Maddenin Yapısı ve Özellikleri
Atomlar çok çok küçük olduklarından kimse onları çok güçlü bir mikroskopla bile göremez. Elektron mikrografikleri milyonlarca atomun birleşerek meydana getirdiği büyük molekülleri gösterir. Elektron mikrografikleri Büyük Çin Setti'nin uzaydan çekilmiş fotoğrafına benzetilebilir. Fotoğrafta Çin Setti duvarını görebilirsiniz; fakat duvarı meydana getiren taşları göremezsiniz. Yaklaşık 2400 yıl önce eski Yunanlı filozof Democritus bir madde sonsuza dek küçük parçalara bölünürse en sonunda o maddenin en küçük parçacığının elde edilebileceğini ileri sürdü. Atom adı Yunanca bölünemeyen anlamına gelen atomostan gelir.
Democritus'un görüşü metaller gibi basit maddelerin yapılarının açıklanmasında günümüzdeki modern atom teorisi ile uyuşur. Diğer eski Yunanlı filozoflardan Plato ve Aristo o dönemde Demecritus'un fikrini kabul etmemişlerdi Gerçekten de eski yunanlı bilim insanlarının o dönemde atom hakkında herhangi bir deney yapmadan fikir ileri sürmeleri günümüz bilim insanlarına çok etkileyici gelmektedir. Daha sonraları ise bilim, atom konusunda 2000 yıl gibi uzun bir süre bilim insanlarının gündemi dışında kaldı ta ki İngiliz bilim insanı John Dalton (1766-1844) ileri sürdüğü atom teorisini açıklayıncaya kadar. Ünitede geçmişten günümüze kadar ortaya çıkan atom teorilerini ve atomun yapısı hakkındaki bilgileri öğrenerek atomların elektron alarak, vererek veya ortaklayarak meydana getirdiği yapılar hakkında bilgi sahibi olacağız.
SON ÜÇ ASIRDA ATOM FİKRİ
Dalton, eski Yunanlı filozof Democritus'un fikrinden yola çıkarak yaptığı deneyler sonucunda atomu içi boş bir küreye benzetmişti. Günümüzde kimya derslerinde kullandığımız katlı oranlar kanununu ve sabit oranlar kanununu kullanarak 1807′de Atom Teorisini ileri sürdü. Teori, elementler ve bileşikler hakkında aşağıdaki bilgileri içermekteydi. Tüm maddeler atomlardan oluşur. Aynı cins elementlerin atomları birbiriyle tamamen aynıdır. Farklı cins elementlerin, atomları da farklıdır. Kimyasal tepkimelerde atomlar bir bütün olarak davranır. Atomlar parçalanamaz ve yeniden oluşturulamaz. Atomlar belirli oranlarda birleşerek bileşikleri oluştururlar. Dalton'dan sonra J.J.Thomson atomla ilgili teorisinde (1897) elektronu keşfetti ve atomun pozitif bir küreden oluştuğunu ve elektronların bu küre içerisinde gelişigüzel dağıldığını ileri sürdü. Teorisini açıklarken de atomu üzümlü bir keke, elektronları ise bu kek içerisinde gelişigüzel dağılmış üzümlere benzetti. Oxford üniversitesinde J.J. Thomson'ın asistanı olan Ernest Rutherford, Thomson'ın teorisini desteklemek için yaptığı deneyde atomun bir çekirdeğinin olduğunu keşfetti. Çekirdeğin ve atomun çapını kıyaslamak için de ünlü benzetmesini yaptı. Bir bezelye tanesi bir atomun çekirdeği olarak kabul edilirse ve bir stadyum ortasına yerleştirilirse, tribünlerde dolaşan sinekler de atomun hacmini belirleyen elektronlar olarak kabul edilebilir. Rutherford modeli merkezinde çekirdek bulunan elektronların gezegenler gibi dolandığı bir daire gibi de düşünülebilir. 1913 yılında Danimarkalı fizikci Niels Bohr atom modelinde elektronların çekirdeğin etrafında belirli enerji seviyelerinde haraket ettiğini ileri sürdü. Bohr Modeli, aynı yörüngede birden çok gezegen bulunan güneş sistemine benzetilebilir.1932yılında ise James Chadwick nötronların varlığını ispatladı. Günümüzde kabul edilen Modern Atom Teorisi ise atomu elektron bulutuna benzetmektedir. Bu durum lambanın etrafında gelişigüzel dönen sineklerin oluşturduğu bir küreye benzetilebilir. Eski atom modelleri günümüzde geçerli olan birçok ilkeyi içerdiğinden halen kullanılır. Örneğin kitabımızda atom modeli, Bohr Atom Modeline göre çizilmiştir ve ünitede göreceğimiz iyon oluşumunu da kolayca açıklayan modeldir.
