1. ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ

Transkript

1 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ Etkinlik: Atomun Kuantum Modeline Yönlendiren Bulgularla İlgili Öğrendiklerimizi Kontrol Edelim Aşağıda verilen bilgilerle bunları ileri süren bilim insanlarını eşleştiriniz. a.. Bir elektronun hem eri hem de hızı anı anda belirlenemez. Bohr b.. Elektronlar, atom içinde elektrostatik ve merkezcil kuvvetlerin etkisinde belirli örüngelerde dolanır. De Broglie c. 3. Atom içerisinde hareket eden elektronların erleri net olarak belirlenemez. Elektronların bulunma olasılığının üksek olduğu alanlar elektronların dalga fonksionları olarak düşü- Heisenberg nülür. ç. 4. Elektronlar hem dalga hem de tanecik özelliğindedir. Schrödinger.3. Atomun Kuantum Modeli Önceki bölümde öğrendiğiniz gibi Erwin Schrödinger, elektronları maddesel dalga olarak kabul ederek oldukça başarılı sonuçlar elde etmiştir. Atom içinde maddesel dalga hâlinde tutulan elektronların hareketi, durağan dalga olarak adlandırılan bir dalga hareketine daha çok benzer. Bir ucu tutturulmuş kısa bir ip çekilip bırakıldığında apacağı dalga hareketi durağan dalgaa 39

2 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ örnek olarak verilebilir (Şekil.5). Ancak ipteki durağan dalgalar tek boutludur. Elektronun hareketi ise üç boutlu durağan dalgadır. Üç boutlu dalganın iki boutlu kesiti bir durağan dalga kabul edilebilir. Elektronun durağan bir dalga gibi davranabilmesi için dalga bounun örünge çevresine tam uması gerekir (Şekil..a). Eğer umazsa her tam dönme sonrasında dalganın kısmen kendisini ok etmesi söz konusu olacaktır. Şekil..b de dalga bounun örünge çevresine tam umadığı gözlenmektedir. Bu durumda elektron dalgası kendini tekrarlaamaz. Şekil.5: İpte durağan dalga hareketi (a) (b) Şekil..a, b: Elektronun durağan dalga hareketinin iki boutlu kesiti Elektronların bahsettiğimiz dalga modelini matematiksel denklemle ifade edebiliriz. Bu dalga denkleminin çözümleri dalga fonksionu olarak adlandırılır. Dalga fonksionlarının çıkarılmasında kullanılan matematiksel işlemlerdeki değişkenlere kuantum saıları denir. Üç kuantum saısına bazı özel değerler verilerek elde edilen dalga fonksionuna orbital denir. Elektronu tanecik olarak düşünürsek elektronun atom içerisinde bulunma olasılığı üksek olan bölgeler orbitallerdir. Elektronu maddesel dalga olarak düşünürsek üksek negatif ^-h ük oğunluğu olan bölgeler orbitallerdir. a. Tek Elektronlu Tanecikler ve Orbital Kavramı Schrödinger dalga denklemini tek elektronlu hidrojen atomu için geliştirmiştir. H, He +, Li + gibi tek elektronlu taneciklerde elektronların birbirini itmeleri söz konusu değildir. Bohr, hidrojen atomunda elektronun enerjisinin sadece örüngesine bağlı olduğunu ani enerjinin elektronun çekirdekten uzaklığının bir fonksionu olduğunu düşünmüştü. Anı enerji düzeindeki tüm orbitallerin anı enerjie sahip olduğunu ifade eden dalga mekaniği ile de hidrojen atomu için benzer sonuçlar elde edilmiştir. Anı enerjie sahip farklı orbitallere 40

