Atom ve Atomun Yapısı

Atom ve Atomun Yapısı – Atom Modeli – Atom Ağırlığı

Atomun Tarihçesi

Atom maddenin en küçük yapıtaşıdır. Bu yazımız da Atom Nedir ? Atom ve Atomun Yapısı Nasıldır? sizler için anlatmaya çalıştık.

Atom ve Atomun Yapısı: Atom Nedir: Maddenin yapı taşına atom denir. Atom bir elementin bütün özelliğini taşıyan en küçük parçasıdır. Atom içerisinde de daha küçük parçacıklar bulunmaktadır. Atom içerisinde proton, nötron ve elektron bulunur.

Proton ve nötron atomun çekirdeğinde, elektron ise çekirdeğin etrafında hareket etmektedir. Elektronlar çok geniş bir alanda bulunmaktadırlar. Atom gözle görülmesi imkânsız, çok küçük bir parçacıktır. Sadece tünel mikroskobu (atomik kuvvet mikroskobu) ile incelenebilir.

Bir atomda, çekirdeği saran negatif yüklü bir elektron bulutu vardır. Çekirdek ise pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronlardan oluşur. Atom tüm maddenin kimyasal ve fiziksel niteliklerini taşır. Maddeyi meydana getiren atomlar sürekli olarak hareket ederler.

Genellikle atomların titreşim hızı saniyede 400 metre kadardır. Bu hız sıcaklıkla ilgilidir. Sıcaklık azaldıkça atomların hızı da azalır. –273º de tamamen durur. Bu ısı derecesine saltık sıfır (mutlak sıfır) denir.

Atomun Yapısı

Atomu meydana getiren parçacıklar farklı yüklere sahiptir. Atomda bulunan yükler; negatif yükler ve pozitif yüklerdir. Atomu meydana getiren parçacıklar:

• Cisimden cisme elektrik yüklerini taşıyan negatif yüklü elektron,
• Elektronların yükünü dengeleyen aynı sayıda ama pozitif yüklü olan proton,
• Elektrik yükü taşımayan nötr parçacık nötron.

  

Atomun, değişik durumlarda ortaya çıkan bir çok parçacıkları vardır. Bunlar; Positon, Meson, Neutrino, Deuteron, Triton, Alfa zerrecikleri, Gama ışınları.

Atom iki bölümden meydana gelir;

1. Çekirdek (merkez)
2. Katmanlar (yörünge; enerji düzeyi)

1. Çekirdek

Çekirdek, hacim olarak küçük olmasına rağmen, atomun tüm kütlesini meydana getirir. Çekirdekte proton ve nötronlar vardır. Elektronlar ise çekirdek çevresindeki katmanlarda bulunur.

Atomun çekirdeğinde yer alan nötronlar yüksüz, protonlar ise (+) elektrikle yüklüdür. Her atomun çekirdeğinde en az bir proton yer alır. Nötron ise çekirdeğinde birden fazla proton bulunan atomlarda bulunur. Çekirdekteki proton sayısına, o atomun atom numarası denir.

Proton sayısı o elementin atom sıra numarasını gösterir. Çekirdekteki nötron ve proton sayılarının toplamı o maddenin atom ağırlığı (kütle numarası) demektir. Çekirdek atomun merkezinde bulunur. Çekirdek belli sayıda proton ve nötrondan oluşmuştur.

Çekirdeğin yarıçapı, atomun yarıçapının onbinde biri kadardır. Kuantum mekaniği yasalarının geçerli olduğu birçok sistem gibi çekirdek de anlaşılması zor ve gizemlidir. Bir atomun çekirdeği proton ve nötrondan oluşur.

Çekirdekteki proton ve nötronlara ortak olarak nüklean denir. Kütle numarası (K x N) atom numarası (A x N) ile elementin atom numarası Z ile gösterilir. Çekirdekteki nötron sayısı N ile gösterilirse A = Z + N olur.

Elektronların çekirdek çevresinde dönme hızı, 2,18.108 cm/sn’dir. Elementlerin çekirdekte bulunan protonlar, atomun ( o elementin) tüm kimyasal ve fiziksel özelliklerini belirler.

Proton

Protonlar atomun çekirdeğini oluşturan elemanlardır. Protonlar pozitif elektrik yüklü bir parçacıklardır. Elektronların yükünü dengeler. Protonun ağırlığı; elektrondan fazladır. Sadece taşıdığı elektrik yükünün miktarı elektron ile aynıdır.

