atom ve elektrik - Abdullah Sivari

DEMOKRİTOS ATOM FİKRİ
M.Ö 500’lü yıllarda DEMOKRİTOS maddelerin bölünemez ve parçalanamaz anlamına gelen atom
olarak adlandırılan taneciklerden oluştuğunu öne sürmüştür.
DALTON ATOM TEORİSİ
Dalton denel gözlemlere dayanarak 1808 yılında yeni bir atom fikrini ortaya koydu.Bunun
sonucunda;
 Görünmeyen ve atom denilen parçacıklardan oluşmuştur.
 Atomlar içi dolu kürelerdir.
 Bir elementin bütün atomları aynı özellikleri taşır ve diğer elementlerin özelliklerinden
farklıdır.
 Fiziksel ve kimyasal olaylarda atomlar parçalanamaz ve yeniden oluşturulamaz.
 Dalton atom kuramı katlı oranlar yasasınıda ortaya koymuştur.
THOMSON ATOM MODELİ
Maddelerde pozitif ve negatif yüklerin bulunmasından sonra THOMSON 1897 yılında yeni bir atom
modeli ortaya koymuştur.
 Pozitif yükten oluşmuş kürelerdir.
 Negatif yükler atom içinde homojen dağılmıştır.
 Atomu üzümlü keke benzetmiştir.
 Protonun kütlesi yanında elektronların kütlesin ihmal etmiştir.
 Proton sayısına eşit sayıda elektron bulunmaktadır ve atom bundan dolayı nötr özellik gösterir.
 Atom yarıçapı 10-8 cm dir.
 Elektronlar için e /m oranını -1.76 108 c/g olarak hesaplamıştır.
MADDENİN ELEKTRİKSEL YAPISI
Alessandra VOLTA, metal çiftler arasındaki etkileşimle meydana gelen elektriklenme olayından
yaralanarak kendi adın taşıyan volta pilini geliştirmiştir.
M. Faraday 1834 de kimyasal bileşiklerin sulu çözeltilerinden elektirik akımı geçirildiğinde kimyasal
özelliklerin değiştiğini göstermiş ve maddenin elektriksel yapısı hakkında ipuçları elde etmiştir.
Faradayın yaptığı deneyler sonucunda atomun yapısındaki düşünceler değişmeye başlamıştır.
Atomun maddenin en küçük yapı taşı olduğu düşünülürken 19.yy sonlarına doğru atomun daha küçük
taneciklerden oluştuğu düşünülmeye başlanmıştır.
FARADAY yaptığı deneyler sonucunda;
 Elektrotlarda toplanan madde miktarının devreden geçen yükle doğru orantılı olduğunu
görmüştür.
 Elektroliz kaplarından aynı yük geçirildiğinde,elektrotlarda toplanan maddelerin eşdeğer gram
sayıları birbirine eşittir.
 1 Faradaylık yük= 1 mol elektron yükü=96500 coulomb=1 eşdeğer gram sayısı

Elektroliz düzeneklerinde ANOT(+) KATOT( _ )
katotda ise indirgenme gerçekleşir.
A.SİVARİ
kutuptur.Anotda yükseltgenme
Cevap:C
ELEKTRONUN KEŞFİ
1807-1808 yıllarında Humpry Davy bileşikleri ayrıştırmak için elektrik akımı kullanarak elementleri
saf olarak elde etmiştir.yaptığı deneylere göre Humpry bileşiklerde elementlerin elektriksel çekim
kuvvetiyle bir arada tutulduklarını öne sürmüştür.
Elektronların varlığına dair ilk kanıt fizikçi William Crooks tarafından bulundu. Crooks tüpünde
elektrotlar arasında yüksek bir gerilim uygulanırsa bir elektrik akımı gözlenir ve tüpteki hava renkli
bir ışıldama yapar. Şayet tüpün ortasına bir delikli nesne yerleştirilse bu nesnenin görüntüsü gölge
şeklinde tüpün sonunda oluşur.
Crooks katottan çıkıp anota doğru hareket ederek gölge oluşmasına sebep olan bu elektrik yüküne
katot ışınları denmiştir.
Katotların ışınlarının özellikleri:
 Bir doğru boyunca yol aldıkları
 Elektrotlar arasına konan levhayı ısıttıkları
 Katot olarak kullanılan maddeye ve tüpteki gaza bağlı değillerdir.
 Negatif elektrikle yüklüdürler.
