Atom Modelleri

Yunanlı filozof Demokritus maddenin gözle görülemeyen ve bölünemeyecek kadar küçük tanecikden oluştuğunu düşünmüştür.
Biz atom modellerinde;
–Dalton Atom Modeli
–Thomson Atom Modeli
–Rutherford Atom Modeli
–Bohr Atom Modeli
olmak üzere dört atom modelini görücez.

Dalton Atom Modeli:
Atomla ilgili düşüncelerine ilk kez deneysel kanıtlar sunan İngiliz bilim insanı John Dalton’dur. John Dalton atomla ilgili görüşlerini sergileyebilmek için kendi adını taşıyan atom modelini geliştirmiştir.

Dalton’un atom ile ilgili görüşleri şunlardır:

1. Elementler Atom adı verilen küçük bölünemeyen taneciklerden oluşmuştur.

2. Atomlar kimyasal tepkimelerde oluşmazlar ve bölünmezler.

3. Bir elementin tüm atomlarının kütlesi ve diğer özellikleri aynı, diğer elementlerin atomlarından farklıdır.

4. Kimyasal bir bileşik iki ya da daha fazla elementin basit bir oranda birleşmesi ile oluşur.

5. Atom parçalanamaz.

6. Atom içi dolu küre şeklindedir.

7. Bütün maddeler farklı tür atomlardan oluşmuştur.

8. Maddelerin birbirlerinden farklı olmasının nedeni maddeyi oluşturan atomların farklı özellikte olmasıdır.

9. Bir maddeyi oluşturan atomların tamamı birbirleriyle aynı özelliklere sahiptir.

Dalton bu görüşleri ortaya koymuştur ancak yanıldığı bazı noktalar vardır. Dalton’un atom hakkında yanıldığı noktalar şunlardır:
1. Atomlar içi boş küreler değildir.

2. Aynı cins elementlerin atomları tam olarak aynı değildir.

3. Maddelerin en küçük parçasının atom olduğu ve atomların parçalanamaz olduğu doğru değildir.

İşte bunlar Dalton’un ortaya koymuş olduğu bilgiler.

Thamson Atom Modeli(Üzümlü Kek Modeli):
1870’li yıllarda William Crookes, havası nerdeyse tamamen boşaltılmış cam tüp içinden elektrik akımı geçirdiğinde, elektrik akımının yolunu(parıldama) gözlemledi. Sonrasında bunu gibi birçok deney yapıldı. Bu şekilde yapılan deneylerde de parıldamanın negatif yüklü elektrottan pozitif yüklü elektrota doğru bir ışın olarak gerçekliştiğini gözlemledi. Işınlar, katottan yayıldığı için katot ışınları olarak adlandırıldı.

1897 yılında Joseph John Thomson (Jozıf Can Tamsın) katot ışınları
ile birçok deney yaptı  Thomson, katot ışınlarının negatif

taneciklerden oluştuğu ve tüpte bulunan gazdan kaynaklandığı sonucuna vardı. Hatta bu taneciklerin elektrik ve manyetik alandaki sapmasından yararlanarak elektriksel yük/kütle oranını hesapladı. Negatif yük taşıyan bu taneciklere bilim insanı, G. Stoney’in önerdiği gibi elektron adını verdi.

Thomson, atom nötral olduğuna göre atomda, elektrona (negatif yüke) eşit pozitif yükün bulunması gerektiğini de belirtmiştir. Bu bilgiler ışığında Thomson, Dalton’dan farklı bir atom hayal etmiş, yeni bir atom modeli geliştirmiştir. “Üzümlü Kek Modeli” olarak da adlandırılmıştır.

Thamson Atom Modeli’nin özellikleri ise şöyledir:

1. Atom pozitif yüklü bir maddeden oluşur.

2. Atomun içinde bulunan elektronlar, artı yüklü maddede
gömülüdür ve hareket etme eğilimleri yoktur.

3. Elektronun kütleleri çok küçüktür.

4. Atomun kütlesinin büyük çoğunluğu artı yüklü maddeden oluşur.

5. Atom küre şeklindedir.

Tabiki Thamson Atom Modeli’nin bazı yanlışlarıda vardır, o yanlışlar ise şunlardır;
1. Nötronlar Thomson atom modelinde eksik kalmıştır.

2. Atomda bulunan pozitif ve negatif yükler Thomson’ın söylediği gibi rastgele dağılmamıştır. Atom, kendi içinde bir düzene sahiptir. Proton ve nötronlar çekirdekte yer alırken, elektronlar çekirdeğin etrafında belli yörüngelerde dolaşır.

3.  Artı yükler atomda yalnızca çekirdekte bulunduğu için hacimsel olarak küçük bir yer kaplamaktadır.Thomson ise atomun genelinin pozitif yüklerden oluştuğunu söylemiştir.

