ATOM MODELLERİ
A.)Dalton Atom Modeli (1803): İlk bilimsel atom modeli olarak kabul edilir.
Dalton’a göre;
1.) Madde çok küçük, yoğun bölünemez atomlardan oluşmuştur.
2.) Bir elementin atomları şekil, büyüklük ve kütlece birbirinin aynıdır.
3.) Bir elementin kimyasal tepkimelere katılabilen en küçük parçası atomdur.
4.) Farklı element atomlarının belirli oranlarda birleşmesiyle moleküller oluşur.
Bugün için 1. ve 2. madde geçerli değildir. Çünkü günümüzde atom parçalanabilmekte ve bir elemen-tin değişik kütleli atomlara sahip olduğu (izotop) bilinmektedir.
B.) Thomson Atom Modeli (1897): Dalton atom modelini geliştiren J.J.Thomson, atomun yapısında (+) ve (-) yüklerin bulunduğunu ileri sürmüştür. Thomson’un atom modeline üzümlü kek modeli de denir. Thomson’a göre;
1.) Atomlar küre şeklinde olup yarıçapları yaklaşık 10-8 cm’dir.
2.) Atom elektriksel olarak yüksüzdür. Yani atomdaki (+) yük sayısı kadar (-) yük (elektron) vardır.
3.) Elektronlar atom içinde homojen olarak dağılmışlardır.
Thomson modelinde bugün için 3. madde geçersizdir.
C.) Rutherford Atom Modeli (1911): 1907’de Henry Becquerel bazı maddelerin kendiliklerinden alfa, beta parçacıkları yayımlayarak parçalandıklarını buldu. Bu ışınların ince metal levhalardan geçe-bildiklerini, çinko sülfürlü veya fosforlu yüzeylere çarptıklarında ışıldama olayı meydana geldiğini belirledi.
1909’da Rutherford, α (alfa) ışınları ( He+2 tanecikleri) ile “α ışınları saçılma deneyi “ olarak adlan-dırılan denemeler yapmıştır. Çok ince (10-4-10-5 cm kalınlığında) altın levhayı α ışınları ile bombardı-man ederek, ışınların izledikleri yolu takip etti.
Deney sonunda aşağıdaki sonuçları buldu.:
1.) Alfa taneciklerinin çoğunluğu hiçbir sapmaya uğramadan levhayı geçmiştir.
2.) Çok az sayıda tanecik levhayı geçerken sapmaya uğramıştır.
3.) Çok az sayıda tanecik levhayı geçmeden geri yansımıştır.
Eğer atom Thomson’un ileri sürdüğü gibi homojen yapıda olsaydı, bütün alfa taneciklerinin levhayı geçmesi gerekirdi.Alfa taneciklerinin çok az kısmının yolundan sapması veya geri dönmesi, atom için-de (+) yüklü ve çok küçük hacimli bir bölüm olduğunu gösterir. Bu nedenle Rutherford, pozitif yükün ve kütlenin atom merkezinde çok küçük bir hacimde toplandığını düşündü. Bu bölüme çekirdek adını verdi. Deney sırasında yolundan sapan veya geri dönen alfa taneciklerinin, çekirdeğe isabet eden tanecikler olduğunu belirtti.
Rutherford, deneylerinin sonuçlarını açıklamak için “ çekirdekli atom modeli “ olarak bilinen bir model ileri sürmüştür. Rutherford atom modeline göre;
1.) Bir atomun kütlesinin çok büyük bir kısmı ve pozitif yükün tümü , çekirdek denen çok küçük bir bölgede toplanmıştır.Atomun büyük bir kısmı boşluktur.
2.) Pozitif yükün büyüklüğü atomdan atoma değişir ve elementin atom ağırlığının yaklaşık yarısıdır.
3.) Çekirdeğin dışında çekirdek yüküne eşit sayıda elektron bulunur. Atom elektrik yükü bakımından nötrdür.
Rutherford atom modeli, atomdaki elektronların hareketlerini ve elektronların niçin çekirdek üzerine düşmedikleri sorusunu cevaplayamamaktadır.
Atomun Temel Tanecikleri ve İzotop Atomlar:
Atomun temel tanecikleri; atom çekirdeğinde bulunan (+) yüklü protonlar, yüksüz nötronlar ve çekirdek çevresindeki enerji seviyelerinde bulunan (-) yüklü elektronlardır.
Bir protonla nötronun kütlesi yaklaşık olarak birbirine eşit, bir elektronun kütlesi ise
bir proton veya nötron kütlesinin yaklaşık 1/1840’ı kadardır.
