Atom Ve Elektron ( Elektron Proton Nötron Ve İzotoplar )

Atom Ve Elektron ( Elektron Proton Nötron ve İzotoplar )
Atom Ve Elektron ( Elektron Proton Nötron ve İzotoplar )
Maddenin temelinde atom adı verilen çok küçük parçacıklardan oluştuğu kavramı eski yunanlılara kadar uzanır Milattan önce 5 yüzyılda Leucippus ve Democritus maddenin sonsuz küçük parçacıklara ayrılamayacağını öne sürdülerOnlar,bir madde daha küçük parçalara bölünmeye devam edilirse en sonunda atomun bölünmeyeceğini iddia ediyorlardıAtom sözcüğü Yunanca’da bölünmez anl***** gelen atomos sözcüğünden türetilmiştir

Eski yunan atom kuralları planlı deneylere dayanmıyorduBunun için yaklaşık 2000 yıllık bir zaman süresince atom kuramı sadece tartışılmaktan öteye gidilmediAtomların varlığı Robert Boyle tarafından THE SCEPTİCAL CHYMİST (1661),Isaac Newton tarafındanda Principia (1687) ve Opticks(1704) kitaplarında kabul edilmişti Fakat John Dalton’un 1803-1808 yılları arasında geliştirip önerdiği atom kuarmı kimya tarihinde en önemli aşamalardan biri olmuştur

Elektron:

Gerek Dalton’un gerekse yunanlıların kuramlarında atom, maddenin en küçük taneciği olarak kabul edilmişti19yüzyılın sonlarına doğru atomun kendisinin de daha küçük taneciklerden oluştuğu düşünülmeye başlandıAtom hakkındaki düşüncelerde meydana gelen bu değişikliğe elektrikle yapılan deneyler neden oldu

1807-1808 yıllarında ünlü İngiliz kimyacısı Humphry Davy bileşikleri ayrıştırmak için elektrik kullanarak beş element (potasyum,sodyum,kalsiyum,stronsiyum ve baryum) bulduBu çalışmalarına dayanarak Davy , bilesiklerde elementlerin elektriksel nitelikli çekim kuvvetleriyle bir arada tutulduklarını önerdi

Vakumdan elektrik akımının geçirildiği deneyler 1859 da Julius Plücker katod ışınlarını bulmasına yol açtıKatot ışnları elde etmek için havası iyice boşaltılmış bir cam tüpün uçlarına iki elektrod yerleştrilirBu elektrodlara yüksek gerilim uygulandığında katot adı verilen negatif elektroddan ışınlar çıkarBu ışınlar negatif yüklüdür doğrusal yol izler ve katodun karşısındaki tüp çeperlerinin ışık saçmasına sebep olur 19yüzyılın son yıllarında katot ışınları ayrıntılı olarak incelendiBirçok bilim adamının deneyleri sonucunda katot ışınlarının hızla hareket eden eksi yüklü parçacıklar olduğu ortaya çıktı ve bu parçacıklar daha sonra Stoney’in önerdiği gibi elektron adı verildi

Katottan çıkan elektronlar katot için hangi metal kullanılırsa kullanılsın aynı özelliktedirZıt yükler birbirini çektiğinden katot ışınlarını oluşturan elektron hüzmeleri yolları üzerinde üstte ve altta bulunan zıt yüklü iki levha arasından geçerken pozitif yüklüsüne doğru çekilirlerDemek ki bir elektrik alanı içinde katot ışınları normal doğrusal yollarından saparlarBu sapmanın açısı :

1 Tanecik yükü ile doğru orantılıdırYükü büyük olan tanecik az yük taşıyan tanecikten daha çok sapar

2 Tanecik kütlesi ile ters orantılıdırKütlesi büyük olan tanecik küçük olandan daha az sapar
Bundan dolayı yükün kütleye oranı bir elektrik alanı içinde elektronların doğrusal yoldan ne kadar sapacağını belirlerelektronlar magnetik bir alan içinde de sapma gösterirlerFakat bu durumda sapma uygulanan magnetik alana dik yöndedir

Katot ışınlarının elektrik ve magnetik alanlar içindeki sapmalarını inceleyen Joseph T Thomson , 1897’de elektron için değerini saptadı bu değer:

E/M=-1,758810 üzeri sekiz coul /g dır

Coul uluslar arası sistemde elektrik yükü birimidirBir kulon bir amperlik akım tarafından iletkenin belirli bir noktasından bir saniyede taşınan yük miktarıdır

