Atom ve Yapısı

Kimya dersi için atomu tanımak, atom ve yapısı hakkında bilgi sahibi olmak çok önemlidir.

Atomla İlgili Teoriler

Atomla ilgili zamanla birçok teori ortaya atılmıştır. Bu teoriler geliştikçe bilginin doğruluğu da artmıştır.

Dalton Atom Teorisi

1. 19. yüzyılın başlarında J. Dalton, şu teorileri ortaya atmıştır. 
2. Bir element, aynı büyüklükte, aynı ağırlıkta atom adı verilen içi dolu küçük küreciklerden ibarettir.
3. Aynı elementteki atomların gösterdiği özellikler aynıdır. Farklı elementlerin atomları farklı özellik gösterir. 
4. Atomlar parçalanamaz.
5. Elementler bileşik oluştururken belirli sayı ve kütle oranlarında birleşirler. 

Fakat günümüzde, atomun parçalanabildiği, elementin bütün atomlarının aynı olmadığı (izotoplar) ve atomun içi dolu bir küre olmadığı anlaşılmıştır.

Thomson Atom Teorisi

J. Thomson tarafından hazırlanan düzenekte; negatif elektrot (katot) elektron yayar. Yayılan elektronlar havası boşaltılmış tüp içinde sağa doğru hızlandırılır. Elektronların bir kısmı pozitif yüklü elektrot (anot) tan geçerek ZnS yüzeyine çarpar. Çarpma esnasında yüzey parlar. Bu deney sonucunda;

1. Atomda pozitif (+) ve negatif (-) yükler vardır.
2. (+) ve (-) yükler atomun her tarafında dağınık bir şekilde bulunur.

Thomson''un bahsettiği atomun şekli üzümlü keke benzediği için Thomson''un atom modeline üzümlü kek modeli de denmiştir. Thomson''un atom teorisinde + yüklerin dağınık bir şekilde bulunduğunu söylemesi ve nötrondan bahsetmemesi teorisinin eksik yönüdür. 

Rutherford Atom Teorisi

E. Rutherford''un deney düzeneğinde,

Radyoaktif alfa (α) ışın kaynağı Polonyum (Po) elementinden gelen ışınlar kurşun levhadan geçip ince altın levhaya düşürüldüğünde ışınların çok büyük bir kısmının geçtiği çok az bir kısmının geri döndüğü gözlenmiştir.

Bunun sonucunda Rutherford,

1. Atomun büyük bir kısmı boşluktur.
2. Atomda pozitif (+) yükler çok küçük bir hacimde toplanmıştır. Eksi (-) yükler dağınıktır.

Günümüzdeki atom modeline yaklaşarak ilk defa çekirdek fikrini ortaya atmıştır. Elektronların neden çekirdeğe yapışmadığını açıklayamamıştır.

Bohr Atom Teorisi

1. Elektronlar hem kendi ekseni etrafında hem de çekirdek etrafında dairesel yörüngede dönerler.
2. Elektronlar çekirdekten belli uzaklıkta bulunurlar. Her uzaklığın kendine özgü bir enerjisi vardır.
3. Bir yörüngedeki elektronu diğer yörüngeye çıkarmak için enerji gerekir.
4. Yüksek enerjili yörüngüde düşük enerjili yörüngeye dönerken enerji farkı ışık ya da ısı olarak verilir.

Bu teorinin eksik yönü ise elektronların belirli yörüngelerde bulunduğu söylemesidir. Fakat, elektronlar hızlı tanecikler olduğundan ayrı ayrı hızını ve yerini tespit edemeyiz.

Bahsettiğimiz bu 4 teori model olarak aşağıdaki şekilde özetlenmiştir.

Modern Atom Teorisi

19. yüzyılın başlarından itibaren atomla ilgili çalışmalar neticesinde modern atom teorisi ortaya konmuştur. Teoriye göre;

Elektronların kütlesi çok küçük, hızı çok büyük olduğundan elektronun yeri tam olarak bilinemez. (Heisenberg''in belirsizlik prensibi)

Elektronlar dalga özelliği gösterir.

Elektronların bulunma olasılığının fazla olduğu yerlere orbital adı verilir. 

Örnek:

Atomda ilk defa çekirdek fikrini ortaya atan bilim adamı kimdir?

A) J. Dalton   B) J. Thomson   C) E. Rutherford   D) N. Bohr   E) J. Chadwick

Çözüm

Rutherford ilk defa protonların (+ yüklü taneciklerin) küçük bir hacimde toplandığını, elektronların (-) rastgele hareket ettiğini söylemiştir.