Elektriksel ve manyetik alanda saparlar.
katot ışnları tüpü
George Stoney elektriğin taneciklerden ibaret olduğunu ve bu taneciklerin atomların yapısında da
bulunduğunu söylemiştir ve 1891 yılında bu taneciklere elektron adını verdi.( tam olarak elektron
varlığı ispatlanmamıştır.)
Thomsan 1897 de katot ışınlarının manyetik ve elektriksel alanda sapmalarını Crooks tüpünü
kullanarak gözlemlemiştir. Bu yöntemi kullanarak katot ışınlarının kütlesinin (m) yüküne (e) oranını
yani e/m değerini
olarak bulunmuştur.
Thomsan katot ışınlarının bütün atomlarda bulunan negatif yüklü temel parçacıklar olduğunu tam
olarak ispatlamıştır ve daha önce stoneyin dediği gibi elektron ismini vermiştir.
Thomsan bu deneyini yaparken JULİUS PLÜCKER in deneyini model almıştır.
A.SİVARİ
Crooks tüpü
MİLİKAN YAĞ DAMLASI DENEYİ
Milikan yaptığı bir dizi yağ damlası deneyinde elektron yükünü hesaplamıştır. Yağ damlaları
üzerindeki elektriksel yükün
katları olduğunu bulmuştur.
Yaptığı deneyde elektrik alan içindeki kaba yağ damlacıklarını püskürttü. Bu yağ damlacıklarını da X
ışınlarıyla bombardıman etti. X ışınları , gaz moleküllerine çarpıp elektronlarının kopmasına sebep
olmuştur. Kopan elektronlar yağ damlacıklarına yapışarak onları elektrikle yüklemiştir. Yüklü yağ
damlacıklarının + yüklü levhaya doğru yöneldiğini görmüştür. Milikan yaptığı deneyde yağ
damlacıklarının düşmesini de durdura bilmiştir.deney sonucunda elektronların yükünü hesplamıştır.
milikan yağ damlası deneyi
Thomsan e/m oranında, elektron yükünü yerine yazarak elektronun kütlesini
olarak hesapladı.
POZİTİF PARÇACIKLAR
Gaz tüpünde negatif parçacıklar gözlendiğine göre maddenin nötr elektriksel yapısı nedeniyle pozitif
yüklü parçacıklarında bulunması gerekir. Katotdan fırlayan elektronlar nötral gaz atomları ile
çarpışarak onların elektron kaybetmesine ve pozitif yüklü parçacıklar haline gelmesine sebep olur. Bu
iyonlar katot tarafından çekilir. Bu ışınlara pozitif ışınlar veya kanal ışınlar denir. İlk olarak Eugen
Godstein tarafından gözlemlenmiştir.
Kanal ışınları
A.SİVARİ
X IŞINLARI VE RADYOAKTİFLİK
Katot ışınlarıyla ilgili çalışmalar bir çok araştırmaya da sebep olmuştur.
1895 Wilhelm Roentgen bazı maddelerin bir ışıma yaptığını fark etti. Bu ışığın niteliğini
bilmediğinden x ışını adını verdi.
Antoine Becquerel radyoaktifliği keşfetti. Ernest Rutherford Alfa ve Beta ışınlarını buldu.
1900 yılların başlarında birçok radyoaktif element daha keşfedildi. Bu tür radyoaktif çalışmalarda
Marie ve Pierre Curie nin büyük emekleri bulunmaktadır.
ATOMUN PROTON SAYILARININ DENEYSEL BELİRLENMESİ
X ışınları ışıktan daha hızlı olan elektro manyetik ışınlardır. X ışınları görünmezler,elektriksel ve
manyetik alanda sapmazlar. MOSELEY x ışınlarını kullanarak farklı elementler için farklı
spektrumlar elde etmiştir.spektrumlarda ikiden fazla çizgi olduğunda ise maddenin safsızlık içerdiği
görülmüştür.Moseley, x ışınları frekanslarının atomun çekirdeğindeki yükün özelliği olduğunu
görmüştür. Moseley elementlerin atom numaralarınıda doğru bir şekilde belirledi. Atom numaralarının
çekirdekteki poziti yüklerin sayısına eşit olduğunu bulmuştur. Atom ağırlığı arttıkça yayılan x
ışınlarınında frekansı arttığı görülmüştür.
ATOM ÇEKİRDEĞİ
Atomun yapısı hakkında en önemli katkı Rutherford tarafından yapılmıştır. Rutherford ince altın levha
üzerine Alfa ışınlarını göndererek deneyini gerçekleştirmiştir. Deney sonucunda;
 Metal levhaya gelen alfa parçacıkları çok az sapmaya uğrar.