Atomların cinslerine göre çekirdeklerindeki proton sayısı değişmektedir. Proton sayısı atomlar (elementler) için ayırt edici özelliktir. Yani proton sayısının farklı olması elementin diğerinden farklı olduğu anlamına gelir.

Nötron

Nötron, elektrik yükü olmayan nötr parçacıktır. Atom çekirdeklerinde nötronlar vardır. Protondan daha ağırlardır. Nötronların sayıları atomun cinsine göre değişmektedir.

Elektron

Elektronların bulunma olasılığının olduğu bölgelere elektron bulutu denir. Merkezde atom çekirdeği bulunur. Elektronlar tek tek bulut meydana getirirler. Elektron bulutu bir küre meydan getirir. Kimyasal olaylarda (reaksiyonlarda) yalnızca elektron sayısı değişir. Proton ve nötron, çekirdekte bulunduğu için sayıları değişmez.

• Nötr bir atom için; elektron sayısı= proton sayısı
• (A.N.) Atom numarası= proton sayısı
• Çekirdek yükü= proton sayısı
• İyon yükü= proton sayısı – elektron sayısı (E.S.)
• (K.N.) Kütle numarası= proton + (N.S)nötron sayısı (Nükleon sayısı)(atom ağırlığı)
• Atom Numarası = Proton Sayısı = Çekirdek Yükü = Elektron Sayısı

2. Katmanlar (Yörünge; Enerji Düzeyi)

İş yapmaya yarayan güce enerji denir. Her iş belirli bir enerji ile gerçekleşir. Enerjinin Sakınımı Yasası‟na göre; “enerji yoktan var edilemeyeceği gibi, var olan enerji de yok edilemez. Ancak bir enerji türü başka bir enerji türüne çevrilir. Örnek: Elektrik enerjisi ışık veya radyasyon enerjisine çevrilebilir.

Atomda yörüngeler içten dışa doğru K,L,M,N,O,P ve Q şeklinde sıralanmış olup her yörüngenin enerji seviyesi birbirinde farklıdır. Elektronların çekirdek etrafında bulunur. Elektron hareket ettiği enerji seviyelerine katman denir. Elektron katmanlarına enerji seviyesi de denir.

Bütün atomların dış bölümü elektron katmanlarından oluşur. Her katman çekirdekten uzaklığına göre K, L, M. gibi harflerle adlandırılmaktadır. Atomun etrafında katman katman yörüngeler vardır. Atomda yörüngeler içten dışa doğru K,L,M,N,O,P ve Q şeklinde sıralanmış olup her yörüngenin enerji seviyesi birbirinde farklıdır.

Bu yörüngelerde elektronlar bulunur. Yörünge “n” harfi ile gösterilir.

Yörüngede olan en fazla elektron sayısı 2n₂ formülü ile bulunur. aX: a, X atom numarasını gösterir. Bunlar K, L, M, N,… gibi harflerle gösterilirken aynı zamanda 1, 2, 3, 4,… gibi numaralarla da gösterilir. Bu numaralara baş kuantum sayısı adı verilir. Yörüngelerinde kendi içlerinde alt birimleri vardır. Bunlara orbital adı verilir.

İletken ve Yalıtkan Nedir?

Elementlerin özelliklerini atomların son yörüngesindeki elektron sayıları belirlemektedir. Elektrikte kullanılan maddelere; yalıtkan, iletken, yarı iletken madde denir.

İletken Nedir?

Atomları elektron vermeye yatkın olan maddelerde serbest elektron sayısı fazladır. Elektron almaya yatkın olanlarda ise serbest elektronlar azdır. Dış yörüngelerindeki elektron sayısı dörtten az olan atomların serbest elektron sayısı fazladır. Serbest elektronu fazla maddeler, elektrik akımını kolaylıkla iletirler. Elektrik akımını iyi ileten maddelere, iletken denir.

İletken malzemelerde örneğin; Bütün metaller gümüş, bakır ve alüminyum gibi maddeler iletkendir. Bunlar serbest elektronlardır. İletkenler üzerindeki serbest elektronlar elektrik akımını bir noktadan bir noktaya kolaylıkla taşırlar.

Vücudumuzda iyi bir iletkendir. İyonlara sahip sıvılar da iletkendir, bunlara elektrolit denir. İçtiğimiz su iletken, saf su yalıtkandır. Toprağın içinde su olduğundan iletkendir. Gazlar ise yalıtkandır. Fakat iyonlarına ayrışan gazlar iletkendir.

