DEMOKRİTOS ATOM FİKRİ M.Ö 500 lü yıllarda DEMOKRİTOS maddelerin bölünemez ve parçalanamaz anlamına gelen atom olarak adlandırılan taneciklerden oluştuğunu öne sürmüştür. DALTON ATOM TEORİSİ Dalton denel gözlemlere dayanarak 1808 yılında yeni bir atom fikrini ortaya koydu.bunun sonucunda; Görünmeyen ve atom denilen parçacıklardan oluşmuştur. Atomlar içi dolu kürelerdir. Bir elementin bütün atomları aynı özellikleri taşır ve diğer elementlerin özelliklerinden farklıdır. Fiziksel ve kimyasal olaylarda atomlar parçalanamaz ve yeniden oluşturulamaz. Dalton atom kuramı katlı oranlar yasasınıda ortaya koymuştur. THOMSON ATOM MODELİ Maddelerde pozitif ve negatif yüklerin bulunmasından sonra THOMSON 1897 yılında yeni bir atom modeli ortaya koymuştur. Pozitif yükten oluşmuş kürelerdir. Negatif yükler atom içinde homojen dağılmıştır. Atomu üzümlü keke benzetmiştir. Protonun kütlesi yanında elektronların kütlesin ihmal etmiştir. Proton sayısına eşit sayıda elektron bulunmaktadır ve atom bundan dolayı nötr özellik gösterir. Atom yarıçapı 10-8 cm dir. Elektronlar için e /m oranını -1.76 10 8 c/g olarak hesaplamıştır. MADDENİN ELEKTRİKSEL YAPISI Alessandra VOLTA, metal çiftler arasındaki etkileşimle meydana gelen elektriklenme olayından yaralanarak kendi adın taşıyan volta pilini geliştirmiştir. M. Faraday 1834 de kimyasal bileşiklerin sulu çözeltilerinden elektirik akımı geçirildiğinde kimyasal özelliklerin değiştiğini göstermiş ve maddenin elektriksel yapısı hakkında ipuçları elde etmiştir. Faradayın yaptığı deneyler sonucunda atomun yapısındaki düşünceler değişmeye başlamıştır. Atomun maddenin en küçük yapı taşı olduğu düşünülürken 19.yy sonlarına doğru atomun daha küçük taneciklerden oluştuğu düşünülmeye başlanmıştır. FARADAY yaptığı deneyler sonucunda; Elektrotlarda toplanan madde miktarının devreden geçen yükle doğru orantılı olduğunu görmüştür. Elektroliz kaplarından aynı yük geçirildiğinde,elektrotlarda toplanan maddelerin eşdeğer gram sayıları birbirine eşittir. 1 Faradaylık yük= 1 mol elektron yükü=96500 coulomb=1 eşdeğer gram sayısı Elektroliz düzeneklerinde ANOT(+) KATOT( _ ) kutuptur.anotda yükseltgenme katotda ise indirgenme gerçekleşir.
Cevap:C ELEKTRONUN KEŞFİ 1807-1808 yıllarında Humpry Davy bileşikleri ayrıştırmak için elektrik akımı kullanarak elementleri saf olarak elde etmiştir.yaptığı deneylere göre Humpry bileşiklerde elementlerin elektriksel çekim kuvvetiyle bir arada tutulduklarını öne sürmüştür. Elektronların varlığına dair ilk kanıt fizikçi William Crooks tarafından bulundu. Crooks tüpünde elektrotlar arasında yüksek bir gerilim uygulanırsa bir elektrik akımı gözlenir ve tüpteki hava renkli bir ışıldama yapar. Şayet tüpün ortasına bir delikli nesne yerleştirilse bu nesnenin görüntüsü gölge şeklinde tüpün sonunda oluşur. Crooks katottan çıkıp anota doğru hareket ederek gölge oluşmasına sebep olan bu elektrik yüküne katot ışınları denmiştir. Katotların ışınlarının özellikleri: Bir doğru boyunca yol aldıkları Elektrotlar arasına konan levhayı ısıttıkları Katot olarak kullanılan maddeye ve tüpteki gaza bağlı değillerdir. Negatif elektrikle yüklüdürler. Elektriksel ve manyetik alanda saparlar. katot ışnları tüpü George Stoney elektriğin taneciklerden ibaret olduğunu ve bu taneciklerin atomların yapısında da bulunduğunu söylemiştir ve 1891 yılında bu taneciklere elektron adını verdi.( tam olarak elektron varlığı ispatlanmamıştır.) Thomsan 1897 de katot ışınlarının manyetik ve elektriksel alanda sapmalarını Crooks tüpünü kullanarak gözlemlemiştir. Bu yöntemi kullanarak katot ışınlarının kütlesinin (m) yüküne (e) oranını yani e/m değerini olarak bulunmuştur. Thomsan katot ışınlarının bütün atomlarda bulunan negatif yüklü temel parçacıklar olduğunu tam olarak ispatlamıştır ve daha önce stoneyin dediği gibi elektron ismini vermiştir. Thomsan bu deneyini yaparken JULİUS PLÜCKER in deneyini model almıştır.
