ATOMUN YAPISI

1. ATOMUN YAPISI

2. Statik (durgun) Elektrik • Demokritus MÖ 400 yılında atomla ilgili ilk teoriyi ortaya atmış bir filozoftur. Maddenin en küçük parçasının bölünemez anlamına gelen atom olduğunu söylemiştir. • 1800 lü yıllarda bilimsel ilk atom teorisini ortaya atan Dalton da aynı şekilde atomu yekpare olarak düşünmüştür. • Atom un alt parçacıklarının bulunuşu ise ayrı bir yolculuktur

3. Atom ve Elektriklenme • Elektrik yükü antik dönem insanları tarafından bile biliniyor ve gözleniyordu. • Antik dönemde insanlar ağaç reçinelerinin fosilleşmesi sonucunda oluşan kehribar taşının yüne sürtüldüğünde bazı hafif tanecikleri (toz, saç vb.) kendisine doğru çektiğini gözlemlemişlerdir. • Eski Yunan dilinde elektrikus, kehribar anlamına gelmekteydi. Bu nedenle 1646 yılında İngiliz bilim insanı William Gilbertsürtünme sonucu maddelerin bir başka maddeyi çekme özelliğini belirtmek için kehribar sözcüğünden elektrik kelimesini türetmiştir

4. Atom ve Elektriklenme • Benjamin Franklin 1747 yılında yaptığı çalışmalarla yüne sürtülmesi sonucu elektriklenmiş kehribar taşlarının birbirini ittiğini, aynı şekilde sürtünmeyle elektriklenmiş cam çubukların da birbirini ittiğini gördü.

5. Atom ve Elektriklenme • Bir cisim üzerinde bulunan elektrik yüklerinin akıp gitmemesi, durgun hâlde kalması anlamına gelir. Durgun elektriğin diğer adı elektrostatiktir. Sürtünme ile elektriklenme buna örnektir. • Sürtünme ile elektriklenmede birbirine sürtünen cisimlerden biri diğerine elektron verir ve kendisi pozitif (+) yükle yüklenir. • Elektron alan cisim üzerinde (–) yük fazlalığı oluşacağı için negatif (–) yükle yüklenir. Alınan yük verilen yüke eşit olduğu için yük miktarı eşittir.

6. Atom ve Elektriklenme • Cam çubuk ipek kumaşa sürtülürse, camdan ipeğe elektron geçişi olur. Cam çubuk (+), ipek kumaş ise (–) yükle yüklenir. • Plastik çubuk yünlü kumaşa sürtülürse, çubuk yünlü kumaştan elektron alır ve (–) yükle yüklenir. Yünlü kumaş elektron verdiği için (+) yükle yüklenir. Alınan ve verilen yük miktarları eşittir.

7. Atom ve Elektriklenme • SONUÇ: • Sürtünmeyle elektriklenmede cam, ebonit ve kumaşların kimyasal yapısında bir değişiklik olmaz. Bu da sürtünmeyle elektriklenmede atomdan daha küçük taneciklerin maddeler arasında geçiş yaptığı anlamına gelir. • Atom adı verilen tanecikler nötr taneciklerdir. Yapılarında bulundurdukları zıt yüklü tanecikler atoma elektrikli bir yapı kazandırır.

8. Faraday’ın Elektroliz Deneyleri ve Atom Altı Parçacıklar • Elektriklenmenin çeşitli maddelere etkisi elektriklenmenin keşfinden itibaren araştırma konusu olmuştur. • 1780 ‘li yıllarda LuigiGalvanikurbağa bacağının kas sinirine farklı metaller dokundurulduğunda seğirdiğini gözlemledi. Bu duruma biyolojik elektrik demiştir.