4.  Elektronlar atomda çekirdeğin dışında yer alır ve sürekli hareket halindedir. Artı yüklerin içinde gömülü halde değildir. Ayrıca atom hacminin büyük çoğunluğu çekirdek etrafında yörüngesel halde bulunan elektronlar kaplar. Thomson atom modelinde olduğu gibi eksi yükler küçük bir hacimde değildir.

Thamson yaptığı çalışmalar ardından, kendinden sonra, atom ile ilgili çalışmalar yapacak olan Rutherford ve Bohr’un çalışmalarına temel atmıştır.

Rutherford Atom Modeli(Çekirdekli Atom Modeli):

Ernest Rutherford ve arkadaşları, yaptıkları bir deney-
de radyoaktif bir kaynaktan çıkan α-parçacıklarını, iğne ucu kalınlığındaki bir yarıktan geçirip çok ince altın levha üzerine gönderdiler. Bu levhanın çevresinde çinko sülfür sürülmüş bir ekran vardı Aynı deneyi altın yerine başka metal levhalar kullanarak da yaptılar. Rutherford, yapılan deneylerin sonucunda, α-parçacıklarının çoğunun metal levhaların içinden sapmadan ya da çok az sapma yaparak geçtiğini gördü  Ancak bazı α-parçacıklarının, büyük bir açı ile saptığını fark etti. Çok azının ise geldiği yöne doğru geri teptiğini gözlemledi.

Rutherford Atom Modeli’nin özellikleri şunlardır:

1. Atomun büyük bir kısmı boşluktan oluşur.

2. Deney esnasında gönderilen alfa ışınlarının küçük bir kısmı kırılmış veya yansımıştır. Böylelikle atomda pozitif yüklerinin çekirdek adında bir bölgede toplandığı söylenebilmiştir.

3.Çekirdek, atom kütlesinin büyük bir kısmını bulundurur.

Atom hacminin çok büyük kısmını elektronlar kaplar.
4.Bir atomda bulunan pozitif yüklü tanecikler ve negatif yüklü tanecikler birbirine eşit sayıda bulunur.

5.Elektronlar çekirdekten uzakta ve hareket halinde bulunur. Hareketi dairesel şekildedir.

Rutherford’un da hatalı olduğu yerler vardı. İşte o yerler şu şekildeydi:
1. Rutherford, yaptığı deneylerde çekirdekte kütlenin olması gerektiğinden fazla olduğunu saptamıştır. Nötronu ise bulamamıştır. Kendisine atom kütlesi ile ilgili sorulan sorularda bilgi eksikliği yaşamıştır.

2.  Rutherford, elektronların tam hareketlerini ve yerlerini de gözlemleyememiştir. Elektronların yerleri ve hareketleri için çalışmalar yapsa da bir sonuç alamamıştır.

Rutherford’dan sonra ise yine çok önemli bir isim olan Bohr atomla ilgili çalışmalar yürütmüştür.

Bohr Atom Modeli(Katmanlı Atom Modeli):

Elementler, ısıtıldıklarında ya da bunlara elektrik enerjisi verildiğinde kendilerine özgü ışın yayar. Yayılan ışının oluşturduğu renk ve diğer özellikleri elementin, dolayısıyla atomun cinsine göre değişir. Öyleyse atomun yapısı ile ışık ışını arasında bir ilişki vardır. Rutherford Atom Modeli’nin

açıklayamadığı bu durum, Danimarkalı fizikçi Niels
Bohr (Nils Bohr) tarafından açıklandı.

Güneş ışınları bir prizmadan geçerse mor renkten kırmızıya kadar geniş bir renk bandı oluşur. Bu banda ışık tayfı ya da ışık spekturumu denir  Güneş ışığının spekturumunda renkler arası geçişler kesikli değil, devamlıdır. Böyle spektrumlara sürekli spektrum denir. Sürekli spektrumun en güzel örneği, yağmurdan sonra oluşan gökkuşağıdır  Yağmur damlaları prizma görevi yaparak Güneş’ten gelen beyaz ışığı kırar. Böylece değişik renkte ışık ortaya çıkmasını sağlar. Işık kaynağı olarak Güneş ışığı yerine akkor hâline kadar kızdırılmış metal (örneğin tungsten) kullanılırsa yine sürekli
spektrum oluşur.

