Atomun Yapısı

Önceki atom modelleri, yeni kanıtlarla atom hakkındaki düşüncelerin nasıl değişebileceğini gösterdi.

Bir atom veya iyonda İyon Yükü + Elektron Sayısı = Proton Sayısı ve Proton Sayısı + Nötron Sayısı = Kütle Numarası ilişkisini gösteren Ters U kuralı şeması.

Bir taneciğin kimliğini belirleyen sayı hangisidir? Örneğin çekirdeğinde 11 proton, 12 nötron bulunan ve çevresinde 10 elektron taşıyan tanecik hangi elemente aittir ve yükü nedir? Cevabı bulmak için elektron sayısına değil, önce çekirdeğe bakmalısın.

Atomun üç temel taneciği

Proton, çekirdekte bulunur ve pozitif yüklüdür. Nötron, yine çekirdektedir fakat elektrik yükü yoktur. Elektron, çekirdek çevresinde bulunan negatif yüklü taneciktir.

Bir elementin kimliği proton sayısıyla belirlenir. Bu nedenle elektron alışverişi yapan bir atom başka bir elemente dönüşmez. Sadece elektrik yükü değişir.

Atom numarası ve kütle numarası

Atom numarası $Z$, çekirdekteki proton sayısıdır. Nötr atomda proton sayısı elektron sayısına eşittir.

Kütle numarası $A$, proton ve nötron sayılarının toplamıdır:

Atom numarası ve kütle numarası

• $Z$: Atom numarası (yok)
• $A$: Kütle numarası (yok)
• $p$: Proton sayısı (tanecik)
• $n$: Nötron sayısı (tanecik)
• $e$: Elektron sayısı (tanecik)
• $q$: Tanecik yükü (elektron yükü)

Çekirdek yükü, proton sayısına bağlıdır ve $+Z$ ile gösterilir. Elektron sayısı proton sayısından fazlaysa tanecik negatif, azsa pozitiftir.

Benzer tanecikleri ayırt etme

• İzotoplar, proton sayıları aynı, nötron sayıları farklı atomlardır. Atom numaraları aynı, kütle numaraları farklıdır.
• İzobarlar, kütle numaraları aynı, atom numaraları farklı taneciklerdir.
• İzotonlar, nötron sayıları aynı, proton sayıları farklı taneciklerdir.
• İzoelektronik tanecikler, elektron sayıları aynı olan taneciklerdir.

Örneğin ${}^{35}<em>{17}\mathrm{Cl}$ ve ${}^{37}</em>{17}\mathrm{Cl}$ izotoptur. Her ikisinde de 17 proton bulunur, fakat nötron sayıları sırasıyla 18 ve 20'dir.

Bir taneciğin kimliğini ve yükünü birlikte hesaplamak için önce $Z$ değerinden proton sayısını, $A-Z$ işleminden nötron sayısını, yük bilgisinden elektron sayısını çıkar. İyonların elektron alışverişini bir sonraki adımda bu temel denge üzerinden inceleyeceğiz.

• Bir elementin atom numarası, çekirdeğindeki proton sayısına eşittir. Atom numarası proton sayısını gösterir ve elementin kimliğini belirler.
• ${}^{27}_{13}\mathrm{Al}^{3+}$ taneciğinde proton, nötron ve elektron sayıları hangi seçenektedir? Proton sayısı $Z=13$, nötron sayısı $A-Z=27-13=14$ ve üç artı yük nedeniyle elektron sayısı $13-3=10$ olur.
• ${}^{40}<em>{20}\mathrm{Ca}$ atomunun nötron sayısı __ olur. Nötron sayısı kütle numarasından atom numarası çıkarılarak bulunur: $40-20=20$.

Dalton modelinden sonra gelen kanıtlar, atomun proton, nötron ve elektronlardan oluştuğunu gösterdi. Bu taneciklerin sayıları, bir atomun kimliğini ve elektrik yükünü birlikte belirler.

Proton, nötron ve elektronun görevleri

Bir atomu küçük bir ekip gibi düşünebilirsin. Çekirdekte bulunan proton ve nötronlar atomun merkezini oluşturur. Elektronlar ise çekirdeğin çevresindeki katmanlarda bulunur.

• Proton ($p$): Pozitif yüklüdür. Sayısı elementin kimliğini belirler.
• Nötron ($n$): Elektrik yükü yoktur. Çekirdekte protonlarla birlikte bulunur.
• Elektron ($e$): Negatif yüklüdür. İyon oluşurken atomdan ayrılan veya atoma katılan taneciktir.

Bir elementte proton sayısı değişirse artık farklı bir element oluşur. Örneğin 11 protonlu tanecik sodyumdur. Proton sayısı 12 olursa tanecik magnezyum olur. Bu nedenle atom numarası, proton sayısına eşittir.

