TYT atomun yapısı ve atom modelleri konusu; atomun temel taneciklerini, atom ve kütle numarası hesaplarını, iyonları, atom türlerini ve atom hakkındaki bilimsel modellerin deneylerle nasıl değiştiğini birlikte ele alır. Sorularda yalnız tanımları bilmek yetmez; verilen taneciğin proton–nötron–elektron sayılarını ilişkilendirmek, bir deney gözleminden doğru modeli çıkarmak ve enerji geçişlerini yorumlamak gerekir.
ATOMUN YAPISI VE TEMEL TANECİKLER
Atom, Çekirdek ve Elektron Bölgesi
Atom, bir elementin kimyasal özelliğini taşıyan en küçük yapı birimidir. Merkezindeki çok küçük ve yoğun çekirdekte protonlar ile nötronlar bulunur. Elektronlar ise çekirdeğin çevresindeki geniş bölgede yer alır. Atom hacminin çok büyük bölümü elektronların bulunma olasılığının olduğu bölgedir; atom kütlesinin neredeyse tamamı çekirdekte toplanır.
Çekirdeğin boyutu atomun boyutuna göre çok küçük olduğundan atomun büyük bölümü boşluklu yapıdadır. Bu sonuç doğrudan bir gözle değil, alfa taneciklerinin ince metal levhadan geçerken izlediği yolların yorumlanmasıyla ortaya konmuştur.
ÇekirdekProton ve nötronları içerir; kütlenin büyük bölümü buradadır.
Elektron BölgesiElektronların bulunma olasılığının yüksek olduğu geniş hacimdir.
Örnek - 1
Bir atomun çekirdeği ile atomun tamamı karşılaştırıldığında,
I. Çekirdeğin hacmi atom hacminden çok küçüktür.
II. Atom kütlesinin büyük bölümü çekirdektedir.
III. Elektronlar çekirdeğin içinde bulunur.
ifadelerinden hangileri doğrudur?
A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
Çekirdek atoma göre çok küçük olmasına karşın proton ve nötronları içerdiği için kütlenin büyük bölümünü taşır. Elektronlar çekirdekte değil, çekirdek çevresindeki bölgede bulunur.
Cevap: C
Proton, Nötron ve Elektronun Özellikleri
Protonun bağıl yükü +1, nötronun 0, elektronun −1’dir. Proton ile nötronun bağıl kütlesi yaklaşık 1 atomik kütle birimi iken elektronun kütlesi protonun yaklaşık 1/1840’ı kadardır. Bu nedenle temel düzeyde atom kütlesi hesaplanırken elektron kütlesi ihmal edilir.
Tanecik
Sembol
Bulunduğu yer
Bağıl yük
Bağıl kütle
Proton
p
Çekirdek
+1
1
Nötron
n
Çekirdek
0
1
Elektron
e−
Çekirdek çevresi
−1
Yaklaşık 1/1840
Örnek - 2
K, L ve M temel taneciklerinin özellikleri şöyledir: K çekirdekte bulunur ve yüklüdür; L çekirdekte bulunur ve yüksüzdür; M’nin kütlesi diğerlerine göre çok küçüktür. Buna göre K, L ve M sırasıyla hangileridir?
A) Proton – nötron – elektron
B) Nötron – proton – elektron
C) Elektron – nötron – proton
D) Proton – elektron – nötron
E) Nötron – elektron – proton
Çekirdekteki yüklü tanecik proton, yüksüz tanecik nötrondur. Kütlesi proton ve nötrona göre çok küçük olan tanecik elektrondur.
Cevap: A
Atom Numarası, Kütle Numarası ve Atom Gösterimi
Bir elementin kimliğini proton sayısı belirler. Proton sayısına atom numarası denir ve Z ile gösterilir. Çekirdekteki proton ve nötronların toplamı kütle numarasıdır ve A ile gösterilir. Buna göre Z = p, A = p + n ve n = A − Z ilişkileri kullanılır.
Bir tanecik AZXq biçiminde gösterildiğinde X element sembolü, A kütle numarası, Z atom numarası ve q taneciğin yüküdür. Nötr atomda yük yazılmaz.
