Etrafınızdaki şeylerin neden yapıldığını hiç merak ettiniz mi? Sadece bir masa gördüğünüzü söyleyin, tahtadan yapılmış bir masa diyebilirsiniz. Öyle bile olsa aynaya baktığınızda camdan yapıldığını söyleyeceksiniz. Temel olarak, bu iki malzemenin farklı özellikleri var, ancak her ikisinin de aynı maddeden oluştuğunu biliyor muydunuz? Adı atomdur.
Atomlar, kimyasal reaksiyonlarda yer alan bir elementin en küçük parçacıklarıdır. Son derece küçük boyutları, onları en güçlü ışık mikroskopları kullanılarak bile görülemez hale getirir. Bunlardan en küçüğü hidrojendeki atomdur.
Atom modelleri
Bilim adamları bu en küçük parçacıkları yüzyıllardır incelediler, ancak görünüşlerini belirleyemediler. Dalton atomun yapısı hakkındaki teorisini ancak 1808'de yayınladı. O zamandan beri, atom modelleri en son bulgularla birlikte gelişti. Bu sefer bilim adamları tarafından önerilen çeşitli atom modellerini tartışacağız.
Dalton teorisi
John Dalton, atomların varlığıyla ilgili ilk araştırmayı yayınlayan İngiliz kimyager, fizikçi ve meteorologdur. Dalton, maddenin atom adı verilen bölünmez parçacıklardan oluştuğunu açıkladı.
Ne yazık ki, daha ileri araştırmalar atomların kendilerinin bölünebilir olduğunu ve atom altı parçacıklardan oluştuğunu kanıtladı. Atom altı parçacıklar elektronlardan, protonlardan ve nötronlardan oluşur. O zamandan beri bilim adamları, JJ Thomson ve Rutherford da dahil olmak üzere bu atom altı parçacıkların konumunu göz önünde bulundurarak farklı modeller önermeye çalıştılar.
Atom modeli, bir atom içindeki atom altı parçacıkların atomik yapısını ve düzenini gösterir. Protonların ve elektronların keşfi, bilim adamlarının atomların yüklerini dengeleyen protonlardan ve elektronlardan oluştuğunu tartışmalarına yol açtı. Protonların atomun içinde olduğunu, elektronların ise dışarıda olduğunu ve kolayca ayrıldıklarını buldular.
Thomson, Rutherford, Bohr tarafından önerilen model ve kuantum mekaniği modeli olmak üzere bilim adamları tarafından önerilen 4 atom modeli vardır.
Thomson Atom Modeli
Joseph John Thomson, atom modelini ilk öneren İngiliz Nobel ödüllü fizikçiydi. Aslında onları proton ve atom çekirdeğini keşfetmeden önce yayınladı. Thomson teorisinde atomların kuru üzümlü ekmeğe veya erikli puding modeline benzediğini düşünüyordu çünkü pozitif yüklü küredeki elektronlar Noel pudingindeki kurutulmuş meyveye benziyordu.
(Ayrıca şunu okuyun: Dünyanın katmanlarını katmanlarına ve kimyasal bileşimlerine göre öğrenin)
Bu model, bir atomun içinde gömülü elektronların bulunduğu pozitif yüklü bir küreden oluştuğunu varsayar. Bir atom nötr yüke sahip olabilir çünkü aynı negatif ve pozitif yüklere sahiptir.
Rutherford'un Nükleer Atom Modeli
Ernest Rutherford, İngiltere merkezli Yeni Zelanda doğumlu bir fizikçi ve kimyagerdir. Rutherford saçılma deneyi olarak bilinen bir deneyi gerçekleştirdikten sonra bir atom modeli önerdi. O ve iki öğrencisi ince altın bir plaka üzerinde alfa ışını saçılma deneyleri yaptı.
Rutherford, bir atomun toplam pozitif yükünün çekirdek olarak bilinen çok küçük bir bölgede yoğunlaştığını düşünüyordu. Elektronlar, yörünge adı verilen dairesel yollarda atom çekirdeğinin etrafında yüksek hızda dönerler. Çekirdek ve elektronlar arasındaki elektrostatik çekim, elektronları yörüngelerinde tutar.