3 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ eş enerjili orbital denir. Örneğin hidrojen atomunda s ve p orbitalleri eş enerjilidir (Şekil.5). 3s 3p 3d Enerji s p s Şekil.7: Hidrojen atomunun orbital enerji diagramı b. Kuantum Saıları ve Orbitaller Çekirdek çevresindeki herhangi bir elektronun durumu dalga mekaniğinde üç kuantum saısı ile belirlenmişti. Ancak hidrojen spektrumunda açıklanamaan bazı noktaların elektronun spin adı verilen kendi etrafında dönme hareketi ile açıklanabileceği düşünüldü. 95 ılında George Uhlenbeck (Corc Alınbek) ve Samuel Goudsmit (Semıl Gadsimit) tarafından ileri sürülen elektronun kendi ekseni etrafında dönmesi, spin kuantum saısı ile tanımlandı. Baş Kuantum Saısı n ile gösterilir. Elektronun atom içinde uzun süre kaldığı bölgelere kabuk adı verilir. Kabukların tam saılarla numaralandırılmasında baş kuantum saıları kullanılır (Şekil.8). İlk beş kabuğun baş kuantum saıları Tablo. de verilmiştir. Tablo.: İlk beş kabuğun baş kuantum saıları Kabuk Baş kuantum saısı K n = L n = M n = 3 N n = 4 O n = N M L K Pozitif üklü çekirdek Bilgi Kutusu K L M N Şekil.8: Kabuklar ve baş kuantum saıları Baş kuantum saısı, elektronun bulunduğu kabukları vea enerji düzeini gösterir. Elektronun çekirdekten olan ortalama uzaklığını belirler. 4

4 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ Baş kuantum saısının değeri büüdükçe elektronun enerjisi artar ve çekirdekten uzaklaşır. Açısal Momentum (orbital) Kuantum Saısı, ile gösterilir. Genellikle anı n değerine sahip orbitaller topluluğu kabuk olarak adlandırılır. Birden fazla elektronlu atomlarda, elektronların çekirdekten uzaklığını kabuk kavramıla anlatmak eterli olmaz. Çünkü kabuk elektronun bulunma ihtimalinin en fazla olduğu bölgeleri tanımlamaz. Atomun kuantum modelinde, değerleri, elektronların bulunduğu kabuklar içindeki alt kabukları belirler. Anı n ve, değerine sahip bir vea daha fazla saıdaki orbitaller alt kabuğu oluşturur. Açısal momentum kuantum saısı, n değerlerine bağlı olarak 0 ile n- arasındaki tam saı değerlerini alır. Her kabukta açısal momentum şiddeti anı olan elektronlar anı alt kabukta er alır. Alt kabuklar şekillerini anlatan İngilizce sıfatların baş harflerile sembolize edilir. Alt kabukların İngilizce sıfatları ve harflerle gösterilen sembolleri Tablo.3 te verilmiştir. Tablo.3: Alt kabukların İngilizce sıfatları ve sembolleri Açısal momentum kuantum saısı İngilizce sıfatı/ (Türkçesi) Alt kabuk sembolü, = 0 Sharp (keskin) s, = Principal (asıl) p z, = Diffuse (aılmış) d, = 3 Fundamental (temel) f Alt kabuklar için elektron bulutlarının şekilleri farklıdır. Açısal momentum kuantum saısı, elektron olasılık dağılımını a da elektron bulutunun geometrik şeklini ve şekil farkı nedenile oluşan enerji sevielerindeki değişimleri belirtmekte kullanılır. Şekil.9: s orbitallerinde bulunan elektron olasılık dağılımını bir düzlemde noktalarla gösteren model, = 0 değerine sahip orbitallerin hepsi s orbitalidir. Eğer s orbitali birinci kabukta ise n = ve s olarak gösterilir. Birinci kabukta sadece s orbitali vardır. Eğer s orbitali ikinci kabukta ise n = ve s olarak gösterilir (Şekil.9). 4

5 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ z z z s s 3s Şekil.0: İlk üç enerji düzeindeki s orbitallerinin gösterimi s orbitalleri küreseldir. Yani s orbitali için elektron bulutunun geometrik şekli, merkezinde çekirdeğin bulunduğu bir küredir (Şekil.0). s orbitalinde elektronun en üksek bulunma ihtimalinin çekirdek akınında olduğu olasılık dağılım grafiğinde gösterilebilir (Grafik.)., = değerine sahip orbitallerin hepsi p orbitalleridir. p orbitallerini s orbitallerinden aıran temel fark p orbitallerinin küresel olmamasıdır. p orbitalleri ikinci kabuktan itibaren vardır. n = ve, = durumunda p, p ve pz olmak üzere üç tane p orbitali bulunur. p orbitallerinin alt indisleri, orbitallerin önlendikleri eksenleri göstermektedir. Bu üç orbitalin enerjileri, büüklükleri ve şekilleri özdeş olmasına karşın, önlenişleri farklıdır. p orbitallerinin boutları tüm orbitallerde olduğu gibi p den, 3p e, 4p e... baş kuantum saısı ile artar. Şekil. ve Grafik.3 ü inceleerek p orbitallerinin üç gösterim şeklini öğrenelim. Grafik.: s orbitalinde elektronun çekirdek akınında olduğunu gösteren olasılık dağılım grafiği 3p 3p 3p z p p p z Şekil.: ve 3. enerji düzeindeki p orbitallerinin,, z düzlemindeki önelimleri 43

