Yrd. Doç. Dr. Betül DEMİRDÖĞEN

... konulu sunumlar: "Yrd. Doç. Dr. Betül DEMİRDÖĞEN"— Sunum transkripti:

1 Yrd. Doç. Dr. Betül DEMİRDÖĞEN
Atom Modelleri & Yrd. Doç. Dr. Betül DEMİRDÖĞEN

2 BİRİMLER ve DÖNÜŞÜMLERİ (TEKRAR)
1metreküp =………desimetreküp 1 desimetreküp=…………santimetreküp 1metreküp =………santimetreküp 1desimetreküp=…………litre

3 ÖLÇÜM BİRİMLERİ 1g=…………kg 1g=…………..dg 1g=…………mg 1 ton=…………kg
1kg=…………….hg

4 ÖLÇÜM BİRİMLERİ Alıştırmalar (sayfa 27-alıştırma 27, 28 ve 40)

5 YOĞUNLUK Örnek 1-2, Alıştırma A (sayfa 15)

6 YOĞUNLUK Alıştırma 47, 50, 51, simülasyon

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 değer ve aralığın 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 bölünemeyeceği 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 örneği + balon + hava) Tüm ölçümlerinde reaksiyona girenlerin toplam kütlesinin ürünlerin toplam kütlesine eşit olduğunu 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 yaptığı deneylerde hep aynı miktar bakırı (Cu), asitte çözüp Na2CO3 (sodyum karbonat) ya da K2CO3 (potasyum karbonat) çözeltileri ile etkileştirdiğinde, daima aynı kütlede CuCO3 (bakır karbonat) elde edildiğini tespit etmiştir. Bir bileşiği oluşturan atomların kütleleri arasında basit tam sayılarla ifade edilen sabit bir oran vardır. Bir bileşiğin bütün örnekleri aynı bileşime sahiptir. Bileşenler kütlece sabit bir oranda birleşirler.

15 SABİT ORANLAR YASASI Örnek A Örnek B Örnek C Örnek Kütlesi 18,000 g su
Hidrojen kütlesi 2,000 g H 1,119 g H 3,021 g H Oksijen kütlesi 16,000 g O 8,881 g O 23,979g O Birleşme Oranı 1/8 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 yaptığı deneyler sonucunda Katlı Oranlar Yasası’nı ifade etmiştir. Aynı elementlerden oluşan iki bileşiğin elementlerinden birinin belli bir miktarına karşılık, diğerinin değişen miktarları arasında küçük ve tam sayılarla ifade edilen bir oran vardır Karbon ve oksijenden oluşan iki bileşiği göz önüne alalım. (CO ve CO2) (Aynı miktar O ile birleşen C oranı 2,667/1,333=2) CO CO2 C yüzdesi 42,9 27,3 O yüzdesi 57,1 72,7 1g O ile birleşen C kütlesi 1,333 g 2,667 g

17 KATLI ORANLAR YASASI

18 KATLI ORANLAR YASASI Aynı elementlerden oluşan PbO2 ve Pb3O4 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? İngiliz kimyacı ve öğretmen 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, yaptığı deneyler sonucunda her iki yasanın maddenin bütünsel yapısıyla açıklanmasının mümkün olmadığını elementlerde görülemeyen fakat gerçekte var olan bir şeyler (tanecikler) olduğunu düşünmüştür. Dalton, görülemeyen bu taneciklere Democritus’un da önerdiği 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 özelliği olmayan küreler olarak algılamış fakat atomun yapısı hakkında yorum yapmamıştır.