Yalıtkan

Atomlarının son yörüngelerinde beş ve daha fazla elektron bulunduran maddelere yalıtkan denir. İçinde serbest elektron bulunmayan ve elektrik akımını iletmeyen maddelere denir. Dış yörüngelerindeki elektron sayısı dörtten fazladır.

Elektron sayıları 5-6-7 olan elementler ise bir yere kadar yalıtkan sayılır. Yalıtkan maddelerde serbest (valans) elektronlar çok azdır. Yalıtkan maddelere örnek verirsek; kauçuk, kağıt, hava, yağ, tahta, teflon, plastik, porselen, ebonit, mika, bakalit camdır. Bu maddelerle yüksek gerilimin etkilerinden kendimizi koruyabiliriz. Ayrıca saf su, alkol, şekerli su da yalıtkan maddelerdir.

Değerlik elektronları atomlara sıkıca bağlanmıştır. Bu malzemelerde elektronlar hareket etmezler. Bu maddelerin değerlik elektron sayıları 8 veya 8 ‘e yakın sayıda olduğu için atomdan uzaklaştırılmaları zordur.

Yarı İletken

Elektrik iletkenliği, iletken ve yalıtkanlar arasında bulunan maddelere denir. Bu maddeler düşük sıcaklıkta yalıtkan; yüksek sıcaklıkta iyi bir iletkendir. Uygulanan akım veya da gerilimle iletkenlik değişir. Yarı iletkenlik entegre devre, diyot ve transistör devre elemanlarının yapımında kullanılır. Örneğin germanyum, silisyum gibi maddeler yarı iletkendir.

Elektrik Yükü ve Birimi

Atomun yapısını oluşturan  proton ve elektronların elektriksel özellikleri birbirlerine tezattır. Proton (+) yüklü, elektron (-) yüklüdür. Nötronlarsa yüksüzdür. Elektrik yükü Q ya da q ile, birimi coulomb ise C ile gösterilmektedir. Proton ve elektron sayıları bir atomda eşit ise bu atoma nötr atom denir.

Atoma elektron verilerek ya da atomdan elektron alınarak atomların yüklenmesi sağlanır. Bir atomda proton sayısı elektron sayısından fazla  ise bu atomlara pozitif yüklü iyon veya katyon denir. Simgesi “+e” ile gösterilmektedir.

Atomun içinde elektron sayısı çoksa dışarıdan elektron kazanmıştır. Buna  negatif yüklü iyon denir ve “– e” ile gösterilir. Aynı zamanda bunlara “anyonda” denir. (aX ±b) ifadesinde; A: X atomunun atom numarasını, +b: X atomunun kaybetmiş olduğu elektron sayısını, -b: X atomunun kazanmış olduğu elektron sayısını gösterir.

Atom Ağırlığı

Farklı atomlardaki protonlarla neutronların sayısına “atom sayısı” ve “atom ağırlığı” adı verilir. Bir atom sayısı, o atomda ne kadar proton, yada elektron bulunduğunu gösterir. Bu durumda, o atomun hangi elemanının atomu olduğu anlaşılır.

İzotop Atom Nedir?

Atom numarası (proton sayısı) aynı, kütle numarası (atom ağırlığı) ise farklı olan atomlara, “izotop” (isotope) denir. Diğer bir ifadeyle proton sayıları aynı (p x s= A x N), nötron sayısı (K x N = p x s + n x s) farklı atomlara izotop atom denir.

Bir atomun proton sayısı atom numarasını; proton ve nötronların toplamı ise kütle numarasını anlatır. Bir elementin farklı sayıda izotopu olabilir. Bu izotoplar, farklı kütle numarasına sahiptir. İzotopların nötron sayıları farklıdır.

Atomların kimyasal özellikleri, yörüngedeki elektronların durumuna bağlıdır. Bundan dolayı elektron dizilişleri eşit olan atomların tüm kimyasal özellikleri de aynıdır. Dengeli atomlarda proton sayısıyla elektron sayısı birbirine eşittir.

Çekirdeklerinde eşit sayıda proton olan atomlar, nötron sayıları farklı olsa bile kimyasal özellikleri aynıdır. Dolayısı ile bir elementin bütün izotopları aynı kimyasal özellikleri taşır. Ancak; izotopların fiziksel özelliklerini nötronların sayısı belirler. Bundan dolayı izotopların fiziksel özellikleri farklıdır.

Kimyasal özellikleri aynı, atom ağırlıkları farklı atomlar, birbirinin izotopu durumundadır. İzotopların atom ağırlıklarının farklı olması, bu atomların çekirdeklerindeki nötron sayılarının farklı olmasındandır.

Bazı izotoplar radyoaktif değildir. Oysa bazı izotoplar ise radyoaktiftir. Elementlerin atom numaraları arttıkça, izotop sayıları da artar. Bir izotop, radyoaktif özellik taşıyorsa “radyoaktif izotop” adını alır. Aynı elementin doğal ve yapay radyoizotopu aynı özellikleri taşır.

Atom Teorisi

Geçmişten günümüze kadar atom hakkında, birçok bilim adamları deneyler yapmıştır. Atom hakkında edindikleri bilgileri açıklamak için çeşitli bilimsel modeller ortaya koymuşlardır. Atom hakkında ortaya konan her yeni model bir önceki modelin eksikliğini  tamamlamıştır.

Atom hakkında yapılan yeni deneyleri açıklayamayan modelin yerine de yeni bir model geliştirilmiştir. Eski atom modellerinin bugün geçerli değildir. Bunun sebebi, o modelleri geliştiren bilim adamlarının iyi düşünememesinden değildir. O dönemde bilinenlerin bugün bilinenlere göre daha az olmasından kaynaklanmaktadır.

Atom modelinin tarihsel gelişimi geçmişten günümüze atom modelinin ortaya çıkması. Thomson, De Broglie, Democritus, Rutherford bilim adamlarının görüşleri sayesindedir. Günümüzde kullanılan atom modeli Modern Atom Teorileridir. Bu günümüz modeli, yeni bir model bulunmasına kadar geçerliliğini devam ettirecektir.

Democritus Atom Modeli

Democritus’ a göre;

• Madde parçalara ayrıldığı zaman sonunda bölünemeyen bir tanecik elde edilir ve bu tanecik atomdur.
• Bütün maddeler aynı tür atomlardan meydana gelir.
• Maddelerin farklı olmasının nedeni maddeyi oluşturan atomların sayı ve dizilişi şeklinin  farklı olmasıdır.
• Atom görülemez.
• Atom görülmediği için bölünemez.

  

Dalton Atom Modeli  

Dalton Atom teorisi;

• Madde, atom denilen içleri dolu, bölünemeyen taneciklerden oluşmuştur.
• Aynı elementin atomları büyüklük, ağırlık yönünden birbirinin aynısıdır. Farklı elementlerin atomları tamamen birbirinden farklıdır.
• Tepkimelerde atomlar korunur.
• Atomların birleşmeleri sonunda moleküller oluşur.

  

Thomson Atom Modeli  

John Joseph Thomson’a göre;

Thomson’a göre atom; dışı tamamen pozitif yüklü bir küredir. Negatif yüklü olan elektronlar kek içerisindeki gömülü üzümler gibi bu küre içerisine gömülmüş durumdadır. Bu yönüyle madde, atom üzümlü keke benzetilebilir. Kek pozitif yükü, üzümler ise elektronlardır.

Rutherford Atom Modeli

Rutherford atom teorisi;

Merkezde kütlesi çok büyük bir çekirdek ve etrafında belirli yörüngelerde dolanan elektronlardan oluşmuştur. Bu görüşün yetersizliği ise elektronun neden çekirdeğe düşmediği veya atomdan fırlayıp gitmediği sorusunun cevapsız kalmasıdır.

Bohr Atom Modeli

Bohr atom teorisi;

Elektronların çekirdekten uzak tek bir yörüngede değil, belirli yörüngelerde olduğunu belirtir. Bir elektronun bulunduğu yer elektronun sahip olduğu enerjiye bağlıdır. Bu enerji düzeyleri çekirdeğe yakın olandan uzağa doğru 1,2,3 gibi numaralar verilerek gösterilir. Enerji düzeylerinin enerjisi çekirdeğe yaklaştıkça azalır, uzaklaştıkça artar. Elektron bir üst enerji seviyesine enerji verilerek uyarılır. Enerji kesilirse elektron eski yerine gelir. Bu arada aldığı enerjiyi, ışık şeklinde yayar.

Atom çekirdek (proton ve nötrondan oluşmuştur) ve yörüngelerden oluşan bir sistemdir. Yörüngelerde çok hızlı dönen elektronlar vardır. Şekilde görüldüğü gibi atomun temel parçacıkları proton, nötron ve elektronlardır.

Proton ve nötronlar atomun kütlesini oluşturup çekirdekte bulunur. Kütlesi yok denilecek kadar az olan elektronlar, çekirdeğin etrafındaki belirli yörüngelerde çok hızlı bir şekilde döner.