6 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ Şekil. deki iki uvarlak bölge birbirinden elektron ük oğunluğunun sıfır olduğu bir düzlemle arılmıştır. Bu düzlem düğüm düzlemi olarak adlandırılır. Grafik.3 te elektron olasılık dağılımı sağ ve sol bölgelerde maksimum olup çekirdekten geçen çizgi üzerinde sıfıra düşer z(a) W (z) z(a ) 0 Grafik.3: Elektronun p orbitallerinde en üksek bulunma ihtimalini gösteren olasılık dağılım grafiği Şekil..a da düzlem üzerindeki nokta oğunlaşmaları elektron olasılık dağılımını gösterir. Şekil..b de elektron olasılık dağılımı üç boutlu olarak gösterilmiştir. z p (a) (b) Şekil.: a. Elektron olasılık dağılımını düzleminde noktalarla gösteren model b. Elektron bulutunun düzleminde üç boutlu gösterimi, = değerine sahip orbitallerin hepsi d orbitalleridir. Bir orbital, saısı kadar düğüm düzlemine sahiptir. Bu durumda d 44

7 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ orbitalleri iki düğüm düzlemi içerir. Şekil.3 de d orbitallerinin düğüm düzlemleri gösterilmiştir. Z Z Z 3d 3d Z Z 3d 3d z 3d Şekil.3: d orbitallerinin düğüm düzlemleri, = 3 değerine sahip orbitallerin hepsi f orbitalleridir. f orbitalleri 4 ve 5. enerji düzelerinde edişer tane bulunur. Tablo.4 te elektron kabukları, enerji düzeleri ve alt kabuklar gösterilmiştir. Tablo.4: Elektronların bulunduğu kabuklar, enerji düzeleri ve alt kabuklar Kabuk Enerji düzei Alt kabuk K n = s L n = s, p M n = 3 3s, 3p, 3d N n = 4 4s, 4p, 4d, 4f 45

8 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ Bilgi Kutusu Manetik kuantum saısı, her bir alt kabukta bulunan orbitalleri belirler. Her alt kabuk ve orbital ait olduğu baş kuantum saısı ile belirlenir. Manetik Kuantum Saısı m, ile gösterilir. Manetik kuantum saısı orbitalin uzadaki önlenmesini gösterir. Manetik kuantum saısı (m, ) nın alabileceği değerler açısal momentum kuantum saısı, nin değerlerine bağlıdır., = 0 alt kabuğu dışında diğer alt kabuklarda orbitallerin uzada önlendiği belirlenmiştir. Açısal momentum vektörlerinde, = alt kabuğunda üç farklı önlenme,, = alt kabuğunda beş farklı önlenme olur., = 0 için m, = 0 dır., değeri olan kabuktan itibaren m, değeri aşağıdaki formülle hesaplanır. m, =, +, = için m, = 3 tür. Bu durumda m, değerleri -, 0, + olup üç tane p orbitalinin farklı önlenmeleri p, p, pz şeklinde gösterilir., = için m, = 5 tir. Bu durumda m, değerleri -,-, 0, +, + olup beş tane d orbitalinin farklı önlenmeleri d, dz, d, dz ve dz - şeklinde gösterilir. Örnek 4p orbitallerine ait baş kuantum saısı (n), açısal momentum kuantum saısı (,), manetik kuantum saısı (m, ) değerlerini bulunuz. Çözüm Baş kuantum saısı, atomdaki elektronların bulunduğu enerji düzelerinin belirtilmesinde kullanılan tam saılardır. Bu durumda 4p orbitallerinin n değeri 4 tür. p orbitalleri için, değeri dir. m, değerleri ise -, 0, + olabilir. Alıştırma Baş kuantum saısı 3, açısal momentum kuantum saısı, manetik kuantum saısı - olan seriler hangi orbitali gösterir? Belirleiniz. Elektron Spin Kuantum Saısı m s ile gösterilir. Elektronun kendi etrafında dönme önü, saat önü ve tersi önünde olmak üzere iki olasılık taşır (Şekil.4). Elektronun spin kuantum saısı dönme önü saat önünde ise +, dönme önü saatin tersi önünde ise - değerlerini alır. 4

