lal-a

atom

M.Ö. 400 yıllarında ,atomun yapısı hakkında ileri sürülen düşünceler tamamen kuramsaldı (teorikti).Eski yunan bilginlerine göre ATOM bir elementin bölünmesi imkansız en küçük parçasıydı..

Demokrit (M.Ö. 460-370); Buğdayın öğütülerek una dönüştüğünü, altının aşındığını, kaya taneciklerinin ufalandığını görüyor, öyleyse atom; “maddelerin bölünemeyen en küçük birimi olmalıdır,” diyordu. Günümüze kadar ulaşan atom sözcüğü tarihsel önemini koruması açısından, bu günde kullanılmaktadır.

Elektrik yükü ilk kez antik dönem insanları tarafından ağaç reçinesinin fosilleşmesiyle oluşan kehribarın ipek ya da yüne sürtüldüğünde küçük cisimleri çekmesi ile gözlemlenip belirlenmiştir. Aynı olayı siz de plastik bir tarağı saçınıza sürttüğünüzde tarağın saçınızı çekmesinden anlayabilirsiniz.

Saçımızı tararken yün kazağımızı çıkarırken çıtırtılar duyulur. Otomobilden inerken kapı kolu ile el arasında elektrik akışı olur. Bu ve benzeri örneklerdeki olayların nedeni elektriklenmedir. Sürtünme ile elektriklenmede birbirine sürtünen cisimlerden biri diğerine elektron verir ve kendisi pozitif (+) yükle yüklenir. Elektron alan cisim üzerinde (–) yük fazlalığı oluşacağı için negatif (–) yükle yüklenir. Alınan yük verilen yüke eşit olduğu için yük miktarı eşittir. Cam çubuk ipek kumaşa sürtülürse, camdan ipeğe elektron geçişi olur. Cam çubuk pozitif (+), ipek kumaş ise negatif (–) yükle yüklenir. Plastik çubuk yünlü kumaşa sürtülürse, çubuk yünlü kumaştan elektron alır ve negatif (–) yükle yüklenir. Yünlü kumaş elektron verdiği için pozitif (+) yükle yüklenir. Alınan ve verilen yük miktarları eşittir.

1.1. Faraday'ın Elektroliz Deneyi ve Atom Altı Parçacıklar

Galvoni'nin kurbağalar üzerinde yaptığı deneylerde; kurbağa bacak sinirlerinin farklı metaller dokundurulmasıyla seğirdiğini gözledi.

Bu çalışmalar Alessandra Volta'ya ilham kaynağı oluşturdu .Galvoni'nin çalışması biyolojik elektriklenme ile ilgiliydi., Volta bu deneyi metaller ve onların çözeltileri ile deneyerek “volta pili” yada “Galvanik Pil” denilen pili buldu. Volta pilinde elektriği üreten şey, maddenin yapısında oluşan kimyasal değişmedir.

NOT:

Bu olay, elektriğin kaynağının, madde ya da madde içindeki değişimlerin varlığını gösteriyordu.

Faraday( Michael_Faraday ) yaptığı deneylerde,katotta belli bir miktar madde biriktirmek için gerekli elektrik yük miktarının her zaman sabit bir değere veya bu sabit değerin basit katlarına eşit olduğunu gözlemledi.

Hg(ClO4)2 ve Hg(NO3)2 çözeltilerinden hazırlanan kaplardan aynı miktarda elektrik akımı geçirildiğinde elektrotlarda aynı miktar Hg birikmesine neden olduğunu gözlemledi.

Aynı elektrik akımını Hg2(ClO4)2 çözeltisinden geçirdiğinde daha önce katotlarda elde ettiği Hg miktarının iki katı miktarda Hg elde ettiğini gözlemledi.

1- Faraday,aynı miktar elektrik yükü geçirilerek elde edilen element kütleleri o elementlerin atom kütlelerine oranlandığında sabit tam sayı elde edildiğini buldu.

Elektrik yüklerinin parçacıklar halinde taşındığı ve elektriğin taneciklerden oluştuğu sonucuna vardı.

Atomların elektrik yüklerini taşıyabildiğine göre bu taneciklerin atomlarda bulunması gerektiğini belirtti.

Faraday, elektrik ile kimyasal değişme arasındaki matematiksel ilişkiyi ilk bulan kişidir.

