ATOM TEORİLERİ

Dalton Atom Modeli : Atomu ve atomun yapısını bilimsel anlamda ilk inceleyen kişi İngiliz kimyacı John Dalton'dur. John Dalton'un ortaya attığı atom teorisine kendi adı verilmiştir.

Dalton atom teorisine göre;

1. Tüm maddeler atom adı verilen küçük parçacıklardan oluşmuştur.

2. Bir elementin tüm atomlarının büyülük ve ağırlıkları aynıdır.

3. Farklı elementlerin atomları birbirinden tamamen farklıdır.

4. Atomlar parçalanamaz ve yeniden oluşturulamaz.

5. Kimyasal tepkimelerde atomlar korunur.

6. Atomlar içi dolu küre şeklindedir.

Thomson Atom Modeli: Thomson yaptığı deneyle, gerilim uygulanan katot ışınları tüpündeki, katot ışınlarının pozitif kutup tarafından çekilirken negatif kutup tarafından itildiğini fark etti. Bu deney sonucunda elde ettiği modele göre elektronlar atom içerisinde rasgele dağıldığı için bu modele, "üzümlü kek" modeli de denilir

Bu deney sonucuna göre;

1. Atomlar çapı yaklaşık olarak 10^{-18 cm olan kürelerdir.}

2. Elektronun kütlesi pozitif yüklerin kütlesinden çok küçük olduğundan atomun kütlesi yaklaşık olarak pozitif yüklerin kütlesine eşittir.

3. Elektriksel dengeyi sağlayacak şekilde pozitif ve negatif yükler küre içerisine dağılmıştır.

Rutherford Atom Modeli: Rutherford yaptığı çalışmalar ile bu gün kullanılan atom modeline çok yakın bir model elde etmiştir. Rutherford atom modelini elde etmek için radyo aktif bir element olan ve sadece alfa ışınımı yayan radyum elementini kullanmıştır. Yaptığı deneyde oldukça ince altın bir sacı alfa ışınları ile bombardıman etmiş ve sonuçta alfa ışınlarının çoğunun sactan geçtiğini gözlemlemiştir. Alfa taneciklerinin çoğu sacdan geçebildiğine göre atomun yapısında büyük boşluklar olması gerektiğini farketmiştir. Ayrıca alfa taneciklerinden bazılarının yönleri saparken, bazıları da 90^o 'ye yakın bir açıyla geri yansımıştır (alfa taneciği "+" yüklü olduğundan bu deneyde 90^o ile geri yansıyan alfa tanecikleri çekirdeğe çarpan , yönleri sapan tanecikler ise çekirdeğe çok yakın geçen taneciklerdir). Bu yansıma ve sapmalar sayesinde atomun merkezinde artı yüklü bir çekirdek olması gerektiğini fark eden Rutherford kendi adı ile anılan bir atom teorisi ortaya atmıştır.

Rutherford atom modeline göre;

1. Atomun kütlesinin tamamına yakın bir kısmı atomun merkezindeki çekirdekte yer almaktadır.

2. Elektronlar çekirdek etrafındaki dairesel yörüngelerde dolanmaktadır.

3. Elektronların bulunduğu hacim çekirdeğin hacminden çok küçüktür.

4. Çekirdekteki yük miktarı bir elementin tüm atomlarında aynı farklı elementlerin atomlarında farklıdır.

5. Atomun çekirdeğindeki yük sayısı, elektron sayısına eşittir ve çekirdekteki pozitif yüklerin kütlesi yaklaşık olarak atom kütlesinin yarısına eşittir. 

Bohr Atom Modeli: Bohr yaptığı çalışmalarda Rutherford atom modeline göre, elektronların çekirdek etrafında dönmeleri ile enerji yaymaları sonucunda enerjilerinin azalacağını ve çekirdek üzerine düşeceklerini hesapladı, fakat böyle bir elektron düşmesi gerçekleşmediği için Rutherford atom teorisinin bazı yanlışlıklarının olması gerektiğini fark etti ve bu teoriye bazı eklemeler yaptığı yeni bir atom modeli ortaya attı.

Bohr atom modeline göre;

1. Elektronlar çekirdek çevresinde rasgele dairesel bir yörüngede değil, belli enerjiye sahip olan dairesel yörüngelerde bulunabilirler. Bu yörüngelere enerji seviyesi adı verilir.

2. Elektronlar bulundukları enerji seviyesinin enerjisine sahiptir. Enerji seviyeleri atom çekirdeğine yakınlığına göre n = 1, 2, 3, 4, 5, 6 gibi tamsayılarla veya K, L, M, N, O, P, Q gibi harflerle ifade edilirler.

