Konu anlatımı
Sofra tuzu alevde sarı, bazı bakır bileşikleri yeşilimsi bir renk verir. Her elementin kendine özgü renkler yayması, atomda elektronların belirli enerji düzeylerinde bulunduğunu gösterir. Bu alt başlıkta Bohr modelini, modelin ışınla ilişkisini, sınırlılıklarını ve modern atom teorisini hesaba girmeden göreceksin.
Enerji düzeyleri
Niels Bohr, hidrojen atomu için şu modeli önerdi: elektronlar çekirdek çevresinde belirli uzaklıklardaki yörüngelerde, yani enerji düzeylerinde (katmanlarda) bulunur ve bir düzeyde dolanırken enerji kaybetmez. Çekirdeğe en yakın düzey en düşük enerjilidir; dışa doğru düzeylerin enerjisi artar. Elektronların bulunabilecekleri en düşük enerji düzeylerinde olduğu duruma temel hâl, daha yüksek bir düzeye çıktıkları duruma uyarılmış hâl denir.
Işın soğurma ve yayma
Temel hâldeki bir elektron, iki düzey arasındaki enerji farkına tam olarak eşit enerjiyi soğurursa üst düzeye çıkar. Uyarılmış hâl kararsızdır; elektron kısa sürede alt düzeye döner ve aradaki enerji farkını ışın olarak yayar. Düzeyler arasındaki enerji farkları her elementte farklı olduğu için her element yalnızca kendine özgü belirli renklerde ışın yayar ve soğurur. Bu yüzden elementlerin spektrumları sürekli değil, çizgilidir ve bir parmak izi gibi elementi tanıtır. Havai fişeklerin renkleri, sodyum buharlı lambaların sarı ışığı ve alev deneylerindeki renkler bu olayla açıklanır.
Bohr modelinin sınırlılıkları
Bohr modeli hidrojen atomu gibi tek elektronlu taneciklerin (H, He⁺, Li²⁺) spektrumlarını başarıyla açıkladı, ancak çok elektronlu atomların spektrumlarını açıklayamadı. Ayrıca elektronun çekirdek çevresinde belirli bir yörüngede ve belirli bir uzaklıkta dolandığını varsayıyordu; sonraki çalışmalar elektronun yerinin bu kadar kesin belirlenemeyeceğini gösterdi.
Modern atom teorisi: bulut modeli
Modern atom teorisine göre elektronun çekirdek çevresinde izlediği belirli bir yol yoktur; yalnızca elektronun bulunma olasılığının yüksek olduğu bölgelerden söz edilebilir. Bu bölgeler çekirdeği saran bir bulut gibi düşünülür; bulutun yoğun olduğu yerde elektronun bulunma olasılığı yüksektir. Bu yüzden modern modele bulut modeli de denir. Enerji düzeyi (katman) kavramı modern modelde de kullanılır; TYT'de elektron dağılımları katmanlarla yazılır.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Temel hâldeki bir atomun elektronu enerji soğurarak üst düzeye çıkıyor, bir süre sonra yeniden temel hâle dönüyor. Bu süreçte neler olur?
Çözüm. Elektron, iki düzey arasındaki enerji farkına eşit enerjiyi soğurunca üst düzeye çıkar ve atom uyarılmış hâle geçer. Uyarılmış hâl kararsız olduğu için elektron alt düzeye döner ve soğurduğu enerji farkını ışın olarak yayar. Yayılan ışının rengi düzeyler arasındaki enerji farkına bağlıdır ve her element için kendine özgüdür.
Örnek 2. Hidrojenin çizgi spektrumunu açıklayabilen Bohr modelinin yerini neden modern atom teorisi aldı?
Çözüm. Bohr modeli yalnızca tek elektronlu taneciklerin spektrumlarını açıklayabildi; çok elektronlu atomların spektrumlarını açıklayamadı. Model ayrıca elektronun yerini kesin bir yörünge üzerinde tanımlıyordu. Modern atom teorisi elektronun yerinin kesin belirlenemeyeceğini kabul eder ve elektronları bulunma olasılıklarının yüksek olduğu bölgelerle, yani elektron bulutuyla anlatır.
Sık yapılan hatalar
- Elektronun her miktarda enerji soğurabileceğini sanmak; yalnızca düzeyler arasındaki farka eşit enerjiyi soğurur.
- Elektron üst düzeye çıkarken ışın yaydığını sanmak; ışın, elektron alt düzeye dönerken yayılır.
- Bohr modelinin bütün atomları açıkladığını düşünmek; model tek elektronlu taneciklerle sınırlıdır.
- Soğurma: elektron üst düzeye çıkar. Yayma: elektron alt düzeye döner ve ışın verir.
- Her elementin çizgi spektrumu kendine özgüdür.
- Modern model: elektronun yeri kesin değil, bulunma olasılığı yüksek bölgeler (elektron bulutu) vardır.