Crooks tüpü MİLİKAN YAĞ DAMLASI DENEYİ Milikan yaptığı bir dizi yağ damlası deneyinde elektron yükünü hesaplamıştır. Yağ damlaları üzerindeki elektriksel yükün katları olduğunu bulmuştur. Yaptığı deneyde elektrik alan içindeki kaba yağ damlacıklarını püskürttü. Bu yağ damlacıklarını da X ışınlarıyla bombardıman etti. X ışınları, gaz moleküllerine çarpıp elektronlarının kopmasına sebep olmuştur. Kopan elektronlar yağ damlacıklarına yapışarak onları elektrikle yüklemiştir. Yüklü yağ damlacıklarının + yüklü levhaya doğru yöneldiğini görmüştür. Milikan yaptığı deneyde yağ damlacıklarının düşmesini de durdura bilmiştir.deney sonucunda elektronların yükünü hesplamıştır. milikan yağ damlası deneyi Thomsan e/m oranında, elektron yükünü yerine yazarak elektronun kütlesini olarak hesapladı. POZİTİF PARÇACIKLAR Gaz tüpünde negatif parçacıklar gözlendiğine göre maddenin nötr elektriksel yapısı nedeniyle pozitif yüklü parçacıklarında bulunması gerekir. Katotdan fırlayan elektronlar nötral gaz atomları ile çarpışarak onların elektron kaybetmesine ve pozitif yüklü parçacıklar haline gelmesine sebep olur. Bu iyonlar katot tarafından çekilir. Bu ışınlara pozitif ışınlar veya kanal ışınlar denir. İlk olarak Eugen Godstein tarafından gözlemlenmiştir. Kanal ışınları
X IŞINLARI VE RADYOAKTİFLİK Katot ışınlarıyla ilgili çalışmalar bir çok araştırmaya da sebep olmuştur. 1895 Wilhelm Roentgen bazı maddelerin bir ışıma yaptığını fark etti. Bu ışığın niteliğini bilmediğinden x ışını adını verdi. Antoine Becquerel radyoaktifliği keşfetti. Ernest Rutherford Alfa ve Beta ışınlarını buldu. 1900 yılların başlarında birçok radyoaktif element daha keşfedildi. Bu tür radyoaktif çalışmalarda Marie ve Pierre Curie nin büyük emekleri bulunmaktadır. ATOMUN PROTON SAYILARININ DENEYSEL BELİRLENMESİ X ışınları ışıktan daha hızlı olan elektro manyetik ışınlardır. X ışınları görünmezler,elektriksel ve manyetik alanda sapmazlar. MOSELEY x ışınlarını kullanarak farklı elementler için farklı spektrumlar elde etmiştir.spektrumlarda ikiden fazla çizgi olduğunda ise maddenin safsızlık içerdiği görülmüştür.moseley, x ışınları frekanslarının atomun çekirdeğindeki yükün özelliği olduğunu görmüştür. Moseley elementlerin atom numaralarınıda doğru bir şekilde belirledi. Atom numaralarının çekirdekteki poziti yüklerin sayısına eşit olduğunu bulmuştur. Atom ağırlığı arttıkça yayılan x ışınlarınında frekansı arttığı görülmüştür. ATOM ÇEKİRDEĞİ Atomun yapısı hakkında en önemli katkı Rutherford tarafından yapılmıştır. Rutherford ince altın levha üzerine Alfa ışınlarını göndererek deneyini gerçekleştirmiştir. Deney sonucunda; Metal levhaya gelen alfa parçacıkları çok az sapmaya uğrar. Bazı alfa tanecikleri tam geriye döner. Olayları gerçekleşmiştir. Rutherford atom modeline göre: 1. Bir atomun kütlesinin çok büyük bir kısmı ve pozitif yükün tümü çekirdek denen çok küçük bir bölgede yoğunlaşır. Atomun büyük bir kısım boşluklu yapıya sahiptir. 2. Pozitif yükün büyüklüğü atomdan atoma değişir ve elementin atom ağırlığının yarısına eşittir. 3. Çekirdeğin dışında çekirdek yüküne eşit sayıda elektron bulunur. Atomun kendisi elektrik yükü bakımında nötrdür. 4. Atomun çekirdekli yapıya sahip olduğunu açıklayan modeldir.
