Atom kuramlari

Prof.Dr. İbrahim USLU

Atom Kuramları



•Atom bir elementi meydana getiren ve o elementin

bütün fiziksel-kimyasal özelliklerini taşıyan en

temel yapıtaşıdır.

•Atomun maddenin bölünemez en küçük parçası

olması fikri ve ilk atom modeli eski Yunanistan’da

Lökipos, Demokritus ve Epikür’e kadar uzanır.

•Bu dönemlerde atomların neden bir araya gelerek

maddeyi oluşturduklarını izah edebilmek için

atomların bazılarının çengelli oldukları gibi hayali

modeller üretilmiştir.

•Ancak kimyasal ilkelere dayanan ilk atom modeli

19. yüz yılın başında Dalton tarafından önerilmiştir.

Atomun Yapısı

http://chemsite.lsrhs.net/c_AtomicTheory/Images/overheads_screen/Democritus_large.jpg


Demokritos

• Demokritos’a göre evren bölünemeyen atomlardan oluşmuştur

• Sonsuz sayıdaki atomlar sonsuz boşlukta hareket ederler.

• Atomların büyüklükleri, biçimleri, kütleleri değişiktir.

• Atomlar yeniden yaratılamaz ve yok edilemezler.

• Devinirler ve devindikçe de çarpışırlar. Kimileri belirsiz yönlere

savrulurken, başkaları da, biçimlerinin, büyüklük, konum ve düzenlerinin

uyumuna göre, karşılıklı kenetlenirler. Böylece çarpışan kimi atomlar bir

arada kalırlar ve sıkı sıkıya yapışırlar ve böylece insan ruhu ve zekasına

varıncaya kadar her şeyi oluştururlar. Çevreden gelen daha güçlü bir

zorunluluk onları sarsıp dağıtana değin, öylece kalırlar.

• Bütün bu oluşumlar devinen atomların birbirlerine değme, itme ve

çarpışmasıyla gerçekleşiyor.


Demokritos’un Düşünceleri


Atom Modelleri

•Dalton Atom Modeli

•J.J. Thompson Atom Modeli

•Rutherford Atom Modeli

•Bohr Atom Modeli

•Sommerfeld Atom Modeli


Dalton’un Atom Modeli

• Dalton farklı elementlerin farklı özelliklere sahip olduğuna

düşünerek, örneğin hidrojen atomlarının bir küreye

benzediğini, sodyum ve potasyum atomlarının daha çok

yumurtayı andırdığını, oksijen atomunun ortası çukur bir disk

şeklinde olduğunu düşünmüştür.


Demokritos ve Dalton’un Atom

Modellerinin karşılaştırılması


Dalton’un atom hakkında ileri sürdüğü görüşler

• Bütün maddeler, çok küçük bölünmez atomlardan oluşmuştur.

• Aynı cins elementlerin atomları birbirinin aynıdır. Diğer bir elementin

atomları ise farklıdır.

• Atomlar parçalanamaz, yok edilemez ve yoktan var edilemez.

• Atomlar belirli sayılarda birleşerek molekülleri oluştururlar. Bir bileşiğin

molekülleri birbirinin aynısıdır.

• Dalton sabit oranlar, katlı oranlar ve kütlenin korunumu kanunlarını

açıklayabildiği hâlde atomun yapısını tam olarak açıklayamamıştır.


Dalton’a göre:

• Bir elementin bütün atomları şekil, büyüklük ve kütle

yönüyle aynıdır.

• Atomlar içi dolu küreciklerdir.

• Bilinen en küçük parçacık atomdur.

• Atomlar parçalanamaz, yeniden oluşturulamaz.

• Atomlar belirli oranlarda birleşerek molekülleri meydana

getirir. Elementin bütün atomları aynı olduğu gibi bir bileşiğin

de bütün atomları aynıdır.


Dalton atom teorisindeki eksiklik ve hatalar:

• Bir elementin bütün atomları aynı değildir. O dönemde nötron tanecikleri tespit edilemediği için izotop atomların farkına varılamadı. Bir elemente ait bütün atomların proton ve elektron sayısı aynı olmak zorundadır. Nötron sayısı farklı olsa da aynı elemente aittir fakat farklı atomdur.

• Atomların içi dolu değildir. Aksine boşluklu yapıya sahiptir.

• Bilinen en küçük parçacık atom değildir.

• Bir elementin bütün atomları aynı olmadığı gibi bir bileşiğin bütün molekülleri de aynı değildir.



