John Dalton (1766-1844) yaptığı çalışmalar sonucunda atomu şöyle tarif etmiştir:

• Maddeler atomlardan oluşur. (Doğru)
• Atomlar çok küçüktür. (Doğru)
• Atomlar küre şeklindedir. (Doğru)
• Atomların içi doldur, atomlar çok sağlamdır ve parçalanamazlar. (Yanlış)

• Atomlar kimyasal tepkimelerde parçalanamaz, bölünemez. (Doğru)
• Atomlar yoktan var edilemez, varken yok edilemez. (Doğru)
• Atomlar başka bir atoma dönüşemez. (Yanlış)
• Kimyasal tepkimelerde atom türü ve sayısı korunur. (Doğru)
• Bir elementin bütün atomları büyüklük, şekil ve kütle bakımından özdeştir. (Yanlış çünkü izotop atomlar var.)
• Farklı element atomları birbirinden farklıdır. (Doğru)
• Farklı element atomlarının belirli oranda birleşmesinden bileşikler oluşur. (Doğru)

Dalton Atom Modelinin Eksikleri – Yanlışları

• Atomun içinde daha küçük tanecikler (atom altı tanecikler) vardır.
• Radyoaktif tepkimeler sonucunda atom parçalanabilir.
• Atomun büyük kısmı boşluktur.
• Bir elementin bütün atomları aynı değildir, aynı elementin farklı ağırlıkta olan atomları vardır (izotop atomlar).

J. J. Thomson, yaptığı çalışmalar sonucunda atomu şöyle tarif etmiştir:

• Atomlarda pozitif ve negatif yükler vardır. (Doğru)
• Elektron adı verilen negatif (-) yüklü tanecikler, pozitif yüklü atomun içinde homojen olarak dağılmıştır. (Yanlış)
• Atomdaki negatif (-) yük miktarı, pozitif (+) yük miktarına eşit olup atomlar yük bakımından nötrdür. (Doğru)

• Elektronların kütlesi atomun kütlesi yanında ihmal edilebilecek kadar küçük olduğu için atomun kütlesini pozitif yükler oluşturur. (Kısmen doğru)
• Atomlar çapları yaklaşık 10^-8 cm olan kürelerdir. (Doğru)

Thomson’ın Hayalindeki Atom

Thomson, negatif yükleri birer tanecik olarak düşünmüş fakat pozitif yükleri, sürekli bir tabaka olarak düşünmüştür.

Thomson’ın Üzümlü Kek Benzetmesi

Thomson, atomun yapısının üzümlü keke benzediğini söylemiştir. Kekteki üzümleri atomdaki negatif taneciklere, üzümün hamurunu da atomun pozitif yapısına benzetmiştir.

Thomson Atom Modelinin Eksikleri – Yanlışları

• Thomson atomdaki negatif (-) ve pozitif (+) yükleri keşfetmiştir. Biz bugün bu yüklerin atomda var olduklarını biliyoruz. Hatta, negatif yüklerin “elektron” pozitif yüklerin de “proton” denen atom altı taneciklerde bulunduğunu biliyoruz. Thomson da negatif yüklerin tanecikler halinde olduğunu yani “elektronları” keşfetmiş fakat; pozitif (+) yüklerin tanecikler halinde değil de atomun içini tamamen dolduran bir doku olarak bulunduğunu söylemiştir. Protonlar için düşündüğü bu durum yanlıştır.
• Aslında atomdaki pozitif ve negatif yükler, Thomson’un dediği gibi değildir yani atomda homojen olarak dağılmaz. Atomdaki pozitif yükler çok küçük hacme sıkışmışken negatif yükler çok büyük hacim kaplar.
• Thomson, pozitif yüklerin atomun kütlesinin tamamını oluşturduğunu söylemiştir ama; yaklaşık yarısını oluştururlar.

• Yanda/aşağıdaki verilen atom modeli, Rutherford’a aittir. Rutherford, bu modeli ortaya atmadan önce bir deney yapmıştır.

