Neils Bohr, hidrojen atomunun spektrum çizgilerini ve Planck’ın kuantum kuramını kullanarak Bohr Atom teorisini or-taya koydu.
Bohr atom teorisi şu şekilde özetlenebilir:
1. Bir atomdaki elektronlar çekirdek çevresinde, çekirdekten belli uzaklıkta, dairesel, belirli enerji düzeylerinde (yörün-ge veya orbital) bulunabilirler.
2. Elektronlar bir enerji seviyesinde iken kararlı olup enerji yaymazlar.
3. Enerji seviyeleri atom çekirdeğinden itibaren sırasıyla, 1,2,3,4…n ile gösterilip her bir seviyenin tek elektronlu atom veya iyonlar (H, He+, Li2+) için belirli bir enerjisi vardır.
n = 4 n = 3 n = 2 n = 1
K L M N . . . . . .
elektron çekirdek
Çekirdeğin çevresinde çeşitli enerji katmanları vardır. Çekirdeğe en yakın olan enerji katmanı (K veya n = 1) en düşük enerjili katmandır. Çekirdekten uzaklaştıkça enerji katmanının enerjisi artar.
4. Bir atomda; elektronlar düşük enerjili seviyeden daha yüksek enerjili seviyeye çıkabilmek için seviyeler arasındaki fark kadar enerjiyi dışarıdan almaları gerekir. Aynı şekilde, bir atomda elektronlar yüksek enerji seviyesinden, dü-şük enerjili bir seviyeye düştüklerinde, iki seviyenin farkına eşit bir enerjiyi ışık olarak yayarlar.
(Elektron; bulunduğu enerji düzeyinden daha yüksek enerji düzeyine çıkarsa belirli dalga boyu ve frekansta ışığı absorblar, bulunduğu enerji düzeyinden daha düşük enerji düzeyine düşerse, belirli dalga boyu ve frekansta ışığı yayar.)
Elektron düşük enerji düzeyinden yüksek enerji düzeyine geçerken belirli miktarda enerji almalıdır.
Elektron yüksek enerji düzeyinden düşük enerji düzeyine düşerken belirli miktarda enerjiyi ışın olarak yayar.
Elektronun çekirdek etrafındaki dönme hareketinden dolayı kinetik enerjisi, çekirdek tarafından çekilmesinden do-layı da potansiyel enerjisi vardır. Eletronun enerjisi bu iki enerjinin toplamına eşittir.
Kinetik enerji, potansiyel enerji cinsinden gösterilebileceğinden, toplam enerjiyi potansiyel enerji cinsinden söyle-yebiliriz.
(+) yüklü bir küre ile (–) yüklü diğer bir kürenin bibirinden uzaklığına r1 diyelim. Bu halde iken elektriksel çekim kuvveti nedeniyle sistemin potansiyel enerjisi (PE)1 olsun. Kürelerden birini daha uzakta olan r2 konumuna çekti-ğimizde, küreler arasındaki çekim kuvveti, dolayısıyla da potansiyel enerji (PE)2 de farklı olacaktır.
Zıt yüklü küreleri birbirinden uzaklaştırabilmek için enerji vermemiz gerekeceğine göre, ikinci haldeki potansiyel enerji (PE)2, birinci haldeki potansiyel enerjiden (PE)1 daha büyük olmalıdır.
+ –
+ –
r1
r2
(PE)1
(PE)2
r2 > r1& (PE)2 > (PE)1
Elektron çekirdekten uzaklaştırıldıkça potansiyel enerji artar.
etkinlik – 7
Aşağıdaki açıklamalar Bohr Atom Modelinin özelliklerinden ise D, değilse Y ile belirtiniz.
a) Bohr atom modeline göre, atom çevresinde belirli enerjiye sahip enerji düzeyleri vardır.
b) Bohr atom modeline göre, elektronlar rastgele yerlerde değil belirli enerji düzeylerinde bulunabilir.
