1. GİRİŞ Epicurus tarafından, Yunancada bölünemez anlamına gelen “Atomos” dan hareketle Atom kavramı ortaya atılmıştır. Bir elementin en küçük parçacığına atom denir. Atomların varlığı ile ilgili ilk inandırıcı yorum İngiliz Bilim adamı John Dalton tarafından yapılmıştır. Elementler atom denen parçacıklardan oluşmuşlardır. Element yalnızca bir tür atomdan oluşmuş saf maddedir. Bir kimyasal bileşik iki veya daha fazla elementin atomlarının basit bir sayısal oranda birleşmesi ile ve kimyasal reaksiyonlar sonucunda meydana gelir.

2.ATOMUN YAPISI Modern atom teorisinin kurucusu İngiliz kimyacı ve matematikçisi olan John Dalton (1808) 'dur. Dalton atomlara bağıl kütleler vermiştir. Dalton teorisinde atomlar maddenin bölünemeyen en küçük parçacıkları olarak nitelendirilmiştir.

Dalton Atom kuramı Atomlar kimyasal tepkimelerde oluşamazlar ve bölünemezler. Bir elementin bütün atomları aynıdır ve aynı kütleye sahiptirler. Değişik elementlerin atomları birbirlerinden farklıdır. Kimyasal bir bileşik iki ya da daha çok sayıda elementin basit sayısal bir oranda birleşmesiyle oluşur.

Dalton atom kuramı katlı oranlar yasasını anlamamızı sağlar Dalton atom kuramı katlı oranlar yasasını anlamamızı sağlar. Aynı iki element çeşitli bileşikler oluşturuyorsa bunlardan birinin sabit kütlesiyle birleşen diğer elementin artan kütleleri arasında tam sayılarla ifade edilen bir oran vardır. Örneğin; karbon, oksijen ile CO ve CO2 meydana getirebilir. Bu durumda; CO de 12 g C ile 16 g O ile birleşir, CO2 de ise 12 g C ile 32 g O ile birleşir. Sabit 12 g C ile birleşen oksijenler arasında 32/16 = 2 gibi katlı bir oran vardır.

J. Proust ve J. Richter ise Sabit oranlar kanunu‘nu ortaya koymuşlardır. Bu kanuna göre bir bileşiği oluşturan elementlerin kütleleri arasında değişmez bir oran vardır. Örneğin H2O da bu oran 1/8 dir (2/16). H2O parçalansa da meydana gelse de O ve H bu oranlarda reaksiyona girer ve parçalanır.

Daha sonraları (19.yüzyıl sonlarında) atomların daha küçük tanecikler içerdikleri bulunmuştur. Bu buluş elektrik deneyleri sayesinde olmuştur. Yeterince enerji alan nötral atomlar iyonlaşırlar, (+) ve (–) yüklü parçacıklar meydana gelir. Eksi (–) yüklü parçacıklar “elektron” lardır. Atomun keşfedilen ilk temel parçacığı elektronlardır. 1897 yılında J.J.Thomson, katot ışınlarının yük/kütle (e/m) oranının bir atomun tamamından 1000 kez daha küçük ve onun bir parçası olduğunu ve bunun bugün bilinen şekliyle elektron olduğunu bulmuştur.

ELEKTRONLARIN e/m ORANININ HESAPLANMASI J.J.Thomson, katot ışınları tüpü deneyleriyle elektronların yük/kütle (e/m) oranını hesapladı. Bu amaçla kullanılabilecek düzenekte katot (negatif elektrot) elektron yaymaktadır. Bu yayılan elektronlar havası boşaltılmış tüp içinde sağa doğru hızlandırılırlar. Hızlandırılmış olan bu elektronlardan bazıları pozitif elektrot (anot) üzerindeki delikten geçerek ince bir demet halinde, tam karşılarındaki tüpün yüzeyine belirtici olarak sürülmüş olan ZnS üzerine düşerler. ZnS bu şartlarda parıldama yapar. Elektronların bu sapma miktarlarının yük ve kütlelerine göre değişiklik göstermesi özelliklerinden (e/m) oranları tayin edilmiştir.

Şekil düzlemine dik ve şiddeti H olan bir magnetik alana giren bir elektron doğru halindeki yolundan sapar ve yarıçapı r olan bir daire yayı üzerinde hareket etmeye başlar. Bu dairenin yarıçapı r, deney tüpünün ucunda elektron demetinin meydana getirdiği ışıklı kısmın yer değiştirmesinden ölçülebilir. Böyle bir alanda elektron üzerinde meydan gelen magnetik kuvvet H.e.v ‘dir. Bu kuvvet elektronun kütlesi ile ivmesinin çarpımına, dairesel bir hareket için de mV2/r’ye eşittir. Sonuç olarak;

Bu anda: H e v = m v 2 r dir. Bu; e m = v H r demektir. Bu bağıntıdaki H ve r ölçülebilir. Elektronun hızı v’de bilindiği zaman yük/kütle oranı bulunur. v’yi bulmak için deneyin ikinci kısmına başvurulur ve E’yi ölçeriz. E, magnetik alanda sapmış olan elektron demetini ilk yerine döndürmek için elektrotlar arasında birim uzaklık için uygulanması gereken potansiyeldir. Hiç sapma olmadığı zaman magnetik kuvvet H.e.v, elektriksel kuvvet E.e’ye eşit olur. Bu eşitlikten

Bu eşitlikten Ee = H e v idi. Buradan: v= E H yazılabilir. Buradan e m = E H 2 r olur.

