Atom Nedir ve Atom Modelleri

05/01/202010 dakikalık okuma



Atom Nedir?

Maddeleri oluşturan elementlerin tüm fiziksel ve kimyasal özelliklerini taşıyan en küçük yapı taşlarına atom denir. Atomların boyutları ve kütleleri o kadar küçüktür ki bir atomu çıplak gözle görmemiz ve kütlesini ölçmemiz mümkün değildir.

M.Ö. (460-370) yılları arasında yaşamış olan Yunanlı ünlü düşünür Demokritos, bütün maddelerin çıplak gözle görülmesi mümkün olmayan, bölünemeyen ve çok küçük olan parçacıklardan oluştuğunu öne sürdü ve bunlara Yunanca "Bölünemez" anlamına gelen A-Tomos adını verdi. Daha sonra evrimleşerek günümüze kadar gelen bu kelime bugünkü atom teriminin de kaynağını oluşturdu.



Atom Modelleri

1. Dalton Atom Modeli

Demokritos’un fikirleri yaşadığı çağ da pek fazla ilgi görmediği için atom konusundaki bilgilerimiz de önemli bir gelişme olmaksızın 2000 yıldan fazla bir süre geçti. Atomun yapısını bilimsel anlamda açıklamaya ve bu konuda bir model geliştirmeye çalışan ilk kişi ise İngiliz Kimyager ve Fizikçi John Dalton olmuştur. Günümüz de Dalton’un adı ile de anılan bu model üç temel ilkeye dayanıyordu;

1. Bütün maddeler atom denilen ve son derece küçük taneciklerden oluşmaktaydılar. Atomlar ne yoktan var edilebilirler ne de vardan yok edilebilirlerdi ve ayrıca bölünemezlerdi.

2. Aynı elementin bütün atomları her açıdan birbirinin aynıydı. Farklı elementlerin atomları ise her açıdan birbirlerinden farklıydılar.

3. Farklı elementlerin atomları basit tam sayılar ile ifade edilebilen oranlarda bir araya gelerek bileşikleri oluşturmaktaydılar. Örneğin 2 hidrojen atomu ile 1 oksijen atomu bir araya gelerek su molekülünü oluşturuyordu.





2. Thomson Atom Modeli ve Elektronun Keşfi

1897 Yılında İngiliz bilim insanı J. J. Thomson Katot Işın Tüpünü (Crooks Tüpü) kullanarak elektronları keşfetti. Katot Işın Tüpleri genellikle içerisinde bulunan havanın büyük oranda boşaltıldığı vakumlu tüplerdir. Tüpün bir ucunda anot (+) ve katot (-) adını verdiğimiz birbirlerine belirli bir mesafede bulunan iki elektrot bulunur. Thomson, Elektrotların arasına yüksek bir voltaj (gerilim) uyguladığında katot kutbundan anot kutbuna doğru akan yeşilimsi bir ışın demetinin meydana geldiğini gördü. Katot Işınları olarak adlandırılan bu gizemli ışın demetleri aslında elektronların hareketinden başka bir şey değildi ve böylelikle elektronların varlığı keşfedilmiş oldu. Elektronların keşfi ile birlikte Dalton’un öne sürdüğü ve atomun bölünemez olduğu yönündeki kuramın da yanlış olduğu ortaya çıktı.





Atomların en dış kısmında yer alan elektronlar kolayca onlardan ayrılarak serbest bir şekilde hareket edebilirler. Örneğin bir cam çubuğu ipekli bir kumaşa sürttüğümüzde cam çubuğu oluşturan atomların en dış kısmındaki elektronlar kolayca cam çubuktan ayrılarak onun artı elektrik yükü ile yüklenmesini sağlarlar. Artı elektrik yükü ile yüklenmiş durumdaki bu cam çubuğu ufak kâğıt parçacıklarına doğru yaklaştırdığımızda kâğıt parçacıklarını oluşturan atomların en dış kısmında bulunan elektronlar kolayca kâğıt parçacıklarından ayrılarak cam çubuğa doğru hareket ederler. Böylelikle eksi elektrik yükü ile yüklü hale gelen kâğıt parçacıkları ve artı elektrik yüklü durumdaki cam çubuk zıt elektrik yüküne sahip oldukları ve cam çubuğumuz kâğıt parçacıklarına göre daha ağır olduğu için kâğıt parçacıkları cam çubuğa doğru yaklaşırlar ve ona yapışırlar.



Thomson’ın öne sürdüğü atom modeline göre atom üzümlü bir keke benzetilmiş ve aşağıdaki gibi olduğu varsayılmıştır;

1. Atomlar artı yüklü bir maddeden oluşmaktadırlar ve elektronlar adeta bir kekin içerisine dağılmış üzüm taneleri gibi ve hareketsiz bir şekilde bu artı yüklü maddenin içerisinde gömülü olarak durmaktadırlar.

2. Bir elektronun kütlesi atomun kütlesinin yanında ihmal edilecek kadar küçüktür (1/2000) ve atomun kütlesinin büyük bir kısmını artı yüklü madde oluşturmaktadır.

