Atom ve Atom Kuramı (PDF)

BÖLÜM 2: Atomlar ve Atom Kuramı Genel Kimya I Dr. Öğr. Üyesi A. Çiğdem ADIGÜZEL B.T.Ü-Kimya Bölümü  KİMYADA İLK BULUŞLAR VE ATOM KURAMI Lavoisier 1774 Kütlelerin Korunumu Yasası Proust 1799 Sabit Oranlar Yasası Dalton 1803-1888...

BÖLÜM 2: Atomlar ve Atom Kuramı Genel Kimya I Dr. Öğr. Üyesi A. Çiğdem ADIGÜZEL B.T.Ü-Kimya Bölümü  KİMYADA İLK BULUŞLAR VE ATOM KURAMI Lavoisier 1774 Kütlelerin Korunumu Yasası Proust 1799 Sabit Oranlar Yasası Dalton 1803-1888 Atom Teorisi Dalton Katlı Oranlar Kanunu Avogadro Kanunu 1776-1856 Aynı şartlar altında bütün gazların eşit hacimindeaynı sayıda molekül bulunur. NŞ.da ideal gazın 1 molü 22,4 L hacım kaplar ve bu hacımda Avogadro sayısı (Loschmith Sayısı )=6,022.10 23 adet kadar gaz molekülü bulunur. NŞ.da tüm ideal gazların Molariteleri 1/22,4=0,045 M dır.  KÜTLENİN KORUNUMU Tepkimeden çıkan ürünlerin kütleleri toplamı tepkimeye giren maddelerin kütleleri toplamına eşittir. 1774 de Antoine Lavoisier bir miktar kalay örneği ve hava içeren cam balonun ağzını kapatmış ve tartmıştır. Sonra bu balonu ısıtmış ve tekrar tartmıştır. Isıtmadan önce ve sonra toplam kütlenin değişmediğini bulmuştur. Sn SnO TARTIM 1 YAKMA ÖNCESİ TARTIM 2 YAKMA SONRASI (KALAY + HAVA + CAM BALON) (KALAYOKSİT + KALAN HAVA+ CAM BALON)  KÜTLENİN KORUNUMU Bu deney kütlenin korunumundan başka; Havadaki oksijenin yanma için gerekli olduğu Maddenin bir kimyasal tepkimede yoktan var olamayacağını ve var olan maddenin yok olamayacağını ortaya koymaktadır.  SABİT ORANLAR YASASI 1799 da Joseph Proust sabit oranlar yasasını belirtmiştir. Bir bileşiğin bütün örnekleri aynı bileşime sahiptir. Yani bileşenler kütlece sabit bir oranda birleşirler. H2O 2H atomu ve 1 O atomu 10.00 g H2O 27.00 g H2O 1.119 g H; % H=11.19 3.021 g H; % H=11.19 8.881g O; % O=88.81 23.979 g O; %O=88.81  Dalton Atom Teorisi 1803-1808 tarihleri arasında John Dalton kütlenin korunumu ve sabit oranlar yasasından yararlanarak bir atom kuramı gerçekleştirmiştir. Daltonun bu kuramı 3 varsayıma dayanır. Bugünkü atom modelinin temelini attı.  Dalton Atom Teorisi 1-Madde atom denilen küçük taneciklerden oluşmuştur. 2-Atomlar kimyasal tep.de parçalanamaz, bölünemez, vardan yok yoktan var edilemez. 3-Atomlar çok yoğun içi dolu küreler. 4-Bir elementin tüm atomları büyüklük şekil ve kütle bakımından özdeştir.  Dalton Atom Teorisi Bu modelin yanlışları: 1-Atomun içinde daha küçük tanecikler var.(p,n,e) 2-Radyoaktif tep.ile atom parçalanabilir. 3-Atomun büyük kısmı boşluktur. 4-Bir elementin tüm atomları özdeş değildir. (izotoplar) Dalton Atom Teorisi=KATLI ORANLAR YASASI Dalton kuramı kütlenin korunumu ve sabit oranlar yasasından yararlanarak katlı oranlar yasasını anlamamızı sağlar. KATLI ORANLAR YASASI= Eğer iki element birden fazla bileşik oluşturuyorsa herhangi birinin sabit miktarıyla, birleşen diğer elementin kütleleri arasında küçük tam sayılarla ifade edilebilen bir oran vardır.  