Modern Atom Teorisi → 1. Bölüm

Dersin Özellikleri:

• Seviye: Hiç Bilmeyenler İçin
• Süre: 40 dakika
• Gerekli Bilgiler:
  • Atom ve Periyodik Sistem
• Öğretmen:
  • Gökalp AY

Anlatılacak Başlıklar*:

• Atomun Kuantum Modeli
  • Bohr Atom Modelinin Sınırlılıkları
  • Orbital Kavramı
  • Kuantum Sayıları ile Orbitaller Arasındaki İlişki
  • Çok Elektronlu Atomlarda Orbitallerin Enerji Seviyeleri

* Konu anlatımı, örneklerle zenginleştirilmiştir.

Atomun Kuantum Modeli Nedir?

• Atomun Kuantum Modeli, diğer ismiyle Modern Atom Teorisi, günümüzde geçerli olan atom modelidir.
• Atom modellerini hatırlayalım:
  1. Dalton Atom Modeli (Kimya 9 Konusu)
  2. Thomson Atom Modeli (Kimya 9 Konusu)
  3. Rutherford Atom Modeli (Kimya 9 Konusu)
  4. Bohr Atom Modeli (Kimya 9 Konusu)
  5. Modern Atom Teorisi (Atomun Kuantum Modeli) (Kimya 11 Konusu)
• Modern Atom Teorisine göre, elektronların hareketi, dairesel bir hareket değildir. Bu yüzden, yörüngeler değil, orbitaller vardır.

Bohr Atom Modelinin Sınırlılıkları

Niels Bohr (1885–1962)

• ₁H, ₂He⁺, ₃Li²⁺ gibi tek elektronlu atomlarda elektronların hareketini ve verdiği spektrumları açıklayabiliyor.
  • Fakat, elektron sayısı daha fazla olan atomlarda eksik kalmaktadır.

Yörünge (Kabuk)

• Bohr Atom Modeli ile ortaya atılmıştır.
• Elektronların rotalarıdır.
• Şekilleri daireseldir.
• Elektronlar, yörüngelerde ve yüksek hızlarda döner.
• Her yörüngenin farklı bir elektron kapasitesi vardır.

Orbital (Alt Kabuk)

• Modern Atom Teorisi ile ortaya atılmıştır.
• Elektronların, bulunma ihtimalinin en yüksek olduğu hacimsel bölgelerdir.
• Faklı orbitallerin şekilleri de farklıdır.
• Yörünge büyüdükçe, orbital sayısı ve çeşidi artar.
• Her orbital, en fazla 2 elektron alabilir.

Louis de Broglie (1892-1987)

• “De Broglie Dalga Denklemi” ile elektronların dalga hareketi yaptığını söylemiştir.

Werner Heisenberg (1901-1976)

• “Heisenberg Belirsizlik İlkesi” ile elektronun hem yerinin hem de hızının aynı anda bilinemeyeceğini söylemiştir.

Erwin Schrodinger (1887-1961)

• “Schrödinger Dalga Denklemleri” ile orbitallerin şekillerini hesapladı.

Orbital Nedir?

• Bir elektronun bulunma ihtimalinin en yüksek olduğu hacimsel bölgeye orbital denir. (Elektronların odaları)
• 4 çeşit orbital vardır. Bunlar:
  • s orbitali (tek orbital)
  • p orbitalleri (3 kardeş)
  • d orbitalleri (5 kardeş)
  • f orbitalleri (7 kardeş)

d orbitalleri

Orbitallerin Elektron Sayıları

• Elektron sayısı, orbitale üs olarak yazılır:
  • s¹ (1 elektronlu s orbitali)
  • s² (2 elektronlu s orbitali)
  • p² (2 elektronlu p orbitalleri)
  • p⁶ (6 elektronlu p orbitalleri)
  • d⁸ (8 elektronlu d orbitalleri)
  • d¹⁰ (10 elektronlu d orbitalleri)
  • f¹⁴ (14 elektronlu f orbitalleri)
  • …

Orbitallerin Elektron Kapasiteleri

• Bir orbital 2 elektron ile dolar.
  • s² (2 elektronla dolar)
  • p⁶ (6 elektronla dolar)
  • d¹⁰ (10 elektronla dolar)
  • f¹⁴ (14 elektronla dolar)

Orbitallerin Yalancı Şekilleri

Elektronlar ok ve çizgilerle gösterilmiştir.

Orbitallere Elektron Yerleştirme

• Orbitallere elektron yerleştirirken Hund Kuralı uygulanır.
• Hund Kuralı:
  • Aynı enerjiye sahip, farklı yönelimdeki orbitallere eş enerjili orbitaller denir.
  • Kardeş p, d ve f orbitalleri eş enerjilidir.
  • Elektronlar, eş enerjili orbitallere önce birer birer ve aynı yönde (spinde) yerleşir.