Bütün elektronlar için bu yolla elde edilen e/m oranlarının sayısal değeri; – 1.7588 108 Coulomb (Kulon) g–1 dır. e/m oranı bulunduktan sonra yük ve kütleyi ayrı ayrı bulabilmek için başka bir deney yapılır.

MILLIKAN ’IN YAĞ DENEYİ Yük’ü tek başına ölçmek için yapılan ilk deney 1909 yılında R.A. Millikan tarafından gerçekleştirilmiştir. Yüklü elektrotlar arasında bulut şeklinde küçük tanecikli yağ püskürtülür. Yağ damlacıkları üzerindeki m.g yerçekimi kuvveti nedeni ile kabın dibinde toplanmaya çalışırlar. m: damlacığın kütlesi g: Sabit yer çekimi ivmesidir.

Damlacıklar – yüklü iseler, elektrotlar arasındaki alanın etkisiyle yukarı doğru çekilirler. Böylece oluşan elektriksel kuvvet, E elektriksel alanın şiddeti, q tek bir damlacığın toplam elektrik yükü olmak üzere E.q dur. Deney ortamı bir ışık demetiyle aydınlatılarak tek bir damlacığın hareketi ölçülür. Elektrolar arasındaki potansiyel ayarlanarak damlacık hareketsiz hale getirilir. Bu şartlar altında, damlaya etki eden havanın kaldırma kuvveti düzeltmesi yapıldıktan sonra, yer çekimi kuvveti m.g, elektrik kuvveti E.q’ye eşit olur. m.g = E.q

E ve g bilindiği için, M başka bir deneyle ölçülüp yerine konarak q hesaplanır. M’nin ölçülmesi için şekildeki elektrik alanı kesilir ve aynı damlacığın hava içindeki serbest düşmesi gözlenir. Hava sürtünmesi nedeniyle damlacık üzerinde bir kuvvet doğar. Bu kuvvetin değeri, damlacığın hızıyla artar ve belirli bir hızdan sonra sabit kalır. Bu anda yer çekimi kuvveti, sürtünme kuvvetine eşit olur. Damlacığın serbest düşmesinde eriştiği limit hız v’nin ölçülmesinden, damlacığın yarıçapı hesaplanır (r). Çünkü v limit hızı r2 ile orantılıdır. Böylece r bulunduktan sonra damlacığın kütlesi, hacmi (4/3 π r3) ve yağın yoğunluğu yardımı ile hesaplanır.

Deneyler, yağ damlasını üzerindeki yüklerin değiştiği ve en küçük değerin – 1.60 10–19 Kulon olduğu ve diğer yüklerin ise bunun tam katları olduğu gözlenmiştir. Buna göre; – 1.60 10–19 Kulon yük, e/m = – 1.7588 108 Kulon g–1 eşitliğinde yerine konularak elektronun kütlesinin 9.10 10–28 g olduğu bulunmuştur.

ÇEKİRDEĞİN KEŞFİ J.J.Thomson, atomların dışarıya karşı elektronötral olmasından dolayı atomların içerisinde negatif yüklü elektronların ve bir de + yükün olması gerektiğini düşünmüştür. Ayrıca, elektronların, + yüklü gözenekli bir küre içerisinde bulunduğunu ve atomun ağırlığının büyük bir kısmının + yüklü küre dolayısıyla meydana geldiğini ileri sürmüştür.

1911 yılında radyoaktif parçalanmalar sonucu meydana gelen ışınların ve özellikle α ışınlarının dağılması üzerine Ernest Rutherford, Thomson’ın atom modeli üzerinde ünlü deneyini yapmıştır. Rutherford, α ışınları kaynağı olarak Polonyum ve Radyum‘u kullandı. Bunlardan yayılan α ışınları uzayın her yönüne doğrudur. α ışınlarının enerjisi büyük olduğu için ince metal levhadan kolaylıkla geçerler. Beklediği sonuç, α taneceiklerinin hiç sapmadan veya çok az saparak metal levhadan geçmesi ve ince metal levhanın arkasında konulan fotoğraf kağıdını yer yer karartması veya ZnS sürülmüş bir levhayı ışıklandırmasıydı. Ama deneyler bunun tam aksini gösterdi. α ışınlarının bazıları büyük açılarla yollarından saptılar, çok az bir kısmı da tam geldikleri doğrultuda geri döndüler.

