Atomun Yapısı (Konu Anlatım) 6

e) Bohr Atom Modeli (Niels David Bohr 1875–1962) :
Bohr atom teorisi hidrojenin yayınma spektrumuna dayanılarak açıklanır. Bohr` a göre;
• Elektronlar çekirdek etrafında belirli uzaklıklardaki katmanlarda dönerler, rasgele dolanmazlar.
• (Yüksek enerji düzeyinde bulunan elektron, düşük enerji düzeyine geçerse fotonlar halinde ışık yayarlar).
• (Kararlı hallerin tamamında elektronlar çekirdek etrafında dairesel yörünge izlerler).

NOT : 1- Bohr, Danimarkalı bir fizikçidir. Doktorasını bu şehirde bitirdikten sonra 1911
yılında J.J. Thomson ile birlikte çalışmak için İngiltere`ye gitti. Birkaç yıl içinde ciddi ve başarılı çalışmalarda bulunarak atomların yapısını ve spektrumların açıklanışı hakkında teorisini ortaya koymuş ve kitap halinde yayınlamıştır. Daha sonra Kopenhag`a geriye dönmüş ve orada teorik fizik enstitüde yöneticilik yapmıştır. Bu enstitüde gerek kimya ve gerek fizik dalında birçok Nobel ödülü kazanmış olan W. Heisenberg, W.Pouli ve L. Pauling gibi birçok genç bilim adamı yetiştirmiştir. Atomun ilk kuantum modelini önerdi. Kuantum mekaniğinin ilk gelişmesinde aktif olarak katıldı ve bu konuda pek çok felsefi çalışmalar yaptı. Çekirdek fiziğine, çekirdeğin sıvı damlası modelinin geliştirilmesinde büyük rol oynadı. Atomların yapısı ve onlardan yayılan ışınım üzerine yaptığı çalışmalar için 1922`de fizikte Nobel ödülünü kazandı.
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, hızı ve momentumlarının ne olduğu ile ilgili bir netice ortaya konmadı. Bohr ise atom teorisinde elektronların hareketini bu noktadan inceledi.
• Bir atomdaki elektronlar çekirdekten belli uzaklıkta ve kararlı hâllerde hareket ederler. Her kararlı halin sabit bir enerjisi vardır.
• Her hangi bir enerji seviyesinde elektron dairesel bir yörüngede (orbitalde) hareket eder. Bu yörüngelere enerji düzeyleri veya kabukları denir.
• Elektronlar kararlı hallerden birinde bulunurken atomdan ışık (radyasyon) yayılmaz. Ancak yüksek enerji düzeyinden daha düşük enerji düzeyine geçtiğinde, seviyeler arasındaki enerji farkına eşit bir ışık kuantı yayınlar. Bunlara E=h.ν bağıntısı geçerlidir.
• Elektron hareketinin mümkün olduğu kararlı seviyeler K, L, M, N, O gibi harflerle veya en düşük enerji düzeyi 1 olmak üzere her enerji düzeyi pozitif bir tam sayı ile belirlenir ve genel olarak “n” ile gösterilir. (n : 1,2,3, ...∞ )
Bugünkü atom modelimize göre : Borh kuramını elektronların dairesel yörüngelerde hareket ettiği, ifadesi yanlıştır.
2- 1913`te Danimarkalı fizikçi Niels Bohr (1885-1962), hidrojen atomunun tayf çizgilerini kuantum kuramına dayanarak açıkladı. Buna göre çekirdek çevresindeki elektron, her enerjiyi değil, ancak belirli enerjileri alabiliyordu. En düşük enerjili durumdaki atoma temel durumdaki atom, enerji verilmiş atomlara da uyarılmış atom denir. Elektron yüksek enerjili durumdan daha düşük enerjili duruma sıçrayarak düşer, bu sırada ışık yayınlanır. Bohr modeli hidrojen atomunun yanı sıra bir elektronlu helyum(+1 yüklü helyum iyonu) ve lityum iyonu (+2 yüklü lityum iyonu) tayf çizgilerine başarıyla uygulandı.Ancak bu model çok elektronlu atomların davranışlarını açıklayamadığından yaklaşık 12 yıl geçerli kaldı. Bununla birlikte,kuram çok elektronlu atom ve iyonların karmaşık tayf çizgilerini açıklamakta yetersiz kaldı Daha sonra yerini Modern atom modeli aldı.
Bohr`a göre elektronlar çekirdek belirli uzaklıklarda dairesel yörüngeler izler. Çekirdeğe en yakın yörüngede bulunan ( n = 1 ) K tabakası en düşük enerjilidir Çekirdekten uzaklaştıkça tabakanın yarı çapı ve 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
Elektron çekirdeğe yaklaştıkça çekme kuvveti oluşacağından, elektronun bir potansiyel enerjisi oluşur. Elektron çekirdeğe yaklaştıkça atom kararlı hale gelir, potansiyel enerjisi azalır. Buna göre elektronun her enerji düzeyindeki potansiyel enerjisi sıfırdan küçük olur. Yani negatif olur. Bohr hidrojen atomunda çekirdeğe en yakın enerji düzeyinde K yörüngesi ) bulunan elektronun enerjisini –313,6 kkral/mol olarak bulmuştur.