Çözümlü Örnek:

Hund kuralına göre d⁶ orbitali:

Hund kuralına göre d⁶ orbitali:

Örnek:

p³ orbitalinin elektron dağılımını yapınız.

Cevabı göster

Cevap

Örnek:

s² orbitalinin elektron dağılımını yapınız.

Örnek:

p⁵ orbitalinin elektron dağılımını yapınız.

Örnek:

d⁴ orbitalinin elektron dağılımını yapınız.

Atomların Orbital Dizilimleri

Bütün atomların, orbitalleri aşağıdaki sıraya göredir. (Bu sıra ezberlenmelidir):

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶…

Örnek orbital dağılımları:

• X₁₀: 1s² 2s² 2p⁶
• Y₈: 1s² 2s² 2p⁴
• Fe₂₆: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶

Örnek:

X₁₉: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹

Yukarıda orbital dizilimi verilen X atomu ile ilgili olarak aşağıdaki soruları cevaplandırınız.

1. X atomunun atom numarası kaçtır?
2. X atomunun kaç tane yörüngesi vardır?
3. X atomunun her bir yörüngesinde kaçar elektron vardır?
4. Tam ve yarı dolu orbital sayısı kaçtır?

Çözüm:

Örnek:

Dördüncü yörüngesinde toplam 15 elektron bulunduran bir Y atomunun orbital dağılımını yapınız.

Çözüm:

Kuantum Sayısı Ne Demektir?

• Kuantum Sayıları, orbitallerdeki elektronları adresleri gibidir.
  • Nasıl ki adreslerde;
    • Şehir
    • Mahalle
    • Sokak
    • Bina
  • bilgileri varsa, kuantum sayılarının da her biri elektronun adresinin bir bölümüdür.

Kuantum Sayıları Nelerdir?

• 4 tane kuantum sayısı vardır. Bunlar:
  1. Baş kuantum sayısı (n)
  2. Açısal momentum kuantum sayısı (l)
  3. Manyetik kuantum sayısı (m_l)
  4. Spin kuantum sayısı (m_s)

1. Baş Kuantum Sayısı (n)

• Birincil kuantum sayısı da denir.
• Elektronun yörünge numarası demektir.
• Orbitalin önündeki katsayıdır.
  
  

Örnek:

• 4p⁵ elektronlarının baş kuantum sayısı da 4’tür. (n=4)

2. Açısal Momentum Kuantum Sayısı (l)

• Orbital kuantum sayısı veya ikincil momentum kuantum sayısı ya da yan kuantum sayısı da denir.
• Elektronun hangi orbitalde bulunduğunu gösterir.

• l = 0 demek; elektron s orbitalinde demektir.
• l = 1 demek; elektron p orbitallerinde demektir.
• l = 2 demek; elektron d orbitallerinde demektir.
• l = 3 demek; elektron f orbitallerinde demektir.

3. Manyetik Kuantum Sayısı (m_l)

• Elektronun kardeş orbitalini gösterir.

4. Spin Kuantum Sayası (m_s)

• Elektronun orbitalinin içindeki yönünü gösterir.

Örnek:

n = 3 değerine sahip en fazla kaç orbital vardır?

Örnek:

Atomlarda; n = 4, l = 2 ve m_s = -1/2 olan en fazla kaç elektron vardır?

– Kardeş orbitallerin enerjileri eşittir.
– Sadece enerji dendiğinde, potansiyel enerji kastedilir.

Örnek:

Yukarıda x, y ve z ile gösterilen elektronların enerjilerini kıyaslayınız.

Madelung – Kletckovski Kuralı

• n+l değeri daha büyük olan orbitalin enerjisi de daha fazladır ve çekirdekten daha uzaktır.
• n+l değerleri eşit olan orbitallerden, n değeri daha büyük olan orbitalin enerjisi fazladır ve çekirdekten daha uzaktır.
  (Müfredatta yok)

Pauli Prensibi

• Bir atomda, dört kuantum sayısı da aynı olan iki elektron yoktur.
• Bir orbitale en fazla 2 elektron yerleşebilir.
• n² = Bir yörüngedeki maksimum orbital sayısıdır.
• 2n² = Bir yörüngenin elektron kapasitesidir.
• l değerine göre orbital sayısı = 2l +1

Aufbau Kuralı

• Hund Kuralı ve Pauli Prensibinin birleşimidir.
• Elektronlar çekirdeğe en yakın ve en düşük enerjisi orbitalden başlayarak, yüksek enerjili orbitale doğru doldurulur.
• Elektron temel halde iken minimum enerjiye sahiptir.
• Düşük enerjisi orbital dolmadan, daha yüksek enerjili olana elektron yerleşmez.

Örnek:

4p, 4s ve 3d orbitallerinden hangisi sıralamada önce gelir (çekirdeğe daha yakındır)?

Çözüm: