ATOMUN YAPISI 1
Bazı cisimler pozitif (+) ya da negatif (-) elektrik yükü taşırlar. Her ikisi de pozitif ya da negatif yüklü iki cisim birbirini iterken, zıt yüklü iki cisim birbirini çeker. Bütün maddeler yüklü parçacıklardan oluşur. Elektriksel olarak nötr olan bir cisim eşit sayıda pozitif ve negatif yüklü parçacığa sahip olup net yük içermez. Eğer pozitif yük sayısı negatif yük sayısından fazlaysa, böyle bir cisim net pozitif yüke sahiptir. Tersi durumda ise cisim negatif yüke sahip olur.
Saçlarımızı tararken olduğu gibi bir cismi diğerine sürttüğümüzde bir durgun elektrik yükü oluşur. Yani tarak negatif yükle yüklenmiş olur. Bu durum bize atomların nötr olduğu ve atomdan daha küçük yüklü parçacıkların olduğu fikrini verecektir.
Örnek 1 : ı.yünle ovulan şişirilmiş balonun, odanın duvarına yapışması. II. Saçların tarandıktan sonra tarağın kağıt parçalarını çekmesi. III. Yağmurlu bir havada şimşek çakması Olaylarından hangilerinde elektrik yük ve kuvvetlerinin varlığı gözlenir? Yanıt : I, II ve III
Örnek 2 : Aşağıdakilerden hangisi statik elektriklenme ile ilgili değildir? A) Televizyon ekranlarının tozlanması. B) Yün kumaşa sürtülen ebonit çubuğun kırmızı biber tozlarını çekmesi. C) Yün kazak giyilmesi sırasında kıvılcım çıkması. D) Bakır telin elektriği iletmesi E) Yıldırım düşmesi. Yanıt : D
MADDENĠN ELEKTRĠKSEL DOĞASI ELEKTROLĠZ Sülfürik asit (H 2 SO 4 ) in sulu çözeltisine birbirine bir iletkenle bağlanmış bir Zn ve bir Cu levha daldırıldığında Zn dan Cu a doğru bir akımın geçtiği görülür. ( yaklaşık 1 volt ) 1800 yılında Volta(1745-1827) nın bulduğu bu düzeneğe Volta pili ya da Galvanik pil denir. Volta pilinde elektriği üreten şey maddenin kimyasal değişimidir.
Volta pilinde kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüşmektedir. Bu olay bize elektriğin kaynağının madde yada maddesel değişimlerin olduğunu göstermektedir.
Elektroliz 1808 yılında ingiliz kimyacı Davy (1778-1829) bazı bileşiklerin elektrikle ayrıştığını (Elekroliz) gördü. Bu sayede K, Na, Ca, Sr ve Ba elementlerini ayırdı. Elektrik ile maddesel değişimler arasındaki ilişkilerin yasalarını 1833 te Ġngiliz bilim adamı M. Faraday (1791-1867) ortaya koydu Elektroliz yasaları da dediğimiz deney sonuçları şöyleydi. 1. Belli miktarda elektrik belli bir maddenin hep aynı miktarını değişime uğratır. 2. Elektrotlardan birinde (anot ya da katot) değişime uğrayan (açığa çıkan ya da çözünen) madde miktarı hep o maddenin eşdeğer kütlesinin tam katları kadar olur.
AgNO 3 çözeltisinden 1,118 miligram Ag ü açığa çıkaran yük miktarı 1 coulomb dur. 96500 Coulomb= 1 Faraday yük ile değişime uğrayan madde miktarına o maddenin eşdeğer kütlesi denir. Bu yük miktarı örneğin Na elementinin 23 gramını değişime uğratırken Al un 9 gramını değişime uğratır.
Bir elektroliz devresinden geçen yük miktarı; Q = I x t ile hesaplanır. Bu eşitlikte; I (Akım şiddeti) birimi amper. t (zaman) birimi saniye dir. Coulomb = amp. Sn Bir elektroliz devresinde elektrotlarda toplanan madde miktarı, devreden geçen yük miktarı ile doğru orantılıydı. Bu durumda; m = A.I.t bağıntısı yazılabilir. Burada A = maddeye bağlı bir sabit, I = devreden geçen akım miktarı, t = saniye türünden zamanı belirtir. Q = I.t idi, m = A.I.t eşitliğinde I.t yerine Q yazarsak; m = A.Q eşitliğini elde etmiş oluruz.