3. Yüksek enerji düzeyinde bulunan bir elektron daha düşük enerji düzeyine geçerse fotonlar halinde ışık enerjisi yayar, tersi bir şekilde bir elektron bulunduğu enerji düzeyinden daha yüksek bir enerji düzeyine geçebilmek için dışardan enerji almalıdır. Bir atomun elektronları dışardan enerji alarak yüksek enerji düzeyine yükselirse bu atoma "uyarılmış atom" denir.

Modern Atom Modeli: Şu an kullanılmakta olan atom modeli modern atom modelidir. Bu teoriye göre elektronlar çok küçük tanecikler oldukları için herhangi bir andaki yeri kesin olarak bilinemez.

Modern atom modeline göre;

1. Çekirdeğin çevresinde "n" baş kuvant sayısıyla ifade edilen enerji düzeyleri bulunur. 7 tane enerji düzeyi belirlenmiştir.

2. Elektronların herhangi bir an için yerleri kesin olarak bilinemez, fakat elektronların bulunma ihtimallerinin yüksek olduğu bölgeler vardır. Bu bölgelere orbital adı verilir. Bir orbitalde en fazla iki elektron bulunabilir ve bir atomda s, p, d ve f olmak üzere dört çeşit orbital vardır.

Modern Atom Teorisi

Modern Atom Modeli Bohr atom modeli, tek elektronlu türlerin davranışlarının açıklanmasında başarılı olmakla birlikte, çok elektronlu atomların davranışlarını açıklamada yetersiz kalmıştır. Modern atom teorisine göre , Bohr atom teorisindeki gibi elektronları yörüngelerde sabit hızla dönen tanecikler olarak düşünmek yanlıştır. Çünkü elektronun hızı ve yeri için kesin bir şey söylenemez. Elektronun bulunma olasılığının olduğu yerlerden bahsedilir. Modern atom teorisinin modelinin varsayımları şunlardır:

1. Elektronlar çekirdek çevresinde belirli enerji düzeylerinde bulunur. Her enerji düzeyi “n” ile belirtilir. Bu enerji düzeylerine baş kuant sayısı denir. Baş kuant sayısı orbitallerin çekirdekten ortalama uzaklığını ya da enerjisini belirler. Çekirdekten uzaklaştıkça enerji artar. Çünkü protonların elektronları çekim gücü azalır, buna bağlı olarak da elektronların hareketi ve enerjisi artar.

2. Elektronlar hem kendi çevrelerinde hem de çekirdek çevresinde döner. Elektronun kendi ekseni etrafında dönme hareketine spin hareketi, çekirdek çevresindeki dönme hareketine de orbital hareketi denir. Çekirdek çevresinde dönmeleri sırasında elektronların bulunma ihtimalinin yüksek olduğu geometrik bölgelere orbital denir. Dört çeşit orbital vardır. s orbitali: Küresel bir şekle sahiptir. Birinci enerji düzeyinden itibaren her enerji düzeyinde bir tane s orbitali bulunur. En çok iki elektron alır. p orbitali: İkinci enerji düzeyinden itibaren her enerji düzeyinde vardır. p orbitalleri, px , py ve pz olmak üzere üç çeşittir. Aynı enerji düzeyinde bulunan üç orbitalin de enerjileri birbirine eşittir.en çok altı elektron alır. d orbitali: Üçüncü enerji düzeyinden itibaren her enerji düzeyinde vardır. Beş çeşit d orbitali vardır. Aynı enerji düzeyindeki beş orbitalin enerjileri birbirine eşittir. En çok on elektron alır.