J. Dalton’un Eaglesfield, Cumberland’da doğdu


Thomson’un Atom Modeli

•J.J. Thomson, 1904’te düşündüğü atom

modelinde elektronlar, artı yüklü atom

kütlesinin üzerine, tıpkı bir kekteki üzümler

gibi gömülmüştür. Böylece elektronların toplam

yükü ile kürenin pozitif yükü birbirlerini yok

ediyorlardı ve atom bütünüyle yüksüz (nötr)

duruma geliyordu.

http://rds.yahoo.com/S=96062883/K=thomson/v=2/SID=e/l=IVI/SIG=12g706uo7/EXP=1128015842/*-http:/www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/fig/thomson.jpg



e-

e-e-

e- e- e-

e-e- e- e-

e- e-

e-e-

e-

J.J. Thompson ‘un üzümlü kek Atom Modeli

Pozitif yüklü

küre


Thomson atom teorisine göre

• Protonlar (+1) birim yüke, elektronlar ise (-1) birim yüke

sahiptir.

• Nötr atomda proton sayısı kadar elektron bulunmaktadır.

• Elektronların kütlesi protonların kütlesinden çok küçüktür. Bu

nedenle ihmal edilebilir.

• Protonlar ve elektronlar atomda rasgele dağılmıştır.



• Thomson’un atom modelinde artı yük atomun her yanına düzgün bir

şekilde dağılmışsa radyum kaynağından çıkan alfa tanecikleri altın

levhadaki atomun neresine gelirse gelsin hep aynı şekilde itilecek,

yönlerini değiştirmeden altın levhadan geçip hep birden kaynaktaki

deliğin tam karşısına gelen noktayı vurup ışıldatması beklenecekti. (bir

silahtan atılan mermilerin ince bir duvardan yön değiştirmeden geçmesi

gibi).

Radyum Kaynak

(alfa-parçacıkları)

Kolimator

Foil

Detector

Detector


Thomson’un atom modeli 1911’de E. Rutherford

ve arkadaşları tarafından çürütülmüştür.



Rutherford’un Atom Modeli

Rutherford flüoresan bir madde sürülmüş kabı

içine alfa tanecikleri yayan radyoaktif bir

madde koymuştu. Radyum ve polonyum gibi

radyoaktif elementler bozunmaları sırasında

yüksek enerjili alfa tanecikleri yayarlar.

Deneyde kabı delik yüzeyi önüne çok ince (10-6

cm) altın levha koyulmuştu.

Radyum Kaynak

(alfa-parçacıkları)

Kolimator

Foil

Detector

Detector

http://rds.yahoo.com/S=96062857/K=ernest+rutherford/v=2/SID=e/l=II/R=7/SS=i/OID=277a012f02466696/SIG=1irmiqmbd/EXP=1128016624/*-http:/images.search.yahoo.com/search/images/view?back=http://images.search.yahoo.com/search/images?_adv_prop=images&imgsz=all&imgc=&vf=all&va=ernest+rutherford&fr=FP-tab-web-t&ei=UTF-8&h=218&w=154&imgcurl=www.newgenevacenter.org/portrait/rutherford.jpg&imgurl=www.newgenevacenter.org/portrait/rutherford.jpg&size=5.6kB&name=rutherford.jpg&rcurl=http://www.newgenevacenter.org/sci-theo/5-3_quantum2.htm&rurl=http://www.newgenevacenter.org/sci-theo/5-3_quantum2.htm&p=ernest+rutherford&type=jpeg&no=7&tt=574&ei=UTF-8



Yapılan deneyde alfa tanecikleri gerçektende hemen

bütünüyle yön değiştirmeden altın levhadan geçmişti.

Ancak sayıları az da olsa kimi alfa tanecikleri çeşitli

açılarla yön değiştirmişti.

Hatta taneciklerin 10 binde biri de olsa bazıları ters

yönde geri fırlatılmıştı. (çok ince bir duvara sıkılan

mermilerin bazıları gerisin geriye sıkanın üstüne

geliyor).


Rutherford deneyinde ne bekledi ne buldu



• Atom çok büyük ölçüde boştur.

• Atomun çekirdeğini 1 mm çaplı bir toplu iğnenin başı kadar düşünsek atomun yarı çapını 50 m olan bir küre kadar olması gerekir.

• Elektronların bulunduğu hacim, çekirdeğin bulunduğu hacimden çok büyüktür. Atomun büyük bir kısmı boşlukluyapıya sahiptir.



• Alfa (α) taneciklerinin sapmasına yol açan yoğun kesim

çekirdekte toplanmıştır.


Rutherford Deneyinin Sonucu

• Elektronlar çekirdekten oldukça uzakta yer alırlar.