 Bazı alfa tanecikleri tam geriye döner. Olayları gerçekleşmiştir.
Rutherford atom modeline göre:
1. Bir atomun kütlesinin çok büyük bir kısmı ve pozitif yükün tümü çekirdek denen çok küçük
bir bölgede yoğunlaşır. Atomun büyük bir kısım boşluklu yapıya sahiptir.
2. Pozitif yükün büyüklüğü atomdan atoma değişir ve elementin atom ağırlığının yarısına eşittir.
3. Çekirdeğin dışında çekirdek yüküne eşit sayıda elektron bulunur. Atomun kendisi elektrik
yükü bakımında nötrdür.
4. Atomun çekirdekli yapıya sahip olduğunu açıklayan modeldir.
A.SİVARİ
Rutherford çalışmalarında yüksüz fakat kütlesi protonun kütlesi ile hemen hemen aynı olan bir
parçacığın varlığından bahsetmiştir. 1932 de J. Chadwick nötronun varlığını ispatlamıştır. Nötronun
kütlesi yaklaşık protonun kütlesi kadardır.
ELEKTROMANYETİK IŞIMA
.
Atomun yapısındaki daha detaylı bilgi elektromanyetik ışımanın (radyasyon) atomlar tarafından
yayılması (emisyon) ve soğurulması (absorbsiyonu) üzerinde yapılan çalışmalarla kazanılmıştır.
Elektromanyetik ışımanın hem dalga ve hem de parçacık özelliği vardır.
Işık , elektromanyetik ışınların sadece gözle görülebilen kısmıdır.
Elektromanyetik ışıma vakumda
m/s sabit hızla yayılır. Bu değere ışık hızı denir.( c )
Elektromanyetik ışımanın dalga kuramı gözlenen birçok özelliklerini açıklar; fakat siyah cisimlerin
ışıması ve fotoelektrik olay ışımanın parçacıklardan oluşması ile açıklanır.
Işıma enerjisinin parçacık kuramıyla ilgili 1900 de M. Planck tarafından kuantum kuramı önerilmiş ve
enerjinin ancak belli büyüklükler halinde alınıp verilebileceğini belirtmiştir. Bu büyüklüklere
kuantum, ışıma enerjisine de kuantlanmış enerji denir. A. Einsten 1905 de bu kuantumlara foton adını
vermiştir. Işıma enerjisinin hem dalga hem de kuantum akımları olduğundan bahsetmiştir.
Kuantum kavramını anlamak için dalgalar hakkında bazı temel kavramlar bilinmelidir.
Dalga:Titreşim yoluyla enerji aktaran bir durumdur.
Ard arda gelen iki dalga tepesi arasındaki uzaklıktır. (metre)
Genlik (A): Bir dalganın maksimum yüksekliğine denir.
Hız (C): 3.10 10 c m s-1 veya 3.108 m s-1 değerinde olan bu hıza ışık hızı denir.
Belli bir noktadan bir saniyede geçen dalga sayısıdır. Birimi Hz ( hertz) dir.
Dalganın , dalga boyu ve genliği
Radyo dalgaları,kızıl ötesi dalgalar,görünür bölge ışığı ve x ışını elektromanyetik ışıma
türüdür.Görünür bölgedeki her renk bir dalga boyuna sahiptir. Tek bir dalga boyuna sahip olan ışığa
monokromatik ışık,dalga boyları farklı ışınlardan oluşuyorsa da polikromatik ışık denir. Sarı renk
monokromatik, beyaz renk polikromatik ışık yayar.beyaz ışık prizmadan geçirildiğinde farklı renklere
ayrılır. Renkler kırmızıdan başlar mora kadar devam eder.prizmada mor renk en fazla kırınıma
uğrarken,kırmızı renk enaz kırınıma uğrar. Kırmızı renk en uzun dalga boyu ve en düşük frekansa
sahiptir;mor renk ise en kısa dalga boyuna ve en yüksek frekansa sahiptir. Dalga boyu kırmızı
renginkinden yüksek ışınlara kızıl ötesi(IR);dalga boyu mor renginkinden kısa olan ışınlara mor
ötesi( UV) ışınlar denir.
Bütün frekansları kapsayan elektromanyetik ışın dizisine elektro manyetik dalga spektrumu denir.
A.SİVARİ
Elektromanyetik dalga spektrumu
Görünür bölge elektromanyetik spektrumun 380-760 nm aralıgıdır.