Elektroliz sonuçları elektriğin tanecikli yapıda olmasının yanı sıra maddenin elektriksel doğasının atomun elektrikselliğinden ileri geldiğinin güçlü bir kanıtıdır. Örnek 3 : Faraday ın elektroliz çalışmaları, I. Elektronların varlığına II. Atomda bir çekirdeğin varlığına III. Geçen yük miktarı ile elektrotta toplanan maddenin miktarının doğru orantılı olarak artışına Olgularından hangilerine ışık tutmuştur? Yanıt : I ve III Maddenin elektriksel doğasında var olan elektrik yükünün tanecikli yapıda olduğunun diğer bir kanıtı katot ışınlarının davranışlarıydı.
Katot Işınları Hava ve diğer gazlar normalde yalıtkandırlar. Ancak yüksek gerilim altındaki düşük basınçlı gazlar ışık yayarak elektriği iletirler. Katottan anoda doğru yayılan bu ışınların 1859 da J. Plucker (1801-1868) ve alman fizikçi Hittorf (1824-1914) tarafından manyetik alanda saptığı belirlendi 1879 da W. Crookes (1832-1919) manyetik alanda sapmaya uğrayan bu ışınların yollarına konan pervaneciği döndürdüğünü ve bunların tanecik akımı olabileceğini açıkladı. Hertz ve bir gurup fizikçi ise buna karşı çıkıyor ve her türlü ışığın yalnızca elektromanyetik dalga olduğunu savunuyordu. 1895 te Fransız fizikçi J. Perrin (1870-1942) katottan anoda doğru yayılan bu ışınların elektroskopu negatif yükle yüklediğini belirledi. Bunların elektrikle yüklü bir ışın türü olduğu kesindi.
Crookes un 1879 da kullandığı katot ışınları tüpü
Katot Işınlarının Özellikleri - Katot ışınları katot dan anot a doğru doğrusal olarak yayılırlar. - Katot ışınları doğrudan görülmemekle beraber flüoresan etkisiyle dolaylı olarak görülebilirler - Katot ışınları negatif yüklü parçacıkların yaptığı gibi elektriksel ve manyetik alanda pozitif kutbun etkisiyle sapmaya uğrarlar. - Katot ışınlarının özellikleri kullanılan elektrot un cinsine ( Fe, Pt, vb ) bağlı olmaksızın aynıdır.
Thomson ın Bulguları ve Thomson Atom Modeli J.J. Thomson (1856-1940)
J.J. Thomson 1894 ve 1897 yılları arasında yaptığı çalışmalarla katot ışınlarının parçacık özelliği taşıdığını gösterdi. Bu ışınların kütlelerini ölçmek olanaksız olmakla beraber, Thomson manyetik alanda sapmalarından yararlanarak yük/ kütle (e/m) oranlarını hesapladı. Katot ışınlarının negatif yüklü temel parçacıklar olduğu sonucuna vardı. Katot ışını parçacıkları, Stoney in 1874 te öngördüğü birim negatif elektrik yükünü taşıyan elektronlardan başkası değildi. Thomson bu sonucu atomun yapısına uyarlamaya çalıştı. Thomson a göre atom; pozitif yükün sürekli ve düzenli olarak dağıldığı; yaklaşık 10-8 cm yarıçaplı; içi dolu bir kürecikti. Elektronlar da kararlı bir elektrostatik düzen oluşturacak biçimde bu küreciğin içinde gömülüydü.
Thomson Atom Modeli
Thomson ın Deney Tüpü
Thomson elektronun yük/kütle oranını ölçmüş ve bu oranı; e/m = 1,759.10 8 coulomb/gr olarak belirlemişti ancak yükünü yada kütlesini belirleyememişti. Olası en küçük elektrik yükünü (elektronun yükünü) 1909 yılında Amerikalı fizikçi R.A. Milikan (1868-1953) ünlü yağ damlacıkları deneyiyle -1,6022.10-19 coulomb (4,8.10-10 e.s.y.b) olarak belirledi.
Milikan ın Yağ Damlacıkları Deneyinde; Uygun özellikteki yağ, odacığın içersine bir pulvarizatör yardımıyla püskürtülür. Ve odaya gönderilen X ışınları ile odanın içindeki hava moleküllerinden kopan elektronlar bu yağ damlacıkları tarafından tutulurlar. Böylece elektronlarla negatif yüklenen yağ damlacıkları, elektrot yüzeyindeki delikten aşağıya doğru yerçekimi kuvvetinin etkisiyle limit bir hızla düşerken, elektrotlar arasına uygulanan kuvvetle üstteki (+) elektroda doğru çekilerek durdurulur. Böylece uygulanan elektriksel alan kuvveti damlacığa etki eden yerçekimi kuvvetine eşitlenerek, her bir yağ damlası üzerindeki elektriksel yükün -1,6022.10-19 coulomb veya katları olduğu gözlenmiş olur.