Atom numarasıZ = proton sayısı
→
Kütle numarasıA = proton + nötron
→
Nötron sayısın = A − Z
Örnek - 3
5626Fe3+ taneciği için proton, nötron ve elektron sayıları sırasıyla kaçtır?
A) 26, 30, 23
B) 26, 30, 29
C) 30, 26, 23
D) 23, 30, 26
E) 26, 56, 23
Proton sayısı Z’den 26, nötron sayısı 56 − 26 = 30 bulunur. 3+ yükü atomun üç elektron verdiğini gösterdiği için elektron sayısı 26 − 3 = 23’tür.
Cevap: A
Örnek - 4
X taneciğinin kütle numarası 65, nötron sayısı 35 ve elektron sayısı 28’dir. Buna göre X taneciğinin yükü kaçtır?
A) 3−
B) 2−
C) Nötr
D) 2+
E) 3+
Proton sayısı 65 − 35 = 30’dur. Yük, proton sayısı − elektron sayısı olduğundan 30 − 28 = 2+ bulunur.
Cevap: D
NÖTR ATOMLAR VE İYONLAR
Nötr Atom ve İyon Yükü
Nötr atomda proton sayısı elektron sayısına eşittir. Proton ve elektron sayıları eşit değilse tanecik iyon adını alır. İyon yükü q = p − e bağıntısıyla bulunur. Sonuç pozitifse katyon, negatifse anyondur.
İyon oluşurken çekirdekteki proton ve nötron sayıları değişmez; değişen tanecik elektrondur. Bu nedenle iyonlaşma elementin kimliğini veya kütle numarasını değiştirmez.
Örnek - 5
Aynı elemente ait K ve L taneciklerinden K’nin 17 protonu ve 18 elektronu, L’nin 17 protonu ve 10 elektronu vardır. K ve L’nin yükleri sırasıyla hangisidir?
A) 1+ ve 7+
B) 1− ve 7+
C) 1− ve 7−
D) Nötr ve 7+
E) 1+ ve 7−
K için 17 − 18 = 1−, L için 17 − 10 = 7+ bulunur. İki taneciğin proton sayısı aynı olduğundan element kimlikleri aynıdır.
Cevap: B
Katyon ve Anyon Oluşumu
Nötr atom elektron verdiğinde proton sayısı elektron sayısından büyük olur ve katyon oluşur. Elektron aldığında elektron sayısı proton sayısını aşar ve anyon oluşur. Katyonun elektron bulutu nötr atomunkine göre genellikle küçülür; anyonun elektron bulutu ise elektronlar arası itme arttığı için genellikle büyür.
Elektron verirKatyon oluşur; yük pozitiftir.
Elektron alırAnyon oluşur; yük negatiftir.
Katyon yarıçapıNötr atoma göre genellikle küçüktür.
Anyon yarıçapıNötr atoma göre genellikle büyüktür.
Dikkat
“Pozitif iyon proton almıştır” ve “negatif iyon proton vermiştir” yorumları yanlıştır. Sıradan kimyasal olaylarda çekirdek değişmez; iyon yükü elektron alışverişinden doğar.
Örnek - 6
Nötr X atomu X2− iyonuna dönüşürken aşağıdakilerden hangisi kesinlikle gerçekleşir?
A) İki proton alır.
B) İki elektron alır.
C) İki nötron verir.
D) Kütle numarası iki artar.
E) Atom numarası iki azalır.
2− yük, nötr atomun iki elektron aldığını gösterir. Proton, nötron, atom numarası ve kütle numarası değişmez.
Cevap: B
Tanecik Sayıları ve İyonlaşmada Değişen Özellikler
Nükleon sayısı proton ve nötronların toplamıdır; kütle numarasına eşittir. Toplam temel tanecik sayısı ise p + n + e olarak hesaplanır. Bir atom iyonlaştığında elektron sayısı, yükü, elektron dağılımı, yarıçapı ve kimyasal davranışı değişebilir. Proton sayısı, nötron sayısı, atom numarası ve kütle numarası değişmez.