                                                                                                             (Cevap C) 

Atom ve Atomla İlgili Terimler

Fiziksel ve kimyasal yollarla parçalanamayan, elementin bütün özelliklerini üzerinde taşıyan en küçük birime atom denir. Demir (Fe), Bakır (Cu) ve Altın (Au) gibi elementler incelendiğinde, atom adı verilen çok küçük taneciklerden oluştuğu gözlenir. 

Atom iki kısımdan oluşmaktadır:

1. Çekirdek
2. Yörünge

Çekirdekte proton ve nötronlar, yörüngelerde ise elektronlar bulunur.

	Çekirdek		Yörünge
	Proton	Nötron	Elektron
Simgesi	p	n	e-
Yükü	+1 esyb*	yüksüz (0)	-1 esyb
Kütlesi	1 akb*	1 akb	1/1840 akb

* esyb : Elektrostatik yük birimi

* akb : Atomik kütle birimi (1 akb = 1,67.10^-24 gram)

Atom Numarası

Herhangi bir atomun çekirdeğinde bulunan proton sayısıdır. Her atomun kendine özgü protonsayısı vardır. Atomları birbirinden ayırmak için öncelikle proton sayısına bakılır. Atomun çekirdeğinde yük sadece protonlara ait olduğundan, proton sayısına aynı zamanda çekirdek yükü de denir. O halde, 

Atom numarası = Çekirdek yükü = Proton sayısı 

Kütle Numarası

Bir atomun kütle numarası; atomun proton ve nötron sayıları eşittir.

Kütle numarası = Proton sayısı + nötron sayısı 

Nötr Atom

Proton sayısı (p), elektron sayısına (e^-) eşit olan atomdur. Örneğin, ₆C, ₁₂Mg, ₃Li gibi.

Nötr atomlarda p = e^- dir.

İyon

Elektron almış ya da vermiş taneciklerdir. Pozitif (+) veya (-) değer almış atom ya da atom gruplarıdır. İyonlarda ptoron sayısı ile elektron sayısı eşit değildir. İyonlar nötr değildir. Örneğin, Ca⁺², F^-1, OH^- gibi. İyonlarda elektron sayısı ile iyon yükünün toplamı proton sayısını verir. 

Atom numarsı = Elektron sayısı + yük

İki tür iyon vardır.

Katyon

Elektron vererek pozitif (+) yükle yüklenmiş atom ya da atom gruplarıdır. Örneğin, Cr⁺¹ gibi.

Katyonlarda proton sayıları elektron sayılarından büyüktür. Yani p > e^- dir. Örneğin ₁₂Mg⁺² iyonunda 10 elektron bulunur. 

Anyon

Elektron alarak negatif (-) yük ile yüklenmil atom ya da atom gruplarıdır. Örneğin, O^-2 gibi. Anyonlarda proton sayısı elektron sayısından küçüktür. Yani p < e- dir. Örneğin ₁₇Cl^- iyonunda 18 elektron vardır.

Örnek:

Kütle numarası 31 olan P^-3 iyonunda 18 elektron vardır. Forforun (P) nötron sayısı kaçtır?

Çözüm

Proton sayısı = elektron sayısı + yük  yük = -3, elektron sayısı = 18 ⇒proton sayısı = 15 

Kütle numarası = proton sayısı + nötron sayısı  proton sayısı =15 kütle numarası = 31 ⇒nötron sayısı = 16

İzoelektronik

Elektron dağılı ve sayısı eşit olan teneciklerdir. Örneğin ₁₂Mg⁺² iyonu ile ₈O^-2 iyonunun elektron sayıları birbirine eşittir. Her iksinin de 10 tane elektronu vardır. İyonlar izoelektroniktir. İzoelektronik iyonların kimyasal özellikleri birbirine benzerdir. 

İzobar

Kütle numaraları aynı, atom numaraları farklı olan atomlardır. Örneğin ²⁴Mg - ²⁴Na atomlarından ikisinde kütle numarası 24 ve Mg 12 atom numarasına sahipken Na 11 atom numarasına sahiptir. Bu yüzden bu iki atom izobardır. İki atomun izobar olması kimyasal özellikleri ile ilgili bize herhangi bir fikir vermez.

İzoton

Nötron sayıları aynı olan, atom numarası farklı olan atomlardır.

İzotop

Proton sayıları aynı (atom numaraları), kütle numaraları farklı olan atomlardır. Bu atomların proton sayısı aynı olduğu için farklı kütle numaralarından dolayı farklı nötron sayılarına da sahip oldukları kolaylıkla anlaşılabilir. Örneğin ³⁵Cl - ³⁷Cl atomlarının her ikisinde atom numarası 17 olmasına rağmen kütle numaraları farklıdır. Bu iki atom izotop atomdur. 