c) Bohr atom modeline göre, bir enerji düzeyinde bulunan elektronlar belirli dalga boylarında ve frekansta ışın-lar yayarak konumışın-larını korumaya çalışırışın-lar.
d) Bohr atom modeline göre enerji seviyeleri, atom çekirdeğinden itibaren sırasıyla 1, 2, 3, 4 ...n ile gösterilir.
e) Bohr atom modeline göre çekirdeğe yakın olan enerji düzeyinin enerjisi yüksek, çekirdeğe uzak olan enerji dü-zeyinin enerjisi düşüktür.
f) Bohr atom modeline göre bir enerji düzeyinde bulunan elektron daha yüksek enerji düzeyine çıkmak için ışın yaymalıdır.
g) Bohr atom modeline göre 3. enerji düzeyinde bulunan bir elektron 2. enerji düzeyine düştüğünde iki seviyenin farkına eşit bir enerjiyi ışık olarak yayar.
h) Bohr atom modeline göre 4. enerji düzeyinden bulunan bir elektron 3. enerji düzeyine düştüğünde dışarıya enerji verir.
Atomlarda Enerji Düzeyleri
Hidrojen gazının spektrumunun incelenmesi atom modellerinin gelişmesine önemli katkıda bulunmuştur. Hidrojen ga-zının yüksek sıcaklıkta verdiği ışınların spektrumları incelendiğinde görünür ve görünmeyen bölgelerde çizgiler oluş-tuğu saptanmıştır.
Görünen bölgedeki çizgiler 1885 yılında Balmer tarafından incelenmiştir. Balmer bu çizgiler arasındaki uzaklıkların ma-tematiksel bir seri şeklinde ifade edilebileceğini belirtmiştir. Diğer enerji düzeylerinden 2. enerji düzeyine dönüş sıra-sında hidrojen atomlarından elde edilen spektrum çizgilerinin oluşturduğu seriye Balmer serisi denir.
Daha sonraları hidrojen atomu için görünmeyen bölgelerdeki diğer seriler de bulunmuştur.
Hidrojen atomunda elektonların bulundukları enerji düzeyinden 1., 2., 3., 4. ve 5. enerji düzeylerine dönüşü sırasında oluşan spektrum çizgilerine şu adlar verilir.
Lyman serisi : Elektronun 1. enerji düzeyine dönüşü sırasında oluşan spektrum çizgileri Balmer serisi : Elektronun 2. enerji düzeyine dönüşü sırasında oluşan spektrum çizgileri Paschen serisi : Elektronun 3. enerji düzeyine dönüşü sırasında oluşan spektrum çizgileri Brackett serisi : Elektronun 4. enerji düzeyine dönüşü sırasında oluşan spektrum çizgileri Pfund serisi : Elektronun 5. enerji düzeyine dönüşü sırasında oluşan spektrum çizgileri
n = 5
Dalga boyu (cm) K›rm›z›
Mor
Hidrojen atomunun baz› elektron geçiflleri aras›ndaki iliflki ve görünür bölgenin spektral çizgileri
Rehber Soru
Şekilde hidrojen atomuna ait bazı enerji düzeyleri arasındaki geçişler gös-n = 5
Bu geçişlerden yayınlanan spektrum çizgilerinden hangileri Paschen serisinde yer alır?
Çözüm
SORU 32
Aşağıda hidrojen atomuna ait elektronun bulunduğu ve geçtiği enerji düzeyleri verilmiştir.
Elektronun bulunduğu ilk enerji düzeyi Elektronun geçiş yaptığı enerji düzeyi
I. 3. enerji düzeyi 2. enerji düzeyi
II. 2. enerji düzeyi 4. enerji düzeyi
III. 5. enerji düzeyi 1. enerji düzeyi
Bu geçişlerden hangileri Balmer Serisini temsil etmektedir?
A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) I, II ve III ÇÖZÜM
SORU 33
Hidrojen atomuna ait bir elektron, I. 1. enerji düzeyinden 2. enerji düzeyine II. 2. enerji düzeyinden 4. enerji düzeyine III. 3. enerji düzeyinden 1. enerji düzeyine geçiş yapmaktadır.