Örnek - 7
2713Al3+ iyonunun nükleon sayısı ile toplam temel tanecik sayısı sırasıyla kaçtır?
A) 27 ve 37
B) 27 ve 40
C) 14 ve 37
D) 13 ve 27
E) 40 ve 27
Nükleon sayısı A = 27’dir. Proton 13, nötron 14, elektron 10 olduğundan toplam temel tanecik sayısı 13 + 14 + 10 = 37’dir.
Cevap: A
Örnek - 8
Nötr Q atomu üç elektron vererek iyonlaşıyor. Buna göre Q için aşağıdakilerden hangisi değişmeden kalır?
A) Elektron sayısı
B) Elektron dağılımı
C) Tanecik yükü
D) Proton sayısı
E) Elektron bulutunun büyüklüğü
İyonlaşma elektron alışverişidir. Çekirdekteki proton sayısı değişmez; diğer seçeneklerde verilen özellikler elektron sayısındaki değişimden etkilenir.
Cevap: D
ATOM TÜRLERİ
İzotop Atomlar
Proton sayıları aynı, nötron sayıları farklı atomlar izotoptur. Aynı proton sayısı aynı element kimliği anlamına gelir; nötron sayısı farklı olduğu için kütle numaraları farklıdır. Nötr izotopların elektron sayıları ve temel kimyasal davranışları aynıdır; kütleye bağlı fiziksel özellikleri farklı olabilir.
Hidrojenin protiyum (1H), döteryum (2H) ve trityum (3H) izotoplarının tümünde bir proton bulunur, nötron sayıları sırasıyla 0, 1 ve 2’dir.
Örnek - 9
K ve L nötr atomlarının proton sayıları eşit, toplam temel tanecik sayıları farklıdır. Buna göre K ve L için aşağıdakilerden hangisi kesinlikle doğrudur?
A) İzotopturlar.
B) İzotonlardır.
C) Kütle numaraları aynıdır.
D) Nötron sayıları aynıdır.
E) Farklı elementlerdir.
Nötr oldukları için elektron sayıları proton sayılarına eşittir ve iki atomda aynıdır. Toplam tanecik sayısındaki fark nötron sayısından gelir. Protonları aynı, nötronları farklı olduğundan izotopturlar.
Cevap: A
İzoton ve İzobar Atomlar
Nötron sayıları aynı, proton sayıları farklı atomlar izoton; kütle numaraları aynı, proton sayıları farklı atomlar izobar olarak adlandırılır. Her iki durumda da proton sayıları farklı olduğu için tanecikler farklı elementlere aittir.
İzotopp aynı, n farklı
İzotonn aynı, p farklı
İzobarA aynı, p farklı
İzoelektronike sayısı ve dağılımı aynı
Örnek - 10
3919K ile 4020Ca atomları arasındaki ilişki aşağıdakilerden hangisidir?
A) İzotop
B) İzoton
C) İzobar
D) İzoelektronik
E) Aynı element
K atomunda nötron sayısı 39 − 19 = 20, Ca atomunda 40 − 20 = 20’dir. Nötron sayıları aynı, proton sayıları farklı olduğundan izotondurlar.
Cevap: B
Örnek - 11
X atomunun 18 protonu ve 22 nötronu, Y atomunun 20 protonu ve 20 nötronu vardır. X ile Y arasındaki ilişki ve ortak büyüklük hangisidir?
A) İzotop – atom numarası
B) İzoton – nötron sayısı
C) İzobar – kütle numarası
D) İzoelektronik – elektron sayısı
E) Aynı element – proton sayısı
Her iki atomun kütle numarası 40’tır. Proton sayıları farklı olduğundan farklı elementlerdir; aynı kütle numarasına sahip bu atomlar izobardır.
Cevap: C
İzoelektronik Tanecikler
Elektron sayıları ve elektron dağılımları aynı olan farklı tanecikler izoelektroniktir. Örneğin F−, Ne ve Na+ taneciklerinin her birinde 10 elektron bulunur. Elektron sayılarının aynı olması proton sayılarının, yüklerin, yarıçapların veya kimyasal özelliklerin aynı olduğu anlamına gelmez.