3. Atomlar küreyi andıran bir şekle sahiptirler.





3. Rutherford Atom Modeli ve Çekirdeğin Keşfi

Yeni Zellandalı bilim insanı Ernest Rutherford radyoaktif elementlerin çekirdeklerinden yayılan ve onların parçalanarak başka elementlere dönüşmesini sağlayan ışınlardan biri olan + 2 yüklü alfa taneciklerini kullanarak bir takım deneyler yaptı. Rutherford, deneylerinin birinde yüksek hıza sahip α taneciklerinin ince altın bir levhayı bombardıman etmesine izin verdi. Ancak deneyin sonunda hiç beklemediği bir sonuçla karşılaştı.



Thomson Atom Modeli’ne göre artı yükler atomun tamamına yayılmış bir durumda bulunmaktaydılar ve yüksek hıza sahip artı yüklü α taneciklerinin büyük bir kısmı hiçbir engelle karşılaşmadan ve kolaylıkla bu artı yük havuzunun (suyun altındaki bir denizaltıdan fırlatılan bir torpidonun hedefine doğru hareket etmesi gibi) içinden geçebilirlerdi. Ancak deneyin sonunda alfa taneciklerinin çok büyük bir kısmı herhangi bir engelle karşılaşmadan ve kolay bir şekilde karşı tarafa geçerken az bir kısmı sapma gösterdi ve çok az bir kısmı da geri sıçradı. Rutherford deneyinin sonunda aşağıdaki sonuçlara vararak Thomson’ın öne sürdüğü Atom Modeli’nin birçok yanlışlar içerdiğini ve doğru olmadığını ileri sürdü.



Rutherford pozitif yüklü α taneciklerinin büyük bir kısmının herhangi bir engelle karşılaşmadan atomun içinden geçit gitmesini atomun hacminin büyük bir bölümünün boşluklardan oluştuğu için olabileceğini öne sürdü.



Pozitif yüklü alfa taneciklerinin çok küçük bir kısmı geri sıçrayıp çıktıkları yere dönüyorlarsa o zaman atomun artı yüklü kısmı Thomson'un öne sürdüğünün tersine atomun içinde çok küçük bir yer kaplamalıydı.



Bütün bu sonuçlara dayanarak Rutherford kendi modeli olan Çekirdek Atom Modeli’ni öne sürdü. Bu modele göre atomun büyük bir kısmı boşluktan ibaretti. Artı yüklü olan ve atom kütlesinin büyük bir kısmını oluşturan çekirdek çok küçük bir yer kaplayacak şekilde atomun merkezinde bulunuyordu. Eksi yüklü elektronlar ise atomun hacmini oluşturacak şekilde çekirdeğin çevresinde dolanmaktaydılar. Ayrıca çekirdeğin artı yükü elektronların eksi yükünü dengelediği için bir atom dışarıdan bakıldığında nötr (yüksüz) bir durumda görünmekteydi.





Çekirdek ve İçerisindeki Muazzam Enerji

Bugün artık biliyoruz ki bir atomun çekirdeğinde artı elektrik yüküne sahip protonlardan başka herhangi bir elektrik yükü taşımayan ve nötron denilen tanecikler de bulunur. Doğadaki elementlerin birbirlerinden farklı olmalarının nedeni atomlarındaki proton sayılarının farklı olmasıdır. Örneğin bir karbon atomunun çekirdeğinde 6 proton bulunurken bir demir atomunun çekirdeğinde 26 proton bulunur. Doğada aynı elektrik yüküne sahip olan cisimler birbirlerini iterler. Peki, bir atomun çekirdeğinde bulunan ve aynı elektrik yüküne sahip protonlar nasıl oluyor da bir arada duruyorlar. Bunun sebebi çekirdekteki güçlü nükleer kuvvettir ve bu kuvvetin değeri çok büyüktür. Eğer bir atomun çekirdeğine yüksek bir hıza ulaştırılmış bir proton veya nötron gönderirsek çekirdeğin içerisine giren bu protonlar veya nötronlar onun dengesini bozarak en az iki parçaya ayrılmasını sağlarlar. Bu sırada, çekirdekteki protonları bir arada tutan güçlü nükleer kuvvet serbest kalır ve bir miktar kütle de enerjiye dönüşerek muazzam büyüklükte bir enerjinin ortaya çıkması sağlanmış olur. Kütlenin enerjiye dönüşümü sırasında ne kadar bir enerjinin elde edilebileceği Albert Einstein’ın ünlü denklemi E = m.c² ile kolaylıkla hesaplanabilir. Örneğin atom bombası bu ilkelere dayanarak üretilmektedir.



4. Bohr Atom Modeli ve Enerji Düzeyleri

Rutherford atomu bir güneş sistemine benzeterek merkezine de çekirdeği yerleştirmişti ama elektronların hareketini tam olarak açıklayamadı. Çekirdeğin çevresinde dönmekte olan elektronların bir süre sonra enerjisinin tükenerek ve çekirdeğin çekim gücünün de etkisi ile çekirdeğin içine düşüp çökmeleri gerekiyordu ancak neden böyle bir durum gerçekleşmiyordu.