Rutherford’un Deneyi

• Rutherford, atomun yapısını araştırırken aşağıdaki deneyi yapmıştır.

Rutherford’un Yaptığı Deneyinin Canlandırması:

• Rutherford’un yaptığı deneyin düzeneği ve bu düzenekteki malzemeler yukarıda verilmiştir.
  • Deneyin kahramanları; çok çok çok ince bir altın levha ve alfa (α) ışınlarıdır.
  • Rutherford, alfa ışınlarını hızlı bir şekilde altın levha üzerine fırlatmıştır.
  • Alfa ışınlarını fırlatmak için ise alfa ışını tabancası kullanmıştır. (Yukarıdaki şekilde alfa tabancası, Alfa tanecikleri (ışın) kaynağı olarak verilmiştir.)
  • Fırlatılan alfa taneciklerinin, altın levhadan geçtikten sonra nereye çarptığını görmek için altın levhanın etrafı, bir metal ile sarılmıştır.
  • Altın levhanın etrafını saran bu metalin yüzeyi ZnS (Çinko sülfür) ile boyanmıştır. Çünkü alfa ışını, ZnS boyaya çarptığında bu boyada iz bırakan bir ışındır.

Neden Alfa Işını?

• Aslında bir alfa ışını taneciği; birbirine yapışmış 2 proton ve 2 nötrondur.
• Alfa ışınının özelliği;
  • protondan daha ağır,
  • elektrondan ise çok çok çok daha ağır olması ve
  • pozitif yüklü olmasıdır.
• Alfa taneciklerinin ne kadar ağır olduğunu anlamak için şöyle bir benzetme yapabiliriz:
  • Bir tane elektron 1 fındık tanesi kadar ise gelseydi, bir alfa taneciği yaklaşık 7500 tane fındık tanesi kadar gelirdi.
  • Bir tane proton 1 fındık tanesi kadar gelseydi bir alfa taneciği yaklaşık 4 tane fındık tanesi kadar gelirdi.

Deneyin Amacı:

• Sevgili öğrencim, Rutherford’un yaptığı bu deney (aslında bu deneyi öğrencileri yapmıştır) Thomson Atom Modelinin doğruluğunu ispatlamak için yapılmıştır.
• Thomson, elektronların ve protonların atomda bir araya toplanmış bir şekilde bulunmadığını tam aksine homojen olarak dağıldıklarını söylemiştir.

Deneyin Mantığı:

• Elektron ve protonlar gerçekten toplu değil de dağınık bir şekilde ise, çok hızlı giden bir alfa taneciği, altın atomundan geçerken en fazla bir elektrona ya da bir protona isabet edebilecektir.
• Ağır bir alfa taneciğinin bir elektrona ya da bir protona hızla çarpması, ağır bir futbol topunun çok hafif olan bir pinpon topuna hızla çarpmasına benzeyecektir.
• Yani alfa taneciği bu çarpmadan pek etkilenmeyecektir.
• Fakat deney yapıldığında, çok şaşırtıcı bir şey olmuş ve alfa taneciklerinden bazıları, neredeyse geriye dönecek kadar çok yansımışlardır.
• Bu şekilde yansıyan ışınların oranı çok az da olsa, bu beklenen bir durum değildir.

Deney Sonuçlarının Yorumlanması:

• Bazı Alfa ışınlarının böyle sert bir şekilde yansımasının tek bir açıklaması olabilir:
  • Kendilerinden daha büyük ve yoğun bir kütleye isabet etmiş olmalılar, tıpkı futbol topunun duvara çarpması gibi.
  • Evet gerçekten de böyle olmuştur; bu alfa ışınları atomun merkezinde bulunan çekirdeğe isabet etmiştir yani, Rutherford atomun çekirdeğini keşfetmiştir.
  • Alfa ışınında toplam 4 tane olan proton ve nötron varken, altın atomunun çekirdeğinde bu ikisinden, toplam 197 tane vardır.
  • Atomların çekirdekleri de tıpkı alfa parçacığı gibi pozitif yüklüdür.
  • Yani ikisi de pozitif olduğu için alfa ile atom çekirdeği birbirini iter.
  • Hem de çekirdek, çok yoğun bir yer olduğu için alfa çok sert bir duvara çarpmış gibi olur.
  • Alfa ışınlarının çoğu atomların içinden doğrudan geçip giderken, çok az bir kısmı çekirdeğe isabet ettiğine göre, çekirdeğin atomda çok az bir yer kapladığı da belli olmuştur.

Rutherford Atom Modeli

Rutherford, deney sonuçlarını değerlendirerek gezegen modeli olarak da bilinen yeni bir atom modeli geliştirmiştir.

Rutherford atom modeline göre:

• Bir atomda pozitif yükün tümü, çekirdek denilen küçük bölgede toplanmıştır.
• Çekirdek çapı yaklaşık 10^-12 ile 10^-13 cm, atom çapı ise 10^-8 cm olduğundan atom hacminin büyük bir kısmı boşluktur.
• Elektronlar, çekirdeğin etrafındaki boşlukta bulunur ve çekirdek etrafında döner.
• Çekirdekteki (+) yük miktarı bir elementin tüm atomlarında aynıdır, farklı elementin atomlarında farklıdır.
• Atomdaki elektron sayısı çekirdekteki proton sayısına eşittir.
• Pozitif yüklerin toplam kütlesi, atomun kütlesinin yaklaşık yarısı kadardır. O hâlde çekirdekte kütlesi protonun kütlesine eşit yüksüz tanecikler bulunur.
• Rutherford atom çekirdeğini Güneş’e, çekirdeğin etrafındaki elektronları da gezegenlere benzetmiştir.
• Yüksüz taneciklerin (nötron) varlığını öngörmesi bu modelin başarısıdır. Rutherford’un öngördüğü yüksüz taneciklerin varlığını ilerleyen yıllarda (1932) James Chadwick (Ceymis Çedvik) kanıtlamıştır.

Rutherford Atom Modelinin Eksikleri – Yanlışları

• Çekirdek etrafında dönen elektronların neden pozitif yüklü çekirdek üzerine düşmediğini açıklayamamıştır.
• Rutherford atom modeli, elektronun davranışını açıklamada yetersiz kalmıştır.
• Rutherford atom modelindeki eksiklikler yeni bir atom modelinin ortaya atılmasına neden olmuştur.

• Bohr, elektronların hareketini incelmiş ve sonuçta; elektronların çekirdek etrafındaki yörüngelerde ve çok yüksek hızlarda döndüğünü söylemiştir.
• Bohr; elektronların hareketini çözebilmek için, atoma enerji vermiştir, bu enerjiden, elektronların nasıl etkilendiğini incelemiştir. Sonuçta şunu görmüştür:
  • Elektronlar da enerji alır ve verirler. Hatta ışık, elektronların verdiği bir enerjidir.

Bohr Atom Modelini anlamak için, enerji kavramını ve ışığın doğasını anlamak gerekir. Şimdi gelin biraz bunlardan bahsedelim.

Absorbsiyon ve Emisyon

• Bu iki kavram maddelerin enerji alması ve vermesi olayları için kullanılır:
  • Absorbsiyon (Soğurma): Bir maddenin ısı enerjisi alması demektir.
  • Emisyon (Yayma): Bir maddenin enerjisini, ışıma olarak geri vermesi veya ortama yaymasıdır.