9. Faraday’ın Elektroliz Deneyleri ve Atom Altı Parçacıklar • 1800 lü yılların başında Alessandro Voltakendi adıyla anılan ve bir elektrik üreteci olan pili geliştirmiştir. • Sonradan Volta pili olarak adlandırılan bu aygıt, aralarında tuzlu su emdirilmiş mukavva levhalar bulunan gümüş-çinko levha çiftlerinin oluşturduğu bir diziydi. En üstteki gümüş levha en alttaki çinko levhaya bir telle bağlandığında telden bir elektrik akımı aktığını gördü. • Yani kimyasal enerjiyi kullanarak elektrik enerjisi elde etmiş oldu.

10. Volta Pili

11. Faraday’ın Elektroliz Deneyleri ve Atom Altı Parçacıklar • 1830 Yılında Michael Faradayvolta pilinden yararlanarak elektrik deneyleri yapmıştır. Bunların en önemlisi elektroliz deneyleridir. • Elektroliz elektrik enerjisi kullanarak maddelerin bileşenlerine ayrılmasıdır. • Volta tarafından nitel olarak anlaşılan kimyasal değişim- elektrik ilişkisi Faraday deneyleri ile nicel olarak pekiştirildi.

12. Elektroliz deneyleri sonucunda Faraday Yasaları ortaya çıkmıştır • Elektrolit • Elektroliz • Elektrot • Anot • Katot • İyon • Anyon • Katyon

13. 1. Faraday Yasası: • Elektrotlarda açığa çıkan madde kütleleriyle elektroliz devresinden geçen akım miktarı doğru orantılıdır. Yani elektroliz devresinde anot ve katotda ayrılan madde miktarları ile devreden geçen elektrik yükü doğru orantılıdır.

14. 1. Faraday Yasası: m ~ Q Q = I.t Örneğin; Aynı miktar elektrik yükü ile • Hg(ClO4)2:6,05 gr Hg • Hg(NO3)2:6,05 gr Hg • Hg2(ClO4)2:12,10 gr Hg Eşit miktarda Hg elde etmek için Hg(ClO4)2 , Hg(NO3)2, çözeltilerinden geçirilen elektrik akımının , Hg2(ClO4)2’nin iki katı olması gerekir.

15. 2. Faraday Yasası: • Devreden belirli bir miktar elektrik akımı geçirildiğinde elektrotlarda ayrılan farklı elementlerin kütlelerinin bağıl atom kütlelerine bölünmesiyle elde edilen sayılar ya birbirine eşittir ya da birbirinin basit tam katıdır.

16. SONUÇ: • Belirli bir elektrik miktarı, herhangi bir element için belirli sayıda veya bu sayının basit tam katları kadar atomların ayrılmasına neden olur. • Bir atom ancak belirli bir miktarda ya da bu miktarının basit tam katları kadar yük taşıyabildiğidir. O halde elektrik yükleri parçacıklar halinde taşınmaktadır. Bu yük parçacığı ise bütün atomlar için aynıdır. Bir atom bir, iki ya da üç parçacık taşıyabilir. • Elektrik yükünün parçacıklar halinde taşınması demek, elektriğin de taneciklerden yapılmış olması demektir. Atomlar elektrik yükleri taşıdığından bu taneciklerin atomlarda bulunması gerekir. • Elektrik yük birimi olan coulomb ( C ) AgNO3 çözeltisinin elektrolizinde, katotta 1,118 mg metalik gümüş birikmesine neden olan elektrik yükü miktarı olarak tanımlanır.