22 DALTON ATOM TEORİSİ Elementler atom denilen bölünemeyen çok küçük taneciklerden oluşmuştur. Bir elementin bütün atomlarının kütlesi ve diğer özellikleri özdeştir. Ancak bir elementin atomları diğer bütün elementlerin atomlarından farklıdır. Dalton atomların nasıl olduklarını bilmemesine rağmen, bu kadar çok ve farklı elementin varlığının ancak bu şekilde açıklanabileceğini düşünüyordu. Kimyasal tepkimeler, yalnızca atomların birbirinden ayrılması, birbirleri ile birleşmesi ya da yeniden düzenlenmesinden ibarettir. Kimyasal tepkimelerde, bir element atomu diğer bir elementin atomuna dönüşemez, parçalanamaz ve yok olamaz. Bir elementin atomları ile diğer bir elementin atomları ile birleşerek bileşikleri meydana getirirler. Elementler bileşik oluştururken atomlar tam sayılı olarak birleşirler (sabit oranlar yasası). Örneğin, bir A atomu ve bir B atomu (AB) ya da A atomu ve 2 B atomu (AB2)gibi

23 DALTON ATOM TEORİSİ KÜTLE YASALARINI NASIL AÇIKLAR?
Kütlenin Korunumu Yasası: Dalton’un atom teorisine (4 numaralı) göre element atomları parçalanamadığından bir kimyasal tepkime öncesi var olan atomların aynısı, tepkime sonrasında da var olmalıdır. Bu durumda kütle değişmez. İşte 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 parçalanmadığına göre (4 numaralı), bir bileşiği 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 diğer özellikleri özdeştir ve kimyasal tepkimelerde, bir element atomu diğer bir elementin atomuna dönüşemez, parçalanamaz ve yok olamaz (4 numaralı). Bu durumda kütle değişmez. 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 EKSİKLİKLER
Elementleri oluşturan atomlar bilardo topları gibi yuvarlak ve özelliği olmayan içi dolu kürecikler değildir. Bugün proton, nötron, elektron gibi atom altı parçacıklar ile birlikte günümüzde atom çekirdeğini 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) açıklayamadığından bugün için geçerli değildir. Dalton’un atom teorisinde atomların parçalanamayacağından bahsedilmiştir. Kimyasal tepkimelerde Dalton’un da önerdiği gibi atomlar parçalanamaz. Ama bugün çekirdek tepkimelerinde atomun parçalandığı 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 diğerine dönüşemez. Yasalar; doğada gözlenen düzenliliklerin, ilişkilerin tanımlanmasıdır. Teori ise nasıl böyle bir düzenlilik veya ilişki olduğuna dair açıklamalardır. Teoriler görünüşte ilişkisiz gibi görülen gözlemlerin açıklamasını içerecek şekilde oluşturulur.

28 TEORİ ve YASA (KANUN) Örneğin, kütlenin korunumu, sabit oranlar ve katlı oranlar yasaları sadece maddelerin kimyasal olaylardaki davranışlarını tanımlarken kimyasal reaksiyonlarda maddenin neden böyle davrandığını açıklamaz. Dalton atom teorisi ise kimyasal reaksiyonlarda maddenin neden böyle davrandığını 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 oluştuğu sorusunu cevapsız bırakıyordu. Dalton’un önerdiği gibi tüm elementler atomlardan oluşuyor ise, neden bu kadar farklı elementler vardır? Bir element atomunu diğer 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 İngiliz bilim insanı William Gilbert (Vilyım Cilbırt), cam ve plastik gibi maddelerin yünlü veya ipekli kumaşlara sürtüldükleri zaman kağıt ve toz gibi hafif parçaları çektiğini 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 çubuğun bu kez birbirini ittiğini tespit etmiştir. Çekme ve itme kuvvetlerinin söz konusu türlerin yüklü olması ile açıklanabileceğini düşünmüştür.