Ne nötr olduğundan 10 elektrona, Na+ ise 11 − 1 = 10 elektrona sahiptir. Diğer çiftlerin elektron sayıları eşit değildir.
Cevap: C
ATOM MODELLERİNİN TARİHSEL GELİŞİMİ
Dalton Atom Modeli
Dalton’a göre madde, içi dolu ve bölünemez küreler gibi düşünülen atomlardan oluşur. Aynı elementin atomları aynı, farklı elementlerin atomları farklıdır; bileşikler atomların basit tam sayılı oranlarda birleşmesiyle meydana gelir ve kimyasal tepkimelerde atomlar yeniden düzenlenir.
Atomun proton, nötron ve elektronlardan oluştuğunun; aynı elementin izotoplarının bulunabildiğinin anlaşılması Dalton modelinin bazı önermelerini geçersiz kılmıştır. Buna karşın atom fikrini ölçülebilir kimyasal yasalarla ilişkilendirmesi önemli bir adımdır.
Thomson Atom Modeli
Elektronun keşfinden sonra Thomson, atomu pozitif yükün homojen dağıldığı bir küre ve bu küreye gömülü negatif elektronlar biçiminde tasarladı. Model atomun toplamda nötr olmasını açıklıyordu; ancak pozitif yükün küçük bir çekirdekte toplandığını ve alfa taneciklerinin büyük açılarla sapmasını açıklayamıyordu.
Rutherford Atom Modeli ve Altın Levha Deneyi
Rutherford deneyinde pozitif yüklü alfa tanecikleri çok ince altın levhaya gönderildi. Taneciklerin büyük çoğunluğu levhadan sapmadan geçti, bir kısmı küçük açılarla saptı, çok azı ise büyük açıyla saparak geri döndü. Çoğunun geçmesi atom hacminin büyük bölümünün boşluklu olduğunu; çok az taneciğin güçlü sapması ise pozitif yük ve kütlenin çok küçük, yoğun bir çekirdekte toplandığını gösterdi.
Örnek - 13
Rutherford deneyinde elde edilen gözlemlerden,
I. Alfa taneciklerinin çoğunun sapmadan geçmesi
II. Çok az taneciğin büyük açıyla sapması
III. Bazı taneciklerin küçük açıyla yön değiştirmesi
hangileri atomun pozitif yükünün küçük bir bölgede yoğunlaştığına kanıt oluşturur?
A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve II
D) II ve III
E) I, II ve III
Pozitif alfa taneciklerinin yön değiştirmesi, atom içinde yoğun pozitif bir bölgeyle itildiklerini gösterir. Küçük ve büyük açılı sapmalar bu çıkarımı destekler. Çoğunun geçmesi ise atomun büyük bölümünün boşluklu olduğuna kanıttır.
Cevap: D
Örnek - 14
Rutherford deneyinin görselinde alfa taneciklerinin neredeyse tamamının altın levhadan doğru geçtiği, yalnız birkaçının geri döndüğü görülüyor. Bu dağılım aşağıdakilerden hangisini birlikte destekler?
A) Atomun içi doludur ve çekirdek yüksüzdür.
B) Elektronlar çekirdektedir ve atom bölünemez.
C) Atom büyük ölçüde boşlukludur; çekirdek küçük ve yoğundur.
D) Pozitif yük atom hacmine eşit dağılmıştır.
E) Bütün alfa tanecikleri elektronlarla çarpışmıştır.
Çoğu taneciğin geçmesi geniş boşluklu yapıyı, çok azının geri dönmesi ise küçük fakat yoğun ve pozitif çekirdeği gösterir.
Cevap: C
Bohr Atom Modeli
Bohr modelinde elektronlar çekirdek çevresinde belirli enerjilere sahip katmanlarda bulunur. Çekirdeğe en yakın düzey en düşük enerjilidir. Elektron uygun miktarda enerji aldığında daha yüksek enerji düzeyine geçer; yüksek düzeyden düşük düzeye dönerken iki düzey arasındaki fark kadar enerjiyi ışın olarak verir.