1.1 Atomun İçi ve Dışı
Bir elementin diğerine göre farklı özelikler göstermesinin nedeni nedir?
Yüzyıllardır bilim insanları atomun en küçük parçacık olduğunu düşünüyordu. Daha sonraları ise atomun temel tanecikleri olan ve keşfedildi. Her elementin kendine özgü proton, nötron ve elektron sayıları vardır. Böylece her element bir diğerine göre farklı özelikler gösterir.
Elektronun kütlesi çekirdekte bulunan proton ve nötronların kütlesine oranla yok denecek kadar azdır. Çekirdekteki parçacıklar arasında başka yerde göremediğimiz özel çekim kuvvetleri vardır. Çekirdek ve elektronların bulunduğu enerji seviyeleri(katmanlar) arasında çok büyük bir boşluk vardır.
Bir atomun kütlesini hemen hemen çekirdek oluşturur
Proton ve nötronların kütlesi hemen hemen aynıdır. Elektronlar o kadar hafiftir ki kütlesini sıfır kabul edebiliriz. Yaklaşık 1840 tane elektronun kütlesi bir nötron veya protonun kütlesine denk gelir.
1-Atomun temel tanecikleri hangileridir?
2-Atomun çekirdeğinde hangi parçacıklar bulunur?
3-Elektronlar atomun neresinde bulunur?
Atomlar yalnızca proton nötron ve elektronlardan meydana gelmez. Bilim insanları bu parçacıkları oluşturan en az 37 parçacığın varlığından söz ediyor. Bunlardan bazıları lepton-lar, kuarklar, fotonlar, bozonlar, gravitonlardır.
1.2 Elektronların Dizilişi
Protonların ve nötronların atomun merkezi olan çekirdekte, elektronların ise çekirdek etrafında belli enerji seviyelerinde (katmanlarda) dönerek hareket ettiklerini biliyoruz. Atom çekirdeğine en yakın olan elektronların enerjisi en düşük, çekirdekten en uzak olan elektronların enerjileri ise en yüksektir. Elektronlar, çekirdeğe en yakın katmandan başlayarak, en uzak katmana doğru yerleşir. Başka bir ifade ile elektronlar en düşük enerji seviyesinden en yüksek enerji seviyesine doğru yerleşir.
-Birinci enerji seviyesi K katmanı
-İkinci enerji seviyesi L katmanı
Üçüncü enerji seviyesi ise M katmanı olarak adlandırılır.
1. enerji seviyesinde en fazla 2 elektron,
2. enerji seviyesinde en fazla 8 elektron,
3. enerji seviyesinde en fazla 18 elektron bulunabilir.
Atomlardaki elektronların yerleşiminin gösterilmesine elektron dizilişi denir.
Oktet kuralına göre birinci katman hariç atomların en dış enerji seviyelerinde en fazla sekiz elektron bulunur. Bu nedenle ilk yirmi atomun elektron dizilişi birinci enerji seviyesinde 2, ikinci enerji seviyesinde 8, üçüncü enerji seviyesinde 8 elektron olacak biçimdedir.
1.3 Atomların Kimliği
Atom numarası ve kütle numarası
Atom numarası = proton sayısı
Proton sayısı = Elektron sayısı
Kütle numarası
Kütle numarası
Nükleon sayısı
Kütle numarası =Atomdaki proton sayısı + atomdaki nötron sayısı
Kütle numarası Atom numarası = Nötron sayısı
Atom ve kütle numaralarının kısaltılması
Sodyum atomuna bakınca 11 protonu olduğunu göreceksiniz. Sadece sodyum atomlarının 11 protonu vardır. Diğer atomların tümünün de kendine özgü proton sayısı vardır. Bir atomun kimliğini belirten en temel öğesi protondur. Atomların kimliklerini proton sayılarına bakarak tespit edebiliriz. Bir atomdaki proton sayısına atom numarası denir. Böylece sodyumun atom numarası 11′dir deriz. Nötr atomların proton sayıları elektron sayılarına eşit olduklarından dolayı yük bakımından nötrdür. Atomdaki elektronların kütlesi yok denecek kadar küçüktür. Atomun kütlesini, çekirdeğinde bulunan protonlar ve nötronlar belirler. Bir atomdaki proton ve nötronların toplam kütlesine denir.