32 ELEKTRİK ve ATOM Franklin’e göre
Her madde elektrik yükü bakımından nötraldir (yüksüz). İki madde birbirine sürtülürse bir maddeden diğer maddeye elektrik yükü aktarılır. Eğer elektrik yükü kaybediliyorsa madde pozitif (+) yükle yüklenir, elektrik yükü kazanılıyorsa negatif (-) yükle yüklenir. Franklin, ipek kumaşa sürtülen cam çubuğun yüküne artı (+) elektrik yükü, yünlü kumaşa sürtülen plastik tarağın yüküne ise eksi (-) elektrik yükü adını vermiştir. Elektriksel davranışın en temel kuralını anlamamızı sağlar. “Benzer yükler birbirini iter, zıt yükler birbirini çeker”

33 ELEKTRİK ve ATOM Peki o zaman için atom denilen küçük taneciklerden oluştuğu bilinen maddelerin artı (+) veya eksi (-) elektrik yükü ile yüklenmesi nasıl açıklanabilir? Elektriklenme atom alış verişiyle olmayacaktır. Yüne sürtülen cam çubuk elektriklendiğinde cam çubuğun yapısında herhangi bir değişiklik olmamaktadır. Maddeyi oluşturan atom içerisinde yüklü bazı atom altı taneciklerin varlığı söz konusudur. Ayrıca maddeler nötr olduğuna göre atomlarda nötr olmalıdır. Elektriklenme olayı, atomda ‘’+’’ ve ‘’-‘’ yükler bulunması gerektiği ve dolayısıyla atomun bölünebilir olduğu fikirlerinin oluşumuna neden olmuştur.

34 ELEKTRİK ve ATOM Faraday 1839 yılında atomun yapısının elektrikle ilgili olduğunu düşünmüş ve elektriğin maddeler üzerindeki etkisini inceleyen elektroliz deneyleri yapmıştır. Faraday yaptığı deneylerde bir elementin çeşitli bileşiklerinin çözeltilerine elektrik akımı uygulamış, eksi yüklü elektrotta (katotta) bileşiği oluşturan artı yüklü iyonları element olarak elde etmeyi başarmıştır. Ayrıca, katotta belirli bir miktar madde biriktirmek için gereken elektrik yükü miktarının daima sabit bir değere veya bu sabit değerin basit katlarına eşit olduğunu göstermiştir

35 ELEKTRİK ve ATOM

36 ELEKTRİK ve ATOM Faraday, aynı miktar elektrik yüküyle çeşitli elementlerin biriken kütlelerini bu elementlerin atom kütlelerine böldüğünde sabit bir tam sayı elde etmiştir. Faraday’ın yaptığı deneylerden, bir atomun ancak belirli bir miktar veya bu miktarın basit katları kadar elektrik yükü taşıyabileceği sonucu çıkarılabilir. Demek ki elektrik yükleri parçacıklar hâlinde taşınmaktadır.

37 ELEKTRİK ve ATOM Elektrik yükünün parçacıklar hâlinde taşınması, elektriğin taneciklerden meydana geldiğini göstermektedir. Atomlar elektrik yükleri taşıdığı için bu taneciklerin atomlarda bulunması ve atomun bölünebilmesi gereklidir. Bu taneciklerin sayısı, atomun türüne göre değişebilir. Ancak parçacığın tipi bütün atomlar için aynıdır.

38 ELEKTRİK ve ATOM Elektriklenme sonucu maddelerin elektrik ile yüklenmesi ve elektroliz deneyleri, Dalton Atom Modelindeki atomun özelliksiz küreler olduğu görüşünü çürütmüştür. Faraday’ın elektrik yükünün parçacıklar tarafından taşındığını ileri sürmesinden sonra 1897 yılında Thomson katot ışınları ile yaptığı deneylerde atomun bu ışınların eksi yüklü elektronlardan oluştuğunu göstermiştir.

39 THOMSON ATOM MODELİ Katot ışınları 1858 yılında Plucker tarafından keşfedildi. İngiliz fizikçi J.J. Thomson 1897’de katot ışınları ile yaptığı deneyler sonucunda bazı ipuçlarına ulaşmış ve Dalton’un teorisinin bazı eksikliklerini tamamlamıştır. Thomson katot ışınlarının karakterini açıklamak için görüldüğü gibi, ışınların elektriksel ve manyetik alanlardaki davranışlarını incelemiştir.