KATLI ORANLAR YASASI Birçok element arasında birden çok, farklı bileşikler oluşturabilirler. CO, CO2, CO3= gibi... Bu bileşiklerdeki birleşme oranları arasında basit ve tam sayılarla ifade edilebilen oranlar vardır. CO C/O=12/16=0,75 1.00 g C 1.333g O ile birleşmiştir C O CO2 C/2xO=12/32=0,375 1.00 g C 2.666 g O ile birleşmiştir. O C O CO2 oksijence daha zengin olup (2 kat daha zengin) CO den iki kat daha fazla O içermektedir. 2.666/1.333 = 2  Elektronlar ve Atom fiziğinde diğer buluşlar: Elektrik Yüklü parçacıkların davranışları Bazı cisimler + veya – elektrik yükü taşırlar. +- -++ a) (+) yüklü tanecik sayısı  (−) yüklü tanecik sayısı - ++ cismin net yükü (+) dır. + -+ b) (+) yüklü tanecik sayısı = (−) yüklü tanecik sayısı - + -+ - cisim elektriksel olarak natürdür. - + --- -+- - +- c) (−) yüklü tanecik sayısı  (+) yüklü tanecik sayısı cismin net yükü (−) dir  Elektronlar ve Atom fiziğinde diğer buluşlar: Elektrik Yüklü parçacıkların davranışları a) Her ikisi de + veya – yüklü iki cisim birbirini iter b) Elektriksel olarak nötür olan cisim eşit sayıda + ve – yüklü parçaçıklardan oluşur ve net yük içermez. c) + ve – yük taşıyan iki cisim birbirini çeker. Manyetik alanda bu parçacıklar alana dik bir düzlemdeki doğrusal yollarından saparlar. Manyetik alanı kuzey kutbundan güney kutbuna doğru gözle görülmeyen kuvvet çizgileri olarak düşünürüz  Elektornların Keşfi ve Katot ışını tüpü İlk Katot Tüpü M.Faraday (1791-1867) tarafından elektriksel ölçümler için yapılmıştır. ❑ Katot ışınları havası boşaltılmış tüpte katotdan çıkıp (- uç) anoda doğru (+ uç) giden ışınlardır. ❑ Katot ışınları tüp içinde bir doğru boyunca yol alır ve katodun yapıldığı maddeye bağlı değildir. ❑ Katot ışınları gözle görülmez. Ancak çarptıkları bir yüzeyden yaydıkları ışınla görülebilirler. (yüksek enerjili bir ışının bir madde yüzeyine çarpmasıyla ışık yayılmasına floresans denir)  Elektornların Keşfi ve Katot ışını tüpü ❑ Katot ışınları - yüklü olup elektrik alanda tıpkı – yüklü parçacıklar gibi sapmaya uğrarlar. Elektornların Keşfi ve J.J.Thomson Deneyi 1897 Elektornların Keşfi ve J.J.Thomson Deneyi 1897 Elektornların Keşfi ve J.J.Thomson Deneyi 1897 Elektornların Keşfi ve J.J.Thomson Deneyi 1897  X-ışınları ve Radyoaktiflik W. ROENTGEN Bazı maddelerin katot ve anot ışınlarına benzer floresans özellikli ışınlar yaydığını buldu ve bunlara X-ışını (Roentgen Işını) dedi.  X-ışınları ve Radyoaktiflik A. BECQUEREL X- ışınları üzerinde çalışırken U içeren maddelerin kendiliğinden ışıma yaptıkları ve bu ışınların karanlıkta bile fotoğraf kağıdına etki ettiğini buldu böylece Radyoaktivite keşfedilmiş oldu.  