Atom Yapısı ve Orbitaller - Ödev Konusu - Performans Ödevleri


01. Atom Yapısı ve Orbitaller

Atom, merkezinde (+) yüklü çekirdek ve etrafında elektronlardan meydana gelmiştir. Atomlar elektrikçe yüksüzdür ve temel tanecikleri protonlar, nötronlar ve elektronlardan oluşmuştur.

Taneciğin Adı Sembolü Bağıl Yükü Yükü Kütlesi (g)
Proton p +1 1,6x10-19 1,673x10-24
Nötron n 0 0 1,675x10-24
Elektron e -1 -1,6x10-19 9,11x10-28

Bir elementin atom numarası (Z), proton sayısı (p) na eşittir. Yüksüz atomlarda, proton sayısı (p) elektron sayısına (e) eşittir.
Kütle numarası (A) ise proton ve nötron sayılarının toplamına eşittir.

A= p + n

A
Z X şeklinde gösterilir.

Elektronları çekirdek etrafında bir bulut şeklinde göstermek mümkündür. Bulutların yoğun olduğu yerlerde elektronların bulunma olasılığı fazladır ve bulutlar orbital olarak adlandırılır. Orbitaller s, p, d, f harfleriyle isimlendirilir. Buna aynı zamanda açısal momentum kuantum sayısı denir ve l harfi ile gösterilir.


Baş kuantum sayısı (n) orbitalin temel enerji düzeyini, n2 ise orbital sayısını verir. Her orbitalde en fazla 2 elektron bulunur.

n =1 ise sadece s orbitali
n = 2 ise s ve p orbitali
n = 3 ise s, p, d orbitali
n = 4 ve yukarısında ise s, p, d, ve f orbitali bulunmaktadır.


01.01. Orbitaller

01.01.01. s orbitali

S orbitali küresel simetrik bir yapı gösterir . En fazla 2 elektron alır. Baş kuantum sayısı büyüdükçe s orbitalinin enerjisi artar.

01.01.02. p orbitalleri

İkinci veya daha üst temel enerji düzeylerinde bulunur. Px, Py ve Pz olarak 3 orbitali vardır ve toplam 6 elektrona sahiptir.

01.01.03. d orbitali

Üçüncü ve daha üst temel enerji düzeylerinde bulunur. 5 orbitali ve toplam 10 elektronu vardır.

01.01.04. f orbitali

Dördüncü ve daha üst temel enerji düzeylerinde bulunur7 orbitali ve toplam 14 elektronu vardır.


02. Elektron Dağılımı


Elektronlar orbitallere doldurulurken yukarıdaki sıra takip edilir.

• Önce cekirdeğe en yakın olan en düşük enerjili olan 1s orbitalinden başlanır (Aufbau kuralı)
• Bir orbitalde en fazla iki elektron olabilir. Bu elektronların spinleri (dönme yönleri) farklı olmalıdır (Pauli kuralı)
• Hund kuralına göre eşit enerjili orbitallerin (px, py, pz) her biri bir elektron almadıkça ikinci elektronu almazlar.

11Na 1s2 2s22p63s1


27Co 1s2 2s22p63s23p64s23d7

46Pd 1s2 2s22p63s23p64s23d104p65s24d8

Bazı elementlerin elektron dizilişleri Aufbau kuralına uymadığı görülmektedir. Bu duruma örnek olarak 24Cr ve 42 Mo verilebilir.

24Cr 1s2 2s22p63s23p64s23d4 şeklinde bir elektron dağılımı yapması beklenirken

1s2 2s22p63s23p64s13d5 şeklinde bir dağılım gösterir.


Bunun sebebi n(s) ve (n-1)d orbitallerinin enerjileri birbirine çok yakındır. n(s) ve (n-1)d orbitali yarı veya tam dolu olduğu zaman daha karalı olacağından dağılım bu şekilde olur.


42 Mo 1s2 2s22p63s23p64s23d104p65s24d4 olması beklenen elektron dağılımı

1s2 2s22p63s23p64s23d104p65s14d5 şeklinde olur.

Elementlerden elektron koparırken (iyonlaşma) baş kuantum sayısı en büyük olan orbitalden elektron uzaklaştırılır.

