇILMASININ KAYNAĞI ÇÖZÜM: Olasılık Olasılık hesaplamalarına göre bir alfa taneci ğ inin ardışık küçük sapmalar sonucunda büyük bir açıyla sapma ihtimali son derece küçüktür. Bir taneci ğ in tek bir sapma yapma olasılı ğ ı 1/1000 ise, ardışık iki sapma yapma olasılı ğ ı 1/1000,000 dir ve ihmal edilebilecek kadar küçüktür Thomson’ın atom modeli geçerli olsaydı küçük açılı sapmaların daha fazla gözlenmesi gerekirdi, Oysaki alfa taneciklerinin büyük bir ço ğ unlu ğ u metal levhadan herhangi bir sapmaya u ğ ramadan geçmiştir
50
RUTHERFORD ATOM MODELİ Atomda, pozitif yükün bir merkezde toplandı ğ ı ve atomun kütlesinin ço ğ unu taşıdı ğ ı bir çekirdek vardır. Çekirdek, elektronların yüklerini dengeleyecek kadar pozitif yük taşımaktadır ve bu pozitif yüklere proton adını vermiştir. Çekirde ğ in etrafında elektronlar geniş boşluklar bırakacak şekilde da ğ ılmış hâldedir. Atomun büyük kısmı boşluktur. Çekirdek etrafında çok büyük hacimde hareket eden elektronlardan oluşur. Çekirde ğ in etrafında elektronlar boşluklar bırakacak şekilde da ğ ılmış hâldedir
51
RUTHERFORD ATOM MODELİ Rutherford atom modelinin yetersizli ğ i ise elektronun yerini tam olarak belirleyememesi ve elektronun neden çekirde ğ e düşmedi ğ i ya da atomdan fırlayıp gitmedi ğ i sorularının cevapsız kalmasıdır
52
ATOM ÇEKİRDEĞİNİN KEŞFİ: PROTON ve NÖTRON Rutherford 1919 yılında atomun çekirde ğ inde yer alan protonu keşfetmiştir. Bilim insanları tarafından yapılan çalışmalar sırasında element atomlarının çekirdeklerinde yer alan protonların toplam kütlesi ile atomun gerçek kütlesi arasında büyük farklılıklar oldu ğ u görülmüştür. Bu farklılık bilim insanlarını, atomun yapısında, sayısı proton sayısına yakın ya da genellikle daha fazla olan yüksüz bazı taneciklerin de bulunması gerekti ğ i sonucuna ulaştırmıştır.
53
ATOM ÇEKİRDEĞİNİN KEŞFİ: PROTON ve NÖTRON James Chadwick, bazı çekirdek tepkimeleri üzerinde yaptı ğ ı araştırmalar sonucunda, çekirdekte protonlardan başka taneciklerinde bulundu ğ unu deneylerle belirlemiştir. Bu parçacıklar yüksüz fakat protonla yaklaşık kütleye sahip parçacıklardır. Bu taneciklere yüksüz oldu ğ u için karakterize edilmesi ancak 1932 yılında mümkün olmuştur. Bu parçacıklara yüksüz anlamına gelen nötron adı verilmiştir.
54
ATOM ÇEKİRDEĞİNİN KEŞFİ: PROTON ve NÖTRON 100 yıllık zaman dilimi içerisinde ulaşılan atom modeli
55
ATOM ALTI TANECİKLER Atom altı tanecikler Proton Nötron Elektron Bu tanecikler atomdan daha küçük oldu ğ undan atom altı tanecik olarak adlandırılır.
56
ATOM ALTI TANECİKLER Atom modelinde tanecikler do ğ ru oranlarda gösterilmemiştir. E ğ er tanecikler do ğ ru olarak gösterilmiş olsaydı elektronların göremeyece ğ imiz kadar çok küçük çizilmesi gerekirdi. Ayrıca elektronların da birbirinden ve çekirdekten çok uzakta olması gerekirdi. Çünkü atomun büyük bir kısmının boşluk oldu ğ unu hatırlayınız.