Elektron yükünün duyar olarak ölçümü ilk defa Robert A Milikan tarafından 1909 da yapıldıMilikan’ın deneyinde x-ışınları etkisi ile havayı oluşturan moleküllerden elektronlar koparılırÇok küçük yağ damlacıkları da bu elektronları alıp elektrik yükleri ile yüklenirlerBu yağ damlacıkları iki yatay levha arasından geçirilirlerYağ damlacıklarının düşüş hızları ölçülerek kütleleri hesaplanır

Yatay levhalara elektrik akımı uygulandığında negatif yüklü damlacık pozitif yüklü levhaya doğru çekileceğinden damlacığın düşüş hızı değişirbu koşullar altında düşüş hızı ölçülerek damlacığın yükü hesaplanabilirBelli bir damlacık bir veya daha çok sayıda elektron alabileceğinden bu yöntemle hesaplanan yükler daima birbirinin aynı değildirFakat bu yükler hep belli bir yük değerinin katları olduğundan bu yük değeri bir elektronun yükü kabul edilir

Proton:

Nötral bir atom veya molekülden bir veya daha çok elektron koparıldığında geriye kalan tanecik koparılan elektronların tolam eski yüküne eşit miktarda artı yük kazanırBir neon atomundan bir elektron koparıldığında geriye kalan tanecik koparılan elektronların toplam eksi yüküne eşit miktarda artı yük kazanırBir neon atomundan bir elektron koparıldığında bir Ne(+) iyonu oluşurBir elektriksel deşarj tüpünde katot ışınları tüpün içinde bulunan gaz atomlarından ve moleküllerinden elektronların çıkmasına sebep oldukları zaman , bu tür artı yüklü tanecikler oluşurBu artı yüklü iyonlar eksi yüklü elektroda doğru hareket ederlerEğer katot delikli bir levhadan yapılmışsa artı yüklü iyonlar bu deliklerden geçerlerkatot ışınlarının elektronları ise ters yönde hareket ederler

Pozitif ışınlar adı verilen bu artı yüklü iyon demetleri ilk defa 1886 da Eugen Goldstein tarafından bulunduPozitif ışınların elektrik ve magnetik alanların etkisinde sapmaları ise 1898 de Wilhelm Wien ve 1906 da JJ Thomson tarafından incelendiArtı yüklü iyonlar için e/m değerlerinin saptanmasına , katot ışınlarının incelenmesinde kullanılan yöntemin hemen hemen aynısı kullanıldıDeşarj tüpünde değişik gazlar kullanıldığı zaman değişik tür artı yüklü iyonlar oluşur

Proton adı verilen bu tanecikler bütün atomların bir bileşenidirProtonun yüklü elektronun yüküne eşit fakat ters işaretlidir

Bu yüke yük birimi denirProton artı bir elektrik yük birimine , elektron ise eksi bir elektrik yük birimine sahiptir(Protonun kütlesi elektronun kütlesinin 1836 katıdır)

Nötron:

Atomlar elektrik yükü bakımından nötral olduklarından bir atomun içerdiği proton sayısı elektron sayısına eşit olmalıdır Atomun toplam kütlesini açıklayabilmek için 1920 de Ernest Rutherford atomda yüksüz bir taneciğin var olduğunu savundu Bu tanecik yüksüz olduğundan onu incelemek ve tanımlamak zordu Fakat 1932 de James Chadwick nötronun varlığını kanıtlayan çalışmalarını sonuçlarını yayınladıChadwick, nötronların oluştuğu bazı nükleer tepkimelerin verilerinden nötronun kütlesini hesaplayabildiBu tepkimelerde kullanılan ve oluşan bütün taneciklerin kütlelerini ve enerjilerini göz önüne alarak Chadwick nötronun kütlesini hesapladıBu kütle protonun kütlesinden biraz daha büyüktü

Günümüzde daha birçok atom altı tanecik bulunmuşturFakat bu taneciklerin atom yapısı ile olan ilişkisi çok iyi bilinmemektedirKimyasal çalışmalar için atomun yapısı elektron , proton ve nötronun varlığına dayanarak yeterince açıklığa kavuşturulmuştur

İZOTOPLAR

Belli bir elementin bütün elementlerinin atom numarası aynıdır Fakat bazı elementler kütle numarası bakımından farklılık gösteren çeşitli tipte atomlardan oluşmuşturAynı atom numarasına fakat farklı kütle numarasına fakat farklı kütle numarasına sahip atomlara İZOTOP atomlar adı verilir