40 Katot ışınları tüpü

41 THOMSON ATOM MODELİ

42 THOMSON ATOM MODELİ Thomson katot ışınlarının elektriksel ve manyetiksel alan varlığındaki davranışından yola çıkarak m/e oranını hesaplamıştır. m/e=-5,6857x10 g/C (gram/Coulomb) Katot ışınları kullanılan katotun bileşiminden bağımsızdır. 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 Yağ damlacıkları deneyi

45 RADYOAKTİVİTE Ernest Rutherford Radyoaktivite ile ilgileniyordu. Öğrencileri Geiger ve Marsden ile 1909’da radyoaktif maddelerden yayılan pozitif yüklü alfa taneciklerinin doğasını belirlemek için bir dizi deney yaptılar. Deneylerde, çok ince bir altın levhaya (0,00004 cm kalınlığında) alfa tanecikleri gönderildi. Levha etrafına bir detektör yerleştirilerek taneciklerin çarptığı yerde bir ışıldama görülmesi sağlandı. Thomson atom modeline göre beklenen sapmalar nelerdir? Alfa saçılması deneyi

46 ALFA SAÇILMASI Rutherford’un beklentisi Gözlemlenen saçılma

47 ALFA SAÇILMASI Alfa taneciklerinin
Çoğu hiç sapmaya uğramadan geçmiş Bazı tanecikleri hafif veya büyük sapmış Beklenmedik bir gözlem: Her 20,000 tanecikten birisi geniş bir açıyla veya tamamen geri dönmüş “Yaşadığım en inanılmaz olaydı. Bir kağıt mendile 15 inch’lik (38cm) bir kurşun sıktığınızda kurşunun geri tepip sizi vurması kadar inanılmazdı.”

48 ALFA SAÇILMASININ KAYNAĞI
Alfa tanecikleri neden büyük açılarla geri dönüyor? Rutherford: Tek sapma Alfa taneciğinin 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 değildir. Ardışık küçük sapmalar sonucunda meydana gelmiştir Atom modelini desteklemektedir.

49 ALFA SAÇILMASININ KAYNAĞI
ÇÖZÜM: Olasılık Olasılık hesaplamalarına göre bir alfa taneciğinin ardışık küçük sapmalar sonucunda büyük bir açıyla sapma ihtimali son derece küçüktür. Bir taneciğin tek bir sapma yapma olasılığı 1/1000 ise, ardışık iki sapma yapma olasılığı 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 çoğunluğu metal levhadan herhangi bir sapmaya uğramadan geçmiştir

50 RUTHERFORD ATOM MODELİ
Atomda, pozitif yükün bir merkezde toplandığı ve atomun kütlesinin çoğunu taşıdığı bir çekirdek vardır. Çekirdek, elektronların yüklerini dengeleyecek kadar pozitif yük taşımaktadır ve bu pozitif yüklere proton adını vermiştir. Çekirdeğin etrafında elektronlar geniş boşluklar bırakacak şekilde dağılmış hâldedir. Atomun büyük kısmı boşluktur. Çekirdek etrafında çok büyük hacimde hareket eden elektronlardan oluşur. Çekirdeğin etrafında elektronlar boşluklar bırakacak şekilde dağılmış hâldedir

51 RUTHERFORD ATOM MODELİ
Rutherford atom modelinin yetersizliği ise elektronun yerini tam olarak belirleyememesi ve elektronun neden çekirdeğe düşmediği ya da atomdan fırlayıp gitmediği sorularının cevapsız kalmasıdır

52 ATOM ÇEKİRDEĞİNİN KEŞFİ: PROTON ve NÖTRON
Rutherford 1919 yılında atomun çekirdeğinde 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 olduğu görülmüştür. Bu farklılık bilim insanlarını, atomun yapısında, sayısı proton sayısına yakın ya da genellikle daha fazla olan yüksüz bazı taneciklerin de bulunması gerektiği sonucuna ulaştırmıştır.