57
ATOM ALTI TANECİKLER: Proton Protonlar, çekirde ğ in pozitif yüklü tanecikleridir ve p+ şeklinde gösterilir. Protonun kütlesi yaklaşık 1,7x10 gram’dır. Bu sayı ayrıca 0, gram olarak yazılabilir. Çekirdekteki protonların sayısı atom numarasıdır Bir elementin kimyasal ve fiziksel özelliklerini belirler. Atom taneciklerinin kütlesi o kadar küçüktür ki bilim insanları bu taneciklerin kütlesini ifade etmek için yeni bir birim tanımlamışlardır. SI birim sistemine göre atomdaki bir taneci ğ in kütlesi atomik kütle birimi (akb) ile ifade edilir. Her bir proton kütlesi yaklaşık 1 akb’dir -24
58
ATOM ALTI TANECİKLER: Nötron Nötronlar, çekirde ğ in elektriksel bakımından yüksüz tanecikleridir ve n şeklinde gösterilir. Atomun çekirde ğ inde yer alırlar. Nötronlar, protonlardan biraz daha büyüktür. Fakat kütleleri arasındaki fark o kadar küçüktür ki bir nötronun kütlesinin de protonun kütlesi gibi 1akb olarak kabul edilebilir. o
59
ATOM ÇEKİRDEĞİ Protonlar ve nötronlar bir atomdaki en kütleli taneciklerdir. Çekirde ğ in hacmi çok küçük oldu ğ u için proton ve nötronun bulundu ğ u çekirdek, atomun en yo ğ un kısmıdır. E ğ er, atom çekirde ğ i bir üzüm taneci ğ inin hacmi kadar olsaydı çekirdek 9 milyon tondan daha büyük bir kütleye sahip olurdu
60
ATOM ALTI TANECİKLER: Elektron Elektronlar atomdaki negatif yüklü taneciklerdir ve e- şeklinde gösterilir. Elektronların bulunma olasılı ğ ının yüksek oldu ğ u bölgelere elektron bulutu denir. Proton ve elektronlarla kıyaslandı ğ ında elektronlar çok küçük kütleye sahip olup, yaklaşık 1836 tane elektronun kütlesi sadece 1 protonun kütlesine eşittir. Bir elektronun kütlesi öyle küçüktür ki kütle hemen hemen “0” olarak kabul edilebilir. O hâlde bir atomun kütlesinin atomdaki sadece proton ve nötronların kütleleri toplamı kadar oldu ğ u söylenebilir
61
ATOM ALTI TANECİKLER
62
ATOMUN BÜYÜKLÜĞÜ Tek bir atomu görmeksizin atom ile ilgili birçok bilgi elde edilebildi ğ ini artık biliyoruz. Peki, atomun ne kadar küçük oldu ğ u hakkında ne düşünüyorsunuz? Örne ğ in 6,02x1023 tane (56 g) demir atomu bir avucumuza rahatlıkla sı ğ arken aynı sayıda nohut ise Türkiye üzerine dökülse yaklaşık 30 km kalınlı ğ ında bir katman oluşturur. E ğ er Dünya’mız boş olup sadece pinpon topu ile doldurulsaydı, Dünya’nın aldı ğ ı pinpon topu sayısı yaklaşık olarak bir futbol topundaki atomların sayısına eşit olacaktır. Bu örneklerden atomun ne kadar küçük oldu ğ u anlaşılabilir.
63
ELEMENT ATOMLARI NEDEN BİRBİRİNDEN FARKLIDIR? Her bir elementin çekirde ğ indeki proton, elektron ve nötron sayıları farklıdır. Sonuç olarak element atomları birbirinden: Çekirdeklerindeki proton sayısı bakımından, Elektron sayıları bakımından, Elektronların çekirde ğ e uzaklı ğ ı ve enerjileri bakımından, Büyüklükleri (atom yarıçapları) bakımından, Kütleleri ve nötron sayıları bakımından (izotop durumunda kütleler ve nötron sayıları eşit olabilir) farklıdır.