Cevap:C
SİYAH CİSİM IŞIMASI
Üzerine gelen bütün ışınları emen cisimlere siyah cisim denir. Siyah cisim ısıtılırsa yaydığı ışınlarda
her türden dalga boyunun bulunduğu görülür.sıcaklık artırılırsa ışıma şiddetinin artığı dalga boyunun
kısaldığı , sıcaklık azalırsa da ışıma şiddetinin azaldığı ve dalga boyunun arttığı gözlemlenmiştir.
Siyah cisim görünür ışık yaydığında önce kırmızı, daha sonra sıcaklık artırıldığında turuncu, sarı ve
mor ışıma görünür ve en son beyaz ışık denilen bütün görünür bölge ışıması sırayla yayımlanmış olur.
PLANCK KUANTUM KURAMI
Değişik sıcaklıklarda katıların yaydığı ışınları incelemiştir.Cisimler ışıtıldığında değişik renkte ışıklar
prizmadan geçirildiğinde sürekli spektrumlar elde edilir. Planck ışıma enerjisinin kuantumlar halinde
alınıp verileceğini ileri sürmüştür. Kuantum enerjisi ışımanın frekansı ile doğru orantılıdır. Planck bir
kuantumun taşıdığı enerjiyi hesaplarken
sabiti olup değeri
A.SİVARİ
bağıntısını kullanmıştır. Bu bağıntıda h, Planck
dir.
FOTOELEKTRİK OLAY
Metallerin yüzeyine ışık çarptığında metalden elektron fırlaması olduğu görülmüştür. Bu olaya
fotoelektrik olay denmiştir.
Einsten, Plackın kesikli ve belli büyüklükteki enerji kuantumlarının metallere ait olan elektronlarla
etkileştiğinde fotoelektrik olayın gerçekleştiğini açıklamıştır.
Bir foton metal atomuna çarptığı zaman tüm enerjisini elektronlara aktarır; fakat elektronu
koparabilmesi için elektronun enerjinse eşit bir enerjiye veya daha yüksek enerjiye sahip olmalıdır. Bu
sahip olması gereken enerjiye eşik frekansı denir.
Belli bir frekansta ışımanın şiddeti artırılırsa fotonların sayısını artıracak fakat enerjisini
değiştirmeyecektir. Işımanın enerjisi ( frekansı) artarsa kopan elektronun hızı da artacaktır.
Işımanın şiddetinin artırılması kopan elektronların sayısını artırır; fakat enerjisini değiştirmez
.
ATOM SPEKTRUMLARI
Kimyasal tepkimeler gerçekleşirken çekirdek çevresindeki elektronlar etkindir. Bu sebepten atomların
özelliklerini elektronların düzeni belirler. Elementlerde elektronların düzenini bulmaya yarayan
yöntem atom spektrumlarının incelenmesidir.
Elektromanyetik ışıma bir prizmadan geçirildiğinde ışımada sapmalar olduğu görülür. Prizmada
kırınım ışımaların dalga boylarına bağlıdır. Dalga boyu kısaldıkça kırınım daha çok artar. Beyaz ışık
önce dar bir yarıktan ve sonra da prizmadan geçirilirse görünür bölgede mordan kırmızıya kadar
değişen renkleri içeren sürekli ( kesiksiz) spektrum elde edilir. elementler gaz veya buhar halinde
gerekli yüksek sıcaklığa kadar ısıtılırsa bir ışıma yayımlanır, bu ışıma prizmadan geçirilirse bir kesikli
spektrum ( kesikli spektrum) verir. Hidrojenin görünür bölge spektrumu 410nm ile 656 nm
arasındadır.
1885 te Balmer hidrojinin görünür bölgedeki spektrum çizgilerinin dalga boylarını ve frekanslarını
bazı eşitliklerle hesaplamıştır.
A.SİVARİ
∞
Elektromanyetik ışımanın maddeyle etkileşimini araştıran bilim dalına spektroskopi , bu etkileşimin
incelendiği aletlere spektroskop ve spektrumların kaydedildiği cihazlara spektrometre denir.
CEVAP:B
BOHR ATOM KURALI
Bohr Rutherford atom modelini örnek alarak ve hidrojen atom spektrumuna dayanarak yeni bir atom
modeli ileri sürmüştür.
Bohr atom modeline göre;
 Her elektron çekirdekten ancak belirli uzaklıklarda küresel yörüngelerde bulunabilir. Her
yörünge belirli bir enerjiye sahiptir.
 Bir atomun elektronları en düşük enerji seviyesinde bulunmak ister,buna temel hal denir.