f orbitali: Dördüncü enerji düzeyinden itibaren her enerji düzeyinde enerjileri birbirine eşit yedi tane f orbitali vardır. En çok on dört elektron alır. Elektron Dizilişleri: Elektronların orbitalleri doldurmasında belirli kurallar vardır. Bunlar şöyle özetlenebilir: Elektronlar öncelikle enerjisi en az olan orbitali doldurur. Bir orbitalin enerjisi çekirdeğe yaklaştıkça azalır. Aynı temel enerji düzeyindeki orbitallerin enerjileri arasındaki ilişki s < p < d < f şeklindedir. Buna göre enerjisi en az olan orbital 1s dir. Bir orbital en fazla iki elektron taşıyabilir. Bir orbitaldeki iki elektronun dönme yönleri zıttır. bu ilkeye Pauli dışlama ilkesi denir. Elektronların bu şekilde dönmeleri, oluşturdukları manyetik alan yönlerinin zıt olmasını sağlar. Bu şekilde elektronlar sanki zıt kutupları yan yana getirilmiş iki mıknatıs gibi birbirini çeker. Şu anda uygulanan en düşük enerjiden en yükseğe doğru elektronların sıralanışı , 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 şeklinde devam eder. Bir orbital ve içindeki elektronlar, bir çember ve içine çizilen çapraz çizgi veya oklarla gösterilir. 1H: 1s1 2He: 1s2 5B: 1s2 2s2 2p1 Aynı temel enerji düzeyindeki eş enerjili orbitallere elektronlar önce teker teker girer. Tüm orbitaller yarı dolu hale geldikten sonra orbitaller tam dolu hale geçmeye başlar. Bu kurala Hund (Hunt) kuralı denir. 6C: 1s2 2s2 2p2 8O: 1s2 2s2 2p4 10Ne: 1s2 2s2 2p6 Bir atomdaki orbitallerin tümünün tam dolu veya bazılarının tam dolu diğerlerinin yarı dolu olması hâline küresel simetrik elektron dizilişi denir. Elektron dizilişi s1, s2, p3, p6, d5, d10, f7, f14 ile biten atomlar küresel simetrik elektron dağılımına sahiptir. Bu tür atomlar, diğerlerine göre daha düşük enerjili olup daha kararlı yapıdadır. Küresel simetri nedeniyle elektron dizilişlerinde aşağıdaki değişmeler olur. ns2 (n–1) d4 yerine ns1 (n–1) d5 ns2 (n–1) d9 yerine n s1 (n–1) d10 Örneğin 24Cr ün elektron dizilişi : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4 şeklinde değil 24Cr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 şeklinde yazılır. Aynı durum 29Cu da da vardır. 29Cu un gerçek elektron dizilişi ise, 29Cu: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 şeklinde yazılır. Bu değişmeler yalnız ns ve (n–1) d orbitalleri arasında olur. Diğerlerinde bu tür değişme yoktur. Elektron Dizilişlerinin Kısa Yazılışı Atomların elektron dizilişleri soy gaz olarak bilinen ve elektron dizilişleri s2 p6 ile biten elementlerden yararlanılarak kısaltılabilir. Örneğin; 10Ne : 1s22s22p6, 11Na : 1s22s22p63s1 dir. Na un ilk 10 elektronunun dizilişi Ne daki gibidir. Bu nedenle Na un elektron dizilişi; 11Na: [Ne] 3s1 şeklinde kısaltılabilir. Uyarılmış Atomların Elektron Dizilişi Uyarılmış atomların elektronlarından bazıları temel hal enerji düzeyinden daha yüksek enerji düzeylerine atlamış durumdadır. 11Na : 1s22s22p63s1 (temel hâl) 11Na : 1s22s22p63p1 (uyarılmış hâl) Değerlik Elektronları Bir atomda iç enerji düzeylerindeki elektronlar atom çekirdeğine daha yakın olduklarından atoma daha sıkı bağlıdır. Ancak en dış enerji düzeyindeki elektronlar atoma daha gevşek bağlıdır. Elementlerin tepkimeye girerken aldıkları, verdikleri veya ortaklaşa kullandıkları elektronlar, atomun en dış katmanındaki bu gevşek bağlı elektronlardır. Elementlerin kimyasal özelliklerini belirleyen bu elektronlara değerlik elektronları denir. Değerlik elektron sayıları aynı olan elementlerin kimyasal özellikleri benzerdir.

İyonların Elektron Dizilişi Negatif yüklü bir iyonun elektron dizilişlerinde iyonun sahip olduğu toplam elektronlar en düşük enerjili orbitalden başlanarak orbitallere yazılır. Nötr azotun elektron dizilişi: 7N: 1s22s23p3 tür N–3 iyonunun elektron dizilişi; 7N–3: 1s22s22p6 dır. Pozitif yüklü bir iyonun elektron dizilişlerinde, önce atomun nötr haldeki elektron dizilişi yazılır. Sonra yüksek enerjili orbitallerden başlanarak yük sayısı kadar elektron orbitallerden çıkarılır. 17Cl : 1s22s22p63s23p5 17Cl+5 : 1s22s22p63s2 Geçiş elementlerinde, önce en yüksek enerji düzeyindeki s orbitallerinden, sonra da bir alt enerji düzeyindeki d orbitallerinden elektronlar koparılır