Bir sodyum atomunun 11 protonu ve 12 nötronu vardır, kütle numarası 23′tür.
Atom numarası yalnızca proton sayısı olduğuna göre;
Sodyum atomunun nötron sayısı = (23 -11) =12 dir.
1.4 Aynı Elementin Atomlarındaki Farklılık
Bir elementin tüm atomları her zaman aynı olmayabilir. Aynı olmamaları çekirdekte bulunan nötron sayılarının farklı olmasındandır. Proton sayıları aynı nötron sayıları farklı, bunun sonucunda kütle numaraları farklı olan atomlara izotop atomlar denir.
Soluk aldığımız havadaki tüm oksijen atomlarının çekirdeğinde 8 proton vardır. Atomlar nötr olduklarından 8 tane de elektronları vardır. Soluduğumuz oksijenin büyük bir bölümünde 8 nötron vardır. Oksijenin böylece kütle numarası (8+8 =16) 16 olarak bulunur. Soluduğumuz oksijenin az bir miktarı ise 9 nötrona sahiptir. Bu oksijen atomlarının kütle numarası ise (8+9=17) 17′dir. O ve O oksijenin izotoplarıdır deriz. Oksijenin üçüncü izotopu ise çok az miktarda bulunan O'dir. Bu izotoplara, oksijen-16, oksijen-17 ve oksijen-18 de denilebilir.
Hemen hemen bütün elementlerin izotopu vardır. Oksijen, karbon gibi çoğu elementin izotopları doğada bulunur. Bazı izotoplar ise özel olarak laboratuvarlarda oluşturulur. İzotopların çoğunluğu ışınlar yayarak başka izotoplara dönüşür. Söz konusu ışınlar canlılar için zararlıdır. Ancak ışınların etkinliği azaltılarak tıp alanında kullanılır. Örneğin; kripton-81 izotopu akciğerleri kontrol etmede kullanılır. Bu amaçla kripton-81 izotopunun bir bölümü akciğerlere solunarak alınır. Akciğerlerin iyi çalışmayan bölgelerine bu izotop ulaşmaz. O bölgeler ekranda siyah olarak görülür. Kobalt-60 izotopuysa kanser tedavisinde kullanılır.
2 Periyodik Tablo
1869 yılında Rus bilim insanı Dimitri Mendeleev o dönemde bilinen 63 elementi sınıflandırmıştır. Mendeleev bazı elementlerin neden aynı davrandığına dair bir sıra bulmaya çalışmıştı. Elementleri atom kütlesine göre listelemişti. Benzer özeliklere sahip olan elementlerin periyodik özelikler gösterdiğini bulmuş, elementler listesinde düzgün bir sıra oluşturmuştu. Mendeleev elementleri düzenli bir şekilde listelemek için bir tablo hazırladı ve tablosuna Periyodik Tablo adını verdi. Tablosunda o dönemde keşfedilmemiş elementler için boşluklar bıraktı, isimlerini eka-aleminyum, eka-boron ve eka-silikon olarak koydu ve bu elementlerin bazı özeliklerini önceden tahmin etti. Kısa bir süre sonra galyum, skandiyum ve germanyumun keşfedilmesi ve tahmin ettiği özelliklerin doğrulanması Mendeleev'in Periyodik Tablo'sunun bilim dünyası tarafından 19. yüzyılın sonlarına doğru kabul görmesini sağladı.
Günümüzde kullandığımız modern Periyodik Tablo, Mendeleev'in Periyodik Tablo'sundan oldukça farklıdır. Modern Periyodik Tablo'da elementler atom numaralarına göre sıralanmıştır. Tabloda görülen yatay sıralara periyod, atomların elektron dizinimine göre düzenlenmiş dikey sütunlara grup denir.