Bir elementin atomları dışarıdan belirli miktarda enerji alırsa yani enerji soğurursa (absorblarsa) ışınlar yayar (emisyon). Bir elementin atomunun yaydığı ışınların tamamı, o elementin spektrumunu oluşturur. Örneğin ısıya dayanıklı (krom-nikel) bir tel, tuzlu suya batırıldıktan sonra aleve tutulursa alevde sarı ışık görülür. Sarı ışığa neden olan tuzdaki sodyumdur. Sodyumun yaydığı bu sarı ışık ışınları bir prizmadan geçirilirse sarı renkli çizgi meydana gelir (Resim 2.1.8). Renkli çizgi sürekli değildir. Böyle, sürekli olmayan kesikli spektrumlara atom spektrumu veya çizgi spektrumu denir. Çıplak gözle, ancak spektrumdaki belirli renkler algılanabilir. Ultraviyole

(morötesi) veya infrared (kızılötesi) gibi görünmeyen bölgelerdeki çizgiler ise spektrometre denilen aletle incelenir. Çizgi spektrumları, emisyon (yayma/yayınım) ve absorbsiyon (soğurma) olmak üzere iki türde oluşabilir.

Emisyon (yayınım) spektrumu, enerji verilerek uyarılmış bir örnekten yayılan ışınların bir prizmadan geçirilip bunun fotoğraf filmi (ekran) üzerine düşürülmesi ile oluşturulur. Absorbsiyon (soğurma) spektrumu ise uyarılmamış (enerji verilmemiş) örnek içinden geçen beyaz ışık ışınlarının (Güneş ışınları) bir kısmının soğurulması ve prizmadan da geçtikten sonra film üzerine düşürülmesiyle oluşturulur. Hidrojenin soğurma ve yayınım spektrumunda çizgilerin aynı yerde oluşması, hidrojen atomunun belirli ışınları yaymakta ve soğurabilmekte olduğunu gösterir.

Bohr, hidrojen gazı içeren boşalma (deşarj) tüpleriyle deneyler yaptı. Hidrojen atomlarının oluşturduğu çizgi spektrumlarını inceledi. Bu spektrumların, atomdaki elektronların hareketlerinden kaynaklandığını savundu. Çalışmalarının sonucunda yeni bir atom modeli ortaya attı. Bohr, modelinde hem hidrojen atomu ile ışık arasındaki ilişkiyi açıklamış hem de elektronların neden atom çekirdeğine düşmediği sorusunu yanıtlamıştır.

Bohr Atom Modeli’nin varsayımları şunlardır:
1. Moleküller çekirdek etrafında elektrostatik güç tesiriyle, küresel düzenli yörüngelerde ışınım yapmadan dolaşır. Her yörünge belirli bir enerjisi vardır. Bu sebeple yörüngeler enerji seviyesi kabuk ya da (n) olarak adlandırılır. Yörüngelerin merkezi çekirdektir ve bu yörüngeler 1-2-3-4… veya K-L-m… vb. şekillerde gösterilmektedir.

2. Yörüngelerde hareket durumunda olan moleküllerin açısal momentum değerleri büyüklüğü n/2 pi’dir. Yani elektronlar (molekül) çekirdek etrafında gelişigüzel yerlerde değil, bu açısal momentum büyüklüklerinin durağan sayısının tam katına eşit olduğu yörüngelerde dolaşır.

3. Atomda moleküller genelde en az enerjili yani n:1 düzeyinde bulunur. Bu düzeyde oldukları sürece enerji yaymazlar. Fakat bir molekül diş tesiriyle daha yüksek enerji düzeylerine (n=2-3-4… vb.) geçmiş olabilir. Bu haldeki atomlar uyarılmış şekildedir. Yüksek enerji düzeyine çıkan bir molekül daha dengeli olan düşük enerji düzeylerine geçerken belirli bir miktar enerjisini foton şeklinde yayınlar.

Gördüğümüz her atom modelinde olduğu gibi Bohr’un atom modelinde de bazı hatalar bulunmakta.O hatalar şu şekildeydi:
1. Bohr’un atom modeli, Rutherford’ın atom modeline göre epeyce üstün yanları olsa da bu Bohr kuramının da eksik tarafları bulunmaktadır. Bu modelin izah edemediği olayları sıralayalım.

2. Molekülün(elektronun), maddesel olarak onaylanmıştır. D Broglie Hipotezi (Dalga-parça ikiliği) dikkate alınmamıştır.

3. Elektronlar çekirdek çevresinde dairesel yörüngede dolandığını söylemiştir. Fakat moleküller eliptik yörüngede dolanmaktadır.

4. Sadece tek elektronlu düzenlerin spektrumlarını (çeşitliliklerini) açıklar. He+ ,H,Li+2 atomların düzenleri açıklamaktadır.

5. Spektrum çözümlemelerinde bazı çizgilerin parlaklığının diğer çizgilere oranla daha çok olduğunu, Bohr açıklayamamıştır.

İşte bizim atom modellerinde öğrenmemiz gerekenle şimdilik bu kadardı.