Model hidrojen ve tek elektronlu taneciklerin çizgi spektrumunu açıklamada başarılıdır. Çok elektronlu atomların davranışını ve elektronun dalga özelliğini tam açıklayamadığı için yerini modern atom teorisine bırakmıştır.
Modern Atom Teorisi
Modern atom teorisinde elektronlar belirli dairesel yörüngelerde dolaşan tanecikler gibi ele alınmaz. Elektronun bulunma olasılığının yüksek olduğu uzay bölgeleri orbital olarak adlandırılır; elektron bulutu ifadesi bu olasılıksal yapıyı anlatır. Bir atom modeli atomun fotoğrafı değil, deney sonuçlarını açıklayan bilimsel bir tasarımdır. Yeni kanıtlar ortaya çıktıkça modelin değişmesi bilimin zayıflığı değil, sınanabilirliğinin sonucudur.
Daltonİçi dolu atom
→
ThomsonElektron ve yayılmış pozitif yük
→
RutherfordKüçük, yoğun çekirdek
→
BohrBelirli enerji düzeyleri
→
ModernOlasılık ve orbitaller
Örnek - 15
Aşağıdaki gelişmelerden hangisi atom modellerinin doğru kronolojik sırasını verir?
A) Çekirdek → elektron → enerji düzeyi → elektron bulutu
B) İçi dolu küre → elektronun keşfi → çekirdek → belirli enerji düzeyleri
C) Elektron bulutu → çekirdek → içi dolu küre → elektron
D) Enerji düzeyi → içi dolu küre → çekirdek → elektron bulutu
E) Elektron → içi dolu küre → elektron bulutu → çekirdek
Dalton’un içi dolu küresini Thomson’un elektronlu modeli, Rutherford’un çekirdekli modeli ve Bohr’un belirli enerji düzeyleri izler. Modern elektron bulutu yaklaşımı daha sonradır.
Cevap: B
Örnek - 16
Bir öğrenci “Elektronun çekirdek çevresindeki kesin dairesel yolu çizilebilir.” diyor. Bu görüşün modern atom teorisine uygun olmamasının temel nedeni nedir?
A) Elektronun yüksüz olması
B) Çekirdeğin atom hacminin tamamını kaplaması
C) Elektronun konumunun olasılık bölgeleriyle ifade edilmesi
D) Proton ve nötron kütlelerinin eşit olmaması
E) Atom numarasının değişebilmesi
Modern teoride elektronun kesin dairesel yörüngesi değil, bulunma olasılığının yüksek olduğu orbital bölgeleri tanımlanır.
Cevap: C
ENERJİ DÜZEYLERİ VE ELEKTRON DAĞILIMI
Temel Hâl, Uyarılmış Hâl, Soğurma ve Yayma
Elektronların bulunabileceği en düşük enerjili düzen temel hâldir. Bir elektron enerji alarak daha yüksek düzeye çıktığında atom uyarılmış hâle geçer. Uyarılmış hâl kararsızdır; elektron daha düşük enerji düzeyine dönerken enerji farkını ışın olarak yayar. Yukarı geçiş soğurma (absorpsiyon), aşağı geçiş yayma (emisyon) ile ilişkilidir.
Örnek - 17
Bir elektron önce n=1 düzeyinden n=3 düzeyine, daha sonra n=3 düzeyinden n=2 düzeyine geçiyor. Bu iki olay sırasıyla nasıl adlandırılır?
A) Yayma – soğurma
B) Soğurma – yayma
C) İyonlaşma – soğurma
D) Temel hâl – iyonlaşma
E) Yayma – temel hâl
Daha yüksek enerji düzeyine çıkış enerji alma, yani soğurmadır. Daha düşük düzeye iniş enerji verme, yani yaymadır.
