Kimya I · 2. Ünite: Atomlar, Moleküller ve İyonlar
Atom Kuramı ve Atomun Yapısı
Madde sürekli bir ortam mıdır, yoksa bölünemeyen taneciklerden mi oluşur? Kimya, bu sorunun deneysel yanıtlarının tarihidir: kütlenin korunumu ve sabit oranlar yasalarından Dalton'ın atom kuramına, katot ışınlarından Thomson'ın elektronuna ve Rutherford'un çekirdekli atomuna uzanan zincir. Bu konuda atomun parçacık bileşimini, kütle ve atom numarası gösterimini, çekirdek ile atomun boyut ve yoğunluk farkını nicel olarak ele alacak; iyon ve izoelektronik tür bileşimini hesaplayabilir hâle geleceksin.
Öğrenme hedefleri
- Kütlenin korunumu, sabit oranlar ve katlı oranlar yasalarını verilerden doğrular ve Dalton kuramıyla açıklar.
- Thomson deneyinde dengelenmiş elektrik ve manyetik alanlardan $e/m$ oranını türetir ve hesaplar.
- Rutherford saçılma deneyinin gözlemlerinden çekirdekli atom modelini çıkarır ve Thomson modelinin neden yetersiz kaldığını açıklar.
- Verilen bir atom ya da iyon için proton, nötron ve elektron sayısını $^{A}_{Z}\text{X}^{q}$ gösterimiyle belirler.
- Çekirdek yarıçapını $R = R_0 A^{1/3}$ ile tahmin eder; çekirdek yoğunluğunu ve çekirdeğin atom hacmindeki payını hesaplar.
- Atomun kütlesinin neredeyse tamamının çekirdekte toplandığını sayısal olarak gösterir ve kütle birimi $\text{u}$ ile kg/g arasında dönüşüm yapar.
Konu anlatımı
1. Bağlam: Atom Fikri Deneyle Nasıl Kanıtlandı?
2. Dalton Atom Kuramı ve Sınırları
3. Elektronun Keşfi: Thomson'ın $e/m$ Ölçümü
4. Rutherford Deneyi ve Çekirdekli Atom
5. Atomun Bileşimi: Z, A, N ve İyon Gösterimi
6. Boyut ve Yoğunluk: Atomun Büyük Kısmı Boştur
7. Elektronların Kabuk Düzeni (Ön Bakış)
8. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları
Anahtar terimler
- Elektron (electron)
- Atomun negatif yüklü parçacığı; kütlesi $9{,}109\times10^{-31}\,\text{kg}$, yükü $-1{,}602\times10^{-19}\,\text{C}$ (Thomson, Millikan).
- Çekirdek (nucleus)
- Atomun pozitif yüklü, yoğun merkezi; proton ve nötronları içerir, yarıçapı yaklaşık $R_0 A^{1/3}$ ($R_0 \approx 1{,}2\,\text{fm}$).
- Atom numarası (atomic number, Z)
- Çekirdekteki proton sayısı; elementin kimliğini belirler.
- Kütle numarası (mass number, A)
- Çekirdekteki proton ve nötron sayılarının toplamı; $A = Z + N$.
- Atomik kütle birimi (u)
- $^{12}\text{C}$ atomunun kütlesinin on ikide biri; $1\,\text{u} = 1{,}66054\times10^{-27}\,\text{kg}$.
- İyon (ion)
- Elektron kaybeden (katyon) ya da kazanan (anyon) yüklü atom veya atom grubu; $N_e = Z - q$.
- İzoelektronik (isoelectronic)
- Aynı sayıda elektrona sahip atom veya iyonlar (ör. $\text{O}^{2-}$, $\text{F}^-$, $\text{Na}^+$).
- Katlı oranlar yasası (law of multiple proportions)
- Aynı iki elementin farklı bileşiklerinde, birinin sabit kütlesiyle birleşen öbürünün kütleleri basit tam sayı oranındadır.
- Kuvvetli nükleer kuvvet (strong nuclear force)
- Çekirdekte nükleonları bir arada tutan, kısa menzilli ve proton itmesinden büyük çekici kuvvet.
Örnek soru
J. J. Thomson, katot ışınlarının elektrik ve manyetik alanda sapmasını farklı katot metalleri ve farklı gazlarla yineledi. Bu deneylerden çıkardığı en önemli sonuç aşağıdakilerden hangisidir?
- Atomun pozitif yükü ve kütlesi çok küçük bir çekirdekte toplanmıştır.
- Katot ışınları, katot ve gaz ne olursa olsun aynı $e/m$ oranına sahip negatif yüklü parçacıklardır; bu parçacık tüm atomların ortak bileşenidir.
- Her elementin atomu kendine özgü kütleli ve yüklü bir katot parçacığı verir.
- Elektronun yükü $1{,}602\times10^{-19}\,\text{C}$ olup yağ damlası deneyiyle ölçülür.
- Atomun içinde yüksüz bir parçacık vardır ve kütlesi protonunkine yakındır.
Doğru cevap: B
Çözüm
Cevap: B
1. Thomson, ışının sapma miktarından yalnızca yük/kütle oranını ($e/m = E/(B^2 r)$) ölçebildi; yükün kendisini ölçemedi.
2. Katot maddesi veya gaz cinsi değiştiğinde $e/m$ değişmedi ($\approx 1{,}76\times10^{11}\,\text{C/kg}$). Bu, parçacığın her maddede ortak olduğunu ve atomun bölünebildiğini gösterir.
3. Seçenek A Rutherford'un (1911), D Millikan'ın (1909), E Chadwick'in (1932) sonucudur. C ise gözlemle çelişir, çünkü $e/m$ maddeye bağlı değildir.