Işık İle İlgili Kavramlar

– Spektrum:

• Işığın bir ekrana ya da perdeye ya da bir kağıt üzerine bıraktığı görüntüdür.
• Başka bir tabirle, ışığın bir yüzeyde bıraktığı izdir.
  • Mesela; bir el fenerini karanlıkta bir duvara tutarsak, duvarda oluşan ışık deseni bir spektrumdur.
    • Çünkü, el fenerinden çıkan ışık, duvarda bir iz veya bir desen oluşturmuştur.
  • Mesela; yağmur damlalarından güneş ışığının geçmesi ile oluşan gökkuşağı da bir spektrumdur.
• Spektrum 2 çeşittir:
  1. Sürekli Spektrum
  2. Çizgili Spektrum

1- Sürekli Spektrum:

• Bir spektrum, başladığı yerden bittiği yere kadar sürekli devam ediyorsa, böyle spektrumlara sürekli spektrum denir.
  • Yani ışık, perde ya da duvarda, bir aydınlık bölge bir karanlık bölge şeklinde bir desen oluşturmayacak; tıpkı fener ışığının duvarda yaptığı desen gibi bir yerde başlayacak ve bir yerde de bitecek.
  • Arada bitip bitip tekrar başlamayacak.
  • Mesela, beyaz ışığı bir üçgen prizmadan geçirerek, bir perde ya da duvar üzerine düşürürsek, gökkuşağının renklerinden oluşan bir spektrum ortaya çıkar.
  • Aşağıdaki şekilde bu spektrum görülmektedir:

Yanda (yukarıda) verilen ve gökkuşağı şeklinde oluşan spektrum, kırmızı ışık ile başlamış mor ışık ile bitmiştir. Arada da değişerek farklı renkler sürekli oluşmuştur. Yani; spektrumun başlangıç ile bitiş noktaları arasında hiç karanlık bir bölge yoktur. Bu yüzden, beyaz ışığın üçgen prizmadan geçerek oluşturduğu spektrum sürekli bir spektrumdur.

2- Çizgi Spektrumu:

• Çizgi spektrumuna baktığımızda, bir süreklilik göremeyiz, renkli ve siyah bölümler vardır.
• Siyah bölümler, spektrumun bittiği bölümlerdir. Yani çizgi spekturumunda:
  • Spektrum bir başlar bir biter, sonra yine başlar yine biter.
  • Spektrum deseninde aydınlık ve karanlık bölgeler birbirini takip eder.
  • Aşağıda verilen spektrum bir çizgi spektrumu örneğidir:

• Yukarıdaki resimde verilen çizgi spektrumu örneğine bakarsanız, uzun uzun karanlık bölgeler ve kısa kısa aydınlık bölgeler olduğunu görürsünüz. Yani oluşan spektrumda bir süreklilik yoktur.

• Çizgi spektrumu 2 çeşittir:
  1. Absorbsiyon Çizgi Spektrumları
  2. Emisyon Çizgi Spektrumları

1. Absorbsiyon Çizgi Spektrumları

• Gaz halindeki bir element cam bir kapta iken, içinden geçen beyaz ışığın büyük bir bölümünü absorbe eder (emer), az bir kısmının geçmesine izin verirler.
  • Güneş ışığı önde bir elementin gazından sonra da bir prizmadan geçirilirse, aşağıdaki gördüğünüz gibi, karanlık bölgeler arasında kısa çizgiler halinde spektrumlar oluşturur.
  • Karanlık bölgeler, beyaz ışığın element atomları tarafından absorbe edilen (emilen) kısmıdır.
  • Bu şekilde, bir elementten beyaz ışık geçirilerek oluşan çizgi spektrumlarına soğurma (absorbsiyon) çizgi spektrumu denir.
  • Soğurma çizgi spektrumlarında karanlık bölgeler daha çok, aydınlık bölgeler daha azdır.

Aşağıda verilen spektrum, soğurma çizgi spektrumudur.

2. Emisyon Çizgi Spektrumu

• Isıtılan elementin atomları, aldıkları ısı enerjisini, ışık olarak ortama yayarlar (emisyon).
  • Yaydıkları bu ışık, bir prizmadan geçirilirse çizgili bir spektrum oluşturur.
  • Bu şekilde oluşan çizgili spektrumlara, yayılma (emisyon veya ışıma da denir) çizgi spektrumu denir.
  • Işıma çizgi spektrumlarında, aydınlık bölgeler daha çoktur, karanlık bölgeler dar çizgiler halinde görünür.