Milikan ın bulduğu birim yük Thomson un e/m oranında yerine konarak elektronun kütlesi de; 9,11.10-28 gram ya da 9,11.10-31 kg olarak belirlenmiş oldu.
Pillerden, elektrolizden katot ışınlarından geçen serüven böylece sonucuna varmış oldu. Değişik maddelerden birbirinin eşi olan birim yüklü parçacıklar yani elektronlar yayılıyordu. Elektriğin temel kuantumu; negatif yüklü, oldukça küçük kütleli elektronlardır. Katot ışınları, kızgın katı metallerden yayılan ışınlar ve radyoaktif maddelerden yayılan Beta (β) ışınları hep aynı olup değişik hızlardaki elektron sağanağıdır.
Kanal Işınları (Pozitif Işınlar): Protonlar Katot ışınlarının birim negatif yükü taşıyan elektronlar olduğu saptanınca birim pozitif yük gündeme geldi.1886 da Alman fizikçi Goldstein katot ışınları tüpünde katot ışınlarının tersine (yani katoda doğru) ışınların da gittiğini gözlemlemişti. Bu ışınlar katot ışınları tüpünün ortasına kanal açılarak gözlemlenebilmiş olduğundan kanal ışınları denmiştir. - Elektriksel ve manyetik alanda sapan bu ışınlar pozitif yüklüdür. - e/m oranları elektronunkine oranla çok küçük olup tüpteki gazın türüne göre değişir. - Tüpte Hidrojen gazı varken belirlenen e/m oranı diğer gazlara göre en büyük olup suyun elektrolizi sırasında H için belirlenen e/m oranı ile aynıydı.
En basit ve kütlece en küçük iyon hidrojen (H +1 ) iyonudur. Birim pozitif yükü taşıyan bu parçacığa (elektronunu kaybetmiş hidrojen çekirdeğine) proton dendi. Kanal ışınları katot ışınlarının ortamda yayılırken önlerine çıkan atom ya da molekülleri iyonize etmesi sonucu oluşan pozitif yüklü taneciklerdi. (Eğer ortamdaki gaz Hidrojen gazı ise oluşan bu tanecikler protonlardan başkası değildir.)
Yalnızca bir tane pozitif yük taşıması nedeniyle Hidrojen iyonu için bulunan e/m değeri protona ait değer olarak alınır. Bu yük değeri 1,6022.10-19 coulomb olup, kütlesi de 1,67.10-27 kg dır. ( 1,67.10-24 gram ) Elektronun kütlesi 1 H izotopundan türeyen pozitif iyonun (protonun) kütlesinin 1836 da biri kadardır. Bu durumda Hidrojenin en hafif izotopu, ( 1 H ) bir proton ve bir elektrondan oluşuyor olmalıdır.
Örnek 4 : Katot ışınları ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? A) Elektriksel alanda sapma gösterirler. B) Elektron demetinden başka bir şey değildirler. C) Anottan katoda doğru yayılırlar. D) Yük/Kütle oranları maddenin türüne bağlı değildir. E) Pozitif ışınlardan çok daha küçük kütleye sahiptirler Yanıt : C
Örnek 5 : Kanal ışınları ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? A) Katot ışınlarının hareketine ters yönde akarlar. B) Elektrondan çok daha büyük kütleye sahiptirler. C) yük/kütle oranı katot ışınlarından çok küçüktür. D) yük/kütle oranı kullanılan gazın yapısına göre değişir. E) Negatif yüklü iyon demetleridirler. Yanıt : E
X Işınları 1895 te katot ışınlarını araştıran Wilheim Rontgen (1845-1953) tüpün dışına da ışınların yayıldığını belirledi.bu ışınlara o dönemde kaynağı belli olmayan anlamında X ışınları dendi. Bu ışınlar; - Katot ışınlarının (elektronların) etkisiyle yayılan ışınlardır. - Elektromanyetik dalgalar olup elektriksel ve manyetik alandan etkilenmez. - Tıpkı parmak izi gibi değişik maddelerden yayılan x ışınlarının özellikleri farklıdır. Yani her element kendine özgü bir x ışını yayınlar.