9 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ N S + S - N Şekil.4: Elektronların spinleri c. Yörünge ve Orbital Kavramlarının Karşılaştırılması Baş kuantum saısı, tek elektronlu hidrojen atomu için enerji sevielerinin birinci dereceden belirleicisidir. Kuantum modelindeki orbitallerin, hidrojen atomundaki Bohr örüngelerine karşılık geldiği sölenebilir. Kuantum modeline göre her atom orbitali, karakteristik bir elektron oğunluğu dağılımına ve enerjie sahiptir. Elektron oğunluğu kavramı atomun belirli bir bölgesinde bir elektronun bulunma olasılığını verir. Bohr modeli ile kuantum modeli arasındaki farkı belirtirken örünge kavramı erine orbital kavramı kullanılmaa başlanmıştır. Bohr un modelinde örüngeler için kullandığı numaralandırma, kuantum modelinde baş kuantum saısı olarak isimlendirilmiştir. Ancak çok elektronlu atomlarda elektronlar arası etkileşmeler ve enerji sevielerinin belirlenmesinde kabuklar anında orbitaller, elektronların manetik alandaki önelimleri ve kendi çevrelerinde dönme hareketlerinin açıklanmasında diğer kuantum saıları etkin olmuştur. ç. Çok Elektronlu Atomlarda Orbitallerin Enerji Sırası Kuantum modelinde orbitallerin şekli, büüklüğü ve önelimleri hakkında öğrendiklerimizden sonra orbitallerin birbirlerine göre enerjilerini, bu enerji sevielerine elektronların erleşimlerinin nasıl olacağını öğrenelim. Çekirdekten belirli uzaklıkta bulunan elektronla çekirdek arasındaki çekim kuvvetini düşünelim. Çekirdeğe en akın orbitallerde bulunan elektronlar, çekirdeğin daha dış orbitallerde bulunan elektronlara uguladığı çekim etkisini azaltır. Bu durum, çekirdeğe Bilgi Kutusu Spin kuantum saısı, elektronun kendi etrafındaki dönme önünü belirler. Dönme önü saat önünde ise spin kuantum sa- ısı +, saatin tersi önünde ise spin kuantum saısı - dir. Bilgi Kutusu Çok elektronlu sistemlerde elektronlar arası itme, elektronlarla çekirdek arasındaki çekme kuvvetlerinden dolaı kabukların, alt kabukların ve orbitallerin enerjilerinde farklılıklar vardır. 47