Rutherford çalışmalarında yüksüz fakat kütlesi protonun kütlesi ile hemen hemen aynı olan bir parçacığın varlığından bahsetmiştir. 1932 de J. Chadwick nötronun varlığını ispatlamıştır. Nötronun kütlesi yaklaşık protonun kütlesi kadardır.. ELEKTROMANYETİK IŞIMA Atomun yapısındaki daha detaylı bilgi elektromanyetik ışımanın (radyasyon) atomlar tarafından yayılması (emisyon) ve soğurulması (absorbsiyonu) üzerinde yapılan çalışmalarla kazanılmıştır. Elektromanyetik ışımanın hem dalga ve hem de parçacık özelliği vardır. Işık, elektromanyetik ışınların sadece gözle görülebilen kısmıdır. Elektromanyetik ışıma vakumda m/s sabit hızla yayılır. Bu değere ışık hızı denir.( c ) Elektromanyetik ışımanın dalga kuramı gözlenen birçok özelliklerini açıklar; fakat siyah cisimlerin ışıması ve fotoelektrik olay ışımanın parçacıklardan oluşması ile açıklanır. Işıma enerjisinin parçacık kuramıyla ilgili 1900 de M. Planck tarafından kuantum kuramı önerilmiş ve enerjinin ancak belli büyüklükler halinde alınıp verilebileceğini belirtmiştir. Bu büyüklüklere kuantum, ışıma enerjisine de kuantlanmış enerji denir. A. Einsten 1905 de bu kuantumlara foton adını vermiştir. Işıma enerjisinin hem dalga hem de kuantum akımları olduğundan bahsetmiştir. Kuantum kavramını anlamak için dalgalar hakkında bazı temel kavramlar bilinmelidir. Dalga:Titreşim yoluyla enerji aktaran bir durumdur. Ard arda gelen iki dalga tepesi arasındaki uzaklıktır. (metre) Genlik (A): Bir dalganın maksimum yüksekliğine denir. Hız (C): 3.10 10 c m s -1 veya 3.10 8 m s -1 değerinde olan bu hıza ışık hızı denir. Belli bir noktadan bir saniyede geçen dalga sayısıdır. Birimi Hz ( hertz) dir. Dalganın, dalga boyu ve genliği Radyo dalgaları,kızıl ötesi dalgalar,görünür bölge ışığı ve x ışını elektromanyetik ışıma türüdür.görünür bölgedeki her renk bir dalga boyuna sahiptir. Tek bir dalga boyuna sahip olan ışığa monokromatik ışık,dalga boyları farklı ışınlardan oluşuyorsa da polikromatik ışık denir. Sarı renk monokromatik, beyaz renk polikromatik ışık yayar.beyaz ışık prizmadan geçirildiğinde farklı renklere ayrılır. Renkler kırmızıdan başlar mora kadar devam eder.prizmada mor renk en fazla kırınıma uğrarken,kırmızı renk enaz kırınıma uğrar. Kırmızı renk en uzun dalga boyu ve en düşük frekansa sahiptir;mor renk ise en kısa dalga boyuna ve en yüksek frekansa sahiptir. Dalga boyu kırmızı renginkinden yüksek ışınlara kızıl ötesi(ir);dalga boyu mor renginkinden kısa olan ışınlara mor ötesi( UV) ışınlar denir. Bütün frekansları kapsayan elektromanyetik ışın dizisine elektro manyetik dalga spektrumu denir.