Tanecik
|
Simgesi
|
Yük (C)
|
Birim yük
|
Kütle (kg)
|
Bağıl kütle (akb)
|
Proton
|
p
|
+1,602.10-19
|
+1
|
1,673.10-27
|
1,0073
|
Nötron
|
n
|
0
|
0
|
1,675.10-27
|
1,0087
|
Elektron
|
e
|
-1,602.10-19
|
-1
|
9,109.10-31
|
0,0005486
|
Şekil: Atomun temel taneciklerinin özellikleri.
Daha sonraki yıllarda yapılan çalışmalar sonucu atomda, proton, nötron ve elektron dışında çok sayıda taneciğin bulunduğu anlaşılmıştır. Ancak atomların davranışlarını proton, nötron ve elektron sayıları belirler.
Bir atomun çekirdeğindeki proton sayısına çekirdek yükü veya atom numarası denir.
Atom numarası “Z” ile gösterilir. Z = p’dir.
Yüksüz (nötr) bir atomda Z = p = e’dir.
Atom çekirdeğini oluşturan proton ve nötronların toplam sayısına nükleon sayısı veya kütle numara-sı denir. Kütle numarası K ile gösterilir. K = p + n formülünden hesaplanır.
Bir atom elektron kazanırsa negatif (-), kaybederse pozitif (+) yüklü hale gelir.
Pozitif (+) veya negatif (-) yüklü atom yada atom gruplarına iyon denir.
Pozitif yüklü iyonlara katyon, negatif yüklü iyonlara anyon denir. Cu+2 , Fe+3 , (NH4)+1
iyonları katyon, Cl-1 , S-2 , (PO4)-3 iyonları anyon'dur. Elektriksel alanda pozitif kutba anot , negatif kutba katot denir. Anyonlar anoda , katyonlar ise katoda giderler.
*Bir atom aldığı elektron sayısı kadar negatif (-) , verdiği elektron sayısı kadar pozitif (+) yük kazanır.
X atomu 2 elektron alırsa -2 yüklü iyon haline gelir. X + 2.e- → X-2
Y atomu 3 elektron kaybederse +3 yüklü iyon haline gelir. Y → Y+3 + 3.e-
Bir elementin sembolünün sol üst köşesine kütle numarası (K), sol alt köşesine atom numarası (Z), eğer iyon ise sağ üst köşesine de yükü yazılır.
Örnek: 30 proton ve 35 nötron içeren yüksüz bir atomun;
a) Atom numarası b) Elektron sayısı c) Çekirdek yükü d) Kütle numarası nedir?
Çözüm: a) Z = p = 30’dur. b) e = p = 30’dur. c) ç.y = p = 30’dur.
d) K = p + n = 30 + 35 = 65’dir.
Örnek: 31X-3 iyonunda 18 elektron vardır. Nötron sayısı nedir?
Çözüm: p = e + yük K = p + n
p = 18 + (-3) 31 = 15 + n
p = 15’dir. n = 16’dır.
Örnek: X-3 ve 25Y+2 iyonlarının elektron sayıları eşit olup toplamı 20’dir.
a) X’in p sayısı b) Y’nin p sayısı c) Y’nin n sayısı nedir?
Çözüm:
a) 20/2 = 10’ar elektronları var. b) p = e + yük c) K = p + n
p = e + yük p = 10 + 2 25 = 12 + n
p = 10 + (-3) p = 12’dir. n = 13’tür.
p = 7’dir.
Örnek: Xa iyonunda 36 elektron vardır ve çekirdeğinde n sayısı p sayısından 12 fazladır. X’in kütle numarası 80 olduğuna göre iyonun yükü kaçtır?
Çözüm: K = p + n p = e + yük
80 = p + ( p + 12) 34 = 36 - yük
2.p = 68 yük = -2’dir.
p = 34’tür.
Örnek: (PO4)-3 iyonundaki toplam proton, nötron ve elektron sayılarını bulunuz.
Çözüm: Toplam proton sayısı her bir atomdaki protonların toplamına eşittir.
P atomunda 15 proton, O atomlarında 4.8 = 32 proton vardır.
İyonda toplam 15 + 32 = 47 proton vardır.
P atomunda 31 – 15 = 16 nötron, O atomlarında 4.(16 – 8) = 32 nötron vardır.
İyonda toplam 16 + 32 = 48 nötron vardır.
İyondaki toplam elektron sayısı; p = e + yük formülünden e = 47 + 3 = 50’dir.
Soru: (SO4)-2 , ( NH4)+1 , (Cr2O7)-2 , (HCO3)-1 iyonlarındaki toplam; proton, nötron ve elektron sayılarını bulunuz.