10 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ Bunları Bilior musunuz? Elektronlar en düşük enerjili orbitalden başlanarak orbitallere erleştirilir. Madelung-Kletchkowski (Madelug-Kleçkovski) ilkesine göre, orbitallerin enerjileri ^n +, h değerinin artmasıla ükselir. ^n +, h değerinin anı olması hâlinde n saısı büük olan orbitalin enerjisi üksek olur., değeri anı olan orbitallerden, n değeri büük olanın enerjisi üksektir. Örneğin ilk üç enerji düzeinde bulunan s orbitallerinin enerjileri arasındaki ilişki; s s 3s şeklindedir. ^n +, h değeri anı olan orbitallerde ise n değeri büük olanın enerjisi daha üksektir. Örneğin 3d, 4p ve 5s orbitallerinin ^n +, h değeri 5 tir. Bu orbitallerin enerjileri arasındaki ilişki; 3d 4p 5s şeklindedir. akın elektronların perdelemesi olarak isimlendirilir. Örneğin, 3s ve 3p orbitallerini ele alalım. 3s orbitalleri 3p orbitallerine göre çekirdeğe daha akındır. Bu durumda s orbitalindeki bir elektron p orbitalindeki bir elektron kadar perdelenmez. Başka bir deişle 3s orbitalindeki elektron 3p orbitalindeki elektrona göre daha sıkı tutulur. Bu nedenle anı kabuğun s orbitali, p orbitallerinden daha düşük enerjilidir. Bu örnekten de anlaacağımız gibi bir kabuğun enerji düzei de alt kabuklar hâlinde farklı enerji düzelerine arılır. Ancak anı alt kabukta bulunan orbitallerin enerji düzeleri anıdır. Örneğin üçüncü kabukta bulunan p X, p Y ve p Z orbitalleri özdeş enerjilidir. Bir atoma ait elektron dağılımı, elektronların farklı türdeki, farklı enerjili orbitallere nasıl erleştiğini gösterir. Şekil.5 te çok elektronlu bir atomun orbital enerji sevieleri verilmiştir. İnceleiniz. Enerji sevielerinin hem n hem de, e bağlı olduğuna dikkat ediniz. 5f 5d O 4f n = 5 5p 4d N 5s n = 4 4p 3d 4s n M = 3 3s 3p L n = s p K n = s Şekil.5: Çok elektronlu bir atomda katman ve alt katmanların enerji düzelerini gösteren diagram 48

11 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ Elektronların orbitallere nasıl erleştiğini anlatan kurallar aşağıda verilmiştir. Elektronlar orbitallere, atomun enerjisi en az olacak şekilde erleşir. Yüksek enerji düzelerinde, bazı alt enerji düzeleri birbirine çok akın olduğundan, orbital enerjilerinin artış sırası ile elektronların orbitallere erleşim sırası tam bir uum içinde olmaabilir. Şekil. da verilen alt kabukların dolum sırası incelenirse 4s orbitalinin enerjisi 3d orbitallerinden daha düşük olduğundan önce 4s orbitali dolar. Bu durum bundan sonraki diğer alt kabukların dolum sırasında da gerçekleşir. s s s p 3s 3p 4s s p 3s 3p 3d 0 4s 4p 4d 4f 0 4 5s 5p 5d 5f 5g s p d f g? s 7p 7d 7f 7g 7? 7? s 8p 8d 8f 8g 8? 8? 0 4 3d0 4s 3d0 4p 5s 4d0 5p s 5f4 d0 7p 8s 8? Şekil.: Atomda elektronların alt kabuklara erleşimi ve bir orbitalin alabileceği maksimum elektron saısı Bir atomda dört kuantum saısı anı olan iki elektron bulunamaz. Bu Wolfgang Pauli nin (Volfgeng Pauli) aılma spektrumları üzerinde aptığı çalışmalar sonucu ortaa konmuş olup Pauli dışlama ilkesi olarak isimlendirilir. Bu ilkee göre iki elektronun; baş kuantum saısı (n), açısal momentum kuantum saısı (,) ve manetik kuantum saısı (m,) anı olabilir. Ancak spin kuantum saısı (ms) farklı olmalıdır. Bunun sonucu olarak anı orbitali sadece iki elektron işgal edebilir. Bu elektronlar zıt spinli olmalıdır. Her bir 49

12 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ alt kabuk içerdiği orbital saısının iki katı kadar elektron içerir. Örneğin, s alt kabuğu bir tane orbital içerir. Dolaısıla alabileceği elektron saısı ikidir. p alt kabuğu üç tane orbital içerir. Alabileceği elektron saısı altıdır. Herhangi bir enerji düzeindeki orbital saısı ve alabileceği elektron saısı aşağıdaki formüllerle belirlenir. n: Enerji düzei n: Bulunulan enerji düzeindeki orbital saısı n: Bulunulan enerji düzeindeki orbitallerin alabileceği en fazla elektron saısı Örneğin n = 3 enerji düzeinde n = 3 = 9 tane orbital, n =.3 = 8 tane elektron bulunur. Alıştırma 4. Enerji düzeinde bulunan orbital ve alabilecekleri elektron saısını bulunuz. Alt kabuktaki elektron saısını gösterir. Baş kuantum saısı (n) nı gösterir. s Açısal momentum kuantum saısını (,) gösterir. Şema.: Atomun kuantum saıları gösterimi Elektronlar eş enerjili orbitallere önce birer birer erleşir. Bütün eş enerjili orbitaller birer elektron aldıktan sonra ikinci elektronlar ters spinli olma koşulula erleşmee başlar. Hund (Hund) Kuralı olarak bilinen bu kurala göre, atomlar olabildiği kadar çok saıda eşleşmemiş elektrona sahip olma eğilimindedir. Bunun nedeni elektronların anı elektriksel üke sahip olmaları ve birbirlerinden olabildiğince uzak kalabilmek için eş enerjili orbitallere teker teker erleşmei tercih etmeleridir. 50

