Atom ve Elektron

Ana Sayfa

Kimya

Atom ve Elektron

Maddenin temelinde atom adi verilen çok küçük parçaciklardan olustugu kavrami eski yunanlilara kadar uzanir.

ATOM ve elektron Maddenin temelinde atom adi verilen çok küçük parçaciklardan olustugu kavrami eski yunanlilara kadar uzanir. Milattan önce 5. yüzyilda Leucippus ve Democritus maddenin sonsuz küçük parçaciklara ayrilamayacagini öne sürdüler.Onlar,bir madde daha küçük parçalara bölünmeye devam edilirse en sonunda atomun bölünmeyecegini iddia ediyorlardi.Atom sözcügü Yunanca’da bölünmez anlamina gelen atomos sözcügünden türetilmistir

Eski yunan atom kurallari planli deneylere dayanmiyordu.Bunun için yaklasik 2000 yillik bir zaman süresince atom kurami sadece tartisilmaktan öteye gidilmedi.Atomlarin varligi Robert Boyle tarafindan THE SCEPTICAL CHYMIST (1661),Isaac Newton tarafindanda Principia (1687) ve Opticks(1704) kitaplarinda kabul edilmisti . Fakat John Dalton’un 1803-1808 yillari arasinda gelistirip önerdigi atom kuarmi kimya tarihinde en önemli asamalardan biri olmustur.

Elektron:

Gerek Dalton’un gerekse yunanlilarin kuramlarinda atom, maddenin en küçük tanecigi olarak kabul edilmisti.19.yüzyilin sonlarina dogru atomun kendisinin de daha küçük taneciklerden olustugu düsünülmeye baslandi.Atom hakkindaki düsüncelerde meydana gelen bu degisiklige elektrikle yapilan deneyler neden oldu.

1807-1808 yillarinda ünlü Ingiliz kimyacisi Humphry Davy bilesikleri ayristirmak için elektrik kullanarak bes element (potasyum,sodyum,kalsiyum,stronsiyum ve baryum) buldu.Bu çalismalarina dayanarak Davy , bilesiklerde elementlerin elektriksel nitelikli çekim kuvvetleriyle bir arada tutulduklarini önerdi.

Vakumdan elektrik akiminin geçirildigi deneyler 1859 da Julius Plücker katod isinlarini bulmasina yol açti.Katot isnlari elde etmek için havasi iyice bosaltilmis bir cam tüpün uçlarina iki elektrod yerlestrilir.Bu elektrodlara yüksek gerilim uygulandiginda katot adi verilen negatif elektroddan isinlar çikar.Bu isinlar negatif yüklüdür dogrusal yol izler ve katodun karsisindaki tüp çeperlerinin isik saçmasina sebep olur. 19.yüzyilin son yillarinda katot isinlari ayrintili olarak incelendi.Birçok bilim adaminin deneyleri sonucunda katot isinlarinin hizla hareket eden eksi yüklü parçaciklar oldugu ortaya çikti ve bu parçaciklar daha sonra Stoney’in önerdigi gibi elektron adi verildi.

Katottan çikan elektronlar katot için hangi metal kullanilirsa kullanilsin ayni özelliktedir.Zit yükler birbirini çektiginden katot isinlarini olusturan elektron hüzmeleri yollari üzerinde üstte ve altta bulunan zit yüklü iki levha arasindan geçerken pozitif yüklüsüne dogru çekilirler.Demek ki bir elektrik alani içinde katot isinlari normal dogrusal yollarindan saparlar.Bu sapmanin açisi :

1. Tanecik yükü ile dogru orantilidir.Yükü büyük olan tanecik az yük tasiyan tanecikten daha çok sapar.

2. Tanecik kütlesi ile ters orantilidir.Kütlesi büyük olan tanecik küçük olandan daha az sapar.
Bundan dolayi yükün kütleye orani bir elektrik alani içinde elektronlarin dogrusal yoldan ne kadar sapacagini belirler.elektronlar magnetik bir alan içinde de sapma gösterirler.Fakat bu durumda sapma uygulanan magnetik alana dik yöndedir.

Katot isinlarinin elektrik ve magnetik alanlar içindeki sapmalarini inceleyen Joseph T. Thomson , 1897’de elektron için degerini saptadi bu deger:

E/M=-1,7588.10 üzeri sekiz coul /g dir.

Coul uluslar arasi sistemde elektrik yükü birimidir.Bir kulon bir amperlik akim tarafindan iletkenin belirli bir noktasindan bir saniyede tasinan yük miktaridir.

