Atom Modellerinin Tarihsel Gelişimi Atom Modelleri

1. ATOM MODELLERİNİN TARİHİ GELİŞİMİ
Thomson Atom Modeli :
(1902) üzümlü kek şeklindeki atom modeli;

Thomson atom altı parçacıklar üzerinde çalışma­lar yaparken icat ettiği katot tüpü yardımıyla 1887 yılında elektronu keşfinden sonra kendi atom mo­delini ortaya attı. Thomson'a göre Atom dışı tamamen pozitif yüklü bir küre olup ve negatif yüklü olan elekt­ronlar ise kek içerisindeki gömülü üzümler gibi bu küre içerisine gömülmüş hâldedir.



Rutherford Atom Modeli:
(1911) güneş sistemine benzeyen atom modeli;

Thomson'm mode­line pek inanmayan Rutherford ün­lü alfa saçılması deneyi ile kimya tarihine nükleer atom kavramım so­karak yeni çığır aç­mıştır. İnce altın levhayı radyoaktif atomların yayınladıkları alfa ışınlarıyla bombardımana tabii tutan Lord Ernest Rutherford gözlemlerine ve deneyle­rinin sonuçlarına dayanarak, atomun Thomson tarafından hayâl edilmiş "fon statik topluluk olamayacağına hükmetti. Ve atomun yapısını, topta ge­zegenlerin Güneş'in etrafında gravitasyon kuvve­tinin etkisiyle dolandıkları gibi gibi elektronlum da pozitif yüklü bir çekirdeğin etrafında elektrik­sel çekim kuvvetinin etkisi alanda dolanmakta ol­duğu dinamik bir model olarak açıkladı.



Bohr Atom Modeli :
(1913) kuvantum teorisinin sahneye çıkışı;

Rutherford atom modeli üzerinde kafa yoran Dani­markalı fizikçi Niels Bohr, klasik fi­zik gereği çekir­değin etrafında dolanan elektronların ivmeli hare­ketlerinden dola­yı, enerji kaybederek çekirdeğe düşmeleri gerektiğini düşündü. Ama hiç de böyle olmamakta ve atom kararlılığını muhafaza etmektedir. Bohr atomun bu karalılığını;

1. Elektron hareketlerinin ancak belirli yörüngeler (enerji seviyeleri) üzerinde mümkün olmasıyla,

2. Elektronun, bir yörünge­den bir başkasına geçişini ise belirli bir miktarda (bir kuvantum miktarında) bir enerji kazanması­na (ya da kaybetmesine) bağlı olduğuna, ve

3. Bir atomda, elektronların daha da alana düşme­yecekleri bir en alt enerji düzeyinin var olmasıy­la açıklamaktadır.







De Broglie'un Atom Modeli:
(1923) Broglie'un dalga modeli;

Bohr’n atom modeli elekt­ronların yörün­geler arası ge­çişlerin müm­kün kılan “enerji (kuvan­tum) sıçramaları” açıkla­makta yetersiz kalmaktaydı. Bunun çözümü Fransız fizikçisi Prens Victor De Broglie tarafın­dan teklif edildi. De Broglie bilinen bazı tanecik­lerin uygun koşullar altında tıpkı elektromanyetik radyasyonlar gibi, bazen de elektromanyetik radyasyonların uygun şartlarda tıpkı birer tanecik gi­bi davranabileceklerini düşünerek elektronlara bir "sanal dalga”nın eşlik ettiği öne sürerek bir mo­del teklif etti. Bu modele göre farklı elektron yörüngelerini çekirdeğin etrafında kapalı dalga halkaları oluşturmaktaydılar.

























Born'un Atom Modeli :
(1927) olasılık kavramına dayanan atom modeli;

Almanya'lı ku­ramsal bir fizik­çi olan Born Heisenberg'in belirsizlik ilke katlamakla beraber bir takım olasılık ve istatistiki hesap­lar neticesinde bir elektronun uzaydaki yerini yaklaşık olarak hesap etmenin mümkün olabileceğini öne sürdü. Born Schrödinger'in dalga denklemini olasılık açısından yorumlayarak dalga mekaniği ile ku­vantum teorisi arasında bir bağıntı kurdu. Böyle­ce elektronun uzayın bir noktasında bulunması ihtimalinin hesaplanabileceğini göstermiş oldu.