³⁵Cl %75 oranında ³⁷Cl oranında doğada bulunmaktadır. Bu atomun ortalama atom ağırlığı şu şekilde hesaplanabilir.

O.A.A = 35.75/100 + 37.25/100 = 35,5 gr/mol

İzotop atomların özellikleri

1. Kimyasal özellikleri aynıdır.
2. Fiziksel özellikleri farklıdır.
3. Ortalama atom ağırlıkları kesirlidir.
4. Oluşturdukları bileşiklerin mol ağırlıkları farklıdır.

Allatrop

Bir maddenin farklı şekilde dizilmesiyle oluşan farklı maddelere allotrop denir. Örneğin elmas ve grafit karbon elementinin farklı dizilmesiyle oluşan alloptrop madddelerdir. 

Allotrop maddelerin özellikleri

1. Reaksiyona girme aktiviteleri farklıdır. 
2. Fiziksel özellikleri farklıdır. 
3. Uzaydaki dizilişleri farklıdır.
4. Reaksiyona girdikleri madde aynı ise aynı ürünü oluştururlar.

Örnek:

Rombik kükürt ve monoklinik kükürt birbirinin allotropudur.

Buna göre;

I. Fiziksel özellikleri

II. Yapısındaki atomların cinsi

III. kristal yapıları

ifadelerinden hangileri rombik kükürt ve monoklinik kükürt için aynıdır?

Çözüm

Aynı atomun farklı şekilde dizilmesiyle oluşan maddler birbirinin allotropudur. Buna göre fiziksel özellikleri farklıdır, yani I. öncül yanlıştır. II. öncül maddeleri oluşturan atomlar aynı olduğu için doğrudur. Uzaydaki dizilişleri tani kristal yapıları farklıdır. Dolayısıyla III. öncül yanlıştır.

Elektron Dağılımı

Elektron dağılı iki şekilde yapılır.

1. Pauli prensibine göre
2. Elektronik konfigüresyona göre

Pauli Prensibi

 

 Çekirdeğin çevresinde 1, 2, 3 .. 7 yörünge vardır. Ya da K, L, M, ... R diye gösterilebilir.

Puali''ye göre; n → yörünge numarası olmak üzere; yörüngelerdeki maksimum elektron sayısı 2n² formülü ile bulunur.

n = 1 ⇒ 2e^-

n = 2 ⇒ 8e^-

n = 3 ⇒ 18e^-

n = 4 ⇒ 32e^-

Son yörüngelerde maksimum 8 elektron bulunur. Herhangi bir atom düşünelim. Atomun çekirdeği ve çevresinde yörüngeleri vardır. 

Yörüngelerde bulunabilecek maksimum elektron sayıları

şeklinde gösterilebilir.

Yörünge sayısı, periyot numarasını olarak adlandırılır. A grubunda son yörüngedeki elektron sayısı grub numarası  olarak da ifade edilebilir. 

Örnek:

₁₁Na elementinin periyodik tablodaki yerini bulunuz.

Çözüm

₁₁Na elementinin elektron dağılımı yazıldığında 2 8 1 şeklindedir. 3 yörüngesi olduğu için 3. periyot 1A grubundadır.

Elektronik Konfigürasyon (Modern Atom Teorisi)

Modern atom teorisine göre elektronun bulunma ihtimalinin en yüksek olduğu hacime orbital denir. 4 tür orbital çeşidi vardır. Bunlar s, p, d, f şeklinde adlandırılır. s de 1, p 3, d de 5 f de ise 7 orbital vardır. Her orbitale en fazla 2 elektron yerleşir. Yerleşen elektronların spini (yön) ters olmalıdır.

Buna göre s orbitali en fazla iki elektron, p orbitali en fazla 6 elektron, d orbitali en fazla 10 elektron ve f orbitali en fazla 14 elektron alır. 

Elektronlar orbitallere yerleştirilirken enerjisi düşük olan tercih edilir. Sırasıyla her orbitale birer tane yerleştirilir. Artan elektronlar baştan itibaren tekrar yerleştirilir. Elektronları orbitallere yerleştirirken bu kurala dikkat etmek gerekir. 

Çekirdeğe en yakın orbitalin potansiyel enerji seviyesi en düşüktür. Orbitallerin enerji seviyelerine göre sıralanması için aşağıdaki tablodan yararlanılarak elektronların orbitallere yerleştirilmesi şu şekilde bulunur. 

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰ ... şeklindedir.

Örnek olarak nötr ₆C atomunun elektron dizilmini gösterelim.

 görüldüğü gibi elektronlar p orbitallerine sırayla dizilirler. 