Rutherford Deneyinin Sonucu

• Elektronlarla çekirdek arasındaki etkileşme Coulomb çekim

kuvveti olup, elektronun dairesel yörüngesi üzerindeki

dolanımı elektron üzerine etki eden merkezkaç kuvveti ile

Coulomb kuvvetinin dengesi sayesinde olmaktadır.


Rutherford’n Atom Modeli

+ e-

FM

= 1

/2 m

v2

FC= kZe2/r2

Rutherford’ un öngördüğü modelde elektronlar pozitif yüklü

küre etrafında merkezkaç kuvveti (FM) ve Coulomb

kuvvetlerinin (FC) dengesi altında dönerler.


Rutherford Atom ModeliO halde atom hacminin büyük kısmı boş ancak büyük kütleli fakat

küçücük hacimli kısmında da artı yüklü tanecikler olmalıydı tıpkı

güneş sistemi gibi.

Rutherford’un gezegen modelli yada çekirdekli atom modelinde çok

küçük bir hacim kaplayan artı yüklü çekirdeğin etrafında elektronlar

gezegenlerin güneş etrafında dolanması gibi dolanırlar.

Güneş

http://rds.yahoo.com/S=96062883/K=ernest+rutherford/v=2/SID=w/l=IVI/SIG=123hoekll/EXP=1128017887/*-http:/www.rutherford.org.nz/erimgs/oprden1.jpg



Bohr Atom Modeli

• Rutherford atom modeli ilk bakışta dengeli ve kararlı gibi görülse de modelde öngörülen yörüngelerde ivmeli bir hareket yapan elektronlar Klasik Elektromagnetizma kanunlarına göre ışıma yapmalıydı ve bir süre sonra enerjisi tükenen elektron çekirdek üzerine düşecekti !..

Oysa gözlemlerden böyle bir sonuç

ortaya çıkmıyordu.

Bohr bu probleme çözüm olarak

1913 yılında kendi adı ile anılan bir

atom modeli ile çözüm sunmuştur.


Atom, pozitif yüklü bir çekirdek ile bunun etrafında dairesel yörüngeler üzerinde dolanan negatif yüklü elektronlardan

oluşmuştur ve atomun toplam yükü 0 dır.

Elektronlarla çekirdek arasındaki etkileşme Coulomb çekim kuvveti olup, elektronun dairsel yörüngesi üzerindeki dolanımı elektron üzerine etki eden merkezkaç kuvveti ile Coulomb kuvvetinin dengesi sayesinde olmaktadır.

Bohr Atom Modelinde Rutherford ile

benzerlikler


Rutherford’ un modelinden farklılıklar

• Elektronlar Klasik Elektromagnetizma Kanunlarının öngördüğü gibi dairesel donanımları sırasında yörünge değiştirmedikçe hiçbir ışıma yapmazlar

• Elektronlar aldıkları enerji ile daha üst yörüngelere geçebilir veya enerji vererek alt yörüngelere inebilirler. Bu sırada elektronun ayrıldığı ve geldiği yörüngelerdeki enerjilerin farkına eşit enerjili bir foton yayınlanır.


Bohr’un yörünge takıntısı

Gümüş Atomu


Bugün de kabul edilen Bohr atom modeline göre atomun

çekirdeği proton ve nötronlardan oluşurken elektronlar çekirdek

etrafındaki yörüngelerde dolanmaktadır.

Atomun iç Yapısı

;elektron

proton

nötron

Çekirdeğin Çapı;~ 5.10-14 m

Atomun Çapı; ~ 5.10-11 m


+FM= 1/2 mv2

Bohr Atom Modeli ile ilk defa elektronların farklı yörüngelerde

dolandığı fikri ortaya atıldı. Yörüngeler arasında elektron

geçişleri dışarıya elektromanyetik radyasyon salınmasına

neden olur.

Bohr Atom Modeli

FC= kZe2/r2


+FC= kZe2/r2

Bohr Atom Modeli ile ilk defa elektronların farklı yörüngelerde

dolandığı fikri ortaya atıldı. Yörüngeler arasında elektron geçişleri

dışarıya elektromanyetik radyasyon salınmasına neden olur.

Bohr Atom Modeli

E2

E1

hν= E1- E2

FM= 1/2 mv2


Bohr yarıçapı

metre1010x0.5292πmke2

2h

oa

h = planck sabiti = 6.626x10-34 J s

m = elektron kütlesi = 9.1x10-31 kg

k = kulomb sabiti = 8.988x109 J m/Kulomb2

e = elektron yükü=1.62x10-19 kulomb


Bohr Modeli ve atomik etkileşmeler


Bazen iki atomun çarpışmazından da elektronlar

üst enerji seviyelerine uyarılırlar


Bohr Atom Modeli


Uyarılmış

Hal


İyonlaşma


İyonlaşma


Vücudumdaki Hücrelerimde Bulunan

Atomlardaki elektronlardan bazıları Bir

Saniye sonra nerede olabilir?