1.1. ATOM MODELLERİ
Bugün bildiğimiz atom bilgisi, teorik ve deneysel konularda yıllardır sü­rekli yapılan çalışmaların bütünüdür. Çalışmalar sonucunda atomun var-im ı kesin bilgi hâlini aldıktan sonra, onları daha yakından tanımak, özel­ikleri ile ilgili araştırma ve incelemeler yapmak için modeller tasarlanmaya başlanmıştır. Model, bir konu ya da olayın anlaşılmasını kolaylaştırmak amacıyla tasarlanır, ancak olayın gerçek niteliğini belirtmez.

Atom modelleri; ilim adamları tarafından hayal edilmiş tablolardan iba­rettir. Bunlar atomu doğrudan doğruya gözlemleyerek yapılan tasanlar Değildir. En sade atom modelinde atomlar, içi dolu esnek küre olarak ka­il edilir. Şimdi atom modellerini inceleyelim.

1.1.1. DALTON ATOM MODELİ
Sabit oranlar kanunu ve katlı oranlar kanunu olarak gördüğümüz bileşik-i terdeki kütlesel ilişkilere bakarak 1803 yılında John Dalton, maddelerin çok çok küçük yapı taşlarının topluluğu halinde bulunduğu, fikrini ileri sürdü. Dalton atom teorisi olarak ortaya konulan temel özellikler şunlar­dır;

1. Maddelerin özelliklerini gösteren birim parçacıklar atomlar veya atom gruplarıdır.

2. Aynı cins elementlerin atomları birbirleriyle tamamen aynıdır.

3. Atomlar içi dolu kürelerdir.

4. Farklı cins atomlar farklı kütlelidir.

5. Maddenin en küçük yapıtaşı atomdur. Atomlar parçalanamaz.

6. Atomlar belli sayılarda birleşerek molekülleri oluştururlar. Örneğin, 1 atom X ile l atom Y’den XY, l atom X ile 2 atom Y den XY2 bile­şiği oluşur. Oluşan bileşikler ise standart özellikteki moleküller top­luluğudur.

Atomla ilgili günümüzdeki bilgiler dikkate alındığında Dalton atom modelin­deki eksikliklere ek olarak üç önemli yanlış hemen fark edilir.

1. Atomlar, içi dolu küreler değildir. Boşluklu yapıdadırlar.

2. Aynı cins elementlerin atomları tam olarak aynı değildir. Kütleleri farklı (İzotop) olanları vardır.

3. Maddelerin en küçük parçasının atom olduğu ve atomların parçala­namaz olduğu doğru değildir. Radyoaktif olaylarda atomlar parçala­narak daha farklı kimyasal özellikte başka atomlara ayrışabilir; pro­ton, nötron, elektron gibi parçacıklar saçabilirler.

1.2. THOMSON ATOM MODELİ
Dalton atom modelinde (-) yüklü elektronlardan ve (+) yüklü proton­lardan söz edilmemişti. Yapılan de­neyler yardımıyla, katot ışınlarından elektronun, kanal ışınlarından proto­nun varlığı ortaya konulmuştu. Bu bilgiler ışığında Thomson'un atomla İlgili fikirlerini aşağıdaki şekilde özetleyebiliriz.

1. Protonlar ve nötronlar yüklü par­çacıklardır. Bunlar yük bakımın­dan eşit, işaretçe zıttırlar. Pro­ton + 1 birim yüke; elektron ise -l birim yüke eşittir.

2. Nötr bir atomda proton sayısı elektron sayısına eşit olduğundan yük­ler toplamı sıfırdır.

3. Atom yarıçapı 10-8 cm olan bir küre şeklindedir. Söz konusu küre içerisinde proton ve elektronlar atomda rast gele yerlerde bulunurlar. Elektronun küre içindeki dağılımı üzümün kek içindeki dağılımına benzer.

4. Elektronların kütlesi ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Bu nedenle atomun ağırlığını büyük ölçüde protonlar teşkil eder.