13 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ d. Atomların ve İonların Elektron Dizilimleri Element atomlarının elektron dağılımları nasıl gösterilir? Öğrendiğimiz kuralları göz önünde bulundurarak örnekler üzerinde elektron dağılımlarını gösterelim. Element atomlarında elektron dağılımları; kısaltılmış spdf, genişletilmiş spdf ve orbital diagramı olmak üzere üç farklı şekilde gösterilebilir. Kısaltılmış spdf gösteriminde elektronların eş enerjili orbitallere nasıl erleştiği değil, her bir alt kabuktaki toplam elektron saıları gösterilir. Örneğin azot atomunun elektron dağılımının kısaltılmış spdf gösterimi aşağıdaki gibidir. 7 3 N: s s p Genişletilmiş spdf gösteriminde elektronların erleşiminde Hund Kuralı na uulduğu açıkça belirtilir. Örneğin azot atomunun elektron dağılımının genişletilmiş spdf gösterimi aşağıdaki gibidir. 7 X Y Z N: s s p p p Burada p alt kabuğunda er alan p orbitallerinin üçünde de birer elektron bulunduğu gösterilmiştir. Orbital diagramı ile gösterimde elektronlar, her bir alt kabuk tek tek orbitallere arılarak, enerji artışı soldan sağa doğru olacak şekilde erleştirilir. Orbital diagramında elektronlar oklarla gösterilir. Yukarı önü gösteren ok ( ) elektron spininin +, aşağı önü gösteren ok ( ) elektron spininin - olduğunu belirtir. Anı orbitale erleşen iki elektron ters spinli olarak ( ) şeklinde gösterilir. Elektronlar anı alt kabukta bulunan farklı orbitallere teker teker erleşirken paralel spinli olduklarından oklar anı önde çizilir. Elektronların en düşük enerjili hâlini, paralel spine sahip oldukları elektronik apı gösterir. Örneğin azot atomunun elektron dağılımının orbital diagramı ile gösterimi aşağıdaki gibidir. s s p 7N Atomlar için en düşük enerjili, en kararlı durumu gösteren apı temel hâl olarak adlandırılır. Element atomlarının elektron Bilgi Kutusu Atomda elektronlar orbitallere en düşük enerjili orbitallerden başlaarak erleşir. (n +,) değeri arttıkça orbitallerin enerjileri artar. Bilgi Kutusu Orbital diagramında elektron spininin + olduğu şeklinde a da - şeklinde gösterilir. Elektron spininin - ol- duğu ise a da şeklinde gösterilir. - 5

14 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ dağılımının azılmasında Aufbau (Aufbav) İlkesi kullanılır. Bu Bilgi Kutusu Elektronlar eş enerjili orbitallere öncelikle birer birer erleşir. Bütün eş enerjili orbitaller birer elektron aldıktan sonra ikinci elektronlar, birinci elektronlarla ters spinli olacak şekilde erleşir. ilkee göre elektronlar atom orbitallerine teker teker eklenir. Tablo.5 te periodik cetveldeki ilk elementin elektron dizilimleri ve orbital diagramları verilmiştir. Tablo.5: Periodik cetveldeki bazı elementlerin elektron dizilimleri ve orbital diagramları Atom H He 3Li 4Be 5B C 7N 8O 9F 0Ne Na 5 Elektron dizilimi ve orbital diagramı s s s s s s s s p s s p s s p3 s s p4 s s p5 s s p s s p 3s