Görüldüğü gibi izotoplar çekirdeklerindeki nötron sayısı bakımından farklıdırlar;bu da doğal olarak atom kütlelerinin farklı olduğu anl***** gelirBir atomun kimyasal özellikleri ilke olarak atom numarası ile belirtilen proton ve elektron sayısına bağlıdır Bundan dolayı bir elementin izotopları birbiri ile hemen hemen aynı olan kimyasal özelliklere sahiptirBazı elementler doğada tek bir izotop halinde bulunurlarFakat çoğu elementlerin birden çok izotopu vardırÖrnek olarak kalayın 10 doğal izotopu vardır

Kütle spektrometresi bir elementte kaç izotop bulunduğunu , her izotopun tam olarak kütlesini ve bağıl miktarını saptamak için kullanılırBuharlaştırılmış madde , elektronlarla bombardıman edilerek artı yüklü iyonlar oluşturulurBu iyonlar eksi yüklü bir levhaya doğru çekilerek bu levha üzerinde bulunan dar bir aralıktan hızla geçirilirler

İyot demeti bundan sonra magnetik bir alan içinden geçiriliryüklü tanecikler magnetik bir alan içinde dairesel bir yörünge izlerlerTaneciğin yükü arttıkça doğrusal yörüngesinden sapma da artarBu nedenle , magnetik bir alanda artı yüklü bir iyonun izlediği dairesel yörüngenin yarıçapı o iyonun e/m değerine bağlıdır

Değişik e/m değerine sahip iyonların bu son aralıktan geçmesi ise magnetik alan şiddeti veya iyonları hızlandırmak için kullanılan voltaj ayarlanarak sağlanırBöylece aygıttaki farklı iyon türlerinden her biri bu aralıktan ayrı ayrı geçirilirlerDetektör her farklı iyon demetinin şiddetini ölçer ; bu iyon şiddeti örnekte bulunan izotopların bağıl miktarına bağlıdır

tom Numarası ve Periyotlar yasası

19yüzyılın başlarında kimyacılar elementler arasında bulunan fiziksel ve kimyasal benzerliklerle ilgilendiler1817 ve 1829 da Johann W Döbereiner “triad” lar adını verdiği element serileri (Ca,Sr,Ba;Li,Na,K;Cl,Br,I;S,Se,Te) hakkındaki incelemelerini yayınladı burada her seriyi oluşturan elementler birbirine benzeyen özeliklere sahip olup serideki ikinci elementin atom ağırlığı yaklaşık diğer iki elementin atom ağırlıklarının ortalamasına eşittir

Bunu izleyen yıllarda birçok kimyacı elementleri benzeyen özellikleri açısından sınıflandırmayı denedi1863-66 yıllarında John A R Newlands “oktavlar yasası” nı önerip geliştirdiNewlands a göre elementler atom ağırlıklarının artış sırasına göre dizildiklerinde sekizinci element birinciye , dokuzuncu element ikinciye benziyor ve bu durum böylece devam ediyorduNewlands bu ilişkiyi müzik notalarındaki oktavlara benzettiFakat gerçek ilişki Newlands’ın varsaydığı kadar basit değildiNewlands ın çalışmaları dayanaksız bulunmuş ve diğer kimyacılar tarafından ciddiye alınmamıştır

Elementlerin modern periyodik sınıflandırılması Julius Lothar Meyer ve özellikle Dimitri Mendeleev ‘in çalışmalarına dayanırMendeleev periyodik bir yasa önerdi ; bu yasaya göre elementler atom ağırlığı artışına göre incelendiğinde , özelliklerindeki benzerlikler periyodik olarak tekrarlanırMendeleev in çizelgesinde benzer elementler grup adı verilen dikey sütunlarda toplanır

Ayrıca Mendeleev in çizelgesinde henüz bulunmamış elementler için boş yerler bıraktı ve çizelgede olmayan elementlerden üç tanesinin özelliklerini önceden belirttiHemen sonra Mendeleev in öngördüğü özelliklerin çoğuna sahip oldukları belirlenen Skandiyum,galyum ve germanyum elementlerinin bulunması periyodik sistemin doğru olduğunu gösterdiAsal gazların varlığı Mendeleev tarafından öngörülmediği halde bu elementler 1892-98 yılları arasında bulunduktan sonra periyodik çizelgedeki yerlerine oldukça iyi bir şekilde uydular