Nötr atomda pozitif ve negatif yükler dengededir. Bu yüzden nötr bir atomun elektron sayısı proton sayısına eşittir:

Örneğin nötr oksijen atomunda 8 proton ve 8 elektron bulunur. Çekirdekteki nötron sayısı ise atomun kütle numarası ile atom numarası arasındaki farktan bulunur.

Burada $Z$ atom numarasını, $A$ kütle numarasını gösterir. Kütle numarası, proton ve nötronların toplamıdır. Elektronların kütlesi çok küçük olduğu için kütle numarasına katılmaz.

İyon oluşurken değişen tanecik

Bir atom elektron verdiğinde pozitif yüklü iyon, yani katyon, oluşur. Elektron aldığı zaman negatif yüklü iyon, yani anyon, oluşur. İyonlaşma sırasında çekirdek değişmez. Proton ve nötron sayıları aynı kalır, yalnızca elektron sayısı değişir.

Yük ile tanecik sayıları arasındaki ilişki şöyledir:

Burada $q$ taneciğin yükünü gösterir. Yük pozitifse proton sayısı elektron sayısından fazladır. Yük negatifse elektron sayısı proton sayısından fazladır.

Örneğin $Na^+$ iyonunda 11 proton vardır. Artı yük, nötr sodyumun 1 elektron verdiğini gösterir. Bu iyonun elektron sayısı 10 olur. $Cl^-$ iyonunda ise 17 proton ve 18 elektron bulunur. Eksi yük, taneciğin 1 elektron aldığını anlatır.

Tanecikleri karşılaştırma

Aynı elementin proton sayısı aynı, nötron sayısı farklı atomlarına izotop denir. Örneğin karbon-12 ve karbon-14 atomlarının proton sayısı 6'dır. Nötron sayıları sırasıyla 6 ve 8 olduğu için kütle numaraları farklıdır.

• İzotop: Proton sayıları aynı, nötron sayıları farklıdır.
• İzobar: Kütle numaraları aynı, atom numaraları farklıdır.
• İzoton: Nötron sayıları aynı, proton sayıları farklıdır.
• İzoelektronik: Elektron sayıları aynıdır.

Bu adlandırmaları yaparken önce $p$, $n$ ve $e$ sayılarını belirlemek gerekir. Örneğin $^{23}<em>{11}Na^+$ için proton sayısı 11, nötron sayısı $23 - 11 = 12$, elektron sayısı ise 10'dur. Aynı elektron sayısına sahip $^{20}</em>{10}Ne$ taneciğiyle bu sodyum iyonu izoelektroniktir.…

Atom modellerinden kalan temel fikir şudur: Atomun özelliklerini açıklamak için çekirdek ve elektronların birlikte değerlendirilmesi gerekir.

Taneciklerin görevlerini ayırt etme

Aşağıdaki üç sayı aynı şeyi göstermez. Soruda verilen bilgiye göre doğru taneciği seçmek gerekir.

Atom numarası proton sayısına eşittir. Bu nedenle proton sayısı değişirse element de değişir. Nötron sayısının değişmesi elementin kimliğini değiştirmez, fakat kütle numarasını değiştirir. Elektron sayısının değişmesi ise iyon oluşmasına yol açar.

Bir futbol takımının forma numarası gibi düşünebilirsin. Forma numarasını protonlar belirler. Nötronlar takımın toplam ağırlığına katkı yapar. Elektronlar ise takımın elektrik yükünü belirleyen oyuncular gibidir.

Sayıları tek tabloda karşılaştırma

Bir taneciğin gösterimi genellikle ${}^{A}_{Z}X^{q}$ biçimindedir. Burada $Z$ atom numarasını, $A$ kütle numarasını, $q$ ise taneciğin yükünü gösterir.

Buradan nötron ve elektron sayıları şöyle bulunur:

Yükün işaretine dikkat edilir. $2+$ yüklü bir tanecikte iki elektron eksilmiştir, bu yüzden elektron sayısı proton sayısından 2 azdır. $1-$ yüklü tanecikte ise bir elektron fazladır.

${}^{23}<em>{11}Na$ ile ${}^{23}</em>{11}Na^+$ aynı elemente aittir. Çünkü ikisinin proton sayısı 11'dir. Farklı olan yalnızca elektron sayısıdır.

Birbirine benzeyen tanecikleri karşılaştırma

Bir soruda iki taneciği kıyaslarken önce proton, sonra nötron, sonra elektron sayılarını hesapla. Sadece kütle numarasına bakmak yeterli değildir.

• İzotop: Atom numaraları aynı, nötron sayıları farklıdır. Aynı elementin farklı kütleli hâlleridir.
• İzobar: Kütle numaraları aynı, atom numaraları farklıdır. Farklı elementlerdir.
• İzoton: Nötron sayıları aynı, proton sayıları farklıdır.
• İzoelektronik tanecikler: Elektron sayıları aynıdır. Bu tanecikler aynı element olmak zorunda değildir.