Alfa (α) Parçacıklarının Saçılması Rutherford Atom Modeli 1909 yılında Rutherford un önderliğindeki Geiger ve Marsden radyoaktif maddelerden elde ettikleri oldukça hızlı, pozitif yüklü, kütlesi Hidrojen atomunkinden 4 kat elektronunkinden ise 8 000 kat daha büyük olan alfa (α) parçacıkları ile; kalınlığı yaklaşık 10-4 10-5 cm olan ince metal levhaları ( Au, Pt, Ag, Cu, ) bombardıman etmişler ve şu sonuçları ulaşmışlardır. - Alfa parçacıklarının büyük çoğunluğu metal levhayı sapmadan delip geçmiştir. - Alfa parçacıklarının pek azı (yaklaşık 1/20 000 i) metal levhayı geçerken değişik açılarda sapmaya uğramıştır. - Çok az bir kısmı da metal levhayı geçememiş geldiği gibi geri dönmüştür.
Eğer atom Thomson ın önerdiği gibi kütle ve yükün homojen dağıldığı bir kürecik olsaydı α parçacıklarının hiç biri yollarından sapmayacak, tümü levhayı delip geçecekti. Bu sonuçlara göre Rutherford, Thomson atom modelini yıkan yeni atom modelini şu şekilde özetlemiştir. - Atomun merkezinde pozitif yüklü, atom kütlesinin büyük kısmını barındıran, çok küçük hacme sahip çekirdek (nucleus) bulunur. - Farklı element atomlarının çekirdek yüklerinin değeri farklıdır ve yaklaşık olarak elementin atom kütlesinin sayısal değerinin yarısıdır. - Bir atomun çekirdeğinin dışında birim çekirdek yükleri sayısına eşit sayıda elektron olmalıdır. (Atomun nötr olabilmesi için)
Rutherford bu nitel sonuçları nicel kanıtları ile birleştirdi ve α taneciklerinin sapmalarından yararlanarak çekirdeğin yarıçapını 10-13 cm olarak hesapladı. Bu da çekirdeğin hacminin atomun hacminden 100 bin kez küçük olduğunu ortaya koyuyordu. Ancak Rutherford un atom modeli şu soruları da beraberinde getiriyordu; - Her biri elektrondan 1836 kat daha büyük bir kütleye sahip olan pozitif yükler nasıl oluyor da böylesi küçük bir hacimde bir arada durabiliyordu? - Kütle çekiminden 10 36 kat büyük olan elektriksel çekime maruz kalan elektronlar nasıl oluyor da izledikleri çizgisel yörüngeden çıkıp çekirdeğe düşmüyordu?
Örnek 6 : Aşağıdaki ifadelerden hangisi Rutherford atom modelinde yer almaz? A) Elektronlar çekirdek etrafında yörüngelerde dolaşır. B) Atom içersinde pozitif yüklü tanecikler çok küçük bir hacimde toplanmıştır. C) Atomun kütlesi yaklaşık olarak çekirdeğin kütlesine eşittir D) Çekirdek pozitif yüklü taneciklerden oluşmuştur. E) Nötronlar atomun çekirdeğinde bulunurlar. Yanıt : E
X Işınları ve Atom Numarası X ışınları ile çalışan Moseley 1913 yılında x ışınları tüpünde farklı elementler kullanıldığında oluşan ışığın frekansının da değiştiğini ve her elementin kendine özgü bir x ışını yaydığını gördü.elementin atom kütlesi arttıkça yayılan x ışınlarının frekansı da artıyordu. Yani elementler atom numarası artışına göre dizildiğinde spektrum (tayf) çizgilerine ait frekansın karekökünün bir elementten diğerine gittikçe sabit bir miktarda arttığını belirledi.
Moseley in belirlediği elementlerin atom numarası artışına göre, spektrum çizgisi frekansının karekökü ile değişimi.
Bu tespitten hareketle Moseley, X ışınları spektrumuna dayanarak elementlerin atom numaralarını doğru bir şekilde belirledi. Moseley in deney sonuçları kimyasal tepkimelerde atom çekirdeğinin korunduğunu ama çekirdek yükü aynı olan atomların aynı kimyasal davranış gösterdiğini ortaya koydu. Yani kimyasal davranışta atom kütlesinin temel olduğu sanısı yanlıştı.