Atomlar çok çok küçük olduklarından kimse onları çok güçlü bir mikroskopla bile göremez. Elektron mikrografikleri milyonlarca atomun birleşerek meydana getirdiği büyük molekülleri gösterir. Elektron mikrografikleri Büyük Çin Setti'nin uzaydan çekilmiş fotoğrafına benzetilebilir. Fotoğrafta Çin Setti duvarını görebilirsiniz; fakat duvarı meydana getiren taşları göremezsiniz. Yaklaşık 2400 yıl önce eski Yunanlı filozof Democritus bir madde sonsuza dek küçük parçalara bölünürse en sonunda o maddenin en küçük parçacığının elde edilebileceğini ileri sürdü. Atom adı Yunanca bölünemeyen anlamına gelen atomostan gelir.
Democritus'un görüşü metaller gibi basit maddelerin yapılarının açıklanmasında günümüzdeki modern atom teorisi ile uyuşur. Diğer eski Yunanlı filozoflardan Plato ve Aristo o dönemde Demecritus'un fikrini kabul etmemişlerdi Gerçekten de eski yunanlı bilim insanlarının o dönemde atom hakkında herhangi bir deney yapmadan fikir ileri sürmeleri günümüz bilim insanlarına çok etkileyici gelmektedir. Daha sonraları ise bilim, atom konusunda 2000 yıl gibi uzun bir süre bilim insanlarının gündemi dışında kaldı ta ki İngiliz bilim insanı John Dalton (1766-1844) ileri sürdüğü atom teorisini açıklayıncaya kadar. Ünitede geçmişten günümüze kadar ortaya çıkan atom teorilerini ve atomun yapısı hakkındaki bilgileri öğrenerek atomların elektron alarak, vererek veya ortaklayarak meydana getirdiği yapılar hakkında bilgi sahibi olacağız.
SON ÜÇ ASIRDA ATOM FİKRİ
Dalton, eski Yunanlı filozof Democritus'un fikrinden yola çıkarak yaptığı deneyler sonucunda atomu içi boş bir küreye benzetmişti. Günümüzde kimya derslerinde kullandığımız katlı oranlar kanununu ve sabit oranlar kanununu kullanarak 1807′de Atom Teorisini ileri sürdü. Teori, elementler ve bileşikler hakkında aşağıdaki bilgileri içermekteydi. Tüm maddeler atomlardan oluşur. Aynı cins elementlerin atomları birbiriyle tamamen aynıdır. Farklı cins elementlerin, atomları da farklıdır. Kimyasal tepkimelerde atomlar bir bütün olarak davranır. Atomlar parçalanamaz ve yeniden oluşturulamaz. Atomlar belirli oranlarda birleşerek bileşikleri oluştururlar. Dalton'dan sonra J.J.Thomson atomla ilgili teorisinde (1897) elektronu keşfetti ve atomun pozitif bir küreden oluştuğunu ve elektronların bu küre içerisinde gelişigüzel dağıldığını ileri sürdü. Teorisini açıklarken de atomu üzümlü bir keke, elektronları ise bu kek içerisinde gelişigüzel dağılmış üzümlere benzetti. Oxford üniversitesinde J.J. Thomson'ın asistanı olan Ernest Rutherford, Thomson'ın teorisini desteklemek için yaptığı deneyde atomun bir çekirdeğinin olduğunu keşfetti. Çekirdeğin ve atomun çapını kıyaslamak için de ünlü benzetmesini yaptı. Bir bezelye tanesi bir atomun çekirdeği olarak kabul edilirse ve bir stadyum ortasına yerleştirilirse, tribünlerde dolaşan sinekler de atomun hacmini belirleyen elektronlar olarak kabul edilebilir. Rutherford modeli merkezinde çekirdek bulunan elektronların gezegenler gibi dolandığı bir daire gibi de düşünülebilir. 1913 yılında Danimarkalı fizikci Niels Bohr atom modelinde elektronların çekirdeğin etrafında belirli enerji seviyelerinde haraket ettiğini ileri sürdü. Bohr Modeli, aynı yörüngede birden çok gezegen bulunan güneş sistemine benzetilebilir.1932yılında ise James Chadwick nötronların varlığını ispatladı. Günümüzde kabul edilen Modern Atom Teorisi ise atomu elektron bulutuna benzetmektedir. Bu durum lambanın etrafında gelişigüzel dönen sineklerin oluşturduğu bir küreye benzetilebilir. Eski atom modelleri günümüzde geçerli olan birçok ilkeyi içerdiğinden halen kullanılır. Örneğin kitabımızda atom modeli, Bohr Atom Modeline göre çizilmiştir ve ünitede göreceğimiz iyon oluşumunu da kolayca açıklayan modeldir.