Bu sonuç Thomson modeliyle açıklanamazdı Bu sonuç Thomson modeliyle açıklanamazdı. Kütle ve yük atom içinde düzgün bir şekilde dağılmış olsaydı, yüklü α tanecikleri doğrultularından bu kadar sapmayacak ve tam geldikleri doğrultuda geri dönmeyeceklerdi, belki çok küçük sapmalar olacaktı. Α taneciklerinin büyük bir kısmı hiçbir engele uğramadan ince metal levhadan geçiyorlar, bir kısmı da konsantre olmuş + yüke çok yaklaşabiliyor ve yolundan büyük bir açı ile sapıyor. Bu arada büyük yüklü ve kütleli tanecik yerinden kıpırdamaz. Bu deneyler sonucunda Rutherford atomun bir çekirdeğinin veya merkezinin olduğunu, pozitif yükünün ve kütlesinin burada toplandığını ileri sürdü.

ATOM NUMARASI Rutherford ’un merkezde pozitif elektrik yüklü bir çekirdekle bunun etrafında çekirdeğin yükünü nötralleştirecek sayıda elektronun dönmekte olduğunu öne sürdüğü atom modeline göre; eğer bir atomun çekirdeği dışındaki elektronların sayısı Z ise, bir elektronun yükü e olduğuna göre çekirdeğin pozitif yükü Ze dir. Bir atomun çekirdeğindeki protonların sayısına o elementin atom numarası denir

Dimitri Mendeleyev, elementlerin atom ağırlıklarına göre sıralandıklarında, özelliklerinin periyodik bir tarzda tekrarlandığını görmüş ve elementlerin periyodik sistemini kurmuştur.

H.G.J.Moseley 1913 yılında atomun çekirdekli yapısının aydınlatılmasında büyük katkılarda bulunan çalışmalarını bir X– ışını tüpünde gerçekleştirdi. Moseley elementlerin sıralanmalarının atom ağırlıklarına göre değil atom numaraları ’na dayandığını deneysel olarak ortaya koymuştur. Bir elementin atom numarası (Z) aynı zamanda onun periyodik sistemdeki yer numarasıdır.

Deneylerde katot ışınları tüpünü kullanmış Deneylerde katot ışınları tüpünü kullanmış. Anot olarak değişik metaller kullanmıştır. Katot ısıtıldığında çıkan elektronlar sol tarafta bulunan ve değiştirilebilen anot üzerinde bir noktada toplanırlar. Böylece elektronlar bombardımana tutulan anot maddesi dalga boyu kendine özgü X ışınları yaymaya başlar.

Anot olarak; Cu kullanıldığında en küçük dalga boylu X-ışınlarının dalga boyu 1.541 Ao Mo kullanıldığında en küçük dalga boylu X-ışınlarının dalga boyu 0.709 Ao olarak ölçülmüştür.

X-ışınları da gün ışığı gibi elektromanyetik radyasyonlardır, ışık gibi 3x1010 cm/sn hızla yayılırlar ve  (nü) (frekans (sn–1)) ve  (lambda) (dalga boyu) ile karakterize edilirler. Dalga boyu (): Arka arkaya iki maksimum veya minimum arasındaki uzaklıktır. Frekans () : Bir noktadan 1 sn de geçen dalga sayısıdır. Enerji (E) aşağıdaki şekilde h ve  ile bağıntılıdır; E = h .  dür. h (Planc sabiti) = 6.62 10–27 erg.sn, (nü) (sn–1 veya Hz) c ise ışık hızıdır ve değeri 3x1010 cm/sn

Frekans ile dalga boyu arasında  = c /  şeklinde bir bağıntı vardır Frekans ile dalga boyu arasında  = c /  şeklinde bir bağıntı vardır. Buna göre: E = h (c / ) olur. Bu da; dalga boyu ile enerji arasında ters bir ilişki olduğunu gösterir. Dalga boyunun bir uzunluk olması ve çok küçük değerler olması nedeniyle yeni birimler ile ifade edilmesi uygun bulunmuştur. Bu birimlerden en çok kullanılanları aşağıda gösterilmiştir: 1 nm (nanometre) = 10 Ao (angström) Ao = 10–8 cm 1 nm = 10–9 m = 10–7 cm = 1 m (milimikron) 1 m (mikrometre) = 10–6 m = 1  (mikron)

Moseley, deneyler sonucunda elde ettiği X-ışınlarının frekanslarının karekökünü, elementlerin periyodik sistemdeki sıra numaralarına karşı grafiğe geçirdiğinde bir doğru elde edilebileceğini göstermiştir. Pek çok sorunla karşılaşmıştır. O sırada keşfedilmemiş pek çok element vardır. Sonuç olarak Moseley, kimyasal özelliklerin de atomik yapı ile ilgili olduğunu gözönüne alarak sıralamada elementlerin atom numaralarına göre dizilmeleri gerektiğini göstermiştir. Ayrıca; atom numaralarının çekirdekteki + yük sayısına eşit olduğunu ileri sürmüştür.