15 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ Örnek 0 Ca, 35 Br element atomlarının elektron dağılımlarını azarak orbital diagramlarını gösterelim. Çözüm 0 Ca element atomunun elektron dağılımı; s s p 3s 3p 4s şeklindedir. Orbital diagramı aşağıdaki gibidir. s 35 s p 3s 3p 4s Br element atomunun elektron dağılımı; s s p 3s 3p 4s 3d0 4p5 şeklindedir. Orbital diagramı aşağıdaki gibidir. s s p 3s 3p 4s 3d0 4p5 H ve He atomları hariç diğer element atomlarının elektron dağılımları so gaz elektron dağılımları kullanılarak ani elektron dağılımı gösterilecek elementten bir önceki so gaz sembolü köşeli parantez içine alınarak gösterilebilir. Örneğin sodum atomunun elektron dağılımının spdf ve so gaz elektron dağılımı ile gösterimi aşağıdaki gibidir. Na: s s p 3s Na: Ne@ 3s Alıştırma 7 Cl atomunun temel hâl elektron dağılımını spdf ve orbital diagramı ile gösteriniz. Tablo. da H den başlaarak 3 Kr a kadar elementlerin te- mel hâl elektron dağılımları spdf ve so gaz elektron dağılımı kullanılarak gösterilmiştir. 53

16 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ 54 Atom numarası Sembol Tablo.: Bazı element atomlarının temel hâl elektron dağılımları spdf gösterimi Elektron dağılımı H s He s So gaz elektron dağılımı kullanılarak gösterimi 3 Li s s He@s 4 Be s s He@s 5 B s s p He@s p C s s p He@s p 7 N s s p 3 He@s p 3 8 O s s p 4 He@s p 4 9 F s s p 5 He@s p 5 0 Ne s s p He@s p Na s s p 3s Ne@3s Mg s s p 3s Ne@3s 3 Al s s p 3s 3p Ne@3s 3p 4 Si s s p 3s 3p Ne@3s 3p 5 P s s p 3s 3p 3 Ne@3s 3p 3 S s s p 3s 3p 4 Ne@3s 3p 4 7 Cl s s p 3s 3p 5 Ne@3s 3p 5 8 Ar s s p 3s 3p Ne@3s 3p 9 K s s p 3s 3p 4s Ar@4s 0 Ca s s p 3s 3p 4s Ar@4s Sc s s p 3s 3p 4s 3d Ar@4s 3d Ti s s p 3s 3p 4s 3d Ar@4s 3d 3 V s s p 3s 3p 4s 3d 3 Ar@4s 3d 3 4 Cr s s p 3s 3p 4s 3d 5 Ar@4s 3d 5 5 Mn s s p 3s 3p 4s 3d 5 Ar@4s 3d 5 Fe s s p 3s 3p 4s 3d Ar@4s 3d 7 Co s s p 3s 3p 4s 3d 7 Ar@4s 3d 7 8 Ni s s p 3s 3p 4s 3d 8 Ar@4s 3d 8 9 Cu s s p 3s 3p 4s 3d 0 Ar@4s 3d 0 30 Zn s s p 3s 3p 4s 3d 0 Ar@4s 3d 0 3 Ga s s p 3s 3p 4s 3d 0 4p Ar@4s 3d 0 4p 3 Ge s s p 3s 3p 4s 3d 0 4p Ar@4s 3d 0 4p 33 As s s p 3s 3p 4s 3d 0 4p 3 Ar@4s 3d 0 4p 3 34 Se s s p 3s 3p 4s 3d 0 4p 4 Ar@4s 3d 0 4p 4 35 Br s s p 3s 3p 4s 3d 0 4p 5 Ar@4s 3d 0 4p 5 3 Kr s s p 3s 3p 4s 3d 0 4p Ar@4s 3d 0 4p

