Bilim insanları maddenin yapısı ve maddenin nelerden oluştuğu ile ilgili sorulara cevap bulmak için çok eski zamanlardan günümüze kadar birçok araştırma ve çalışma yapmışlardır. İlk teoriler MÖ 400 lerde yapılmış. Democritus maddenin gözle görülmeyen ve bölünemeyen taneciklerden oluştuğunu düşünmüş ve bölünemeyen anlamında “Atomos” adını vermiştir. Bunu takiben birçok bilim insanı bu alanda çalışarak farklı fikirler ortaya atmış.
Dalton Atom Teorisi
Bir demir parçasını sürekli iki eşit parçaya böldüğümüzü düşünelim. Her parça demire ait tüm fiziksel ve kimyasal özellikleri taşıyacaktır. Bu işlem en nihayetinde bölemediğimiz ve yine demir özelliklerini gösteren en küçük parçaya kadar sürer. İşte bu en küçük “demir” parçası Dalton modeline göre demir atomudur.

Dalton’un teorisine göre;

  1. Elementler atom adı verilen bölünemeyen taneciklerden oluşur. Atomlar kimyasal yollarla oluşmaz ve yok olmaz
  2. Bir elementin atomları kendi arasında özdeştir, diğer elementlerin atomlarından farklıdır.
  3. Kimyasal bileşikler elementlerin basit oranlı birleşimi ile oluşur

Dalton’un düşüncesindeki atom sert küreye benzetilebilir

Eksiklikleri:

  • İzotop atomların farkına varılamadı
  • Atom boşluksuz değil boşluklu yapıdadır
  • Atom en küçük tanecik değildir
  • Atom bölünebilir

 

Thomson Atom Modeli

Thomson gazlarla yaptığı deneylerle atomun elektrik yüklü yapısını (+ ve -) keşfetti. Elektronun yükünün kütlesine oranını hesapladı (e/m). (Negatif yüklü taneciklere George Stoney elektron adını vermiştir.)

Bu modele göre;

  1. Atom küre şeklindedir.
  2. Küresel yapı (+) yüklüdür. (-) yükler çok küçük kütleye sahiptir, hareket etmezler ve bu artı yapı içinde gömülüdür. Bu yükler birbirine eşit büyüklükte olarak atomun yükünü nötrleştirir.

Bu şekliyle atom “üzümlü kek” e benzetilebilir. Kekin hamuru (+), üzümler (-) yüklerdir.

Eksiklikleri:

  1. Atom çekirdeği ve nötronların varlığını ortaya koyamadı
  2. Atomdaki proton ve elektronların rastgele dağıldığını ileri sürmesi de
    yanlıştı

 

 

Rutherford Atom Modeli

Rutherford, α,  alfa (He+2) yüklü parçacıkları hızlandırarak çok ince altın folyo üzerine gönderdiği bir saçılma deneyi yapmış. Bu deneyde parçacıkların çoğu folyoyu delip geçmiş, bazı α parçacıkları büyük açılarla, bazıları da geldikleri yönün tersine saçılmış. Thomson haklı olsaydı bu sapmaların olmaması gerekiyordu. Rutherford’a göre alfa parçacıklarının sapma nedeni, atomun merkezinde kütlece yoğun pozitif yüklü küçük bir kısmın bulunmasıydı. Daha sonra bu bölgeye atomun çekirdeği adını verdi.

Rutherford’un geliştirdiği Çekirdekli Atom Modeline göre:

  1. Atomun merkezinde pozitif yükün toplandığı ve atomun kütlesinin çoğunu oluşturan bir çekirdek vardır. Çekirdek, elektronların yüklerini dengeleyecek kadar pozitif yük taşımaktadır ve bu pozitif yüklere proton adını vermiştir.
  2.  Çekirdeğin etrafında dolanan elektronlar vardır. Elektronlar geniş boşluklar bırakacak şekilde dağılmış hâldedir. Atomun büyük kısmı boşluktur

 

Rutherford Atom Modelinde (+) yüklü çekirdek, (-) yüklü elektronlar ve aralarındaki boşluklu yapı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

 

 

Eksiklikler:

  1. Elektronun yerini tam olarak belirleyememesi
  2. Thomson’un teorisine göre çekirdek etrafında dolanırken ivmeli hareket yaptığını ve bu yüzden  elektromanyetik ışıma yaparak enerjisinin azalması  gerekir ve elektronlar enerji kaybedeceği için çekirdeğe düşmesi gerekir. Elektronların neden böyle yapmadığını açıklayamadı.
  3. Atomların niçin her frekansta ışıma yaymayıp sadece belli frekanslara sahip ışıma yaydıklarını açıklayamamıştır.

Her atom elektromanyetik tayf içinde, kendine özgü frekanslarda ışıma yapar. Renkli çizgiler bu frekansları göstermektedir

Ernest Rutherford hayatı ve çalışmaları hakkında daha detaylı bilgi için ‘Ernest Rutherford‘ tıklayın.

