Özel Ders

MODERN ATOM TEORİSİNDE KUANTUM

11. Sınıf kimya dersi. Modern atom teorisi konusu. Atomlarda orbital ve kuantum kavramı. Baş kuantum, açısal kuantum ve manyetik kuantum. Kuantum sayıları.

Werner Heisenberg (varnır hayzınborg) 1925 yılında ileri sürdüğü hipotezinde elektronların yerini belirlemek için kullanılan ölçü araçlarının elektronların yerini değiştirebileceğini ve bu nedenle elektronların yerlerinin tam olarak belirlenemeyeceğini ileri sürdü.

De Broglie (Dö Brogli) 1924 yılında elektronların dalga özelliği gösterebileceğini ileri sürmüştür.

D Broglie’nin ileri sürdüğü hipotezi değerlendiren Clinton Davisson (Kılintın Devissın) ve Lester Germer (Lestır Cirmır) 1927 yılında elektronların dalga özelliği taşıdığını ilk kez kanıtlamıştır.

Ervin Schrodinger (Örvin Şödingır) Heisenberg ile aynı tarihlerde yaptığı çalışmalarda Heisenber’in hipotezini destekleyen görüşler ortaya attı. Schrodinger elektronların yerlerinin tam olarak tespit edilemeyeceğini ancak bulunma ihtimallerinin yüksek olduğu bölgelerden söz edilebileceğini belirtmiştir.

Bu görüşler sonucunda elektronların hem dalga hem de tanecik özelliği gösterdiği fikri benimsenmiştir.

Orbitaller

Elektronun bulunma ihtimallerinin yüksek olduğu bu bölgeler orbital olarak adlandırılır. Elektronları tanecik olarak kabul edersek taneciklerin atomda bulunma olasılığının yüksek olduğu yerler orbitallerdir. Elektronu dalga olarak düşünürsek yüksek negatif yük yoğunluğu olan bölgeler orbitallerdir.

Kuantum Sayıları

Schrödinger modeline göre elektron atom çevresinde üç boyutlu bir yörüngede dolaşır. Bu nedenle elektronların bulunabileceği yerleri tanımlamak için üç koordinat veya üç kuantum numarası gerekir.

Schrödinger’in dalga denklemlerinden gelen üç ana koordinat temel (n), açısal (l) ve manyetik (m) kuantum sayılarıdır. Bu kuantum sayıları atom üzerindeki orbitallerin boyut, şekil ve oryantasyonlarını ifade eder.

Temel Kuantum Sayısı (n) : Buna "baş kuantum sayısı" da denir. Ana elektron kabuğudur. Elektronların çekirdekten ne kadar uzakta bulunduğunu belirtir. Kuantum numaraları çekirdeğe en yakın olan yörüngeden başlayarak 1’den 6’ya kadar numaralandırılmıştır. 1 numaralı kuantum sayısı çekirdeğe en yakın olan bölgedir. 6 numaralı kuantum çekirdeğe en uzak olan bölgedir. Bu kuantum sayıları aynı zamanda elektronların bulunduğu enerji düzeyini gösterir. Baş kuantum alt kuantum numaralarına ayrılmıştır. Elektronlar atom çevresine en küçük ana kuantumdan başlayarak yerleşirler.

Açısal Kuantum Sayısı (l): Ana kuantum numarasının aynı değerine sahip olan orbitaller bir kabuk oluştururlar. Bir kabuk içindeki orbitaller, açısal kuantum numarasının aynı değerine sahip olan alt kabuklara ayrılmıştır.

Orbitaller küresel, kutup, yonca yaprağı gibi şekillere sahiptirler. Açısal kuantum sayısının değerleri arttıkça daha karmaşık yapılarda olabilirler.

Açısal kuantum sayısı 0 olan (l = 0) orbitaller küre şeklindedir. Bu kürenin merkezinde çekirdek yer alır. S orbitallerindeki elektronlar küresel bir yörüngede çekirdek çevresinde dolaşır.

Açısal kuantum sayıları 0 ile n – 1 arasında değer alabilir.

Her sayı bir harfle isimlendirilmiştir. Açısal kuantum numarası ve karşılık geldikleri harfler aşağıda verilmiştir.

l = 0 → s

l = 1 → p

l = 2 → d

l = 3 → f

l = 4 → g

Manyetik Kuantum Sayısı (m) : Orbitallerin uzaydaki yönlenmesini gösterir. Manyetik kuantum sayısı açısal kuantum sayısına bağlıdır. Örneğin l = 2 için m; -2, -1, 0, 1,2 şeklinde 5 değer alabilir.

Elektron Spin Kuantum Sayısı (ms): Elektron spininin yönünü belirtir. Elektronun dönme yönü saat yönünde ise + 1 / 2 tersi yönde ise – 1 / 2 olur.

Elektronların Kabuklara Yerleşimi

Temel kuantum sayısı n’nin değeri ana elektron kabuğunun seviyesidir. Aynı “n” değerine sahip tüm orbitaller aynı ana seviyededir. Örneğin 2. Kabuktaki tüm orbitallerin temel kuantum sayısı n = 2 dir. n değeri daha yüksek olduğunda alt elektronik kabukların sayısı daha fazla olur. Bu en uzaktaki elektron ile çekirdek arasında daha büyük mesafeye sebep olur. Sonuç olarak atomun boyutu ve yarıçapı artar.

n = 1 olduğunda l = 0 değerini alabilir. Bu kabuğa ait sadece bir alt kabuk olabilir. Bu kabuk s orbitalidir.

n = 1 olduğunda l = 0 ve l = 1 olabilir. Olası iki alt kabuk bulunur. Bunlar s ve p orbitalleridir.

n = 3 olduğunda l = 0, l = 1 ve l = 2 olabilir. 3 alt kabuk bulunur. Bunlar s, p ve d orbitalleridir.

n = 4 olduğunda l = 0, l = 1, l = 2 ve l = 3 değerlerini alabilir. Böylece bu atomda 4 alt kabuk söz konusudur. Bunlar s, p, d ve f orbitalleridir.

1. Enerji düzeyinde sadece bir alt kabuk bulunur. Bu alt kabuk s kabuğudur ve en fazla 2 elektron alabilir. Böylece 1 enerji düzeyine sahip atomun elektron sayısı ya 1 ya da 2 dir. (H ve He atomları)

2. enerji düzeyi düzeyinde 2 alt kabuk bulunur. Bunlar s ve p kabuklarıdır. P kabukları 3 tanedir. Her p kabuğu 2 elektron alır. P kabukları toplamda 6 elektron alabilir. 2S kabuğu 1 tanedir ve 2 elektron alabilir. Böylece baş kuantum sayısı 2 olan bir atomda 1. Enerji düzeyinde 2 adet ve 2. Enerji düzeyinde 8 adet elektron bulunabilir. Bu atomun bulundurabileceği maksimum elektron sayısı 10 olur.

1. Enerji düzeyindeki s orbitalinin tam dolu hali ve kuantum numaraları.

Orbital_S11_R1