53 ATOM ÇEKİRDEĞİNİN KEŞFİ: PROTON ve NÖTRON
James Chadwick, bazı çekirdek tepkimeleri üzerinde yaptığı araştırmalar sonucunda, çekirdekte protonlardan başka taneciklerinde bulunduğunu deneylerle belirlemiştir. Bu parçacıklar yüksüz fakat protonla yaklaşık kütleye sahip parçacıklardır. Bu taneciklere yüksüz olduğu 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 olduğundan atom altı tanecik olarak adlandırılır.

56 ATOM ALTI TANECİKLER Atom modelinde tanecikler doğru oranlarda gösterilmemiştir. Eğer tanecikler doğru olarak gösterilmiş olsaydı elektronların göremeyeceğimiz kadar çok küçük çizilmesi gerekirdi. Ayrıca elektronların da birbirinden ve çekirdekten çok uzakta olması gerekirdi. Çünkü atomun büyük bir kısmının boşluk olduğunu hatırlayınız.

57 ATOM ALTI TANECİKLER: Proton
Protonlar, çekirdeğin 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 taneciğin kütlesi atomik kütle birimi (akb) ile ifade edilir. Her bir proton kütlesi yaklaşık 1 akb’dir -24

58 ATOM ALTI TANECİKLER: Nötron
Nötronlar, çekirdeğin elektriksel bakımından yüksüz tanecikleridir ve n şeklinde gösterilir. Atomun çekirdeğinde 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. Çekirdeğin hacmi çok küçük olduğu için proton ve nötronun bulunduğu çekirdek, atomun en yoğun kısmıdır. Eğer, atom çekirdeği bir üzüm taneciğinin 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 olasılığının yüksek olduğu bölgelere elektron bulutu denir. Proton ve elektronlarla kıyaslandığında 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 olduğu söylenebilir

61 ATOM ALTI TANECİKLER

62 ATOMUN BÜYÜKLÜĞÜ Tek bir atomu görmeksizin atom ile ilgili birçok bilgi elde edilebildiğini artık biliyoruz. Peki, atomun ne kadar küçük olduğu hakkında ne düşünüyorsunuz? Örneğin 6,02x1023 tane (56 g) demir atomu bir avucumuza rahatlıkla sığarken aynı sayıda nohut ise Türkiye üzerine dökülse yaklaşık 30 km kalınlığında bir katman oluşturur. Eğer Dünya’mız boş olup sadece pinpon topu ile doldurulsaydı, Dünya’nın aldığı pinpon topu sayısı yaklaşık olarak bir futbol topundaki atomların sayısına eşit olacaktır. Bu örneklerden atomun ne kadar küçük olduğu anlaşılabilir.

63 ELEMENT ATOMLARI NEDEN BİRBİRİNDEN FARKLIDIR?
Her bir elementin çekirdeğindeki proton, elektron ve nötron sayıları farklıdır. Sonuç olarak element atomları birbirinden: Çekirdeklerindeki proton sayısı bakımından, Elektron sayıları bakımından, Elektronların çekirdeğe uzaklığı 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 çekirdeğindeki toplam pozitif yük sayısı yani proton sayısıdır. Aynı elementin tüm atomları aynı sayıda proton içerdiğinden 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 olduğuna göre atom numarası aynı zamanda elektron sayısını da gösterir. Atom numarası (Z) = Atom çekirdeğindeki proton sayısı = Atom çekirdeğinin etrafındaki elektron sayısı

66 İYONLAR Nötr olmayan atomlardır.
Kimyasal tepkimeler sonucunda elektron alan veya veren atomlardır. Nötr bir atom (p=e) elektron aldığında elektron sayısı proton sayısından fazla olur (e>p) ve atom negatif yüklü iyon haline gelir. Nötr bir atom (p=e) elektron verdiğinde 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 çekirdeğindeki protonlara ilave olarak, çoğu atomun çekirdeğinde 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) İyon yükü

