1.2 : Atomların Elektronik Yapısı

Bir atom, çekirdek adı verilen yoğun, merkezi çekirdeğin içinde yer alan protonlardan ve nötronlardan ve çekirdeğin etrafında bulunan elektronlardan oluşur. Kuantum mekaniği, elektronların dalga-parçacık ikiliğini ve çekirdeğin etrafındaki konum belirsizliğini hesaba katarak atom yapısı için daha doğru bir model sağlar. Atomik yörüngeleri, çekirdeğin etrafındaki, ayrı enerjiye sahip elektronların bulunduğu ve dört kuantum sayısı ile karakterize edilen bölgeler olarak tanımlar: n, l, m_l ve m_s.

Kuantum mekanik modeli

Bir atom, elektronlarla çevrelenmiş küçük, pozitif yüklü bir çekirdekten oluşur. Çekirdekte protonlar ve nötronlar bulunur. Protonların yükü +1 ve kütlesi 1,0073 amu'dur. Nötronların yükü sıfırdır ve kütlesi 1,0087 amu'dur. Elektronların yükü -1 ve kütlesi 0,00055 amu'dur. Çekirdekteki protonların sayısına atom numarası (Z) denir ve bir atomun temel kimliğini tanımlar. Çekirdekteki proton ve nötron sayılarının toplamına kütle numarası denir ve amu cinsinden ifade edilen atomun kütlesine yaklaşık olarak eşittir. Bir atom eşit sayıda elektron ve proton içerdiği zaman nötrdür.

Elektronların çekirdek etrafındaki dağılımını açıklayan atom yapısını tanımlamak için çeşitli modeller önerildi. De Broglie ilişkisi, elektronların hem parçacık hem de dalga özelliklerine sahip olduğunu belirledi. Bu dalga-parçacık ikiliğini daha da ölçerek Heisenberg belirsizlik ilkesini verdi: Elektronun konumu (parçacık doğasıyla ilişkili) ve hızı veya enerjisi (dalga doğası ile ilişkili) aynı anda tam hassasiyetle belirlenemez. Kuantum mekaniksel model atom yapısının daha doğru bir resmini verir. Bir atomda bulunan belirli bir enerjiye sahip bir elektronun üç boyutlu konumunu, dalga fonksiyonunun karesi (ψ^2) cinsinden olasılıksal bir şekilde tanımlar. Atomik dalga fonksiyonları veya atomik yörüngeler, bir atomda elektronların bulunma olasılığının en yüksek olduğu bölgeleri tanımlar.

Bir atomik yörünge üç kuantum sayısıyla karakterize edilir. Temel kuantum sayısı, n, yörüngeleri enerji seviyesinin veya 'kabuğun' konumuna göre gruplandırır. Açısal momentum veya azimut kuantum sayısı, l, yörüngeleri şekillerine göre 'alt kabuklar' halinde gruplandırır. 0'dan n – 1'e kadar tamsayı değerlerine sahiptir ve şu harflerle temsil edilir: s (l = 0), p (l = 1), d (l = 2), f (l = 3), g (l = 4) ve h (l = 5). –l ila +l arasında değişen 2l + 1 değerlerine sahip manyetik kuantum sayısı m_l, yörüngenin uzaydaki yönelimini tanımlar. Ek olarak, her elektronun ±1/2'ye eşit olabilen bir spin kuantum sayısı (m_s) vardır. Aynı atomdaki iki elektron, dört kuantum sayısının tamamı için aynı değerlere sahip olamaz.

Bu metin ’den uyarlanmıştır Openstax, Chemistry 2e, Section 6.