X-ışınları ve Radyoaktiflik E. RUTHERFORD (1871-1937) Radyoaktif cisimlerin yayınladığı iki tür ışını buldu: (alfa) a-ışınının He2+ çekirdeği ve (beta) b-ışını. a-parçaçıkları 2 pozitif yük birimi taşır: Helyum kütlesine sahip olan taneciklerdir. He2+ iyonu ile aynı özelliktedir. b-parçacıkları – yüklüdür ve elektron ile aynı özelliği taşırlar. Radyoaktif atomların çekirdeğinde meydana gelen değişmeler sonucu oluşurlar.  X-ışınları ve Radyoaktiflik Aynı yıllarda P. VILLARD elektrik ve manyetik alanda sapmayan deliciliği fazla olan (gama) g-ışınını buldu. g-ışınları parçacık değildir ve deliciliği çok fazladır.  X-ışınları ve Radyoaktiflik 1900’lu yılların başında MARİE VE PİERRE CURİE’lerin bir çok radyoaktif elementin keşfinde çok emekleri vardır. Radyoaktiflik bir maddeden sürekli ışın yayılmasıdır. Radyoaktif bozunmaya uğrayan radyoaktif bir elementin kimyasal özellikleri değişir. Radyoaktiflik atom altı düzeyde meydana gelen değişmelerdir. Radyoaktif bozunmada bir element başka bir elemente dönüşür.  Atom Çekirdeği ve Rutherford α parçacığı Saçılma Deneyi Geiger ve Rutherford 1909 da metal bir levhayı (Au/Pt) α ışını ile bombardıman etmiş ve bombardıman sonrası ışınların saçılmasını incelemişlerdir. α parçacığının 4 çeşit yol izlediğini gözlemlemişlerdir. 1.α parçacığının çoğu doğrultularından sapmamıştır 2.Elektronlara yakın yol izleyen α parçacıkları hafif sapmaya uğramışlardır 3.Çekirdeğe yakın yol izleyen α parçacıkları şiddetle saparlar 4.Çekirdeğe tam karşıdan yaklaşan bir yol izleyen α parçacıkları geriye yansırlar.  Atom Çekirdeği Rutherford 1909 da açıklamasını atom çekirdeği olarak bilinen bir atom modeli üzerine kurdu. Bu atom modelinin özellikleri; ✓ Bir atomun kütlesinin çok büyük bir kısmı ve + yükün tümü çekirdek denilen çok küçük bir bölgede yoğunlaşmıştır. ✓ + yükün büyüklüğü atomdan atoma değişir ve elementin atom ağırlığının yaklaşık yarısıdır. ✓ Çekirdeğin dışında çekirdek yüküne eşit sayıda elektron bulunur. Atomun kendisi elektrik yükü bakımından nötrdür.  proton ve nötronların keşfi Rutherford - Rutherford, bir atomun proton 1919 kütlesinin çok büyük bir kısmının ve + yükün tümünün atomun merkezinde çekirdekte olduğunu gösterdi ve 1919 da bu parçacıklara proton adını verdi. -1932 de James Chadwick çekirdekte James Chadwick nötr taneciklerden nötron 1932 meydana gelmiş yeni bir delici ışın keşfetti ve 100 yıllık süreçte elde bunlara nötron adı edilen atom modeli! verildi. ATOMU OLUŞTURAN ÜÇ TEMEL TANECİK  İZOTOPLAR, ATOM AĞIRLIĞI, KÜTLE NUMARASI  Bir atomda bulunan proton sayısına atom numarası yada proton sayısı denir, Z  nötü bir atomun elektron sayısı proton sayısına, Z, eşittir. Atomun kütlesi çekirdeğinde bulunan proton ve nötron sayısının toplamına eşittir. Buna kütle numarası denir, A. A= kütle numarası Z = atom numarası A= p+n Z=p n= A-Z Nötron sayısı = A – Z  İZOTOPLAR, ATOM AĞIRLIĞI, KÜTLE NUMARASI A Z E E= elementin sembolü A= kütle numarası Z = atom numarası A= p+n Z=p n= A-Z Izotop : proton sayısı, atom numarası aynı olan fakat kütlesi farklı olan atomlara izotop atom denir. (aynı atom numarasına sahip fakat farklı kütle numarasına sahip atomlara izotoplar denir) İzotop yüzdelerine izotopun doğada bulunma yüzdesi denir. 1 2 3 1 H 1 H 1 H NÜKLİT Doğada tek bir A=Atom Ağırlığına sahip olan yani herhangi bir izotopu olmayan elementtir. Bunlar birkaç element olmasına karşılık suni yollarla izotopları yapılabilmektedir.  İYON, ATOM AĞIRLIĞI, KÜTLE NUMARASI İyon: bir atom elektron alır veya kaybederse iyon haline geçer ve net bir yük taşır. A ± p-e Z E İyon haline gelen bir atomun proton sayısı DEĞİŞMEZ.  Atomik Kütle birimi ❑Atomik kütle birimi (akb) karbon-12 atomunun 1/12 sidir. ❑Atomik kütle birimi (akb) olarak kısaltılır ve u harfi ile gösterilir. ❑1 akb (Atomik kütle birimi ) = 1.66054 x 10-24 kg  Atom Kütlesi Atom kütlelerini gösteren çizelgede karbon atomunun kütlesi atom kütleleri için C-12 standart alındığı halde 12.011’dir. Bu fark nereden kaynaklanır ? ❑Standart olarak alınan karbon atomları C-12 atomlarıdır. Oysa doğada karbon ayrıca C-13 ve -14 de bulunur. Bu iki izotopun varlığı gözlenen atom kütlesinin 12 den büyük olmasına sebep olur. ❑Bir elementin atom kütlesi (ağırlığı) izotopların doğada bulunma oranına göre ağırlıklı atom kütlelerinin ortalamasıdır.  Atom Kütlesi ve Bolluk Kesri Bir elementin (izotop 1 in (izotop 1 (izotop 2 nin (izotop 2 = bolluk kesri) x + …… Atom kütlesi in kütlesi + bolluk kesri) x nin kütlesi) Ağırlıklı atom kütlesi bu genel eşitlikle hesaplanır. Bolluk kesri izotopun yüzde bolluğunun 100 e bölümüdür. % 98.892 bollukta bir atomun bolluk kesri 0.98892 dir. Bolluk kesirlerinin toplamı daima 1 e (%100) eşittir.  Örnek Bromür atomunun iki doğal izotopu Br-79 ve Br-81 dir. Br-79 izotopunun atomik kütle birimi 78,9183 ve bolluk yüzdesi %50,69 dur. Br-81 izotopunun bolluk yüzdesi ve atomik kütle birimi kaçtır? Br atom kütlesi=79,904 akb  ( Br-79 un (Br-79 un (Br-81 nin (Br-81 = bolluk kesri) x kütlesi + bolluk kesri) x nin kütlesi) Atom kütlesi Bolluk kesirlerinin toplamı daima 1 e (%100) eşittir. Br-81 nin bolluk kesri bolluk kesri kutlesi kutlesi kutlesi Mol sayısı,Avagadro sayısı Mol sayısı,Avagadro sayısı Mol sayısı,Avagadro sayısı Mol sayısı,Avagadro sayısı Mol sayısı,Avagadro sayısı Mol sayısı,Avagadro sayısı Mol sayısı,Avagadro sayısı Mol sayısı,Avagadro sayısı Mol sayısı,Avagadro sayısı Bu ders notlarının hazırlanmasında kullanılan kaynaklar şunlardır; Prof.Dr. Ali ERDOĞMUŞ'un web kaynaklı sunumları, Genel Kimya ilkeler ve Modern uygulamalar- Petrucci 8./10. Baskı Palme yayıncılık.