1.1 Atomun İçi ve Dışı
Bir elementin diğerine göre farklı özelikler göstermesinin nedeni nedir?
Yüzyıllardır bilim insanları atomun en küçük parçacık olduğunu düşünüyordu. Daha sonraları ise atomun temel tanecikleri olan ve keşfedildi. Her elementin kendine özgü proton, nötron ve elektron sayıları vardır. Böylece her element bir diğerine göre farklı özelikler gösterir.
Elektronun kütlesi çekirdekte bulunan proton ve nötronların kütlesine oranla yok denecek kadar azdır. Çekirdekteki parçacıklar arasında başka yerde göremediğimiz özel çekim kuvvetleri vardır. Çekirdek ve elektronların bulunduğu enerji seviyeleri(katmanlar) arasında çok büyük bir boşluk vardır.
Bir atomun kütlesini hemen hemen çekirdek oluşturur
Proton ve nötronların kütlesi hemen hemen aynıdır. Elektronlar o kadar hafiftir ki kütlesini sıfır kabul edebiliriz. Yaklaşık 1840 tane elektronun kütlesi bir nötron veya protonun kütlesine denk gelir.
1-Atomun temel tanecikleri hangileridir?
2-Atomun çekirdeğinde hangi parçacıklar bulunur?
3-Elektronlar atomun neresinde bulunur?
Atomlar yalnızca proton nötron ve elektronlardan meydana gelmez. Bilim insanları bu parçacıkları oluşturan en az 37 parçacığın varlığından söz ediyor. Bunlardan bazıları lepton-lar, kuarklar, fotonlar, bozonlar, gravitonlardır.
1.2 Elektronların Dizilişi
Protonların ve nötronların atomun merkezi olan çekirdekte, elektronların ise çekirdek etrafında belli enerji seviyelerinde (katmanlarda) dönerek hareket ettiklerini biliyoruz. Atom çekirdeğine en yakın olan elektronların enerjisi en düşük, çekirdekten en uzak olan elektronların enerjileri ise en yüksektir. Elektronlar, çekirdeğe en yakın katmandan başlayarak, en uzak katmana doğru yerleşir. Başka bir ifade ile elektronlar en düşük enerji seviyesinden en yüksek enerji seviyesine doğru yerleşir.
-Birinci enerji seviyesi K katmanı
-İkinci enerji seviyesi L katmanı
Üçüncü enerji seviyesi ise M katmanı olarak adlandırılır.
1. enerji seviyesinde en fazla 2 elektron,
2. enerji seviyesinde en fazla 8 elektron,
3. enerji seviyesinde en fazla 18 elektron bulunabilir.
Atomlardaki elektronların yerleşiminin gösterilmesine elektron dizilişi denir.
Oktet kuralına göre birinci katman hariç atomların en dış enerji seviyelerinde en fazla sekiz elektron bulunur. Bu nedenle ilk yirmi atomun elektron dizilişi birinci enerji seviyesinde 2, ikinci enerji seviyesinde 8, üçüncü enerji seviyesinde 8 elektron olacak biçimdedir.
1.3 Atomların Kimliği
Atom numarası ve kütle numarası
Atom numarası = proton sayısı
Proton sayısı = Elektron sayısı
Kütle numarası
Kütle numarası
Nükleon sayısı
Kütle numarası =Atomdaki proton sayısı + atomdaki nötron sayısı
Kütle numarası Atom numarası = Nötron sayısı
Atom ve kütle numaralarının kısaltılması
Sodyum atomuna bakınca 11 protonu olduğunu göreceksiniz. Sadece sodyum atomlarının 11 protonu vardır. Diğer atomların tümünün de kendine özgü proton sayısı vardır. Bir atomun kimliğini belirten en temel öğesi protondur. Atomların kimliklerini proton sayılarına bakarak tespit edebiliriz. Bir atomdaki proton sayısına atom numarası denir. Böylece sodyumun atom numarası 11′dir deriz. Nötr atomların proton sayıları elektron sayılarına eşit olduklarından dolayı yük bakımından nötrdür. Atomdaki elektronların kütlesi yok denecek kadar küçüktür. Atomun kütlesini, çekirdeğinde bulunan protonlar ve nötronlar belirler. Bir atomdaki proton ve nötronların toplam kütlesine denir.
Bir sodyum atomunun 11 protonu ve 12 nötronu vardır, kütle numarası 23′tür.
Atom numarası yalnızca proton sayısı olduğuna göre;
Sodyum atomunun nötron sayısı = (23 -11) =12 dir.
1.4 Aynı Elementin Atomlarındaki Farklılık
Bir elementin tüm atomları her zaman aynı olmayabilir. Aynı olmamaları çekirdekte bulunan nötron sayılarının farklı olmasındandır. Proton sayıları aynı nötron sayıları farklı, bunun sonucunda kütle numaraları farklı olan atomlara izotop atomlar denir.
Soluk aldığımız havadaki tüm oksijen atomlarının çekirdeğinde 8 proton vardır. Atomlar nötr olduklarından 8 tane de elektronları vardır. Soluduğumuz oksijenin büyük bir bölümünde 8 nötron vardır. Oksijenin böylece kütle numarası (8+8 =16) 16 olarak bulunur. Soluduğumuz oksijenin az bir miktarı ise 9 nötrona sahiptir. Bu oksijen atomlarının kütle numarası ise (8+9=17) 17′dir. O ve O oksijenin izotoplarıdır deriz. Oksijenin üçüncü izotopu ise çok az miktarda bulunan O'dir. Bu izotoplara, oksijen-16, oksijen-17 ve oksijen-18 de denilebilir.
Hemen hemen bütün elementlerin izotopu vardır. Oksijen, karbon gibi çoğu elementin izotopları doğada bulunur. Bazı izotoplar ise özel olarak laboratuvarlarda oluşturulur. İzotopların çoğunluğu ışınlar yayarak başka izotoplara dönüşür. Söz konusu ışınlar canlılar için zararlıdır. Ancak ışınların etkinliği azaltılarak tıp alanında kullanılır. Örneğin; kripton-81 izotopu akciğerleri kontrol etmede kullanılır. Bu amaçla kripton-81 izotopunun bir bölümü akciğerlere solunarak alınır. Akciğerlerin iyi çalışmayan bölgelerine bu izotop ulaşmaz. O bölgeler ekranda siyah olarak görülür. Kobalt-60 izotopuysa kanser tedavisinde kullanılır.
2 Periyodik Tablo
1869 yılında Rus bilim insanı Dimitri Mendeleev o dönemde bilinen 63 elementi sınıflandırmıştır. Mendeleev bazı elementlerin neden aynı davrandığına dair bir sıra bulmaya çalışmıştı. Elementleri atom kütlesine göre listelemişti. Benzer özeliklere sahip olan elementlerin periyodik özelikler gösterdiğini bulmuş, elementler listesinde düzgün bir sıra oluşturmuştu. Mendeleev elementleri düzenli bir şekilde listelemek için bir tablo hazırladı ve tablosuna Periyodik Tablo adını verdi. Tablosunda o dönemde keşfedilmemiş elementler için boşluklar bıraktı, isimlerini eka-aleminyum, eka-boron ve eka-silikon olarak koydu ve bu elementlerin bazı özeliklerini önceden tahmin etti. Kısa bir süre sonra galyum, skandiyum ve germanyumun keşfedilmesi ve tahmin ettiği özelliklerin doğrulanması Mendeleev'in Periyodik Tablo'sunun bilim dünyası tarafından 19. yüzyılın sonlarına doğru kabul görmesini sağladı.
Günümüzde kullandığımız modern Periyodik Tablo, Mendeleev'in Periyodik Tablo'sundan oldukça farklıdır. Modern Periyodik Tablo'da elementler atom numaralarına göre sıralanmıştır. Tabloda görülen yatay sıralara periyod, atomların elektron dizinimine göre düzenlenmiş dikey sütunlara grup denir.