f) Modern Atom Teorisi :
Günümüzde kullanılan atom modeli, modern atom teorisi sonucu ortaya konmuştur. Bu teoriye göre elektronlar çok hızlı hareket ettikleri için belirli bir yerleri yoktur. Yani elektronların bulunduğu kabuk kavramı yanlış bir kavramdır. Elektronların sadece bulunma ihtimalinin olduğu bölgeler bilinebilir ve elektronların bulunma ihtimalinin olduğu bölgelere elektron bulutu denir. (Elektronların yörüngeleri kesin olarak belli değildir).


NOT : 1- Bohr, elektronu hareket halinde yüklü tanecik olarak kabul edip, bir hidrojen
atomundaki elektronun sadece bazı belirli enerjiye sahip olacağını varsayarak teorisini ortaya attı. Bu teori hidrojen gibi tek tek elektronlu He+ , Li+2 iyonlarına da uymasına rağmen, çok elektronlu atomların ayrıntılı spektrumlarının, kimyasal özelliklerini açıklanmasına uymamaktadır. Yine de modern atom modelinin gelişiminde bir basamak teşkil etmiştir.
2- Modern atom teorisini kısaca şu şekilde özetleyebiliriz:
• Atomda belirli bir enerji düzeyi vardır. Elektron ancak bu düzeyden birinde bulunabilir.
• Elektron bir enerji düzeyindeki hareketi sırasında çevreye ışık yaymazlar.
• Atoma iki düzey arasındaki fark kadar enerji verilirse elektron daha yüksek enerji düzeyine geçer
• Atoma verilen enerji kesilirse elektron enerjili düzeyinde kalamaz daha düşük enerji düzeyinden birine geçer. Bu sırada iki düzey arasındaki fark kadar enerjiyi ışık şekline çevreye verir
3- Modern atom modeli dalga mekaniğimdeki gelişmelerin elektronun hareketine uygulanmasına dayanmaktadır. Bu modelin öncüleri Werner Heisenberg ve Erwin Schrödlinger gibi önemli bilim adamlarıdır.
Erwin Schrödlinger (1887–1961) Avusturya`nın Viyana şehrinde doğmuş ve 1939 yılından 1956 yılına kadar İrlanda da çalışmıştır. 1926 yılında henüz İsviçre de çalışırken Heisenberg tarafından ortaya atılıp formüllendirilen kuvantum teorisine alternatif olarak kendi adıyla anılan (Schrödlinger eşitliği ) dalga mekaniği teoremini ortaya atmıştır. Schrödlinger teoremi kısaca elektronların gerek atom içerisinde gerekse moleküllerdeki hareketini dalga cinsinden matematiksel bir şekilde açıkladı. Bu çalışmalarından dolayı 1933 yılında fizik Nobel ödülünü İngiliz fizikçi Paul Dirac ile paylaştı.
Werner Heisenberg (1901 – 1976) Atomların yapısını ve elektron gibi atom altı parçacıkların davranışlarını açıklayan quantum mekaniği teorisinin kurucusu olan bir Alman fizikçidir. 1927 yılında kendi adı il anılan belirsizlik ilkesini ortaya atmıştır.Bu ilkesinde Heisenberg kısaca ”elektron kadar küçük olan bir parçacığın hem pozisyonunu hem de momentumunu kesin olarak bulmak mümkün değildir” demektedir. Bu çalışmalarından dolayı 1932 yılında Nobel fizik ödülü almıştır.
1924 yılında Louis De broglie ışı ve maddenin yapısını dikkate alarak küçük tanecikler bazen dalgaya benzer özellikler gösterebilirler şeklindeki hipotezi elektron demetlerinin bir kristal tarafından X – ışınlarına benzer biçimde saptırılması ve dağılması deneyi ile ispatlandı.