Rutherford modeli ayrıca proton sayısının elektron sayısına eşit olduğunu ve atom numarası olarak bilindiğini ortaya çıkardı. Bu arada proton sayısı ile nötron sayısı birleştirilirse, değer atomik kütle numarasıyla aynıdır.
Ne yazık ki, Rutherford'un atom modeli atomun kararlılığını açıklayamadı. Elektromanyetik teoriye göre, yüklü parçacıklar hızlanma sırasında enerji kaybeder. Enerji kaybı elektronların hızını yavaşlatabilir ve sonunda elektronlar çekirdeğe çekilir ve atomlar yok edilir. Bunun dışında Rutherford'un atom modeli de elektronların ve elektron enerjilerinin dağılımı hakkında hiçbir şey açıklamadı. Üstelik bu atom modeli, her element tarafından sağlanan çizgi spektrumunu da açıklayamıyor.
Bohr Atom Modeli
Niels Bohr, Rutherford'un atom modelindeki, özellikle de çizgi spektrumu ve atomik kararlılıkla ilgili eksikliklere cevap vermek için kendi atom modelini yayınladı. Elektronların, enerji kabukları veya enerji seviyeleri adı verilen belirli dairesel yörüngelerde atomun çekirdeği etrafında döndüğünü söyledi. Enerji kabuğunda dönen elektronlar, sabit miktarda enerji ile ilişkilidir. Bu enerji kabukları, atom çekirdeğinden 1, 2, 3 vb. Olarak numaralandırılır veya k, l, m vb. Kabukları olarak belirtilir.
Elektronların bir atomdaki dizilimi, elektron konfigürasyonu olarak bilinir. Elektron konfigürasyonu, atomların nasıl birbirine bağlandığını açıklamaya yardımcı olabilir. Elektronların atomik kabuklara doldurulması, en içteki veya en düşük enerjili kabuğun doldurulmasıyla başlar. Kabuğu işgal edebilecek maksimum elektron sayısı 2n2'dir.
Kuantum Mekaniği Atom Teorisi
Ne yazık ki Bohr'un önerdiği atom modeli, hem manyetik hem de elektrik alanlardaki hidrojen atomlarının spektrumunu açıklayamadı. Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger buna cevap vermeye çalışıyor. Kuantum mekaniği ilkelerine dayanan bir atom teorisi geliştirdi. Schrödinger tarafından önerilen model, atomun pozitif yüklü bir çekirdeğe sahip olması ve negatif yüklü elektronlarla çevrili olması nedeniyle Bohr'un modelinden çok farklı değildir. Fark, atom çekirdeğini çevreleyen elektronların konumundadır.
Bohr teorisinde, elektronların atom çekirdeğini atomik yarıçap olarak adlandırılan atom çekirdeğinden belirli bir mesafede yörüngelerde daire içine aldığını savundu. Ancak kuantum mekaniği teorisinde, Heisenberg'in belirsizlik ilkesine göre atom çekirdeğini çevreleyen elektronların konumu kesin olarak bilinemez. Bu nedenle, bir elektronun pozisyonunun en büyük olasılığı o yörüngededir. Yani atomlarda elektron bulma olasılığının en yüksek olduğu bölgenin orbitallerde olduğu söylenebilir.
Kuantum mekaniği modeli, de Broglie'nin önerdiği gibi, elektronların atom çekirdeği etrafındaki hareketinin dualizm özelliğine sahip olduğunu belirtir. Elektronların çekirdek etrafındaki hareketi dalga benzeri bir yapıya sahip olduğundan, elektronların çekirdek etrafındaki hareket denklemi dalga fonksiyonu ile ilgili olmalıdır.
Schrödinger, teorisini, maddenin dualistik doğasıyla ilişkili atom çekirdeği etrafındaki elektronların hareketinin Kartezyen koordinatlar cinsinden ifade edilebileceğini belirten bir denklemle tamamladı. Bu denklem Schrödinger denklemi olarak bilinir hale geldi.
Bu denklemden, Schrödinger üç kuantum sayısı üretti, yani temel kuantum (n), azimut kuantum (A) ve manyetik kuantum (m). Bu üç kuantum numarası, atom çekirdeği etrafındaki elektronların olasılığını gösteren basit tam sayılardır. Schrödinger denkleminin çözümü üç kuantum sayısı verir. Yörünge, Schrödinger denkleminden türetilir, böylece yörünge ile üç sayı arasında bir ilişki olur.