17. Elektronun Keşfi • 1805 Dalton : • Maddenin en küçük taneciği atomdur. • 1807 -1800 HumphryDavy : • bileşikleri ayırmak için elektrik akımı kullandı • K, Na, Ca, Sr, Ba u saf olarak elde etti. • Bileşiklerde elementler elektriksel çekim kuvvetleri ile bir arada tutulurlar. • 1830 Faraday: • Elektriği kullanarak deneyler yaptı. Elektroliz deneylerini geliştirdi. Faraday yasalarını buldu

18. Elektronun Keşfi • Elektronun varlığına dair ilk somut kanıtlar, 1870 lerde William Crookestarafından, kendi adıyla da (Crookes tüpleri) anılan katot ışını tüpü ile yaptığı deneyler sonucunda elde edildi. Katot tüpünde, elektrotlar arasında yüksek voltaj uygulandığında tüpte katottan(-), anoda (+) doğru yeşilimsi bir ışın oluşur. • Tüpün ortasına bir nesne konulduğunda görüntüsünün tüpün sonuna düştüğü görüldü. Bu tüpler tv tüplerinin öncüsü olmuştur. • Işınlar elektrota veya gaza bağlı değildir. Doğrusal hareket eden negatif taneciklerdir. • CrooksTüplerine Katot Işın Tüpü de denmektedir. • Işınlar katottan (-) anota (+) doğru hareket ederler.

19. Elektronun Keşfi • Julius Plücker 1858 yılında katot tüpüne yaklaştırılan mıknatısın, ışınların yön değiştirmesine neden olduğunu gözlemlemişti.

20. Elektronun Keşfi • 1891 George JohnstoneStoney: • Atomlarda elektrik yüklü birimler olduğunu söyledi. • Bu taneciklere elektrondenilmesini önerdi. • Her maddede farklı sayıda e olduğunu söyledi. • Maddeler nötr olduğuna göre elektronlara eşit sayıda + yük bulunması gerektiğini belirtti.

21. Elektronun Kütle ve Yükünün Bulunması • 1897 yılında Joseph John Thomson, Plücker'in çalışmalarını havası daha iyi alınmış katot tüplerinde hem manyetik alan ve hem elektrik alan uygulayarak tekrarladı.

22. Elektronun Kütle ve Yükünün Bulunması • Elektriksel alan uygulanan katot ışınlarının negatif kutup tarafından itildiğini ve pozitif kutba doğru çekildiğini belirledi. • Katot ışınlarına belirli şiddette bir manyetik alan uygulayan Thomson, elektron demetindeki (katot ışınındaki) sapmayı gözlemlemiştir. • Sonra manyetik alan etkisindeki katot ışınlarına zıt yönde elektriksel alan uygulayarak elektron demetinin tekrar doğrusal olmasını sağlamıştır

23. Elektronun Kütle ve Yükünün Bulunması • SONUÇ: • Aynı cins elektrik yüklerinin birbirini itmesi ve farklı cins elektrik yüklerinin birbirini çekmesi nedeniyle, katot ışınlarının negatif elektrik yüklerinden olduğu sonucuna ulaştı. • Katot elektrotlar olarak farklı metaller kullandığında ve deney tüpünü farklı gazlarla doldurduğunda da katot ışınlarının davranışlarında bir değişme olmadığını belirledi. Buna göre, katot ışınlarının maddenin cinsine bağlı olmadığı sonucuna ulaştı. • Elektriksel alandaki bu sapmalar taneciğin yükü (e) ile doğru, kütlesi (m) ile ters orantılıdır. Yani yükün kütleye oranı (e/m), bir elektrik alanı içinde elektronların doğrusal yoldan ne kadar sapacağını gösterir. • Katot ışınlarının kütle elektriksel yük oranını ölçen Thomson, katot ışınlarının aslında taneciklerden oluştuğunu ispatladı.

24. Elektronun Kütle ve Yükünün Bulunması • Elektronun Yük/Kütle (e/m) Oranı: John Thomson bu deneylerden elde ettiği sonuçlardan yararlanarak yaptığı hesaplamalar sonucunda elektronun yük/kütle oranını buldu. e/m = 1,7588 x 1011 C/kg

25. Millikan’ın Yağ Damlası Deneyi 1908 yılında Robert Andrews Millikan yağ damlacıkları ile bir takım deneyler yapmıştır. • Üst bölmeden yağ püskürtülür. • Sis halindeki küresel yağ damlacıkları delikten aşağı bölmeye inerler. • Bu inme sırasında damlacıklara X ışınları gönderilir. • Işınlar havayı oluşturan N2 ve O2 gazları ile çarpışarak e koparır. • Bu elektronlar yağ damlacıkları tarafından tutulur ve damlacıklar negatif yükle yüklenirler. • Alt ve üst plaka + ve – yükle yüklenirse damlacıkların düşmesi engellenir. • Damlacıkların davranışları ve düşme hızları elektriksel alan olmadığında gözlemlenebilir.