Madde ısıtıldığında atomlardaki elektronlar daha yüksek enerji seviyesine geçer, buna da
uyarılmış hal denir.
 Elektronlar yüksek enerji düzeyinden düşük enerji düzeyine inerse arada ki enerji farkına eşit
enerji yayar.
 Tek elektronlu sistemleri açıklamıştır.
 Çekirdeğe yakın elektronların enerjisi düşüktür.
Yörüngelerdeki elektronlar bulundukları yörüngeye özgü bir enerjiye veya hıza sahiptirler.
Bohr a göre bir atom enerji aldığında, elektronlar bulundukları enerji düzeyinden daha yüksek enerjili
bir düzeye geçiş yaparlar. Bu olaya uyarılma denir. Elektron uyarılmış halden temel hale dönerken iki
enerji düzeyi arasındaki enerji farkına eşit bir foton yayar. Bu fotonun enerjisi
E=A ( 1/n12 – 1/n22 ) denklemiyle bulunur.(n2 büyük n1 olmalıdır.)
Hidrojen atomunun spektrum çiz gilerinden Lyman serisinin dalga boyu Balmer serisi çizgilerinden
daha kısadır. Lyman serisi çizgileri mor ötesi bölgede, Balmer serisi çizgileri görünür bölgede
bulunur.
Pashen serisi çizgileri kızılötesi bölgesinde yer alır.
A.SİVARİ
Hidrojen atomunun elektron geçişleri ve spektrum çizgileri
Bohr kuramı hidrojen spektrumunu açıklamak için yeterli olmuştur. Bu kuram tek elektronlu He+ ve
Li+2, gibi tek elektronlu iyonlar içinde kullanılır.
CEVAP:C
ATOM ALTI PARÇACIKLARIN DALGA (KUANTUM) ÖZELLİĞİ
Bohr tek elektronlu taneciklerin ( H, He+1, Li+2 vb..) spektrumların başarıyla
açıklayabilmiştir; fakat fazla elektron içeren taneciklerin spektrumlarını açıklamakta yetersiz
kalmıştır. Daha sonraki yıllarda elektronlar için iki temel özellik ( tanecik ve dalga) ortaya
konulmuştur. Bundan dolayı kuantum özelliklerinin yeniden gözden geçirilmesine sebep
olmuştur.
DALGA – TANECİK İLİŞKİSİ
Atomu oluşturan parçacıkların davranışlarını açıklamak için dalga mekaniği kuramı kullanılır.
Bu kuramın 1924 yılında L. DE Broglie ve Schrödinger tarafından temelleri atılmıştır.
h
 m.c eşitliği bulunur.

De Broglie X ışınları kırımını kullanarak hareket eden maddesel parçacıkların dalga gibi
davranabileceğini söylemiştir. Fotonun dalga boyunun hesaplanması için kullanılan de
Broglie eşitliği bir parçacığın (elektronun) dalga boyunun hesaplanması içinde kullanılır.
E=mc2 ve E=h.v denklemleri birleştirilirse
A.SİVARİ
Parçacığın kütlesi m, hızı da v alındığında  
λ: taneciğin dalga boyu
m: taneciğin kütlesi(kg)
h
h

mc mv
bağıntısı yazılır.
h: Planck sabiti
v: taneciğin hızı
Bu denklemin hareketli bir taneciğin dalga gibi dalganın da tanecik gibi düşünülebileceğini
gösterir.
CEVAP:D
ELEKTRONLARIN DALGA ÖZELLİĞİ
L.H. Germer ile C.Davisson elektronların dalga boylarını ölçmeyi başarmışlardır. Düşük
enerjili elektronların ince nikel bir hedeften saçılmasıyla ilgili deney yaptılar. Deney
sonucunda iç içe geçmiş olan kırınım desenlerini (dalgalarını) gözlemlediler. Bu deneyler
sonucunda der Broglie nin dalga kuramı sağlam temeller üzerine oturdu.
HEİSENBERG BELİRSİZLİK İLKESİ
1920 de Bohr ve Heisenberg atom altı taneciklerin ( elektronların) davranışlarını daha detaylı
incelemek için hesaplamalar yapmışlardır. Elektronun hızını ve konumunu hesaplamaya
çalışmışlardır. Fakat yapılan her hesaplamadan sonra bir belirsizlikle karşılaşmıştır.
Heinsberg in belirsizlik ilkesi olarak isimlendirilen bu çıkarım bir taneciğin aynı anda
konumunun ve hızının ölçülemeyeceğini ortaya koyar.
A.SİVARİ