Periyodik çizelgedeki plana göre K,Ni ve I elementlerinin atom ağırlığının artışına göre belirlenmiş dizilişinin dışında yer almamaları gerekliydiÖrneği iyot atom ağırlığına göre 52 numaralı element olmalıydıFakat kimyasal açıdan benzediği F,Cl ve Br elementleri ile aynı gurupta olabilmesi için iyot keyfi olarak 53 numaralı element olduPeriyodik sınıflandırmanın daha ayrıntılı olarak incelenmesi ile bir çok araştırıcı periyodik özelliğin,atom ağırlığından çok , başka bir temel bağlı olduğuna inandıBu temel özelliğinde o zamanlar periyodik sistemden çıkarılan ve sadece bir seri numarası olan atom numarası ile ilişkisi olduğunu öğrendi

1913-14 yıllarında Henry G J Moseley in çalışmaları bu problemleri çözdüYüksek enerjili katot ışınları bir hedefe odaklandığında X-ışınları oluşurBu X-ışınları çeşitli dalga boylarındaki bileşenlere ayrılabilir ve bu şekilde elde edilen çizgi spektrumları da fotografik olarak kaydedilebilirHedef olarak değişik elementler kullanıldığında değişik X-ışınları spektrumları elde edilir ve her spektrum sadece birkaç karakteristik spektral çizgi içeren X-ışınları spektrumu vardır

Moseley atom numaraları 13 ile 79 arasında olan 38 elementin X-ışınları spektrumunu incelediHer elemen için o elemente karşılık gelen karakteristik spektrum çizgisini kullanan Moseley , elementin atom numarası ile çizgi frekansının kare kökü arasında doğrusal bir ilişki olduğunu bulduBaşka bir değişle elementler atom numarası artışına göre dizildiğinde spektrum çizgisi frekansının karekökü bir elementten diğerine gittikçe sabit bir miktarda artar

Bundan dolayı Moseley X-ışınları spektrumuna dayanarak elementlerin doğru atom numaralarını tahmin edebildiBöylece atom ağırlıkları komşu atomlarınkine uygun düşmeyen K,Ni ve I un sınıflandırılması problemi de çözümlenmiş olduDiğer taraftan Moseley Ce den Lu e kadar olan seride 14 element bulunması ve bu elementlerin ve bu elementlerin periyodik çizelgede Lantan’dan sonra gelmeleri gerektiğini bildirdiMoseley’in diagramları ayrıca 79 numaralı elementten önce henüz o zamana kadar bulunmamış 4 elementin var olması gerektiğini de gösterdiNihayet Moseley’in çalışmalarına dayanarak periyodik yasa “Elementlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri atom numarasının periyodik fonksiyonudur” şeklinde tekrar tanımlandı

Moseley in atom numaraları ile Rutherford un tanecikleri saçılma deneyinden hesapladığı çekirdek yükleri oldukça iyi bir uyum içindeydibuna dayanarak Moseley atom numarasının atom çekirdeğinde bulunan artı birimlerin sayısı olduğunu önerdi

Moseley ayrıca, atomda bir elementten diğerine gidildikçe artan temel bir nicelik bulunduğunu ifade ederek bu niceliğin ancak merkezdeki artı yüklü çekirdeğin yüklü olabileceğini belirtti

X-ışınları , görünür ışıktan çok daha kısa dalga boylarına ve dolayısıyla daha yüksek frekans ve enerjilere sahip elektro magnetik ışınlardırBir elementin x-ışınları spektrumunun olmasına hedef element atomlarında meydana gelen elektron geçişlerinin sebep olduğuna inanılmaktadırX-ışınlar tüpüne katot ışınları , hedefteki atomların iç kabuklarından elektronlar koparırlarDış kabuktaki elektronlar iç kabuklarda oluşan bu boşlukları doldurdukları zaman x-ışınları yayınlanırBir atomda elektronun , yüksek bir enerji düzeyinden K düzeyine geçmesi sonucu oldukça bir büyük bir miktarda enerji açığa çıktığından , elde edilen radyasyonun frekansı yüksektirBuna karşı gelen dalga boyu da x-ışınlarına özgü olup kısadır

Bir elektron geçişi sırasında açığa çıkan radyasyonun frekansı ayrıca atom çekirdeğindeki yüke bağlıdırAçığa çıkan bu enerjinin miktarı çekirdek yükünün karesi ile doğru orantılıdırÇekirdeğin yükü arttıkça açığa çıkan enerji artar ve yayınlanan radyasyonun dalga boyu kısalırMoseley in gözlemleri de bu ilişkiyi yansıtmaktadır