Aşağıda başka bir kesikli spektrum örneği verilmiştir.

• Aynı elementin hem yayılma hem de soğurma çizgi spektrumuna bakacak olursak, spekturumlardaki tek farkın, aydınlık ve karanlık bölgelerin yer değiştirmesi olduğunu görürüz.

Aşağıda hidrojen atomunun ışıma (a) ve soğurma (b) çizgi spektrumları birlikte verilmiştir:

Bohr Atom Modeli İle İlgili Kavramlar

Atomların ışık saçmalarını açıklarken, Bohr Atom Modeline dair kritik bazı kavramları da vermiş olduk. Şimdi bu kavramları daha yakından inceleyim.

Yörünge (Kabuk, Temel Enerji Seviyesi)

• Elektronlar, çekirdeğin çevresinde bulunan belli yörüngelerde ve yüksek hızlarda dönerler.
• Yörüngeler, çekirdeğin etrafındaki dairesel rotalardır.
• Yörüngelere kabuk veya temel enerji seviyesi de denir.
• Her bir yörüngenin bir numarası veya bir sembolü vardır.
  • Çekirdeğe en yakın olandan başlayarak, yörüngelerin numaraları sırasıyla 1, 2, 3, 4, 5, 6 ve 7 şeklidedir. Bu numaralar:
  • n=1 (1. yörünge demektir.)
  • n=2 (2. yörünge demektir.)
  • n=3 (3. yörünge demektir.)
  • n=4 (4. yörünge demektir.)
  • n=5 (5. yörünge demektir.)
  • n=6 (6. yörünge demektir.)
  • n=7 (7. yörünge demektir) şeklinde de gösterilebilir.

Bohr Atom Modeline Göre Atomlar

Yörüngeli model olarak da bilinen Bohr Atom Modeline göre:

1. Elektronlar çekirdekten belirli uzaklıkta ve belirli enerjiye sahip yörüngelerde bulunur.
   • Bu yörüngelere; temel enerji düzeyi (seviyesi), katman veya kabuk denir.
2. Temel enerji düzeyi bir tam sayı ile belirtilir.
   • Çekirdeğe en yakın temel enerji düzeyi 1 olmak üzere n = 1, 2, 3, 4… sayı veya K, L, M, N… gibi harflerle ifade edilir.
   • Çekirdeğe en yakın kabuk minimum, en uzaktaki kabuk maksimum enerjiye sahiptir.
   • Bir elektron, bulunduğu temel enerji düzeyinin enerjisine sahiptir.
     • Yani 2. yörüngedeki elektronlar 1. yörüngedekilerden daha fazla enerjiye sahiptir; 3. yörüngedekiler de 2. yörüngedekilerden daha fazla enerjiye sahiptir. Bu böyle devam eder.
3. Elektronun çekirdeğe en yakın en düşük enerjili hâline atomun temel hâli denir.
   • Temel hâlde atom kararlıdır ve ışın yaymaz.
4. Elektronun dışarıdan enerji alarak (absorbe ederek) daha yüksek enerji düzeyine geçmesine atomun uyarılmış hâli denir.
   • Atom, uyarılmış hâlde iken kararsızdır.
   • Kararlı olmak için temel hâle geçer.
   • Temel hâle geçerken aldığı enerjiyi ışıma (emisyon) olarak geri verir.
   • Yayımladığı ışığın enerjisi, elektronun uyarılmış hali ile temel hali arasındaki enerji farkına eşittir.

Bohr Atom Modelinin Eksiklikleri

• Bohr Atom Modeli, sadece elektron sayıları 1 olan atom veya iyonlar için geçerlidir.
  • Bu yüzden, günümüzde geçerli olan atom modeli “Modern Atom Teorisi“dir.