68 Atom kütlesi ve kütle numarası arasındaki fark nedir?
Her iki kavram kütle kelimesini içerdiği için kolaylıkla karıştırılmaktadır. Her iki kavramda dikkatinizi ikinci kelimeye odaklarsanız bu iki kavramı karıştırmazsınız. Kütle numarası bir izotopun çekirdeğindeki 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 Doğadaki bütün karbon atomlarında 6 proton ve 6 elektron vardır. Fakat doğadaki bütün karbon atomlarının çekirdeklerinde aynı sayıda nötron bulunmaz. Dolayısıyla Dalton’un bir elementin bütün atomları özdeştir ve bir elementin atomlarının aynı kütleye sahip olacağı teorisi bu yönüyle geçerli değildir. Atom numarası aynı, kütle numarası farklı atomlara izotop atomlar denir.

71 İZOTOP ATOMLAR Her bir elementin doğada sınırlı sayıda izotop atomları vardır. Bir elementin kimyasal özellikleri proton ve elektron sayılarına bağlı olduğundan 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 değildir. Bir atom çekirdeği, proton ve nötronlardan oluşurken kütlenin bir miktarı enerjiye dönüşerek salınır. Bu enerji proton ve nötronları bir arada tutan çekirdek bağlanma 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 Doğada elementler proton sayıları aynı nötron sayıları farklı izotopları halinde bulunur. Bir elementin izotopları doğada farklı oranlarda bulunur. Bir elementin atom kütlesi, izotopların doğada bulunma oranlarına göre, ağırlıklı atom kütlelerinin ortalamasıdır.

75 ATOM KÜTLESİ Örnek 2,5 ve 2,6 (sayfa 49 ve 50)

76 BOHR ATOM MODELİ

77 BOHR ATOM MODELİ

78 BOHR ATOM MODELİ

79 BOHR ATOM MODELİ 9. yüzyıl sonlarında fizikçiler hidrojen atomunu buharlaştırıp ısıl yada elektriksel olarak uyarılması sonucu oluşan ışığı önce ince bir yarıktan geçirilip sonra bir prizmada ışınlarına ayırdılar. Renksiz (siyah) boşluklarla ayrılmış farklı renklerden (kırmızımor) oluşan bir dizi ince çizgiler oluştuğunu gözlemlediler.

80 BOHR ATOM MODELİ

81 BOHR ATOM MODELİ

82 BOHR ATOM MODELİ

83 BOHR ATOM MODELİ

84 BOHR ATOM MODELİ Danimarkalı fizikçi Niels Bohr (Nils Bor, ), hidrojen atomunun sahip olduğu çizgi spektrumlarını açıklayabilmek için hidrojen atomunun yapısını tanımlayan bir model önerdi. Bohr modeli, Rutherford modelinin açıklayamadığı noktalara (elektronların çekirdek üzerine neden düşmediği gibi) ışık tutuyordu. Bohr, hidrojen için çekirdeğin çevresinde belirli yörüngelerde hareket eden elektronlardan oluşan bir atom modeli önerdi

85 BOHR ATOM MODELİ Elektron, çekirdeğin çevresinde klasik fizik kurallarının gerektirdiği 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 çekirdeğine yakınlığına 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 bulunduğu 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 yaydığı ışımanın atomlardaki elektronların yer değiştirmelerinden ileri geldiğini 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 rağmen 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 doğasını daha ayrıntılı bir şekilde açıkladılar. Modern atom teorisine göre elektronlar Bohr’un teklif ettiği gibi belli yörüngelerde hareket etmezler. elektron atom içerisinde her an her yerde bulunabilir. belli bir zamanda elektronun nerede olacağını söylemek olanaksızdır. Atomda elektronun bulunma olasılığının yüksek olduğu bölgeler vardır. Bu bölgelere elektron bulutu (orbitaller) denir.