17 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ 9. sınıfta öğrendiğiniz gibi ionik bileşikler ionlardan oluşur. İon denildiğinde anonlar ve katonlar aklımıza gelir. Peki, anonlar ve katonların elektron dağılımları nasıl azılmalıdır? İonların elektron dağılımlarını azmak için nötr atomlar için kullandığımız öntemde biraz değişiklik apılmalıdır. Nötr atomun elektron dağılımı s a da p orbitalleri ile sonlanıorsa katon oluşurken en üksek n saısına sahip tabakadan bir a da daha fazla elektron uzaklaşır. Aşağıda bazı nötr atomlar ile oluşturdukları katonların elektron dağılımları spdf ve so gaz elektron dağılımı ile gösterilmiştir. Bilgi Kutusu Katonlar oluşurken elektronlar, en büük n ve en büük, değerine sahip orbitallerden arılır Ca: s s p 3s 3p 4s Ca: Ar@ 4s Ca + : Ar@ Si: s s p 3s 3p + Ca : s s p 3s 3p Si : s s p Si: Ne 3p Si 4+ : Ne@ Anon oluşurken en üksek n saısına sahip kabuğa bir a da daha fazla elektron gelir. Aşağıda bazı nötr atomlar ile oluşturdukları anonların ve katonların elektron dağılımları spdf ve so gaz elektron dağılımı ile gösterilmiştir S: s s p 3s 3p - S : s s p 3s 3p + S : s s p S: Ne 3s 3p S - : Ne@ 3s 3p a da Ar@ S + : He@ s p ada Ne@ Cl: s s p 3s 3p 5 - Cl : s s p 3s 3p Cl 7+ : s s p 5 3s 3p Cl - 7 3s 3p a da Ar@ Cl + : He@ s p a da Ne@ 3 P: s s p 3s 3p 3 - P : s s p 3s 3p 5 + P : s s p 3 3 P: Ne@ 3s 3p P - 3s 3p a da Ar@ P 5+ s p ada Ne@ Örnekleri incelediğinizde, oluşan her bir ionun so gaz apısına sahip olduğunu gözlemleeceksiniz. Nötr hâldeki elektron dağılımı ^n- hd orbitalleri ile sonlanan atomlarda elektron, d orbitallerinden önce ns orbitaline erleşir. Bu atomlar katon oluştururken de elektronlar öncelikli olarak en dıştaki ^n- hd orbitallerinden değil, bir önceki ns orbitallerinden uzaklaşır. Bu orbitaller boşaldıktan sonra arılacak elektronlar Bilgi Kutusu 3d orbitallerinde bulunan elektronlar çekirdeğe daha akın olduğundan 4s orbitalindeki elektronlardan daha çok çekilir. Bu nedenle önce 4s elektronları verilir. 55

18 . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ ^n- hd orbitallerinden arılır. Aşağıda, Fe nötr atomu, + ve +3 üklü katonlarının elektron dağılımı verilmiştir. Fe: s s p 3s 3p 4s 3d + Fe : s s p 3s 3p 3d 3+ 5 Fe : s s p 3s 3p 3d Fe: Ar@ 4s 3d Fe + : Ar@ 3d Fe + : Ar@ 3d 3 5 Alıştırma Aşağıdaki atomların nötr hâllerinin ve belirtilen ionlarının elektron dağılımlarını azınız.. 9F- F -. Al - Al Ni - Ni Mn - Mn 5 5+ Etkinlik: Atomun Kuantum Modeli ile İlgili Öğrendiklerimizi Kontrol Edelim Aşağıda konumuzla ilgili bilgiler içeren cümlelerden doğru ve anlış olanları belirleerek ugun kutucuğu işaretleiniz.. d orbitallerinin açısal momentum kuantum saısı dir.. p orbitallerinin açısal momentum vektörlerinin üç farklı önde olduğu p, p, p z şeklinde gösterilir kabukta bulunan p orbitallerinin enerjileri p, p, p z sırasında artar. 4. Anı baş kuantum saısına sahip orbitaller topluluğuna kabuk adı verilir Ni atomunun temel hâl elektron dağılımı 3d 0 orbitali ile sonlanır.. Bohr Atom Modeli ndeki örüngelerin erini kuantum modelinde orbitaller topluluğu olan kabuklar almıştır. 7. İki elektrona ait dört kuantum saısı değeri anı olabilir. 8. 3Ga + ionunun elektron dağılımı 4p orbitali ile sonlanır. D Y Alıştırma Aşağıdaki atomların ve oluşturdukları ionların elektron dizilimlerini spdf ve so gaz elektron dağılımı ile azarak orbital diagramlarını çiziniz.. Mg - Mg +. Ti - Ti + 3. O- O 8-4. Br - Br 35-5