Nötron denilen parçacıklardan bahsedilmemesi Thomson Atom teorisi­nin eksiklerinden biridir. Proton ve elektronların atomda rastgele yerlere bulunduğu İddiası ise teorinin hatalı yönüdür.

1.1.3. RUTHERFORD ATOM
Atomun yapısının açıklanması hakkında,önemli katkıda bulu­nanlardan birisi de Ernest Rutherford (Örnıst Radırford) olarak bilinir. Rutherford'dan önce Thom­son atom modeli geçerliydi. Bu modele göre, atom küre şeklindedir. Ve küre içerisinde proton ve elektronlar bulunmaktadır. Acaba bu proton ve elektronlar atom içerisinde belirli bir düzene mi, yoksa rastgele bir dağılım içe­risinde mi bulunuyorlar? Bu soru­nun cevabı daha bulunamamıştı. Rutherford bu sorunun cevabı ve Thomson atom modelinin doğruluk derecesini anlamak için yaptığı alfa (a) parçacıkları deneyi sonucunda bir model geliştirmiştir.

Polonyum ve radyum bir a-ışını kaynağıdır. Rutherford, bir radyoaktif kay­naktan çıkan a-taneciklerini bir demet hâlinde iğne ucu büyüklüğündeki yarıktan geçirdikten sonra, kalınlığı 10-4 cm kadar olan ve arkasında çin­ko sülfür (ZnS) sürülmüş bir ekran bulunan altın levha üzerine gönderdi.

Altın levhayı geçip ekran üzerine düşen a - parçacıkları ekrana sürülen ZnS üzerinde ışıldama yaparlar. Böylece metal levhayı geçen a - parçacık­larını sayma imkanı elde edilir. Rutherford, yaptığı deneylerde metal levha üzerine gönderilen a- parçacıklarının % 99,99 kadarının ya hiç yollarında sapmadan ya da yollarından çok az saparak metal levhadan geçtiklerini, fakat çok az bir kısmının ise metale çarptıktan sonra büyük bîr açı yapa­rak geri döndüklerini gördü. Rutherford daha sonra deneyi altın levha ye­rine, kurşun, bakır ve platin metallerle tekrarladığında aynı sonucu gördü. Kinetik enerjisi çok yüksek olan ve çok hızlı olarak bir kay­naktan çıkan a - parçacıklarının geriye dönmesi için;

1. Metal levhada pozitif kısmın olması,

2. Bu pozitif yüklü kısmın kütlesinin (daha doğrusu yoğun­luğunun) çok büyük olması gerekir.

Bu düşünceden hareketle Rutherford, yaptığı bu deneyden şu sonuçlan çıkardı.

Eğer, a tanecikleri atom içerisindeki bir elektrona çarpsay­dı, kinetik enerjileri büyük olduğu için elektronu yerinden sö­kerek yoluna devam edebilirlerdi. Ayrıca, a - taneciği pozitif, elektron negatif olduğundan geriye dönüş söz konusu ol­maması gerekirdi. Bu düşünceyle hareket eden Rutherford, metale çarparak geriye dönen alfa parçacıklarının sayısı metal levhadan geçenlere oranla çok küçük olduğundan; atom İçerisinde pozitif yüklü ve kütlesi büyük olan bu kısmın hacmi, toplam atom hacmine oranla çok çok küçük olması gerektiğini düşünerek, bu pozitif yüklü kısma çekirdek dedi.

















Rutherford, atomun kütlesinin yaklaşık olarak çekirdeğin kütlesine eşit olduğunu ve elektronlarında çekirdek etrafındaki yörüngelerde döndüğü­nü ileri sürmüştür. Buna göre, Rutherford atomu güneş sistemine ben­zetmiş oluyordu. Rutherford atom modelini ortaya koyduğunda nötron­ların varlığı daha bilinmiyordu. Günümüzde ise «çekirdeğin proton ve nötronlar içerdiği ve bunların çekirdeğin kütlesini oluşturduklarına inanıl­maktadır. Rutherford'un ortaya koyduğu atom modelinin boyutlarını da anlamak önemlidir. Bunu şu şekilde ifade edebiliriz. Eğer, bir atomun çe­kirdeği bir tenis topu büyüklüğünde olsaydı, bu atom büyük bir stadyum büyüklüğünde olurdu.





