Bu geçişlerin hangilerinde enerji absorblanır?
A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) I, II ve III ÇÖZÜM
SORU 34
Şekilde hidrojen atomuna ait elektronun bazı enerji düzeyleri arasında-ki geçişleri gösterilmiştir.
Bu geçişlerde yayınlanan spekturum çizgileri için aşağıdaki soru-ları cevaplayınız.
a) Hangi spekturum çizgileri Lyman serisinde yer alır?
b) Hangi spekturum çizgileri Balmer serisinde yer alır?
c) Hangi spekturum çizgileri Paschen serisinde yer alır?
d) Hangi spekturum çizgileri Brackett serisinde yer alır?
n = 5 n = 4
x y
n = 3
n = 2
z
n = 1
t u
q r
ÇÖZÜM
Bohr Atom Modelinin Sınırlılıkları
Bohr atom modeli, hidrojen atomunun davranışını çok iyi açıkladığından ve basit olduğundan başlangıçta büyük ilgi gördü. Ancak bazı eksiklikler ve bazı olayları açıklamada yetersiz kalmasından dolayı 12 yıl geçerli kaldı.
Bohr atom modelinin yetersizlikleri şu şekilde sıralanabilir:
Bohr atom teorisinde elektronun ikili karakteri (dalga - tanecik) hesaba katılmamıştır.
Bohr atom modeli çok elektronlu atomların spektrumlarını açıklayamamıştır.
Bohr atom modelinde atom çekirdeğinin çevresinde çember yörüngeler öngörülmüştü.
Ancak De Broglie hipotezi ve Heisenberg belirsizlik ilkesi bu öngörünün doğrulanmasını imkansız kılmıştır.
Günümüzde geçerli olan modern atom teorisinde (bulut modeli) elektronların çekirdek çevresinde olduğu kabul edilen çember yörüngelerde değil orbitallerde olduğu kabul edilmektedir.
Orbital
Elektronların çekirdek etrafında bulunma olasılıklarının yüksek olduğu enerji bölgelerine orbital denir.
Modern atom modeline göre elektronlar hem tanecik yapılı hem de dalga yapılıdır.
Elektron, tanecik yapılı olarak düşünüldüğünde; orbital, atom içinde elektronun bulunma olasılığı en yüksek olan yeri simgeler.
Elektron, dalga yapılı olarak düşünüldüğünde; orbital, elektron yük yoğunluğunun en yüksek olduğu bölgeyi simgeler.
(11. sınıfta orbitaller Modern Atom Teorisi ünitesinde ayrıntılı olarak anlatılacaktır)
etkinlik – 8
Atom teorileriyle ilgili olarak aşağıdaki açıklamalar doğru ise D, Yanlış ise Y ile belirtiniz.
a) Dalton atom teorisine göre atomlar yüksüz, bölünemez hücrelerden oluşur.
b) Thomson atom teorisine göre, atomların çekirdeğinde proton ve nötronlar bulunur.
c) Rutherford atom teorisine göre, atom kütlesinin tamamına yakını çekirdekte toplanmıştır.
d) Rutherford atom teorisi atomların yaydığı ışınları (spektrumları) açıklamada yetersiz kalmıştır.
e) Bohr atom teorisine göre her enerji düzeyinden bir alt enerji düzeyine düşen elektronun yaydığı ışının özellik-leri aynıdır.
f) Bohr atom modeli çok elektronlu atom ve iyonların absorbladığı / yaydığı ışınların özelliklerini açıklayabilmek-tedir.
g) Bohr atom modelinin başarısı elektronun ikili karakterini (dalga ve tanecik) hesaba katmış olmasıdır.
h) Bohr atom modelinde, atom çekirdeğinin çevresinde çember yörüngeler ön görülmüştür.
i) Modern atom teorisinde (bulut modeli) elektronların çekirdek etrafında bulunma olasılıklarının yüksek olduğu enerji bölgelerine orbital denir.