Şimdi de orbitalleri tam dolu olan ₁₀Ne atomunun elektron dizilimini gösterelim.

 

Örnek olarak yazılan konfigürasyonlardan herhangi birini inceleyelim.

4s² ile biten bir dağılımda 4 başkuant sayısı, s orbital türü, 2 ise orbitaldeki elektron sayısıdır. 

Elektronik konfigürasyon yardımıyla

• Periyot sayısı
• Grubu
• Elementlerin sınıflandırılması
• Değerlik elektron sayısı
• Tam dolu, yarı dolu orbital sayısı bulunabilir.

Periyot Sayısı (En Büyük Baş Kuant Sayısı)

Elektronik konfigürasyondaki en büyük katsayıdır. Örneğin X : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 de en büyük katsayı 4 tür. Demekki X 4. periyottadır.

Grubu

Elektronik konfigürasyondaki son orbitale göre tanımlanır. 

Son orbital s veya p ise A grubu, d veya f ise B grubu.

son orbital	s1 ise 1A
son orbital	s2 ise 2A
son orbital	p1 ise 3A
son orbital	p2 ise 4A
son orbital	p3  ise 5A
son orbital	p4 ise 6A
son orbital	p5 ise 7A
son orbital	p6 ise 8A

 

Elektron dağılımı f ile bitiyorsa lantanitler veya aktinitlerdir.

son orbitaller	s2d1 ise 3B
son orbitaller	s2d2 ise 4B
son orbitaller	s2d3 ise 5B
*son orbitaller	s1d5 ise 6B
son orbitaller	s2d5 ise 7B
son orbitaller	s2d6 ise 8B
son orbitaller	s2d7 ise 8B
son orbitaller	s2d8 ise 8B
**son orbitaller	s1d10 ise 1B
son orbitaller	s2d10 ise 2B

 

* 6B grubunun elektronik konfigürasyonu s²d⁴ ile bitmesi gerekirken küresel simetriden dolayı s² deki bir elektron d⁴ ü yarı kararlı hale ulaştırarak s¹d⁵ haline dönüşür.

** 1B grubunun elektronik konfigürasyonu s²d⁹ ile bitmesi gerekirken küresel simetriden dolayı s² deki bir elektron d⁹ u yarı kararlı hale ulaştırarak s¹d¹⁰ haline dönüşür.

Uyarılma: Atomların temel halde bulunan elektronlarının dışarıdan enerji verilerek daha yüksek enerjili orbitallere çıkması olayıdır.

₁₁Na: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ (Temel hal)

₁₁Na: 1s² 2s² 2p⁶ 4s¹ (Uyarılmış hal)

Örnek:

₂₉Cu elementinin s orbitalinde toplam kaç elektron vardır?

Çözüm

Elektron dağılımı yazıldığında;

₁₉Cu: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁹ şeklinde yazmak hatalıdır. Doğrusu, elektron dağılımı 4s² den 1 elektron 3d⁹ a aktarılır. 

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d¹⁰ şeklinde olur. O halde s orbitallerinde toplam 7 elektron olacaktır. 

Elementlerin Sınıflandırılması

Metal	Ametal	Soygaz
1A, 2A, 3A	4A, 5A, 6A, 7A	8A

Hidrojen 1A grubunda yer alır ancak ametalik özellik gösterir. 4A ki beş element üç farklı özellik gösterdiğinden genel bir sınıfı yoktur. Fakat C (karbon) ametaldir. B grubu geçiş metalleridir. Elektronik konfigürasyon 4 f ile biterse lantanit, 5 f ile biterse aktinit olarak sınıflandırılır.

Değerlik elektron sayısı

Grup numarası olarak tanımlanır. Örneğin, 5A grubundaki X in değerlik elektron sayısı 5 dir. 5B grubundaki Y nin değerlik elektron sayısı 5 dir.

Elementlerin bileşiklerinde aldıkları değerlikler

Metaller elektron vermeye yatkın olduğundan 1A grubu metalleri  bileşiklerinde +1 2A grubu metalleri bileşiklerinde +2 3A grubu metalleri bileşiklerinde +3 değerlik alırlar.

Ametaller bileşik oluştururken genellikle elektron alırlar. Ancak (+) değerlik aldıkları bileşikleri de bulunur. Dolayısıyla,

5A grubu -3, ... +5

6A grubu -2, ... +6

7A grubu -1, ... +7

değerliklerini alırlar.

Soygazlar son yörüngedeki orbitalleri tam dolu olduğundan ne elektron alırlar ne de verirler. Dolayısıyla değerlikleri yoktur.