Konu anlatımı
Atom modelleri, deneylerle elde edilen bulguları açıklamak için kurulan zihinsel resimlerdir. Yeni bir bulgu eski modelle açıklanamayınca model değiştirilir; bu, bilimin nasıl ilerlediğinin güzel bir örneğidir. Bu alt başlıkta ilk üç modeli, her birinin neyi açıkladığını ve hangi noktada yetersiz kaldığını göreceksin.
Dalton atom modeli
19. yüzyılın başında John Dalton şu görüşleri ileri sürdü: maddeler bölünemeyen ve yok edilemeyen atomlardan oluşur; aynı elementin atomları kütle ve büyüklük bakımından özdeştir, farklı elementlerin atomları farklıdır; kimyasal tepkimelerde atomlar yok olmaz, yalnızca yeniden düzenlenir; bileşikler farklı atomların belirli tam sayı oranlarında birleşmesiyle oluşur. Dalton atomu içi dolu, bölünemez bir küre olarak düşündü. Bu model kütlenin korunumunu ve sabit oranları açıklar. Atomun daha küçük taneciklerden oluştuğu ve aynı elementin farklı kütlede atomlarının (izotopların) bulunduğu anlaşılınca modelin iki varsayımı geçerliliğini yitirdi.
Thomson atom modeli
Joseph John Thomson, atomun içinde negatif yüklü elektronların bulunduğunu gösterdi. Atom elektrik yükü bakımından nötr olduğuna göre pozitif yük de içermeliydi. Thomson'ın modelinde atom pozitif yüklü bir küredir ve elektronlar bu kürenin içine üzümlü kekteki üzümler gibi dağılmıştır; pozitif ve negatif yükler eşit olduğu için atom nötrdür. Model atomun bölünebildiğini ve elektron içerdiğini açıkladı, ama pozitif yükün ve kütlenin atomda nasıl dağıldığını yanlış tanımladı; bu modelde çekirdek yoktur.
Rutherford atom modeli
Ernest Rutherford, çok ince bir altın levhaya pozitif yüklü alfa parçacıkları gönderdi. Parçacıkların büyük çoğunluğu levhadan sapmadan geçti, bir kısmı küçük açılarla saptı, çok azı ise geri döndü. Rutherford bu sonuçlardan atomun hacminin büyük kısmının boşluk olduğunu, pozitif yükün ve kütlenin neredeyse tamamının çok küçük bir hacimde, çekirdekte toplandığını ve elektronların çekirdeğin çevresinde dolandığını çıkardı. Bu modele gezegen modeli de denir. Rutherford çekirdekteki pozitif yüklü taneciklere proton adını verdi; nötronun varlığını ise 1932'de James Chadwick gösterdi.
Rutherford modeli, elektronların çekirdek çevresinde nasıl kararlı kaldığını ve atomların neden yalnızca belirli renklerde ışık yaydığını açıklayamadı; bu sorular Bohr modelinin doğmasına yol açtı.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Rutherford deneyinde alfa parçacıklarının çoğunun sapmadan geçmesi, bir kısmının sapması ve çok azının geri dönmesi hangi sonuçlara götürdü?
Çözüm. Parçacıkların çoğunun sapmadan geçmesi atomun büyük kısmının boşluk olduğunu gösterir. Pozitif yüklü alfa parçacıklarının bir kısmının sapması, atomda pozitif yüklü bir bölge bulunduğunu düşündürür. Çok azının geri dönmesi ise bu pozitif bölgenin çok küçük bir hacimde yoğunlaştığını ve kütlenin neredeyse tamamını taşıdığını, yani çekirdeğin varlığını ortaya koyar.
Örnek 2. Şu yargılardan hangileri Dalton atom modeline aykırıdır? I. Aynı elementin kütlesi farklı atomları vardır. II. Atom, daha küçük taneciklerden oluşur. III. Kimyasal tepkimelerde atomlar yok olmaz, yeniden düzenlenir.
Çözüm. Dalton aynı elementin bütün atomlarının özdeş olduğunu ve atomun bölünemediğini kabul ediyordu; bu yüzden izotopların varlığını anlatan I ile atomun proton, nötron ve elektrondan oluştuğunu anlatan II bu modele aykırıdır. III ise Dalton'un da savunduğu bir görüştür ve kütlenin korunumu kanununu açıklar; bugün de geçerlidir.
Sık yapılan hatalar
- Thomson modelinde çekirdek olduğunu sanmak; çekirdek kavramı Rutherford modeliyle gelmiştir.
- Rutherford deneyinde parçacıkların çoğunun geri döndüğünü sanmak; çoğu sapmadan geçmiştir.
- Dalton modelinin hiçbir yargısının bugün geçerli olmadığını düşünmek; atomların tepkimelerde yok olmaması hâlâ geçerlidir.
- Dalton: bölünemez, içi dolu küre; aynı elementin atomları özdeş.
- Thomson: pozitif küre içinde dağılmış elektronlar; çekirdek yok.
- Rutherford: atomun çoğu boşluk; pozitif yük ve kütle çekirdekte.