Elektron yükünün duyar olarak ölçümü ilk defa Robert A. Milikan tarafindan 1909 da yapildi.Milikan’in deneyinde x-isinlari etkisi ile havayi olusturan moleküllerden elektronlar koparilir.Çok küçük yag damlaciklari da bu elektronlari alip elektrik yükleri ile yüklenirler.Bu yag damlaciklari iki yatay levha arasindan geçirilirler.Yag damlaciklarinin düsüs hizlari ölçülerek kütleleri hesaplanir.

Yatay levhalara elektrik akimi uygulandiginda negatif yüklü damlacik pozitif yüklü levhaya dogru çekileceginden damlacigin düsüs hizi degisir.bu kosullar altinda düsüs hizi ölçülerek damlacigin yükü hesaplanabilir.Belli bir damlacik bir veya daha çok sayida elektron alabileceginden bu yöntemle hesaplanan yükler daima birbirinin ayni degildir.Fakat bu yükler hep belli bir yük degerinin katlari oldugundan bu yük degeri bir elektronun yükü kabul edilir.

Proton:

Nötral bir atom veya molekülden bir veya daha çok elektron koparildiginda geriye kalan tanecik koparilan elektronlarin tolam eski yüküne esit miktarda arti yük kazanir.Bir neon atomundan bir elektron koparildiginda geriye kalan tanecik koparilan elektronlarin toplam eksi yüküne esit miktarda arti yük kazanir.Bir neon atomundan bir elektron koparildiginda bir Ne(+) iyonu olusur.Bir elektriksel desarj tüpünde katot isinlari tüpün içinde bulunan gaz atomlarindan ve moleküllerinden elektronlarin çikmasina sebep olduklari zaman , bu tür arti yüklü tanecikler olusur.Bu arti yüklü iyonlar eksi yüklü elektroda dogru hareket ederler.Eger katot delikli bir levhadan yapilmissa arti yüklü iyonlar bu deliklerden geçerler.katot isinlarinin elektronlari ise ters yönde hareket ederler.

Pozitif isinlar adi verilen bu arti yüklü iyon demetleri ilk defa 1886 da Eugen Goldstein tarafindan bulundu.Pozitif isinlarin elektrik ve magnetik alanlarin etkisinde sapmalari ise 1898 de Wilhelm Wien ve 1906 da J.J. Thomson tarafindan incelendi.Arti yüklü iyonlar için e/m degerlerinin saptanmasina , katot isinlarinin incelenmesinde kullanilan yöntemin hemen hemen aynisi kullanildi.Desarj tüpünde degisik gazlar kullanildigi zaman degisik tür arti yüklü iyonlar olusur.

Proton adi verilen bu tanecikler bütün atomlarin bir bilesenidir.Protonun yüklü elektronun yüküne esit fakat ters isaretlidir.

Bu yüke yük birimi denir.Proton arti bir elektrik yük birimine , elektron ise eksi bir elektrik yük birimine sahiptir.(Protonun kütlesi elektronun kütlesinin 1836 katidir).

Nötron:

Atomlar elektrik yükü bakimindan nötral olduklarindan bir atomun içerdigi proton sayisi elektron sayisina esit olmalidir. Atomun toplam kütlesini açiklayabilmek için 1920 de Ernest Rutherford atomda yüksüz bir tanecigin var oldugunu savundu. Bu tanecik yüksüz oldugundan onu incelemek ve tanimlamak zordu. Fakat 1932 de James Chadwick nötronun varligini kanitlayan çalismalarini sonuçlarini yayinladi.Chadwick, nötronlarin olustugu bazi nükleer tepkimelerin verilerinden nötronun kütlesini hesaplayabildi.Bu tepkimelerde kullanilan ve olusan bütün taneciklerin kütlelerini ve enerjilerini göz önüne alarak Chadwick nötronun kütlesini hesapladi.Bu kütle protonun kütlesinden biraz daha büyüktü.

Günümüzde daha birçok atom alti tanecik bulunmustur.Fakat bu taneciklerin atom yapisi ile olan iliskisi çok iyi bilinmemektedir.Kimyasal çalismalar için atomun yapisi elektron , proton ve nötronun varligina dayanarak yeterince açikliga kavusturulmustur.

IZOTOPLAR

Belli bir elementin bütün elementlerinin atom numarasi aynidir. Fakat bazi elementler kütle numarasi bakimindan farklilik gösteren çesitli tipte atomlardan olusmustur.Ayni atom numarasina fakat farkli kütle numarasina fakat farkli kütle numarasina sahip atomlara IZOTOP atomlar adi verilir.