Danimarkalı Fizikçi Niels Bohr 1911 yılında yayımladığı bir makale de elektronların hareketi ile ilgili çok önemli açıklamalarda bulundu.



Bohr’a göre;

1. Elektronlar çekirdekten belirli bir uzaklıkta bulunan yörüngelerde dairesel şekilde hareket etmekteydiler.

2. Çekirdeğe en yakın durumdaki elektronlar en kararlı olanlar iken çekirdekten en uzak durumdaki elektronlar en kararsız olanlardı.

3. Elektronların kararlı şekilde bulundukları enerji düzeyleri 1, 2, 3, … , n gibi basit tam sayılar ile ifade edilebilirdi.

4. Bir elektrona dışarıdan bir enerji verildiği zaman o elektron bir üst enerji seviyesine geçerek kararsız bir hale gelmekte ve tekrar eski yerine geri dönmek istemekteydi. Kısa bir süre sonra tekrar eski yerine geri dönen bu elektron almış olduğu fazla enerjiyi ısı, ışık veya başka bir enerji türü şeklinde bulunduğu ortama yaymaktaydı. Örneğin ısıtılan demirin bir süre sonra kızarması veya güneş altında kalan bir cismin zamanla sıcaklığının artması bu duruma örnek olarak verilebilir.





Bileşiklerin Oluşumu

İki veya daha fazla elementin atomları bir araya gelerek yeni bir bileşik oluştururken bu elementlerin atomlarının en dış yörüngesinde bulunan ve en kararsız durumdaki elektronlar önemli rol bir oynarlar. Oynak elektronlar dediğimiz bu elektronlar bir atomdan diğerine geçerek bu iki atomdan tamamen farklı fiziksel ve kimyasal özellikler taşıyan yeni bir molekülün (bileşik) oluşmasını sağlarlar.



Örneğin nötr durumda 11 elektronu bulunan sodyum atomunun 1. yörüngesinde 2 2. yörüngesinde 8 ve 3. yörüngesinde 1 elektron bulunurken nötr durumda 17 elektronu bulunan klor atomunun ise 1. yörüngesinde 2 2. yörüngesinde 8 ve 3. yörüngesinde 7 elektron bulunur. Bu iki elementin atomları bir araya geldiklerinde sodyum atomları son yörüngelerinde bulunan ve en kararsız durumdaki bir elektronlarını yitirerek kimyasal olarak daha kararlı olan sodyum iyonlarına (Na+) dönüşürler. Klor atomları ise sodyum atomlarının yitirdiği bu bir elektronu kaparak son yörüngelerindeki elektron sayısını sekize çıkararak daha kararlı olan klor iyonlarına (Cl-) dönüşürler. Artı yüklü sodyum iyonları ile eksi yüklü klor iyonları zıt elektrik yükü ile yüklü olduklarından sonunda birbirlerini çekerek birleşirler ve Sodyum Klorür (Yemek Tuzu) adı verilen yeni bir bileşiğin oluşmasını sağlarlar.



5. Modern Atom Teorisi

Bugünkü bilgilerimiz ve Modern Atom Teorisi’nin bize söylediğine göre;

1. Elektronları Bohr’un öne sürdüğünün aksine belirli yörüngelerde sabit hızlarla dönen tanecikler olarak düşünmek doğru değildir. Elektronlar hem kendi etraflarında hem de çekirdeğin etrafında dönerler.

2. Modern Atom Teorisi orbital kavramını getirerek elektronların çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde (enerji düzeyi) bulunma olasılığının en fazla olduğu yerlerden bahsetmektedir.

3. Elektronlar çekirdeğin çevresindeki belirli enerji seviyelerinde bulunurlar ve her enerji seviyesi “n” ile gösterilir. Bu enerji seviyelerine baş kuantum sayısı denir ve bu baş kuantum sayıları orbitallerin çekirdekten olan ortalama uzaklığını ya da enerjisini ifade ederler. Elektronların çekirdekten uzaklaştıkça enerjileri artarken çekirdeğe yaklaştıkça enerjileri azalır. Çünkü çekirdekten uzaklaştıkça protonların elektronları çekme gücü azalır ve buna bağlı olarak da elektronların hareket serbestliği ve enerjisi artar.

4. Herhangi bir temel enerji seviyesinde kadar orbital bulunabilirken orbital sayısının 2 katı kadar (2n²) elektron bulunabilir.





Bugün artık biliyoruz ki Demokritos’un ve başka birçok bilim insanının iddia ettiğinin aksine atom artık bölünebilmekte ve atom altı parçacıklar dediğimiz proton, nötron ve elektron gibi temel taneciklerin de kendilerinden daha küçük ve kuark adını verdiğimiz parçacıklardan oluştuğu bilinmektedir.

https://bylge-images.s3.amazonaws.com/banff-4331689_1920.jpg
Pow

Fizik, Kimya, Matematik, Tarih ve Genel Kültür Sevdiricisi

https://bylge-images.s3.amazonaws.com/banff-4331689_1920.jpgPow senin desteğini bekliyor.
İçerik paylaşarak para kazanmanın kolay yolu 💰