26. Millikan’ın Yağ Damlası Deneyi • Düşüşü durdurmak için uygulanacak yük miktarı bilinirse damla üzerindeki yük de bulunabilir. • Millikan deneyi defalarca tekrarlamış ve elde ettiği yük değerlerinin en büyük ortak böleninin -1,6022x 10~19 C olduğunu belirlemiştir. Yani en kü­çük yük biriminin -1,6022x 10~19 C olduğunu hesaplamıştır. Bu yük birimini taşıyan elektrondur. • John Thomson elektronun yük/kütle oranını elde etmişti. Robert Millikan da elde ettiği verilerle elektronun yükünü bulmuştur. Buna göre, bu iki değerden yararlanan Millikan elektronun kütlesini de aşağıdaki şekilde hesaplamıştır.

27. Elektron Yükü İle Atomdaki Pozitif Yük Arasındaki İlişki • Atomlar elektrik bakımından nötrdür. Thomson tarafından keşfedilen elektronlar ise negatif yüklüdür. O halde yapılarında – yükü yok edecek kadar + yük bulunmalıdır. Araştırmacılar işte bu taneciğe odaklandılar.

28. Katot ışınları tüp içinde yol alırken, çarptıkları gazların atom ya da moleküllerinden elektron koparırlar. • Elektron kaybederek + yüklü iyon haline gelen tanecikler elektronun aksine anotdankatota doğru hareket eder. • Delikli bir katot elektrot kullanılırsa, iyonlar elektrottan geçip tüpün yüzeyine çarpar. Pozitif ışınlar ya da kanal ışınları denilen bu artı yüklü iyon demetleri ilk defa 1886 yılında EugenGoldstein tarafından araştırılmıştır.

29. 1906 yılında J. J. ThomsonGoldstein'ın belirlediği kanal ışınları ile manyetik ve elektriksel alanda bazı deneyler yaptı. • Bu amaçla yaptığı deneylerde katot ışınlarının incelenmesinde kullanılan yöntemin hemen hemen aynısını kullanarak pozitif iyonların yük/kütle oranlarını (e/m) belirledi. • Ancak farklı atomlar ile yaptığı deneylerde, pozitif ışınlarda elde edilen e/m oranının tüpteki gazın cinsine göre farklı olduğunu belirledi. • H+ iyonu en küçük pozitif yüklü tanecik olduğundan yükü bir elektronun yüküne eşit fakat zıt yüklüdür. O hâlde H+ iyonun yükü +1,6022x10-19 C dur. • Elektronunu kaybetmiş olan bu en küçük hidrojen taneciğine, “proton” adı verildi.

30. Rutherford 1918 yılında pozitif yüklü alfa taneciklerini azot, flor, sodyum, alüminyum, fosfor ve bor elementlerine göndererek yaptığı çalışmalarda hepsinin de H+ iyonuna eşit pozitif tanecikler saçtığını gözlemledi. Daha sonra proton olarak adlandırılan H+ taneciğinin her madde için ortak olduğunu belirledi. Böylece proton keşfedilmiş oldu.

31. Elektronun e/m oranı, protonun e/m oranından 1836 kat daha büyüktür. Buna göre, bir protonun kütlesi, bir elektronun kütlesinin 1836 katıdır. • Protonun yükü ve e/m oranı bilindiğine göre, aynı katot ışınlarında elektro­nun kütlesinin hesaplandığı gibi bir protonun kütlesi de hesaplanabilir.