He atomu 2 proton, 2 nötron ve 2 elektron­dan oluşur. Bir He atomunun 2 elektronu tamamen uzaklaştırılırsa geriye +2 yüklü helyum iyonu (He+2) kalır. Bu iyona alfa (a) parçacığı (alfa ışını) denir.

Bir atomu a - taneciği ile incelemek, bir şef­taliyi uzun bir iğne ile incelemeye benzer, iğ­nenin şeftalinin ortasında sert bir şeye çarp­tığını tespit ederek şeftali çekirdeğinin varlı­ğını ve büyüklüğünü onu hiç görmeden anlamak mümkündür. Bu arada şeftali ile çekir­değinin büyüklüğü ve atom ile çekirdeğinin büyüklüğünün aynı oranda olamayacağı unutulmamalıdır.
1.1.4. Bohr Atom Teorisi
Buraya kadar anlatılan atom modellerinde, atomun çekirdeğinde, (+) yüklü proton ve yüksüz nötronların bulunduğu, çekirdeğin etrafında da­iresel yörüngelerde elektronların dolaştığı ifade edildi. Bu elektronların çekirdek etrafında nasıl bir yörüngede dolaştığı, hız ve momentumlarının ne olduğu ile ilgili bir netice ortaya konmadı. Bohr ise atom teorisinde elektronların hareketini bu noktadan inceledi.

1913 yılında Neils Bohr, hidrojen atomunun spektrum çizgilerini ve Planck'ın kuvantum kuramını kullanarak Bohr kuramını ileri sürdü. Bu bilgiler ışığında Bohr postulatları şöyle özetlenebilir.

1. Bir atomdaki elektronlar çekirdekten belli uzaklıkta ve kararlı hâller­de hareket ederler. Her kararlı hâlin sabit bir enerjisi vardır.

2. Her hangi bir kararlı enerji seviyesinde elektron dairesel bir yörünge­de (orbitalde) hareket eder. Bu yörüngelere enerji düzeyleri veya ka­bukları denir.

3. Elektron kararlı hâllerden birinde bulunurken atom ışık (radyasyon) yayınlamaz. Ancak, yüksek enerji düzeyinden daha düşük enerji dü­zeyine geçtiğinde, seviyeler arasındaki enerji farkına eşit bir ışık kuantı yayınlar. Burada E = h-i) bağıntısı geçerlidir.

4. Elektron hareketinin mümkün olduğu kararlı seviyeler, K, L, M, N, O gibi harflerle veya en düşük enerji düzeyi l olmak üzere, her enerji düzeyi pozitif bir tam sayı ile belirlenir ve genel olarak "n" İle göste­rilir, (n: 1,2,3 .....¥)

Bugünkü bilgilerimize göre; Bohr kuramının, elektronların dairesel yö­rüngelerde hareket ettikleri, ifadesi yanlıştır.

Bohr atom modeli, hidrojen atomunun davranışını çok iyi açıkladığından ve basit olduğundan önce büyük ilgi gördü. Ancak, bu model çok elekt­ronlu atomların davranışlarını (atomların spektrumlarını, atom çekirde­ğinin bir elektronunu yakalayarak başka atom çekirdeğine dönüşünü) açıklayamadığından yaklaşık 12 yıl kadar geçerli kaldı. Daha sonra yeri­ni modern atom teorisine bıraktı.

Bohr'a göre, elektronlar çekirdekten belirli uzaklıklarda dairesel yörün­geler izlerler. Çekirdeğe en yakın yörüngede bulunan (n = 1) K tabakası en düşük enerjilidir. Çekirdekten uzaklaştıkça tabakanın yarıçapı ve o kabukta bulunan elektronun enerjisi artar. Elektron çekirdekten sonsuz uzaklıkta iken (n @ ¥) elektronla çekirdek arasında, çekim kuvveti bulunmaz. Bu durumda elektronun potansiyel enerjisi sıfırdır. Elektron atomdan uzaklaşmış olur. Bu olaya iyonlaşma denir.