64
ATOM NUMARASI, KÜTLE NUMARASI ve ATOM SEMBOLLERİ Belli bir atomun bileşimini belirtmek için, atomda bulunan proton (p+), nötron (n ) ve elektron (e ) sayısını tam olarak göstermeliyiz. Atom, atom numarası ve kütle numarası olmak üzere iki sayı ile tanımlanır -o
65
ATOM NUMARASI (Z) Bir atom çekirde ğ indeki toplam pozitif yük sayısı yani proton sayısıdır. Aynı elementin tüm atomları aynı sayıda proton içerdi ğ inden bir elementin tüm atomlarının atom numarası aynıdır. Hidrojen (H) atomlarının atom numarası 1 olup tümü 1 proton içerir; Helyum (He) atomlarının atom numarası 2 olup 2 proton içerir. Bir atom nötral oldu ğ una göre atom numarası aynı zamanda elektron sayısını da gösterir. Atom numarası (Z) = Atom çekirde ğ indeki proton sayısı = Atom çekirde ğ inin etrafındaki elektron sayısı
66
İYONLAR Nötr olmayan atomlardır. Kimyasal tepkimeler sonucunda elektron alan veya veren atomlardır. Nötr bir atom (p=e) elektron aldı ğ ında elektron sayısı proton sayısından fazla olur (e>p) ve atom negatif yüklü iyon haline gelir. Nötr bir atom (p=e) elektron verdi ğ inde elektron sayısı proton sayısından az olur (p>e) ve atom pozitif yüklü iyon haline gelir. Yük=p sayısı – e sayısı
67
KÜTLE NUMARASI (A) Bir atom çekirde ğ indeki protonlara ilave olarak, ço ğ u atomun çekirde ğ inde yüksüz nötronlarda bulunur (H hariç). Proton (Z) ve nötron sayılarının (n) toplamı atomların “kütle numarası”dır. Kütle numarası (A) = Proton sayısı (Z) + Nötron sayısı (n) İ yon yükü
68
Atom kütlesi ve kütle numarası arasındaki fark nedir? Her iki kavram kütle kelimesini içerdi ğ i için kolaylıkla karıştırılmaktadır. Her iki kavramda dikkatinizi ikinci kelimeye odaklarsanız bu iki kavramı karıştırmazsınız. Kütle numarası bir izotopun çekirde ğ indeki proton ve nötronların sayısıdır. Bir atomun kütle numarası birim gerektirmez çünkü sadece bir sayıdır. Atom kütlesi bir atomun toplam kütlesinin bir ölçüsüdür ve birimim atomik kütle birimidir (akb).
69
ATOM NO, KÜTLE NO ve SEMBOLİK GÖSTERİMİ (Örnek 2-3)
70
İZOTOP ATOMLAR Do ğ adaki bütün karbon atomlarında 6 proton ve 6 elektron vardır. Fakat do ğ adaki bütün karbon atomlarının çekirdeklerinde aynı sayıda nötron bulunmaz. Dolayısıyla Dalton’un bir elementin bütün atomları özdeştir ve bir elementin atomlarının aynı kütleye sahip olaca ğ ı teorisi bu yönüyle geçerli de ğ ildir. Atom numarası aynı, kütle numarası farklı atomlara izotop atomlar denir.
71
İZOTOP ATOMLAR Her bir elementin do ğ ada sınırlı sayıda izotop atomları vardır. Bir elementin kimyasal özellikleri proton ve elektron sayılarına ba ğ lı oldu ğ undan bir atomdaki nötronların sayısının atomun kimyasal özellikleri üzerine etkisi çok azdır. Bu nedenle izotopların hem kimyasal hem de fiziksel özellikleri aynıdır, sadece kütleleri farklıdır.
72
İZOTOP ATOMLAR
73
ATOM KÜTLESİ Bir atomun kütlesi atomu oluşturan atom altı taneciklerin (p, n ve e) kütleleri toplamına eşit de ğ ildir. Bir atom çekirde ğ i, proton ve nötronlardan oluşurken kütlenin bir miktarı enerjiye dönüşerek salınır. Bu enerji proton ve nötronları bir arada tutan çekirdek ba ğ lanma enerjisidir. Miktarı önceden bilinemez. Atom kütlesini belirlemek için belirli bir kütleye sahip atom seçilerek bu atom standart kabul edilir. Standart olarak kabul edilen atom karbon-12 izotopu olup kütlesi 12 akb’dir.
74
ATOM KÜTLESİ Do ğ ada elementler proton sayıları aynı nötron sayıları farklı izotopları halinde bulunur. Bir elementin izotopları do ğ ada farklı oranlarda bulunur. Bir elementin atom kütlesi, izotopların do ğ ada bulunma oranlarına göre, a ğ ırlıklı atom kütlelerinin ortalamasıdır.
75
ATOM KÜTLESİ Örnek 2,5 ve 2,6 (sayfa 49 ve 50)
76
BOHR ATOM MODELİ
77
78
79
9. yüzyıl sonlarında fizikçiler hidrojen atomunu buharlaştırıp ısıl yada elektriksel olarak uyarılması sonucu oluşan ışı ğ ı önce ince bir yarıktan geçirilip sonra bir prizmada ışınlarına ayırdılar. Renksiz (siyah) boşluklarla ayrılmış farklı renklerden (kırmızımor) oluşan bir dizi ince çizgiler oluştu ğ unu gözlemlediler.