Örneğin ${}^{35}<em>{17}Cl^-$ ve ${}^{40}</em>{20}Ca^{2+}$ taneciklerinin elektron sayıları sırasıyla 18 ve 18'dir. Bu yüzden izoelektroniktir. Ancak proton sayıları farklı olduğu için aynı element değildir.

Bir taneciğin nötr olup olmadığını da hızlıca kontrol edebilirsin. Proton ve elektron sayıları eşitse toplam yük sıfırdır. Proton sayısı elektron sayısından büyükse pozitif, küçükse negatif yük vardır.

[!WARNING] Sık yapılan hata

İyon oluşurken proton sayısı değişmez. ${}^{27}_{13}Al^{3+}$ taneciğinde proton sayısı 13 olarak kalır, elektron sayısı 10 olur. 3 elektron kaybedildiği için yük $+3$ olur. Proton sayısını 10 almak elementi değiştirmek anlamına gelir.

Tanecik sayısını hesaplama

Aşağıdaki gösterimde ${}^{40}_{20}Ca^{2+}$ için önce doğrudan verilenleri oku:

• Proton sayısı: $p=20$
• Nötron sayısı: $n=40-20=20$
• Elektron sayısı: $e=20-2=18$

Aynı çekirdek yapısına sahip ${}^{40}_{20}Ca$ nötr atomunda elektron sayısı 20 olur. İyonlaşma yalnızca elektron sayısını değiştirdiği için iki taneciğin proton ve nötron sayıları aynıdır.

Magnezyum iyonunun tanecik sayıları

Verilenleri belirle

Alt sayı atom numarasını, üst sayı kütle numarasını ve üst sağdaki yük iyon yükünü gösterir. Proton sayısını bul

Atom numarası proton sayısını verir. Nötron sayısını bul

Kütle numarasından proton sayısı çıkarılarak nötron sayısı hesaplanır. Elektron sayısını bul

Tanecik $2+$ yüklü olduğu için nötr hâline göre iki elektron eksiktir.

Bu işlem yaklaşık 30 saniyede yapılabilir. En hızlı kontrol, bulunan değerleri $q=p-e$ bağıntısında yerine koymaktır. Magnezyum için $q=12-10=+2$ çıkar ve sonuç tutarlıdır.

Kendin kontrol et: ${}^{31}_{15}P^{3-}$ taneciğinde proton, nötron ve elektron sayıları kaçtır? Doğru sonuçlar sırasıyla 15, 16 ve 18'dir. Negatif yük, elektronların protonlardan fazla olduğunu gösterir.

• İyon oluşurken proton sayısı değişir. İyonlaşma elektron alışverişiyle gerçekleşir, proton sayısı değişmediği için elementin kimliği korunur.
• ${}^{27}_{13}Al^{3+}$ taneciğinde proton, nötron ve elektron sayıları hangisidir? Proton sayısı atom numarası olan 13, nötron sayısı $27-13=14$, elektron sayısı ise $13-3=10$ olur.
• ${}^{40}_{20}Ca^{2+}$ ve hangi tanecik elektron sayısı bakımından izoelektroniktir? Kalsiyum iyonunda 18 elektron vardır ve ${}^{35}_{17}Cl^-$ taneciğinde de 17+1=18 elektron bulunur.

Atom modellerindeki değişimler, taneciklerin çekirdek ve elektron düzeniyle açıklanabileceğini göstermişti. Şimdi aynı bilgiyi farklı tanecikleri karşılaştırarak kullanacağız.

Proton sayıları aynı nötronları farklı (İzotop), nötron sayıları aynı protonları farklı (İzoton), kütle numaraları aynı (İzobar) ve elektron dizilimleri aynı (İzoelektronik) tanecikler matrisi.

Tanecik kimliğini ve yükünü birlikte kullanma

Bir taneciği çözerken önce çekirdeğe, sonra elektronlara bakılır. Proton sayısı, elementin kimliğini ve atom numarasını belirler. Nötron sayısı, kütle numarasını proton sayısıyla birlikte oluşturur. Elektron sayısı ise taneciğin nötr mü, iyon mu olduğunu gösterir.

Temel ilişkiler şöyledir:

• Atom numarası: $Z = p$
• Kütle numarası: $A = p + n$
• Nötr atomda: $p = e$
• Pozitif iyon için: $e = p - \text{iyon yükü}$
• Negatif iyon için: $e = p + \text{iyon yükünün mutlak değeri}$

Burada $p$ proton, $n$ nötron ve $e$ elektron sayısıdır. Çekirdek yükü de proton sayısına bağlıdır ve değeri $+Z$ olarak ifade edilir.

Örneğin $^{23}_{11}Na^+$ taneciğinde atom numarası 11 olduğu için 11 proton vardır. Kütle numarası 23 olduğundan nötron sayısı $23 - 11 = 12$ olur. Tanecik $+1$ yüklü olduğu için bir elektron kaybetmiştir ve elektron sayısı 10'dur.…