• Elektronlar ışık hızına

yakın enerjileriyle her

zaman her yerde

bulunabilir.


Elektronumuz şu anda nerde


Kimin eli kimin cebinde


Demir Atomu


Değişik Büyüklükte Atomlar


Elektronların hızı yaklaşık olarak ne

kadardır?

• Elektronlar çok çeşitli hızlara sahip olabilirler.

Düşük Hız: Bir elektrik telinden akım geçerken içinde elektronların hareket ettiğini biliyoruz. 2 mm çapında ve 10 A akım taşıyan bir bakır teldeki elektronların hızı saniyede ortalama 0.024 cm civarındadır.

Yüksek Hız: Hidrojen gibi atomlarda elektronun hızı yaklaşık saniyede 2,000,000 metredir. Yani ışık hızının % 1’i civarında.

Çok Yüksek Hız: Bir çekirdek bozunmasında açığa çıkan beta (elektron) parçacığının hızı ışık hızına çok yakındır (300,000,000 m/s). Bunun yanında ,büyük çekirdekli atomların (Uranyum) en iç yörüngesindeki elektronların hızı da ışık hızına yakındır.


Yıldırım


Yıldırım

• When atoms form a compound such as in the case of salt, the electrons remain in an internally stable state; but once an electron flies off the atom, it becomes a free electron. When these electrons move to places where there are insufficient electrons, they become electric current. If there is no place for the electrons to go, and they remain in a free state, they become static electricity.Lightening is an example of electricity in nature. Lightening occurs when electrons from negatively charged clouds (water vapor) are discharged to the earth's surface or positively charged clouds.


Yüksek volt uygulayarak hasta tedavisi



Bohr ve Einstein

• Bir gün Bohr ile Einstein kırda kuantum kuramını tartışarak

geziyorlarmış.

• Tartışmanın hararetli bir anında karşılarına iri yarı bir ayı

çıkmış.

• Bohr, hemen ayakkabı bağcıklarını sıkıca bağlamak üzere

eğilmiş. Onu izleyen Einstein "Yahu Niels ne yapıyorsun,

ayıdan daha hızlı koşacağını mı sanıyorsun?" diye sormuş.

• Bohr da "Hayır Albert, ayıdan daha hızlı koşacağımı

düşünmüyorum. Sadece senden daha hızlı koşmayı

düşünüyorum" demiş!


Bohr Teorisinin Eksik Tarafları

• Bohr modeli, Rutherford atom modeline göre oldukça üstün tarafları olsa

da eksik yönleri söz konusudur.

• Bohr atom modeli yalnızca tek elektronlu H, He+ ve Li2+ atom

spektrumlarını açıklamada başarılıdır.

• Çok elektronlu sistemlerin spektrumlarını açıklamakta yetersiz

kalmaktadır.

• Bohr dairesel bir yörüngedeki elektronu merkeze doğru iten kuantlaşmış

bir açısal momentin varolduğu kabullenişinin temel bir dayanağının

olmadığını, zamanında anlamıştır.

• Bohr kuramı klasik fizikten yeni kuantum fiziğine geçiş için bir sıçrama

tahtası olmuştur. Bu nedenle Bohr kuramının bilimsel gelişimdeki önemi

küçümsenmemelidir.


Sommerfeld Atom Modeli

• 1916 –1925 arasında Sommerfeld ve daha

sonrasında Uhlenbeck ve Gouldmith ile devam

eden çalışmalar ile Kuantum Mekaniği çerçevesinde

Bohr atom modelini temel alan yeni bir Atom modeli

yaratıldı.

• Sommerfeld elektronun elips biçiminde

yörüngelerde de dönebileceğini düşündü.

• Elips biçimli yörüngede dönen elektronun hem

açısal hızı hem de çekirdeğe olan uzaklığı değişir.

• Bohr modelinde tek değişken olan dönüş açısı hızı

yerine iki ayrı kuantum koşulu ortaya çıkmış oldu

(açısal kuantum sayısı ve yarıçapsal kuantum

sayısı.