1920`li yıllarda Werner Heisenberg, atomlardan küçük taneciklerin davranışlarını belirlemek için ışığın etkisini inceledi. Bunun sonucunda Heisenberg belirsizlik ilkesi olarak anılan şu neticeyi çıkardı:
“Bir taneciğin nerede olduğu kesin olarak biliniyorsa, aynı anda taneciğin nereden geldiği ve nereye gittiğini kesin olarak bilemeyiz. Benzer şekilde taneciğin nasıl hareket ettiğini biliyorsak onun yerin kesin olarak bilemeyiz”
Buna göre elektronun herhangi bir andaki yeri ve hızı aynı anda kesin olarak bilinmez. Bir taneciğin yerini ve hızını ölçebilmek için o taneciği görmek gerekir. Taneciğin görünmesi de taneciğe ışın dalgası göndermekle olur. Elektron gibi küçük tanecikleri tespit etmek için düşünülen uygun dalga boyundaki ışık, elektronun yerini ve hızını değiştirir. Bu yüzden aynı anda elektronun yeri ve hızı ölçülmez. Bu nedenle de elektronların çekirdek etrafında belirli dairesel yörüngeler izledikleri söylenemez. Yörünge yerine elektronun ( yada elektronların ) çekirdek etrafında bulunma olasılığından söz etmek gerekir.
Modern atom modeli atom yapısı ve davranışlarını diğer atom modellerine göre daha iyi açıklamaktadır. Bu model atom çekirdeği etrafındaki elektronların bulunma olasılığını kuvantum sayıları ve orbitaller ile açıklar.
Kuvantum sayıları bir atomdaki elektronların enerji düzeylerini belirten tam sayılardır. Orbitaller ise elektronun çekirdek etrafında bulunabilecekleri bölgelerdir.
Elektron tanecik olarak düşünüldüğünde; orbital, atom içerisinde elektronun bulunma olasılığı en yüksek bölgeyi simgeler. Elektron maddesel bir dalga olarak düşünüldüğünde ise; orbital elektron yük yoğunluğunun en yüksek olduğu bölgeyi simgeler. Yani, elektron tanecik olarak kabul edildiğinde elektronun belirli bir noktada bulunma olasılığından, dalga olarak kabul edildiğinde ise elektron yük yoğunluğundan söz edilir.





NOT : 1- De Broglie Atom Teorisi : 
Bohr`ın atom modeli elektronların yörüngeler arası geçişlerinin mümkün kılan“enerji ( kuantum ) sıçramalarını “ açıklamakta yetersiz kalmaktaydı. Bunun çözümü Fransız fizikçi Prens Victor De Broglie tarafından teklif edilmişti. De Broglie bilinen bazı taneciklerin uygun koşullar altında tıpkı elektromanyetik radyasyonlar gibi bazen de elektromanyetik radyasyonlara uygun şartlarda tıpkı birer tanecik gibi davrana bileceklerini düşünerek elektronlara bir sanal dalganın eşlik ettiğini öne sürerek bir model teklif etti. Bu modele göre farklı elektron yörüngeleri çekirdeğin etrafında kapalı dalga halkaları oluşturmaktaydı.







NOT : 1- Born Heisenberg` in Atom Teorisi :
Almanyalı kuramsal bir fizikçi olan Born Heisenberg`in ilkesini katlamakla beraber bir takım olasılık ve istatistikî hesaplar neticesinde bir elektronun uzaydaki yerini yaklaşık olarak Born Schrödinger`in dalga mekaniği ile kuvantum teorisi arasında bir bağıntı kurdu. Böylece elektronun uzayın bir noktasında bulunması ihtimalinin hesaplana bilineceğini göstermiş oldu.