Ġzotopların farklı elementler olmadığı böylece anlaşıldı. Moseley kimyasal davranışta rol oynayan çekirdek yüküne atom numarası adını verdi. Pozitif yüklü temel birimlerin yani protonların bağımsız olarak varlığı ilk kez 1919 da yine Rutherford tarafından saptandı. Proton bulununca Rutherford ve diğer fizikçiler çekirdekle ilgili şu görüşte birleşti. Çekirdeğin içerdiği proton sayısı atom numarasına eşittir ve gözlenen atom kütlelerinin sağlanması için çekirdekte protonun yanı sıra nötral tanecikler de olmalıdır. Nötronun varlığı 1932 de Rutherford un öğrencisi Chadwick tarafından kanıtlandı. Böylece 1930 lu yılların başlarında atom altı üç temel parçacık, elektron, proton ve nötron tüm özellikleri ile belirlenmiş oldu.
23 Na 11 Verilen Sodyum Atomunda 11 proton, 12 nötron ve 11 elektron vardır. 56 26 Fe Verilen Demir Atomunda 26 proton, 30 nötron ve 26 elektron vardır.
Örnek 7 : Moseley deneylerinin sonuçları ile ilgili, I. Her elementin X ışını spektrumları diğerlerinden farklıdır. II. Elementlerin yayımladığı X ışınlarının dalga boyları ile atom numaraları arasında ilişki vardır. III. Kimyasal davranışta rol oynayan çekirdek yüküne atom numarası denir. Ġfadelerinden hangileri doğrudur. Yanıt : I, II ve III
Örnek 8 : Thomson katot ışınları ile yaptığı çalışmalarda katot ışınlarının, I. Yükünü II. Kütlesini III. Yük / Kütle oranı Değerlerinden hangilerini ölçmüştür? Yanıt : Yalnız III
Etkinlik 1 ( Boşluk Doldurma ) 1. Cisimlerin birbirine sürtünmesiyle doğan ya da aktarılan bir tür akışkana.. elektrik........ denir. 2. Cam, ipek kumaşa sürtüldüğünde. +.. kehribar ise yün kumaşa sürtüldüğünde..-. yükle yüklenir. 3. Eritilmiş hali ya da sulu çözeltisi elektrik akımını ileten maddelere.. elektrolit...... denir. 4. Elektroliz olayında indirgenmenin olduğu elektroda.. katot.... yükseltgenmenin olduğu elektroda ise.. anot..... denir. 5. Crookes tüpünde katottan anoda doğru hareket eden elektrik yüküne.. katot.... ışınları...... denir.
6. Stoney, atomlar elektrikçe yüklü iyonlar haline geldiğinde kazandıkları ya da kaybettikleri elektrik birimine. elektron..... demiştir 7. Elektronun yükü ve kütlesi. elektriksel....... ve. manyetik...... kuvvetler sayesinde ölçülür. 8. Thomson, katot ışınlarının.. e/m.... oranını belirlemiştir. 9. Faraday ın elektroliz deneylerinden çıkan sonuç;. bir. atomun.... ancak.. belirli... miktarda.... ya. da.. bir. miktarın.... basit.. tam.. katları kadar yük taşıyabilmesidir. 10. Yüksek enerjili bir ışının bir madde yüzeyine çarpmasıyla oluşan ışık yayılması olayına. flüoresans...... denir.
11. Katot ışınlarının elektrik alan içinde normal doğrusal yollarından sapma açısı ışın parçacığının, negatif.... yüküyle... doğru,... kütlesiyle..... ters.. orantılıdır. 12. Katot ışınlarının özellikleri şunlardır;.- Negatif..... yüklüdür.......... - Elektrik ve manyetik alanda sapar. - Elektriksel ve manyetik alan yokluğunda yolu çizgiseldir. - Özellikleri katodun ya da tüp içersindeki gazın türüne bağlı değildir. - Hızla akan elektronlardır.
13. Thomson atom modeli;.- Nötr.. bir.. atomda.. eşit sayıda pozitif ve negatif yükler vardır..- Atomda.... pozitif.. ve negatif yükler homojen dağılmışlardır..- Atomun.... yarıçapı.. yaklaşık 10-8 cm dir. şeklinde özetlenebilir. 14. Rutherford, Thomson ın atom modelindeki. elektronların...... pozitif yükler içinde dağıldığı düşüncesini geçersiz kılmıştır. 15. Rutherford atom modeli. atomik.... spektrumları........ açıklamada yetersiz kaldığından kısa bir süre sonra terk edilmiştir. 16. Moseley kimyasal davranışta rol oynayan çekirdek yüküne,. atom.... numarası...... adını verdi.