32. Proton Sayılarının Deneysel Olarak Belirlenmesi • X-ışınları:1895 Prof. Röngen katot ışınlarının etkilerini araştırırken bulduğu ancak ne olduğunu anlayamadığı için x-ışınları demiştir. • X ışınları; 1. Yüksek enerjilidirler (frekanslı) (3.10 10 cm/sn hızla) 2. Manyetik ve elektriksel alanda sapmazlar. (Elektro manyetik) 3. Görünmezdirler 4. Giriciliği çok yüksek ışınlardır.

33. Proton Sayılarının Deneysel Olarak Belirlenmesi • Henry G. J. Moseley, 1912 yılında yaptığı çalışmalarda yüksek hızlı elektronlar ile bombardıman edilen atomların X - ışınları yaydığını gözlemledi. Anottaki metal değiştikçe, oluşan x-ışının frekansının da değiştiğini, her elementin kendine özgü bir x-ışını yaydığını gördü. • Atom numaraları 13 ile 79 arasında değişen elementlerin X - ışını spektrumlarını inceledi.

34. Proton Sayılarının Deneysel Olarak Belirlenmesi • Atom ağırlığı arttıkça, yayılan x-ışınlarının da frekansının arttığı özleniyordu. Ancak, kullanılan elementinin atom ağırlığının, onların çıkarttıkları x-ışınları frekanslarının kare kökü arasında bir grafik çizildiğinde bazı sapmaların olduğunu gördü. O zamana kadar, elementlerin kimyasal özelliklerinin, atom ağırlıklarıyla değiştiği düşünülüyordu. • Moseley, atom ağırlı yerine “çekirdek yükü” alındığında bu sapmaların ortadan kalktığını gördü. 

35. Proton Sayılarının Deneysel Olarak Belirlenmesi

36. Proton Sayılarının Deneysel Olarak Belirlenmesi • Böylece o tarihe kadar atom kütlelerine göre sıralanarak oluşturulan Mendelyev'inelementler tablosu değiştirilmiş ve günümüzde kullanılan ve elementlerin atom numaralarına göre sıralanmış periyodik tablo oluşturulmuş oldu.

37. Moseley; elementlerin X spektrumlarını incelerken o güne kadar periyodik tabloda eksik olan elementlerin atom numaralarını da tespit etmiştir. İlk olarak Sc un keşfedilmiştir ve bu şekilde 14 element daha bulunmuştur.

38. Nötronun Keşfi • Atomların yapısında elektronların yükünü dengeleyecek sayıda, proton olduğunu öğrendik. Atom kütleleri ile ilgili olarak yapılan çalışmalarda, hesaplanan kütle değeri ile atomun yapısındaki protonların toplam kütlesi arasında büyük farklılıklar olduğu belirlendi. • 1920 yılında Ernest Rutherford, gerçekleştirdiği alfa deneyi ile çekirdekte yüksüz taneciklerin de olabileceği fikrini ortaya attı. • Daha sonra 1932 yılında James Chadwick bazı çekirdek reaksiyonları üzerinde yaptığı araştırmalar sonucunda, çekirdekte protonlardan başka, her birinin kütlesi, bir protonun kütlesine yaklaşık eşit yüksüz taneciklerin bulunduğunu deneysel olarak belirledi. Bunlara yüksüz anlamında “nötron” adı verildi.

39. Nötronun Keşfi • Nötronun kütlesi 1,6749 x 10-27 kg, protonun kütlesi ise 1,6726 x 10-27 kg dır.Buna göre nötron kütlesinin proton kütlesinden çok az büyük olduğu görülür. Protonlar ve nötronlar için ortak isim olarak nükleon kullanılır. Tabiatta nötronu olmayan tek element hidrojendir. Bunun için hidrojenin kütlesi protonun kütlesine eşittir.

40. Atomun Temel Tanecikleri