Örnek: X+4 iyonu Yn iyonundan 3 elektron aldığında oluşan iki iyonun yükleri eşitleniyor. Buna göre n kaçtır?
Çözüm: X+4 iyonu 3 elektron aldığında X+1 iyonu haline gelir.
X+4 + 3.e- → X+1
3 elektron verdiğinde +1 yüklü hale gelen iyon -2 yüklüdür.
Yn → Y+1 + 3.e- yarı tepkimesinde n = -2’dir.
İzotop Atomlar: Proton sayıları aynı nötron sayıları farklı olan aynı cins atomlara izotop atomlar denir. İzotop atomların atom numaraları aynı, kütle numaraları ise farklıdır.İzotop atomların kimyasal özellikleri aynı fiziksel özellikleri ise farklıdır. İzotop iyonlarda,iyon yükleri farklıysa kimyasal özel-likler de farklı olur. İzotop atomların bir elementle yaptıkları bileşiklerin formülleri aynı, mol kütleleri farklıdır. H atomunun izotopları;
Bu izotoplarla oluşturulan su’ların formülü hepsinde H2O’dur. Fakat kütle numarası 1 olan H’den oluşturulan suyun mol kütlesi 18’dir. Döteryum’dan 20, tridyum’dan 22 mol kütleli su oluşturulur. Döteryum’dan oluşturulan su; D2O , Tridyum’dan oluşturulan su; T2O formülüyle de gösterilebilir.
Tabiatta izotopları halinde bulunan bir elementin ortalama atom kütlesi, izotoplarının tabiatta bulunma yüzdelerinden hesaplanır. Ortalama atom kütlesi (OAK);
K1: 1. izotopun kütle numarası, K2: 2. izotopun kütle numarası,
Y1: 1. izotopun tabiatta bulunma yüzdesi, Y2: 2. izotopun tabiatta bulunma yüzdesidir
Örnek: Aşağıdaki tabloda boş bırakılan yerleri doldurunuz.
Madde
|
p
|
n
|
e
|
K
|
X
|
15
|
31
| ||
Y+3
|
24
|
18
| ||
Z-2
|
36
|
79
|
Örnek: Klor elementi tabiatta %75 35Cl ve %25 37Cl olmak üzere iki izotopu halinde bulunur. Klorun ortalama atom kütlesi nedir?
Çözüm:
İzoton Atomlar: Nötron sayıları aynı proton sayıları farklı atomlara izoton atomlar denir
İzobar Atomlar: Kütle numaraları aynı, atom numaraları (proton sayıları) farklı atomlara
izobar atomlar denir.
Soru:
Madde
|
p
|
n
|
e
|
K
|
X
|
22
|
47
| ||
Y+2
|
24
|
20
| ||
Z-3
|
16
|
18
| ||
K+6
|
10
|
32
| ||
T+3
|
24
|
20
|
Tabloya göre birbiriyle izotop, izoton ve izobar olanları gösteriniz.
Cevap: X ile Y izotop, Z ile K ve Y ile T izoton, X ile T izobardır.
Örnek:
Allotrop:
Aynı cins atomlardan meydana gelen, ancak atomlarının uzaydaki dizilişleri, bağları, bağ açıları farklı olan maddeler allotrop’turlar. Allotropların kimyasal özellikleri aynı fiziksel özellikleri farklıdır.Allotropların reaksiyona girme istekleri farklıdır.
Örneğin elmas ve grafit allotropturlar. Her ikisi de C atomlarından meydana gelmiştir. Ancak C atomlarının dizilişleri farklıdır.
Elmas grafite göre; çok serttir, özkütlesi büyüktür,erime ve kaynama noktası yüksektir. Elektriği iletmez. Bir C atomu başka dört karbon atomuna tek bağlarla (4 sigma bağı ile) bağlıdır. Grafitte bir
C atomu başka üç C atomuna bağlı olup bağların biri çift bağdır. Yani her C atomu 3 sigma 1 pi bağı yapmıştır.C atomları elmasta düzgün dörtyüzlü, grafitte düzlem üçgen şeklinde bir yapı oluştururlar.
Bazı önemli allotroplar;
Elmas ile grafit, Oksijen (O2) ile ozon (O3), Kırmızı fosfor ile beyaz fosfor, Rombik kükürt ile monoklinik kükürt.
*Allotroplar aynı elementle reaksiyona girerlerse, aynı ürünü oluştururlar.
Ca + 1/2 O2 → CaO
Ca + 1/3 O3 → CaO