80
BOHR ATOM MODELİ
81
82
83
84
Danimarkalı fizikçi Niels Bohr (Nils Bor, ), hidrojen atomunun sahip oldu ğ u çizgi spektrumlarını açıklayabilmek için hidrojen atomunun yapısını tanımlayan bir model önerdi. Bohr modeli, Rutherford modelinin açıklayamadı ğ ı noktalara (elektronların çekirdek üzerine neden düşmedi ğ i gibi) ışık tutuyordu. Bohr, hidrojen için çekirde ğ in çevresinde belirli yörüngelerde hareket eden elektronlardan oluşan bir atom modeli önerdi
85
BOHR ATOM MODELİ Elektron, çekirde ğ in çevresinde klasik fizik kurallarının gerektirdi ğ i gibi dairesel bir yörüngede hareket eder. Elektronlar çekirdek çevresinde belli enerjiye sahip olan dairesel yörüngelerde bulunabilir. Bu yörüngelere “enerji seviyesi (katman)” adı verilir. Bir elektron bir yörüngede ne kadar kalırsa kalsın enerji yayınlamaz ve böylece enerjisi sabit kalır. Enerji seviyeleri atom çekirde ğ ine yakınlı ğ ına göre n= 1, 2, 3, 4, 5, 6 gibi tamsayılarla veya K, L, M, N, O, P, Q gibi harflerle ifade edilir.
86
BOHR ATOM MODELİ Elektronlar çekirdekten uzaklaştıkça katmanın enerjisi artar. n=1 “temel hâl” enerji düzeyi, n=2, 3,... ise “uyarılmış hâl” enerji düzeyi olarak adlandırılır. Yüksek enerji düzeyinde bulunan bir elektron daha düşük enerji düzeyine geçerse fotonlar hâlinde ışık enerjisi yayar (emisyon), tersi bir şekilde bir elektron bulundu ğ u enerji düzeyinden daha yüksek bir enerji düzeyine geçebilmek için dışardan enerji almalıdır (absorpsiyon). Bir element atomuna enerji verilerek elektronlarının bir ya da birkaçı daha yüksek enerji düzeyine çıkarsa bu atoma “uyarılmış atom” denir.
87
BOHR ATOM MODELİ Bohr, hidrojenin kesikli spektrumuna dayanarak atomların yaydı ğ ı ışımanın atomlardaki elektronların yer de ğ iştirmelerinden ileri geldi ğ ini ileri sürmüştür. Elektron, yüksek enerjili bir düzeyden daha düşük enerjili bir düzeye inerse aradaki enerji farkına eşit enerjiye sahip ışın yayılır ve bir çizgi spektrumu oluşur (Emisyon).
88
BOHR ATOM MODELİ - ANALOJİ
89
BOHR ATOM MODELİ Yetersizlikleri Bohr modeli ne yazık ki hidrojen atomunun ve tek elektronlu iyonların davranışını başarılı bir şekilde açıklayabilmesine ra ğ men çok elektronlu atomların davranışlarını açıklamada yetersiz kalıyordu.
90
ATOM MODELLERİ
91
MODERN ATOM TEORİSİ Erwin Shrödinger, Werner Heisenberg ve De Broglie atomdaki elektronun yapısını ve do ğ asını daha ayrıntılı bir şekilde açıkladılar. Modern atom teorisine göre elektronlar Bohr’un teklif etti ğ i gibi belli yörüngelerde hareket etmezler. elektron atom içerisinde her an her yerde bulunabilir. belli bir zamanda elektronun nerede olaca ğ ını söylemek olanaksızdır. Atomda elektronun bulunma olasılı ğ ının yüksek oldu ğ u bölgeler vardır. Bu bölgelere elektron bulutu (orbitaller) denir.
92
MODERN ATOM TEORİSİ - ORBİTAL Elektron bazen çekirde ğ e yakın bazen ise uzaktır. Ço ğ unlukla küçük bir bölgede bulut gibi görünür. Bu bulutun keskin sınırları yoktur ve sınırlar belirsizdir. Resimde elektronun nerede oldu ğ unu söylemek zordur ancak bulutun içinde bir yerde oldu ğ unu söylemek mümkündür. E ğ er bulutun etrafına bir çizgi çizersek elektron bulutunun %95’ini kapatmış oluruz ve bu bölgede elektronun bulunma olasılı ğ ı %95 olur. Elektronun bulunma olasılı ğ ının yüksek oldu ğ u bölgeye orbital denir.