Elektromanyetik dalga spektrumu Görünür bölge elektromanyetik spektrumun 380-760 nm aralıgıdır. Cevap:C SİYAH CİSİM IŞIMASI Üzerine gelen bütün ışınları emen cisimlere siyah cisim denir. Siyah cisim ısıtılırsa yaydığı ışınlarda her türden dalga boyunun bulunduğu görülür.sıcaklık artırılırsa ışıma şiddetinin artığı dalga boyunun kısaldığı, sıcaklık azalırsa da ışıma şiddetinin azaldığı ve dalga boyunun arttığı gözlemlenmiştir. Siyah cisim görünür ışık yaydığında önce kırmızı, daha sonra sıcaklık artırıldığında turuncu, sarı ve mor ışıma görünür ve en son beyaz ışık denilen bütün görünür bölge ışıması sırayla yayımlanmış olur. PLANCK KUANTUM KURAMI Değişik sıcaklıklarda katıların yaydığı ışınları incelemiştir.cisimler ışıtıldığında değişik renkte ışıklar prizmadan geçirildiğinde sürekli spektrumlar elde edilir. Planck ışıma enerjisinin kuantumlar halinde alınıp verileceğini ileri sürmüştür. Kuantum enerjisi ışımanın frekansı ile doğru orantılıdır. Planck bir kuantumun taşıdığı enerjiyi hesaplarken sabiti olup değeri bağıntısını kullanmıştır. Bu bağıntıda h, Planck dir.
FOTOELEKTRİK OLAY Metallerin yüzeyine ışık çarptığında metalden elektron fırlaması olduğu görülmüştür. Bu olaya fotoelektrik olay denmiştir. Einsten, Plackın kesikli ve belli büyüklükteki enerji kuantumlarının metallere ait olan elektronlarla etkileştiğinde fotoelektrik olayın gerçekleştiğini açıklamıştır. Bir foton metal atomuna çarptığı zaman tüm enerjisini elektronlara aktarır; fakat elektronu koparabilmesi için elektronun enerjinse eşit bir enerjiye veya daha yüksek enerjiye sahip olmalıdır. Bu sahip olması gereken enerjiye eşik frekansı denir. Belli bir frekansta ışımanın şiddeti artırılırsa fotonların sayısını artıracak fakat enerjisini değiştirmeyecektir. Işımanın enerjisi ( frekansı) artarsa kopan elektronun hızı da artacaktır. Işımanın şiddetinin artırılması kopan elektronların sayısını artırır; fakat enerjisini değiştirmez. ATOM SPEKTRUMLARI Kimyasal tepkimeler gerçekleşirken çekirdek çevresindeki elektronlar etkindir. Bu sebepten atomların özelliklerini elektronların düzeni belirler. Elementlerde elektronların düzenini bulmaya yarayan yöntem atom spektrumlarının incelenmesidir. Elektromanyetik ışıma bir prizmadan geçirildiğinde ışımada sapmalar olduğu görülür. Prizmada kırınım ışımaların dalga boylarına bağlıdır. Dalga boyu kısaldıkça kırınım daha çok artar. Beyaz ışık önce dar bir yarıktan ve sonra da prizmadan geçirilirse görünür bölgede mordan kırmızıya kadar değişen renkleri içeren sürekli ( kesiksiz) spektrum elde edilir. elementler gaz veya buhar halinde gerekli yüksek sıcaklığa kadar ısıtılırsa bir ışıma yayımlanır, bu ışıma prizmadan geçirilirse bir kesikli spektrum ( kesikli spektrum) verir. Hidrojenin görünür bölge spektrumu 410nm ile 656 nm arasındadır. 1885 te Balmer hidrojinin görünür bölgedeki spektrum çizgilerinin dalga boylarını ve frekanslarını bazı eşitliklerle hesaplamıştır.