Bohr atom modeli

Bohr sürekli olarak enerji kaybeden klasik elektron probleminden kurtulmak için Planck’in kuantumlu enerji düzeyleri düşüncesini yörüngede dolanan elektronlara uyguladı. Hidrojen atomlarını içeren bir ortam, uygun bir kaynakla uyarıldığında yayılan ışık önce bir yarıklı levhadan geçirildi. Daha sonra prizmadan geçirilen ışık ekran üzerine düşürüldüğünde bir çizgi (kesikli) tayfı yani belirli frekanstaki ışınları içeren tayf oluştu

Bohr bu gözlemi sonucunda iki varsayım öne sürdü.

  1. Atomdaki elektronların ışıma yapmadan kararlı bir şekilde belirli enerji düzeylerinde ve çembersel yörüngelerde açısal momentumu (h /2 π) tam katları olacak şekilde bulunur(h Plank Sabiti)
  2. Elektron, bulunduğu yörüngeden daha yüksek enerjili bir yörüngeye ancak dışarıdan enerji alarak çıkabilir. Yüksek enerjili kararlı bir yörüngeden (bir dış yörüngeden), daha düşük enerjili kararlı bir yörüngeye (bir iç yörüngeye) kendiliğinden atlayabilir. Bu atlayışta elektron, yörüngeler arasındaki enerji farkını bir foton olarak salar.

Eksiklikleri:

  • Bohr Atom Teorisi hidrojen atomunun ve tek elektronlu iyonların davranışını başarılı bir şekilde

açıklamasına  rağmen çok elektronlu atomların davranışlarını açıklamada yetersiz kaldı.

  • atomların spektrumun da ki bazı çizgilerin neden daha parlak olduğunu açıklayamadı
  • atomlar arasındaki bağların nasıl oluştuğunu açıklayamadı
  • atomların birleşerek molekülleri nasıl oluşturduğunu da açıklayamadı.

Bohr Atom Modelinin daha detaylı anlatımını incelemek için ‘Bohr Atom Modeli‘ bağlantısına tıklayın

Niels Bohr’un biyografisini okumak için ‘Niels Bohr‘ bağlantısına tıklayın.

Modern Atom Teorisi

Bohr atom modelinin açıklayamadığı durumlar bilim insanlarını yeni araştırmalara yönlendirdi. İlk olarak, Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie, madde ve dalganın birbirinden bağımsız olmayıp birbirini tamamlayan parçalar olduğunu iddia etti. De Broglie’ye göre hareket eden her parçacığa bir dalga
eşlik eder. De Broglie, momentumu P olan taneciğe eşlik eden dalganın dalga boyunun

                                                             λ = h/P                                                                    

bağıntısı ile bulunacağını ileri sürdü.

Her parçacık için geçerli olduğu ileri sürülen bu durum,Bohr atomundaki elektrona uygulandığında,

2 . π . rn = n . λ

bağıntısı elde edilir. Buna göre, elektronun çekirdek etrafında dolandığı yörüngenin çevre uzunluğu, elektrona eşlik eden dalganın dalga boyunun tam katları ile orantılıdır. (n, yörünge numarası, rn bu yörüngenin yarıçapı ve λ da aynı yörüngede elektrona eşlik eden dalga boyudur).

De Broglie’nin dalga ve tanecik özelliğini bir araya getirmesi , KuantumMekaniği’nin doğuşuna sebep olmuştur.

Belirsizlik İlkesi

Heisenberg’ın ortaya koyduğu bu ilkeye göre, atom içinde elektronların yerini ve momentumunu tam olarak belirlemek olanaksızdır. Bu durumun ölçüm aletlerinin yetersiz kalmasıyla da bir ilişkisi yoktur. Elektronun yerindeki belirsizlik(Δx) artarsa momentumundaki belirsizlik(ΔP)azalır.  Bu ilkeye göre bir elektronun konumundaki belirsizlik ile momentumundaki belirsizliği arasında,

Δx . ΔP ≥ ћ/2

ilişkisi vardır.

Schrödinger de benzer şekilde  “Atom içinde hareket eden elektronların net yerlerinden söz etmek mümkün değildir. Ancak elektronların bulunma ihtimallerinin yüksek olduğu yerler tespit edilebilir.” görüşünü ortaya koydu. Elektronların bulunma ihtimalinin olduğu bölgelere elektron bulutuadı verildi.

Schrödinger atoma matematiksel bir yaklaşım getirerek“Schrödinger Denklemi” olarak bilenen denklemi açıkladı. Bu denklemle elektronların atom içindeki yeri, enerjileri ve açısal momentumları gibi fiziksel özellikleri hakkında sonuçlar elde edildi.

Atom Modelleri Konusu ile ilgili test çözmek için aşağıdaki bağlantılara tıklayın

Test#1    Test#2