Elektromanyetik ışınların hem dalga hem de tanecik özelliği gösterdiği bilinmektedir. Bu ışınların atom ile etkileşiminden faydalanarak atomun yapısı açıklanmaya çalışılacaktır. Bu bölümde elektron gibi kütlesi olan taneciklerin dalga özelliği, konumu ve hızındaki belirsizliği, orbital kavramı, kuantum sayıları ve orbital dizilimleri açıklanacaktır.
Bohr Atom Modelinin Yetersizlikleri
Bohr atom modeli, elektronların çekirdek etrafında ışıma yapmadan belirli enerjilere sahip yörüngelerde döndüğünü ve enerji alış verişi ile yörüngeler arasında geçiş yapabildiğini belirtir. Ancak atom ve atom altı tanecik(elektron)lerin davranışını tam olarak açıklayamaz. Bu yüzden 1926 yılında modern kuantum modeli Bohr atom modeli’nin yerini almıştır. Bohr atom modelinin yetersiz kaldığı ve açıklama yapamadığı durumlar aşağıdaki gibi sıralanabilir.
Bohr atom modeli;
- Sadece bir tane elektron taşıyan (1H, 2He+, 3Li2+) tanecikleri inceleyebilmiştir.
- Elektromanyetik ışınların dalga ve tanecik özelliğinden faydalanarak elektronu sadece tanecik olarak düşünmüştür. Aynı elemente ait izotop, çekirdeklerin çizgi spektrumlarındaki farklılığı açıklayamaz.
Kısaca belirtilmek istenirse elektronlar enerjisi belirli dairesel yörüngelerde hareket etmez ve elektronlar da ışınlar gibi dalga özelliğine sahiptir. Bohr atom modeli ile cevaplanamayan bu ifadeler modern atom teorisi ile açıklanabilmiştir.
Örnek:
Bohr atom modeli ile ilgili,
I. 2He+ taneciğinin spektrumunu açıklayabilir.
II. Elektronlar da elektromanyetik ışınlar gibi dalga ve tanecik özelliği gösterebilir.
III. Her yörüngenin belirli bir enerjisi vardır.
yargılarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız I B) I ve II C) I ve III
D) II ve III E) I, II ve III
Çözüm:
- Bir elektron taşıyan 2He+ taneciğinin spektrumunu açıklayabilir. (I doğru)
- Elektron, sadece tanecik olarak incelenmiştir. (II yanlış)
- Her yörüngenin belirli bir enerjisi vardır. (III doğru)
Cevap C
Örnek:
Dalga Tanecik İkiliği
Kuantum modelinden önce Rutherford ve Bohr atom modellerinde elektron bir tanecik olarak düşünülmüştür. Ancak elektromanyetik ışınların dalga ve tanecik özelliğinden sonra elektron gibi kütlesi olan atom altı taneciklerin de dalga özelliği gösterdiği belirtilmiştir. 1924 yılında Louis de Broglie, kütlesi olan taneciklerin dalga özelliği gösterdiğini belirtmiştir. Buna göre elektron bazen Einstein’in belirttiği gibi tanecik bazende Planck’ın belirttiği şekilde dalga özelliği gösterir.
Bu bağıntıya göre aynı hızdaki kütlesi oldukça büyük olan cismin dalga boyunun ölçülemeyecek kadar küçük olduğu söylenebilir. De Broglie bağıntısı ile elektronun dalga boyu hesaplanabilir. Ancak elektronun dalga özelliğine sahip olduğu ilk defa 1927 de C.J. Davisson ve L.H. Germer tarafından hareket eden elektronların bir metal kristal ile kırınıma uğramasıyla deneysel olarak ispatlanmıştır.
Bilgi: J.J.Thomson’ın oğlu olan G.P Thomson aynı dalga boyundaki elektron demeti ile X-ışınlarının bir metal yüzeyde oluşturduğu kırılmaların benzer olduğunu belirterek elektronların dalga özelliği gösterdiğini ispatlamıştır.
Heisinberg Belirsizlik İlkesi
Tanecik ve dalga özelliğine sahip elektronun aynı anda hızı ve konumu doğru bir şekilde belirlenemez. Bu durum Heisenberg belirsizlik ilkesi olarak bilinir. Bu ilkeye göre, elektronun hızı (momentumu) ve konumundaki toplam belirsizlik en az h/4π kadardır.
Dalga – Kuantum Mekaniği ve Orbital Kavramı
1927 yılında Erwin Schrödinger elektronları birer dalga fonksiyonu (ψ) olarak tanımlamıştır. Dalga fonksiyonunun karesi (ψ2), elektron yoğunluğunun en fazla olduğu yerdir. Kuantum mekaniğinde bu bölgelere orbital denir. Orbital, bir elektron bulunma olasılığının en yüksek olduğu uzay bölgesidir.
Kuantum Sayıları
Kuantum sayıları, atom orbitallerinin ve bu orbitallerde bulunan elektronların konumu ve davranışını açıklamayı sağlayan değerlerdir.
Baş Kuantum Sayısı (n)
Baş kuantum sayısı çekirdek etrafındaki orbital ve bu orbitaldeki elektronun çekirdeğe olan ortalama uzaklığını belirtir. n değeri sadece 1, 2, 3, gibi tam sayı değerleri alabilir.
Orbital Enerjileri