2- Elektroliz deneyinde devreden geçen yük miktarı ile elektrotlarda toplanan madde miktarının doğru orantılı olduğu gözlenir.

Buna göre;

m=A.I. t

A=M/e.96500

m: Elektrotta biriken maddenin kütlesi (gr) Şekil-1

I: Devreden geçen akım(Amper)

t:Geçen zaman (sn)

M:Elektrotta biriken elementin mol kütlesi

e= Elektrotta biriken elementin tesir değerliği

3-Bir devreden 96500 coulomb'luk yük geçirildiğinde ( 1 mol elektron geçtiğinde oluşan yük miktarı) elektrotlarda 1 eşdeğer gr madde oluşur.(Bir eşdeğer gr madde yukarıda A ile ifade edilmiştir)

Q=I.t

Q: Devreden geçen yük miktarı(coulomb)

1 Coulombluk yük miktarı Ag(NO3) çözeltisinden 1.118 gr Ag açığa çıkaran yük miktarıdır.

96500 Coulomb 1 Faradaydır.

1807-1808 yılında İngiliz Kimyacı Davy, bazı bileşiklerin elektrik enerjisiyle bileşenlerine ayrıştığını gördü.

Bu olay elektrik enerjisinin kimyasal değişimi gerçekleştirdiğini gösteriyordu. Elektrik enerjisi ile, kimyasal tepkimelerin oluşumunu sağlayan düzeneklere, elektrolitik pil; bu olaya da elektroliz denir.

Asit, baz ve tuzlar sıvı halde ya da çözeltileri elektrik akımını iletirler. Elektrik akımını ileten bu sıvılara elektrolit denir.

Elektriği ileten metallere elektrot denir.

Elektrolit maddelerden, elektrik akımı geçirilirse elektrolit içindeki katyonlar indirgenerek katot elektrotunda,anyonlar yükseltgenerek anot elektrotunda toplanırlar.

Anyon: Negatif yüklü iyon [Cl^-, O^-2,(NO₃)^-gibi]

Katyon: Pozitif yüklü iyon [Na⁺, Ca⁺²,(NH₄)⁺gibi]

Elektroliz kabında birden fazla cins katyon varsa bu katyonlardan ilk önce en kolay indirgenebilen, yani indirgenme potansiyeli en büyük olan indirgenir. Daha sonra sırası ile indirgenme devam eder.

Kapta birden fazla cins anyon varsa, anotta ilk önce en kolay yükseltgenebilen yani yükseltgenme potansiyeli büyük olan anyonlar toplanır.

Elektroliz deneyini daha iyi anlamak ve deneyleri yapmak için değişimleri dikkatle izleyerek kaydediniz

DENEYİN YORUMU;

Devreye akım verildiğinde anoda (–) yüklü iyon (anyon) gider elektron verir ve yükseltgenir.

Anoda verilen elektronlar dış devreden katoda doğru hareket eder.

Katoda giden (+) yüklü iyonlar (Ag+) anottan gelen elektronları alarak (Ag) indirgenir.

Yukarıdaki olayda anotta Ag elektrotun kütlesi azalırken , katotta Ag elektrotun kütlesi artar.

1.2. Elektronun Keşfi

Dalton'un atom teorisinde ve daha önceki atom teorilerinde atom maddenin en küçük parçacığı olarak kabul edildi .Elektroliz deneylerinden sonra bu düşüncelerde değişiklik meydana gelmiştir.Humphry Davy( Humphry_Davy ) elektrik akımı kullanarak bileşikleri ayrıştırmayı başarmış sodyum,stransyum,ve baryum elementlerini saf olarak elde etmiştir.Davy, elementlerin elektriksel çekim kuvvetlerinin etkisi ile bir araya gelerek bileşik oluşturdukları sonucuna ulaşmıştır.

George Stoney Faraday'ın( çalışmalarına dayanarak atomlarda elektrik yüklü birimlerin varlığından söz etmiş bunlaraelektron adı verilmesini önermiştir.

Elektronların varlığına dair ilk kanıt William Crooks ( William Crookes )tarafından ortaya konuldu.Crooks oluşturduğu tüpte elektrotlar arasına yüksek gerilim uygulayarak tüpün çeperlerini sarı-yeşil renkte ışınların aydınlattığını gözledi.Tüpün orta sına yerleştirdiği bir cismin gölgesinin tüpün sonunda görülmesinin sebebini tüpün içinde oluşan ışınların varlığından kaynaklandığını belirtti.Bu ışınlar katot ışınları olarak bilinir.Kroksun oluşturduğu bu tüpe katot ışın tüpü denir

Katot ışınları ,tüpün içine konulan gazın ve elektrotların yapıldığı cismin özelliklerine bağlı değildir.