Görüldügü gibi izotoplar çekirdeklerindeki nötron sayisi bakimindan farklidirlar;bu da dogal olarak atom kütlelerinin farkli oldugu anlamina gelir.Bir atomun kimyasal özellikleri ilke olarak atom numarasi ile belirtilen proton ve elektron sayisina baglidir. Bundan dolayi bir elementin izotoplari birbiri ile hemen hemen ayni olan kimyasal özelliklere sahiptir.Bazi elementler dogada tek bir izotop halinde bulunurlar.Fakat çogu elementlerin birden çok izotopu vardir.Örnek olarak kalayin 10 dogal izotopu vardir.

Kütle spektrometresi bir elementte kaç izotop bulundugunu , her izotopun tam olarak kütlesini ve bagil miktarini saptamak için kullanilir.Buharlastirilmis madde , elektronlarla bombardiman edilerek arti yüklü iyonlar olusturulur.Bu iyonlar eksi yüklü bir levhaya dogru çekilerek bu levha üzerinde bulunan dar bir araliktan hizla geçirilirler.

Iyot demeti bundan sonra magnetik bir alan içinden geçirilir.yüklü tanecikler magnetik bir alan içinde dairesel bir yörünge izlerler.Tanecigin yükü arttikça dogrusal yörüngesinden sapma da artar.Bu nedenle , magnetik bir alanda arti yüklü bir iyonun izledigi dairesel yörüngenin yariçapi o iyonun e/m degerine baglidir.

Degisik e/m degerine sahip iyonlarin bu son araliktan geçmesi ise magnetik alan siddeti veya iyonlari hizlandirmak için kullanilan voltaj ayarlanarak saglanir.Böylece aygittaki farkli iyon türlerinden her biri bu araliktan ayri ayri geçirilirler.Detektör her farkli iyon demetinin siddetini ölçer ; bu iyon siddeti örnekte bulunan izotoplarin bagil miktarina baglidir.

Atom Numarasi ve Periyotlar yasasi

19.yüzyilin baslarinda kimyacilar elementler arasinda bulunan fiziksel ve kimyasal benzerliklerle ilgilendiler.1817 ve 1829 da Johann W. Döbereiner “triad” lar adini verdigi element serileri (Ca,Sr,Ba;Li,Na,K;Cl,Br,I;S,Se,Te) hakkindaki incelemelerini yayinladi burada her seriyi olusturan elementler birbirine benzeyen özeliklere sahip olup serideki ikinci elementin atom agirligi yaklasik diger iki elementin atom agirliklarinin ortalamasina esittir.

Bunu izleyen yillarda birçok kimyaci elementleri benzeyen özellikleri açisindan siniflandirmayi denedi.1863-66 yillarinda John A. R. Newlands “oktavlar yasasi” ni önerip gelistirdi.Newlands a göre elementler atom agirliklarinin artis sirasina göre dizildiklerinde sekizinci element birinciye , dokuzuncu element ikinciye benziyor ve bu durum böylece devam ediyordu.Newlands bu iliskiyi müzik notalarindaki oktavlara benzetti.Fakat gerçek iliski Newlands’in varsaydigi kadar basit degildi.Newlands in çalismalari dayanaksiz bulunmus ve diger kimyacilar tarafindan ciddiye alinmamistir.

Elementlerin modern periyodik siniflandirilmasi Julius Lothar Meyer ve özellikle Dimitri Mendeleev ‘in çalismalarina dayanir.Mendeleev periyodik bir yasa önerdi ; bu yasaya göre elementler atom agirligi artisina göre incelendiginde , özelliklerindeki benzerlikler periyodik olarak tekrarlanir.Mendeleev in çizelgesinde benzer elementler grup adi verilen dikey sütunlarda toplanir.

Ayrica Mendeleev in çizelgesinde henüz bulunmamis elementler için bos yerler birakti ve çizelgede olmayan elementlerden üç tanesinin özelliklerini önceden belirtti.Hemen sonra Mendeleev in öngördügü özelliklerin çoguna sahip olduklari belirlenen Skandiyum,galyum ve germanyum elementlerinin bulunmasi periyodik sistemin dogru oldugunu gösterdi.Asal gazlarin varligi Mendeleev tarafindan öngörülmedigi halde bu elementler 1892-98 yillari arasinda bulunduktan sonra periyodik çizelgedeki yerlerine oldukça iyi bir sekilde uydular.