Elektromanyetik ışımanın maddeyle etkileşimini araştıran bilim dalına spektroskopi, bu etkileşimin incelendiği aletlere spektroskop ve spektrumların kaydedildiği cihazlara spektrometre denir. CEVAP:B BOHR ATOM KURALI Bohr Rutherford atom modelini örnek alarak ve hidrojen atom spektrumuna dayanarak yeni bir atom modeli ileri sürmüştür. Bohr atom modeline göre; Her elektron çekirdekten ancak belirli uzaklıklarda küresel yörüngelerde bulunabilir. Her yörünge belirli bir enerjiye sahiptir. Bir atomun elektronları en düşük enerji seviyesinde bulunmak ister,buna temel hal denir. Madde ısıtıldığında atomlardaki elektronlar daha yüksek enerji seviyesine geçer, buna da uyarılmış hal denir. Elektronlar yüksek enerji düzeyinden düşük enerji düzeyine inerse arada ki enerji farkına eşit enerji yayar. Tek elektronlu sistemleri açıklamıştır. Çekirdeğe yakın elektronların enerjisi düşüktür. Yörüngelerdeki elektronlar bulundukları yörüngeye özgü bir enerjiye veya hıza sahiptirler. Bohr a göre bir atom enerji aldığında, elektronlar bulundukları enerji düzeyinden daha yüksek enerjili bir düzeye geçiş yaparlar. Bu olaya uyarılma denir. Elektron uyarılmış halden temel hale dönerken iki enerji düzeyi arasındaki enerji farkına eşit bir foton yayar. Bu fotonun enerjisi E=A ( 1/n 1 2 1/n 2 2 ) denklemiyle bulunur.(n 2 büyük n 1 olmalıdır.) Hidrojen atomunun spektrum çiz gilerinden Lyman serisinin dalga boyu Balmer serisi çizgilerinden daha kısadır. Lyman serisi çizgileri mor ötesi bölgede, Balmer serisi çizgileri görünür bölgede bulunur. Pashen serisi çizgileri kızılötesi bölgesinde yer alır.
Hidrojen atomunun elektron geçişleri ve spektrum çizgileri Bohr kuramı hidrojen spektrumunu açıklamak için yeterli olmuştur. Bu kuram tek elektronlu He + Li +2, gibi tek elektronlu iyonlar içinde kullanılır. ve CEVAP:C ATOM ALTI PARÇACIKLARIN DALGA (KUANTUM) ÖZELLİĞİ Bohr tek elektronlu taneciklerin ( H, He +1, Li +2 vb..) spektrumların başarıyla açıklayabilmiştir; fakat fazla elektron içeren taneciklerin spektrumlarını açıklamakta yetersiz kalmıştır. Daha sonraki yıllarda elektronlar için iki temel özellik ( tanecik ve dalga) ortaya konulmuştur. Bundan dolayı kuantum özelliklerinin yeniden gözden geçirilmesine sebep olmuştur. DALGA TANECİK İLİŞKİSİ Atomu oluşturan parçacıkların davranışlarını açıklamak için dalga mekaniği kuramı kullanılır. Bu kuramın 1924 yılında L. DE Broglie ve Schrödinger tarafından temelleri atılmıştır. E=mc 2 h ve E=h.v denklemleri birleştirilirse m. c eşitliği bulunur. De Broglie X ışınları kırımını kullanarak hareket eden maddesel parçacıkların dalga gibi davranabileceğini söylemiştir. Fotonun dalga boyunun hesaplanması için kullanılan de Broglie eşitliği bir parçacığın (elektronun) dalga boyunun hesaplanması içinde kullanılır.
Parçacığın kütlesi m, hızı da v alındığında λ: taneciğin dalga boyu h: Planck sabiti m: taneciğin kütlesi(kg) v: taneciğin hızı h mc h mv bağıntısı yazılır. Bu denklemin hareketli bir taneciğin dalga gibi dalganın da tanecik gibi düşünülebileceğini gösterir. CEVAP:D ELEKTRONLARIN DALGA ÖZELLİĞİ L.H. Germer ile C.Davisson elektronların dalga boylarını ölçmeyi başarmışlardır. Düşük enerjili elektronların ince nikel bir hedeften saçılmasıyla ilgili deney yaptılar. Deney sonucunda iç içe geçmiş olan kırınım desenlerini (dalgalarını) gözlemlediler. Bu deneyler sonucunda der Broglie nin dalga kuramı sağlam temeller üzerine oturdu. HEİSENBERG BELİRSİZLİK İLKESİ 1920 de Bohr ve Heisenberg atom altı taneciklerin ( elektronların) davranışlarını daha detaylı incelemek için hesaplamalar yapmışlardır. Elektronun hızını ve konumunu hesaplamaya çalışmışlardır. Fakat yapılan her hesaplamadan sonra bir belirsizlikle karşılaşmıştır. Heinsberg in belirsizlik ilkesi olarak isimlendirilen bu çıkarım bir taneciğin aynı anda konumunun ve hızının ölçülemeyeceğini ortaya koyar.