Katot ışın tüpü ve katot ışınlarını izlemek için Videoyu izlemek için

1.3.Elektronun Kütlesi ve Yükünün Bulunması

Julius Plucker,katot tüpünde mıknatısla katot ışınlarının yön değiştirmelerini ve davranışlarını ilk izleyen bilim adamıdır.

İzlemek için

19.yüzyılın son yıllarında katot ışınları ayrıntılı olarak incelendi.Birçok bilim adamının deneyleri sonucunda katot ışınlarının hızla hareket eden eksi yüklü parçacıklar olduğu ortaya çıktı ve bu parçacıklar daha sonra Stoney’in önerdiği gibi elektron adı verildi.

Thomson ( J.J._Thomson ), Pluckerin ( deneyini kullanarak havası tamamen boşaltılmış tüple yaptığı deneylerde önce elektrik alanında ışığın sapmasını daha sonra mağnetik alanda ışığın sapmasını gözlemiştir. Katot ışınlarının magnetik alanda sapmalarını izlemek için

Her iki alandaki sapmaların birbirini yok etmelerini sağlayacak şekilde tüpe hem magnetik alan ,hem de elektrik alan uygulayarak ışığı sapmadan bir doğru boyunca ilerlemesini sağlamıştır.

Katot ışınlarının davranışını daha iyi anlamak için videoları izleyiniz. Video 1 için

Şekil-2

Şekil-3

Katot ışınları bir elektrik alanı içinde yada magnetik alan içinde normal doğrusal yollarından saparlar.

Bu sapmanın açısı :

Tanecik yükü ile doğru orantılıdır.Yükü büyük olan tanecik az yük taşıyan tanecikten daha çok sapar.

Tanecik kütlesi ile ters orantılıdır.Kütlesi büyük olan tanecik küçük olandan daha az sapar. Bundan dolayı yükün kütleye oranı bir elektrik alanı içinde elektronların doğrusal yoldan ne kadar sapacağını belirler.

Elektronlar magnetik bir alan içinde de sapma gösterirler.Fakat bu durumda sapmanı yönü ,uygulanan magnetik alana dik yöndedir.

Katot ışınlarının elektrik ve magnetik alanlar içindeki sapmalarını inceleyen Joseph T. Thomson , 1897’de bir elektronun yük değerini hesapladı ve olarak buldu. Uluslar arası sistemde (SI) Coulomb elektrik yükü birimidir

e/m= -1,7588.10^-11coulomb /kg

1 Coulomb'luk yük miktarı Ag(NO3) çözeltisinden 1.118 gr Ag açığa çıkaran yük miktarı olduğunu hatırlayınız.

Bir Coulomb'luk yük miktarı aynı zamanda ,bir amperlik akım tarafından iletkenin belirli bir noktasından bir saniyede taşınan yük miktarıdır.

Katot ışınları negatif yüklü taneciklerin, bir sağanağıdır.

Gazın cinsi ne olursa olsun yayılan ışının özellikleri aynıdır.

Katot ışınlarını oluşturan tanecikler, hem maddenin ve hem de elektriğin ortak elektronlarıdır.

1.4. Millikan Yağ Deneyi

Elektron yükünün doğru olarak ölçümü ilk defa 1908 yılında Robert A. Millikan ( Robert_A._Millikan ) tarafından yapıldı.Milikan’ın deneyinde x-ışınları etkisi ile havayı oluşturan moleküllerden elektronlar koparılır.Bu elektronlar serbest düşmeye bırakılan küçük yağ damlacıkları tarafından yakalanır ve yağ damlacıkları negatif yükle yüklenirler.Bu yağ damlacıkları zıt yükle yüklenmiş iki yatay levha arasından geçirilirler.Yağ damlacıklarının kütleleri yağın öz kütlesi ve damlacığın hacmi yardımı ile hesaplanır(havanın sürtünmesi hesaplamada dikkate alınarak yapılır). Yatay levhalara elektrik akımı uygulandığında negatif yüklü damlacık pozitif yüklü levhaya doğru çekileceğinden damlacığın düşüş hızı değişir.Bu koşullar altında düşüş hızı ölçülerek damlacığın yükü hesaplanabilir.

Bu hesaplama,damlacığa etki eden yerçekimi kuvveti ile damlanın düşme hızını yavaşlatıp durduran elektrik

alanı birbirine eşitlenerek bulunur.

E.q=m.g

E=Elektrik alan şiddeti

q=Damlacık üzerindeki elektrik yükü

m=Damlacığın kütlesi

g=Yer çekim ivmesi

Millikan yağ deneyini izlemek için

Şekil-4

Yağ damlacıkları arasında negatif yüklü tanecikler, kendi ağırlıkları ile yere doğru düşmeyip üst taraftaki pozitif kutup tarafından çekildikleri için askıda kalmışlardır. Mikroskopla damlacıkların hareketi gözlenmiş ve uygulanan elektriksel çekim kuvveti göz önüne alınarak, damlacıkların q yükünün daima q = nx1,602.10^-19 Coulomb olduğu bulunmuştur. Burada n 1,2,3,gibi tam sayılardır. O halde elektrik yük birimi 1,602.10^-19 coulomb olmalıdır. Bugün elektronun bilinen yükü bu değere oldukça yakın olan -1.6018.10^-19C’dur.

Elektronun e/m oranının -1.6022.10^-19C olduğundan bahsetmiştik. .Elektronların durgunluk anındaki kütlesini bulmak için elektronun yükü e/m de yerine konursa m kütlesi 9,107.10^-28 g olarak bulunur .Bu değer hidrojen iyonunun (protonun) kütlesinin 1/1836’sidir.

1.5. Atomda Elektronun Yükü ile Pozitif Yükler Arasındaki İlişki

Normal basınçta gazlar iletken değildirler. Ama gazın basıncı azaltılacak olursa iletkenliğinin arttığı görülür. Örneğin, bir cam borunun havası boşaltılıp, içindeki basınç 10 mm Hg’ya düşürülürse ve cam tüpün her iki ucuna elektrot bağlanırsa, 10.000 voltluk bir gerilim uygulandığında, cam tüp içindeki gaz ışık yaymaya başlar.

Işığın rengi cam tüp içindeki gazın cinsine bağlıdır (Neon,Helyum,Argon Lambalarında olduğu gibi). Basınç 0,01 mm Hg’dan aşağı düşürülürse tüp karanlık olur. Buna karşılık katodun karşısındaki cam hafif yeşilimsi flüoresans ışıması yapar. Bu flüoresansa sebep olan ışınlar,Katottan çıkarak anoda doğru yayılan Kanal ışınlarıdır.

Kanal ışınları ilk defa araştıran Eugen Goldstein'dir.

Bir Croks tüpüne H gazı doldurularak katotdan elektron gönderilmeye başlandığında,elektronlar nötr haldeki gaz moleküllerine çarparak gaz moleküllerinin elektron kaybetmelerine neden olur.Elektron kaybeden gaz molekülleri pozitif yüklü iyonlar haline gelir.Bu iyonlar katot tarafından çekilerek katot görevi yapan delikli levhadan geçer ve tüpün yüzeyinde ışıma meydana getirir.Bu ışınlara kanal yada pozitif ışımalar denir.

H gazı atomundan bir elektron koparılması ile geriye bir proton kalır.Kanal ışıması aslında bir protonun gerçekleştirdiği ışımadır.

Goldeinstain'in yaptığı bu çalışmalar Thomson tarafından daha önce elektronları bulmada kullanılan yönteme çok yakın bir bir yöntemle protonun e/m oranının hesaplanmasında kullanıldı .Atom nötr olduğuna göre protonun yükü elektronun yüküne eşit olmalıydı.Protonun kütlesini hesaplanmasında kütle spektrometresi de kullanılır.

Protonun yükü +1,6022.10^-19 kütlesi ise 1,67.10^-27 Kg olarak hesaplanmıştır.