Cevap: B
Atom Spektrumları
Isıtılan gaz atomlarının yaydığı ışık prizmadan geçirildiğinde her elemente özgü renkli çizgiler oluşur. Buna yayılma çizgi spektrumu denir. Beyaz ışık daha soğuk atomlardan geçirilirse atomların soğurduğu belirli dalga boylarında karanlık çizgiler görülür; bu da soğurma spektrumudur. Aynı elementin soğurduğu ve yaydığı karakteristik enerji değerleri birbiriyle ilişkilidir.
Kesikli çizgi spektrumu, elektronların her enerji değerinde değil yalnız belirli enerji düzeylerinde bulunabildiğine kanıttır. Bu nedenle atom spektrumları elementlerin tanınmasında bir tür parmak izi gibi kullanılabilir.
Örnek - 18
Bir gaz örneğinin yayılma spektrumunda siyah zemin üzerinde dört renkli çizgi görülüyor. Aynı gazın soğurma spektrumu için aşağıdakilerden hangisi beklenir?
A) Her dalga boyunda eşit parlaklık
B) Sürekli siyah bir şerit
C) Aynı karakteristik konumlarda koyu çizgiler
D) Yalnız tek bir beyaz çizgi
E) Elementten bağımsız bir gökkuşağı
Bir elementin elektronları belirli enerji farklarını hem soğurur hem yayar. Bu nedenle yayılma çizgilerinin karakteristik konumları, soğurma spektrumunda karanlık çizgiler olarak görülür.
Cevap: C
İlk 20 Elementte Katman Elektron Dağılımı
TYT düzeyinde ilk 20 element için elektronlar katmanlara temel hâlde 2, 8, 8, 2 düzeni dikkate alınarak yerleştirilir. Birinci katman en fazla 2 elektron alır. İlk 20 element bağlamında ikinci ve üçüncü katman sekizer elektrona kadar doldurulur; ardından dördüncü katmana geçilir. Örneğin atom numarası 17 olan Cl atomunun dağılımı 2, 8, 7; atom numarası 20 olan Ca atomunun dağılımı 2, 8, 8, 2’dir.
Örnek - 19
Nötr X atomunun katman elektron dağılımı 2, 8, 6’dır. X2− iyonu için proton sayısı ve elektron dağılımı hangisidir?
A) 14 ve 2, 8, 4
B) 16 ve 2, 8, 6
C) 16 ve 2, 8, 8
D) 18 ve 2, 8, 8
E) 18 ve 2, 8, 6
Nötr X atomunda toplam elektron ve proton sayısı 2 + 8 + 6 = 16’dır. X2− iki elektron aldığı için dağılımı 2, 8, 8 olur; proton sayısı değişmez.
Cevap: C
Değerlik Elektronları
Temel hâlde atomun en dış katmanındaki elektronlara değerlik elektronları denir. Değerlik elektronları atomun bağ yapma ve iyon oluşturma eğilimiyle yakından ilişkilidir. Katman dağılımı 2, 8, 3 olan bir atomun üç; 2, 8, 8, 1 olan bir atomun bir değerlik elektronu vardır. Periyot ve grup bağlantısı bir sonraki Periyodik Sistem konusunda ayrıntılı ele alınır.
Dikkat
Katman elektron dağılımı bir taneciğin elektron sayısını verir; element kimliğini belirleyen büyüklük ise proton sayısıdır. İzoelektronik taneciklerin dağılımları aynı olsa da proton sayıları ve element kimlikleri farklı olabilir.
Örnek - 20
K, L ve M nötr atomlarının katman dağılımları sırasıyla 2, 8, 1; 2, 8, 7 ve 2, 8, 8’dir. Buna göre aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?
A) K’nin bir değerlik elektronu vardır.
B) L’nin yedi değerlik elektronu vardır.
C) M’nin son katmanı doludur.
D) K ile L’nin proton sayıları aynıdır.
E) Üç atomun elektron sayıları farklıdır.
K, L ve M nötr olduğundan toplam elektron sayıları aynı zamanda proton sayılarıdır: 11, 17 ve 18. Bu nedenle K ile L’nin proton sayıları aynı değildir; diğer ifadeler doğrudur.