92 MODERN ATOM TEORİSİ - ORBİTAL
Elektron bazen çekirdeğe yakın bazen ise uzaktır. Çoğunlukla küçük bir bölgede bulut gibi görünür. Bu bulutun keskin sınırları yoktur ve sınırlar belirsizdir. Resimde elektronun nerede olduğunu söylemek zordur ancak bulutun içinde bir yerde olduğunu söylemek mümkündür. Eğer bulutun etrafına bir çizgi çizersek elektron bulutunun %95’ini kapatmış oluruz ve bu bölgede elektronun bulunma olasılığı %95 olur. Elektronun bulunma olasılığının yüksek olduğu bölgeye orbital denir.

93 MODERN ATOM TEORİSİ - ORBİTAL
Bir atomda elektronun bulunabileceği orbitaller; s, p, d ve f orbitalleridir. s orbitalleri küreseldir. s elektronunu bulma ihtimali sadece çekirdekten uzaklığa bağlıdır, yöne bağlı değildir. Tüm s orbitallerinin küresel olmasına rağmen, farklı kabuklardaki s orbitalleri arasında önemli farklar vardır. s orbitalinin büyüklüğü yüksek kabuklara gidildikçe artar, bu dış kabuklardaki bir s orbitalinin, çekirdeğe iç kabuklardaki bir s orbitalinden daha uzak olması demektir

94 MODERN ATOM TEORİSİ - ORBİTAL
p orbitalleri küresel değil, lob adı verilen iki kısımdan oluşur. Bu loblar çekirdekten geçen bir düzlemin iki tarafında bulunurlar. x,y ve z eksenleri boyunca aralarında 90o 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 yaprağına benzer ve elektron yoğunluğunun maksimum olduğu dört lob, çekirdekten geçen iki düğüm 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 (ml)

98 MODERN ATOM TEORİSİ Baş kuantum sayısı (n): Orbitalin bulunduğu enerji düzeyini (yörüngeyi) belirler. 1, 2, 3, 4,… sayılarını alır. n değeri 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 değerlerini 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 : ….. Alt kabuk gösterimi : s p d f g…..

100 MODERN ATOM TEORİSİ Magnetik kuantum sayısı ( ml ) Standart koordinat eksenlerine göre bir orbitalin uzaydaki yönlenmesini gösterir. Açısal momentum kuantum sayısı ( l ) olan bir orbitalin magnetik kuantum sayısının ( ml ) alabileceği değerler –l ile +l arasındaki tüm tamsayı değerleridir. l = 0 ise ml = 0 olur. (s) l = 1 ise ml = -1, 0, +1 olur. (p orbitali; x, y ve z ekseninde) l = 2 ise ml = -2, -1, 0 , +1, +2 olur (d orbitali; xy, yz, xz, z ve x -y ) 2 2 2

101 İlk dört kabuk için kuantum numaralarının izin verilen kombinasyonları
MODERN ATOM TEORİSİ İlk dört kabuk için kuantum numaralarının izin verilen kombinasyonları n l m Orbital gösterimi Alt kabuktaki orbital sayısı Kabuktaki orbital sayısı 1 1s 2 2s 4 -1,0,+1 2p 3 3s 9 3p -2,-1,0,+1,+2 3d 5 4s 16 4p 4d -3,-2,-1,0,+1,+2,+3 4f 7

102 KAYNAKLAR Petrucci, R.H., Herring , F.G, Madura, J. D., & Bisonnette, C. (2012). Genel Kimya I: İlkeler ve Modern Uygulamalar, 10. Baskıdan Çeviri (Çeviri Editörleri: Tahsin Uyar, Serpil Aksoy, Recai İnam), Ankara: Palme yayıncılık Chang, R. (2011). Genel Kimya: Temel Kavramlar, Dördüncü Baskıdan Çeviri (Çeviri Editörleri: Tahsin Uyar, Serpil Aksoy, Recai İnam), Ankara: Palme yayıncılık Altun, Y. ve Tümay, H., Ortaöğretim Kimya 9 Ders Kitabı, Sözcü Yayıncılık, 2013