Atomun elektron dizilişi yapıldıktan sonra baş kuantum sayısına göre tekrar sıraya dizilmesi yapacağımız işlemler sırasında bize kolaylık sağlıyacaktır.

11Na 1s2 2s22p63s1 11Na1+ 1s2 2s22p6

Eğer baş kuntum sayıları eşit ise bu sefer en yüksek orbitalden elektron uzaklaştırılır.

31Ga 1s2 2s22p63s23p64s23d104p1

1s2 2s22p63s23p63d104s24p1

Bu elektron dizilişini yaptıktan sonra baş kuantum sayısına göre tekrar sıraya dizersek
en yüksek baş kuantum sayısında (4) iki orbital olduğu için (s, p) en yüksek enerjili orbital olan p orbitalinden elektron uzaklaştırılır.

31Ga1+ 1s2 2s22p63s23p6 3d104s2


03. Elementlerin Periyodik Tablodaki Yerinin Bulunması

Elementin periyodik tablodaki yerini bulurken öncelikle elektron dizimi yapılır. Değerlik elektronları toplamı o atomun hangi grupta olduğunu, baş kuantum sayısı da hangi peryotta olduğuna dair bilgi verir.

s- bloku: Baş kuantum sayısı en büyük olan yörünge s orbitali ile bitmiştir. Bu 1A ve 2A gruplarını içerir.

11Na 1s2 2s22p63s1 3.peryod 1A grubu (3s1)

p-bloku: Baş kuantum sayısı en büyük olan yörünge p orbitali ile bitmiştir. Bu 3A, 4A, 5A, 6A, 7A ve 8A gruplarını içerir.

35Cl 1s2 2s22p63s23p64s23d104p5 Baş kuantum sayısına göre sıraya dizilir.

1s2 2s22p63s23p63d104s24p5 4.peryod 7A grubu (4s24p5 )


13Al 1s2 2s22p63s2 3p1 3.peryod 3A grubu (3s23p1)


d-bloku: (n-1) elektron kabuğundaki (son kabuktan bir önce) d orbitalleri doludur. 3B, 4B, 5B, 6B, 7B, 8B, 1B ve 2B gruplarını kapsar.

24Cr 1s2 2s22p63s23p64s23d4 4. peryod 6B grubu (4s23d4 )


f-bloku: (n-2) elektron kabuğundaki f orbitalleri doludur. Lantanitler ve aktinitler bu bloğun elementleridir.

04. Elementlerin Periyodik Özellikleri


04.01 Atom Çapı

Periyodik tabloda aynı grup içerisinde yukarıdan aşağıya doğru gidildikçe atom yarıçapı artar. Baş kuantum sayısı arttıkça yörünge sayısı artar ve değerlik elektronları çekirdek tarafından daha az çekilir.

Soldan sağa gidildikçe yeni yörünge eklenmediği için değerlik elektronların çekirdek tarafından çekim kuvveti artacağı için atom çapı azalır.

04.02. İyonlaşma Enerjisi

Gaz halindeki nötr bir atomdan elektron koparmak için atoma verilmesi gereken enerjiye iyonlaşma enerjisi denir.


Periyodik tabloda aynı grup içerisinde yukarıdan aşağıya doğru gidildikçe çekirdeğin elektronları çekme kuvveti az olduğundan, son yörüngedeki elektronu koparmak için az enerjiye ihtiyaç vardır. Bu nedenle iyonlaşma enerjisi azalır.

Soldan sağa doğru gidildikçe değerlik elektronların çekirdek tarafından çekim kuvveti artacağı için son yörüngedeki elektronu koparmak için büyük bir enerjiye ihtiyaç vardır. Bu nedenle iyonlaşma enerjisi artar.

04.03. Elektron İlgisi

Gaz halindeki nötr bir atomun bir elektron alarak negatif yüklü iyon haline geçerken açığa çıkan enerjiye elektron ilgisi denir.

Periyodik tabloda aynı grup içerisinde yukarıdan aşağıya doğru gidildikçe elektron ilgisi azalır. Fakat ikinci periyotta bir sapma olur. Bunun sebebi ise atom yarıçapları küçük olduğu için elektronlar arası itme fazladır ve sebepten dolayı elektron eklemek zordur. Cl periyodik tablodaki elektron ilgisi en büyük atomdur. Elektron ilgisi periyodik tabloda çok düzenli değildir