93
MODERN ATOM TEORİSİ - ORBİTAL Bir atomda elektronun bulunabilece ğ i orbitaller; s, p, d ve f orbitalleridir. s orbitalleri küreseldir. s elektronunu bulma ihtimali sadece çekirdekten uzaklı ğ a ba ğ lıdır, yöne ba ğ lı de ğ ildir. Tüm s orbitallerinin küresel olmasına ra ğ men, farklı kabuklardaki s orbitalleri arasında önemli farklar vardır. s orbitalinin büyüklü ğ ü yüksek kabuklara gidildikçe artar, bu dış kabuklardaki bir s orbitalinin, çekirde ğ e iç kabuklardaki bir s orbitalinden daha uzak olması demektir
94
MODERN ATOM TEORİSİ - ORBİTAL p orbitalleri küresel de ğ il, lob adı verilen iki kısımdan oluşur. Bu loblar çekirdekten geçen bir düzlemin iki tarafında bulunurlar. x,y ve z eksenleri boyunca aralarında 90 o açı olacak şekilde yerleşmiş üç tane p orbitali vardır.
95
MODERN ATOM TEORİSİ - ORBİTAL d orbitalleri bunlar s ve p orbitallerinden farklı olarak iki farklı şekle sahiptirler. Beş d orbitalinden dördünün şekli yonca yapra ğ ına benzer ve elektron yo ğ unlu ğ unun maksimum oldu ğ u dört lob, çekirdekten geçen iki dü ğ üm düzlemi ile ayrılmıştır
96
MODERN ATOM TEORİSİ - ORBİTAL f orbitalleri
97
MODERN ATOM TEORİSİ Orbitallerin şekilleri ve enerji düzeyleri kuantum sayıları ile tanımlanır. Baş kuantum sayısı (n) Orbital açısal momentum kuantum sayısı (l) Manyetik kuantum sayısı (m l )
98
MODERN ATOM TEORİSİ Baş kuantum sayısı (n): Orbitalin bulundu ğ u enerji düzeyini (yörüngeyi) belirler. 1, 2, 3, 4,… sayılarını alır. n de ğ eri 1 olan bir orbital 1. enerji seviyesinde yer alır. Her yörüngede bulunan türü farklıdır. 1. yörüngede sadece s orbitali bulunur. 2. yörüngede s ve p orbitali bulunur. 3. yörüngede s,p ve d orbitalleri bulunur. 4. yörüngede s, p, d ve f orbitalleri bulunur.
99
MODERN ATOM TEORİSİ Orbital açısal momentum kuantum sayısı (l)= orbitalin şeklini belirler. (l=n-1) 0, 1, 2, 3,…n-1 de ğ erlerini alır. n = 1 ise l = 0 (s orbitali) n = 2 ise l = 0 (s) ve 1(p) n = 3 ise l = 0 (s), 1(p) ve 2 (d) n= 4 ise l = 0 (s), 1(p), 2 (d) ve 3 (f) Kuantum sayısı l : 01234….. Alt kabuk gösterimi : spdfg…..
100
MODERN ATOM TEORİSİ Magnetik kuantum sayısı ( m l ) Standart koordinat eksenlerine göre bir orbitalin uzaydaki yönlenmesini gösterir. Açısal momentum kuantum sayısı ( l ) olan bir orbitalin magnetik kuantum sayısının ( m l ) alabilece ğ i de ğ erler –l ile +l arasındaki tüm tamsayı de ğ erleridir. l = 0 ise m l = 0 olur. (s) l = 1 ise m l = -1, 0, +1 olur. (p orbitali; x, y ve z ekseninde) l = 2 ise m l = -2, -1, 0, +1, +2 olur (d orbitali; xy, yz, xz, z ve x -y ) 222
101
MODERN ATOM TEORİSİ İ lk dört kabuk için kuantum numaralarının izin verilen kombinasyonları nlm Orbital gösterimi Alt kabuktaki orbital sayısı Kabuktaki orbital sayısı 1001s s ,0,+12p s ,0,+13p3 2-2,-1,0,+1,+23d s ,0,+14p3 2-2,-1,0,+1,+24d5 3 -3,-2,- 1,0,+1,+2,+3 4f7
102
KAYNAKLAR Petrucci, R.H., Herring, F.G, Madura, J. D., & Bisonnette, C. (2012). Genel Kimya I: İ lkeler ve Modern Uygulamalar, 10. Baskıdan Çeviri (Çeviri Editörleri: Tahsin Uyar, Serpil Aksoy, Recai İ nam), Ankara: Palme yayıncılık Chang, R. (2011). Genel Kimya: Temel Kavramlar, Dördüncü Baskıdan Çeviri (Çeviri Editörleri: Tahsin Uyar, Serpil Aksoy, Recai İ nam), Ankara: Palme yayıncılık Altun, Y. ve Tümay, H., Ortaö ğ retim Kimya 9 Ders Kitabı, Sözcü Yayıncılık, 2013