Sommerfeld ve Bohr Atom

Modellerinin karşılaştırılması


Bohr ve Kuantum Modeli


Bu modele göre atomların elektron düzeninde 4 Kuantum sayısı etkili olmaktaydı



Ana Kuantum Sayısı (n)

• Bohr atom Modelinde öngörülen n sayısı ile aynı

olup,elektronların çekirdekten olan uzaklığını gösteren R

kalınlığındaki bir ana kabuğu tanımlar n=1,2,3. . (veya

K,L,M. . ) değerleri alabilirler.


Yörünge Kuantum Sayısı (l) • R kalınlığındaki ana kabuk içindeki elektron

yörüngelerini yani alt kabuk yada alt yörünge sayısını

gösterir.

• l=0,1,2,3. . (veya s,p,d,g. . . )


Elektronun çekirdek etrafında dairesel veya eliptik kapalı bir yörünge üzerinde dolanması nedeniyle oluşan manyetik alan içinde l’nin alabileceği değerleri vermektedir. Başka bir ifade ile; l yardımcı kabuğu içinde mümkün olan yörünge düzlemlerinin sayısını vermektedir.

ml= -l, -(l-1),(-(l-2),. . . ,0,. . . (l-2),(l-1),l değerlerinin alabilir.

Magnetik Kuantum Sayısı (ml)


4. Spin Kuantum Sayısı (ms)

• 1925’de Uhlenbech ve Goudsmit, Elektronların çekirdek etrafında hızla dolanmalarının yanı sıra kendi çevrelerinde de topaç gibi dönme hareketi olduğunu düşündüler.

• Elektronun kendi ekseni etrafında dönüşünden dolayı kazandığı manyetik momentin değeri +1/2 ve -1/2 değerlerini alır ve bu değere spin kuantum sayısı değeri adını verilir.


Spin Kuantum SayısıElektronlar spinleri nedeniyle birbirine eşit fakat

zıt yönde bir manyetik momentuma sahip olurlar.

Yukarı spin

Aşağı spin



Modern atom modeli

http://superstruny.aspweb.cz/images/fyzika/relativity/mass_energy.gif

http://superstruny.aspweb.cz/images/fyzika/space_topology.gif

http://superstruny.aspweb.cz/images/fyzika/heim/dynafoam2.gif

http://superstruny.aspweb.cz/images/fyzika/spaceevol.gif


H2+ Molekülü

http://superstruny.aspweb.cz/images/fyzika/emgpole.avi


Trityumun Molekül Yapısı


Hidrojen Atomu • Hidrojen Atomunun en belirgin özelliği de, dalga boyu 21 cm olan

radyasyon yaymasıdır.

• Bu uzunluk tüm evrende aynı olduğu için evrensel sabit adını alır ve

bilim adamları, diğer dünyalarla radyo iletişimi kurma çalışmalarında

hidrojen dalgası kullanırlar.

• Eğer o dünyalarda zeki yaratıklar yaşıyorsa 21 cm dalga boyunun ne

anlama geldiğini bilmeleri gerekmektedir.


Hidrojen Atomu ve 21 cm evrensel sabit


21 cm dalga boyu gözlemi



+ n=1 n=2 n=3l=0

l=0

l=0

l=1

l=1

l=2

m=0 Düzlemi

R

S=-1/2

S=1/2


Modern Atom ModeliKlasik fiziğe göre, bir atom protonun etrafında belirli bir geometrik yörüngede

(dairesel ya da eliptik) dönen elektron şeklinde tasvir edilir. Oysa bu hiç

doğru değildir;

Çünkü ivmeli olan bu elektron sürekli elektromanyetik dalga ışıyarak spiral bir

yol izleyip çekirdeğin üzerine düşer. Kuantum mekaniğine göre elektron,

çekirdek etrafında her yerde bulunabilir.

Elektronların yoğunluğu, elektronların değişik yerlerde bulunma

olasılığını temsil eder.


Modern Atom Modeli

• Elektron gibi küçük taneciğin yeri ve hızı aynı anda kesin

olarak bilinemez.

• Buna bağlı olarak ta elektronların çekirdek etrafında dairesel

yörüngeler izlediği söylenemez.

• Yörünge yerine, elektronların çekirdek etrafında bulunma

olasılıklarının fazla olduğu bölgelerden söz etmek gerekir.

• Modern atom modeli, atomun yapısını ve davranışını diğer

atom modellerine göre, daha iyi açıklamaktadır.



Modern Atom Modeli (Özet)

– Elektron hem tanecik hem de dalga

özelliği göstermektedir.

– Atomdaki elektronun aynı anda yeri ve

hızı saptanamaz.

– Elektronların çekirdek etrafında

bulunma olasılığının en yüksek olduğu

bölgelere yörüngemsi (orbital) denir.


Atom Modelleri

Documents

Atom kuramlari