Periyodik çizelgedeki plana göre K,Ni ve I elementlerinin atom agirliginin artisina göre belirlenmis dizilisinin disinda yer almamalari gerekliydi.Örnegi iyot atom agirligina göre 52 numarali element olmaliydi.Fakat kimyasal açidan benzedigi F,Cl ve Br elementleri ile ayni gurupta olabilmesi için iyot keyfi olarak 53 numarali element oldu.Periyodik siniflandirmanin daha ayrintili olarak incelenmesi ile bir çok arastirici periyodik özelligin,atom agirligindan çok , baska bir temel bagli olduguna inandi.Bu temel özelliginde o zamanlar periyodik sistemden çikarilan ve sadece bir seri numarasi olan atom numarasi ile iliskisi oldugunu ögrendi.

1913-14 yillarinda Henry G. J. Moseley in çalismalari bu problemleri çözdü.Yüksek enerjili katot isinlari bir hedefe odaklandiginda X-isinlari olusur.Bu X-isinlari çesitli dalga boylarindaki bilesenlere ayrilabilir ve bu sekilde elde edilen çizgi spektrumlari da fotografik olarak kaydedilebilir.Hedef olarak degisik elementler kullanildiginda degisik X-isinlari spektrumlari elde edilir ve her spektrum sadece birkaç karakteristik spektral çizgi içeren X-isinlari spektrumu vardir.

Moseley atom numaralari 13 ile 79 arasinda olan 38 elementin X-isinlari spektrumunu inceledi.Her elemen için o elemente karsilik gelen karakteristik spektrum çizgisini kullanan Moseley , elementin atom numarasi ile çizgi frekansinin kare kökü arasinda dogrusal bir iliski oldugunu buldu.Baska bir degisle elementler atom numarasi artisina göre dizildiginde spektrum çizgisi frekansinin karekökü bir elementten digerine gittikçe sabit bir miktarda artar.

Bundan dolayi Moseley X-isinlari spektrumuna dayanarak elementlerin dogru atom numaralarini tahmin edebildi.Böylece atom agirliklari komsu atomlarinkine uygun düsmeyen K,Ni ve I un siniflandirilmasi problemi de çözümlenmis oldu.Diger taraftan Moseley Ce den Lu e kadar olan seride 14 element bulunmasi ve bu elementlerin ve bu elementlerin periyodik çizelgede Lantan’dan sonra gelmeleri gerektigini bildirdi.Moseley’in diagramlari ayrica 79 numarali elementten önce henüz o zamana kadar bulunmamis 4 elementin var olmasi gerektigini de gösterdi.Nihayet Moseley’in çalismalarina dayanarak periyodik yasa “Elementlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri atom numarasinin periyodik fonksiyonudur” seklinde tekrar tanimlandi.

Moseley in atom numaralari ile Rutherford un tanecikleri saçilma deneyinden hesapladigi çekirdek yükleri oldukça iyi bir uyum içindeydi.buna dayanarak Moseley atom numarasinin atom çekirdeginde bulunan arti birimlerin sayisi oldugunu önerdi.

Moseley ayrica, atomda bir elementten digerine gidildikçe artan temel bir nicelik bulundugunu ifade ederek bu niceligin ancak merkezdeki arti yüklü çekirdegin yüklü olabilecegini belirtti.

X-isinlari , görünür isiktan çok daha kisa dalga boylarina ve dolayisiyla daha yüksek frekans ve enerjilere sahip elektro magnetik isinlardir.Bir elementin x-isinlari spektrumunun olmasina hedef element atomlarinda meydana gelen elektron geçislerinin sebep olduguna inanilmaktadir.X-isinlar tüpüne katot isinlari , hedefteki atomlarin iç kabuklarindan elektronlar koparirlar.Dis kabuktaki elektronlar iç kabuklarda olusan bu bosluklari doldurduklari zaman x-isinlari yayinlanir.Bir atomda elektronun , yüksek bir enerji düzeyinden K düzeyine geçmesi sonucu oldukça bir büyük bir miktarda enerji açiga çiktigindan , elde edilen radyasyonun frekansi yüksektir.Buna karsi gelen dalga boyu da x-isinlarina özgü olup kisadir.

Bir elektron geçisi sirasinda açiga çikan radyasyonun frekansi ayrica atom çekirdegindeki yüke baglidir.Açiga çikan bu enerjinin miktari çekirdek yükünün karesi ile dogru orantilidir.Çekirdegin yükü arttikça açiga çikan enerji artar ve yayinlanan radyasyonun dalga boyu kisalir.Moseley in gözlemleri de bu iliskiyi yansitmaktadir.

Yorum (1)