Goldstein tüpüne örnekler

Şekil-5 Goldstein tüpü 1-a Şekil-6 Goldstein tüpü 1-b Şekil-7Goldstein tüpü 2-a Şekil-8 Goldstein tüpü 2-b

SONUÇ;

Tüp içersine H₂ gazı konulduğunda yük/kütle oranı: 1,6726.10^-27Coulomb/Kg pozitif yüklü taneciklerin oluştuğu görülüyordu.
Elektronunu kaybetmiş olan bu en küçük hidrojen taneciğine, “proton” adı verildi.
Protonun yükü elektronun yükü ile eşit ama zıt işaretlidir.
Yük yerine, pozitif elektronun yükü konulduğunda; protonun kütlesi ise, bir elektronun kütlesinin yaklaşık 1840olduğu görülmüş oldu.

1.6. Henry Moseley ( Henry_Moseley ) ve Proton Sayılarını Deneysel Olarak Belirlenmesi

Birinci Dünya Savaşı sırasında İngiliz askeri birlikleri ile Gelibolu'ya gelerek çarpışan ve Anafartalar Savaşı'nda hayatını kaybetmiştir.E.Rutherford'un öğrencisi olan Moseley, bazı elementlerin yayımladığı X ışınlarının spektrumlarını fotoğraflayarak, bu ışınların dalga boyları ile elementlerin atom numaraları arasında bir ilişki bulunduğunu ve elementlerin özelliklerinin atom ağırlıklarına değil atom numaralarına bağlı olduğunu deneysel olarak göstermiştir. Bu çalışmaları sayesinde, daha önce Mendelev ( Dimitri_Mendeleyev ) tarafından atom ağırlıklarına göre düzenlenen periyodik cetvel, atom numaralarına göre düzenlenmiştir

Fraunhofer çizgilerini inceleyen Henry Moseley Ca ve Ti elementleri arasındaki düzensizliğin farkına vardı.Atom numaralarına göre sırladığında bu iki elementin arasında başka bir elementin bulunması gerektiğini belirtti. Sc elementinin bu boşluğu doldurduğu görüldü.Bunun dışında pirinç alaşımı (Brass) spektrum çizgilerinde ikiden fazla çizginin olduğunu ve bu çizgilerin bakır ile çinkonun spektrum çizgileri toplamına eşit olduğunu gözlemledi.

Şekil9 Şekil-10

Moseley X- ışınları frekanslarının atom çekirdeğindeki yükün yansıması olduğunu anlamıştı.Atom numarası 13 ile 79 elementlerden 38 tanesinin spektrum çizgilerini inceledi.İncelediği elementlerin atom numaraları ile çizgi frekansının kare kökü arasında doğru orantı olduğunu gözlemledi

Moseley yaptığı deneylerde;

X-ışınları tayflarına dayanarak, atom numaralarını doğru olarak hesaplamayı başarmıştır.
Kimyasal değişmelerde, çekirdek yükünün korunduğunu ispatlamıştır.
Elemente kimyasal özelliğini kazandıran taneciğinde “çekirdek yükü”nün olduğunu ispatladı.
Çekirdek yüküne, “atom numarası” dedi.
Nötral atomlarda “çekirdek yükü”, “elektron sayısı”na eşittir.
O güne kadar periyodik tabloda eksik olan elementlerin atom numaralarını tespit etmiştir.

Proton ve Özellikleri

Atom numarası olarak bilinir.
Çekirdek yükünü belirler.
Atoma kimyasal özelliğini kazandıran taneciklerdir.
Nötr atomlarda proton sayısına eşittir.

PROTON	YÜK/KÜTLE	YÜK (+1esyb)	KÜTLE( gr)
P	9,5791.10⁷Coulomb/gr	+1,6022.10^-19Coulomb	1,6726.10^-27 kg

Şekil-11

Nötron ve Özellikleri

Atoma kimyasal özelliğini etki etmezler.
Atomun fiziksel yapısına etki ederler.
Kararlı atomlarda proton sayısına eşit ya da daha fazladır.
Çekirdek dışında çok kararsızdırlar.

NÖTRON	KÜTLE	YÜK (esyb )
n	1,6726.10^-27kg	Yüksüz

Elektronun özellikleri

Elektronun özellikleri daha sonraki bölümlerde belirlenecektir.Buraya kadar olan çalışmalarda elektronun özellikleri belirlenememiştir.

ELEKTRON	YÜK/KÜTLE ORANI	YÜK (-1 esyb)	KÜTLE( gr)
e	-1,7588.10^-¹¹Coulomb /kg	-1,6022.10^-¹⁹Coulomb	9,1096.10^-31 kg

Fotoğraflar

Haberler...

atom