BG Portal | Bilgi-Eğlence

Bütün elementlerin atomları ortadaki bir çekirdek ile onun çevresindeki yörüngelerde dolanan çok küçük parçacıklardan oluşur. Bu çok küçük parçacıklara elektron, yörüngelerinin kümelendiği enerji katmanlarına da kabuk denir.

Çekirdeğin içinde de nötron ve proton denen başka parçacıklar vardır; atomun neredeyse bütün kütlesini çekirdekteki bu parçacıklar oluşturur.
Bir atomun kapladığı hacimde parçacıklar çok küçük bir alam kaplar, gerisi hep boşluktur; çünkü kütlenin büyük bölümü minicik bir çekirdeğin içinde yoğunlaşmıştır ve elektron kabuklarının çekirdeğe olan uzaklığı, atomun boyutlarıyla karşılaştırıldığında, çok fazladır. Üstelik bir elektronun kütlesi protonun ya da nötronun kütlesinin ancak 1.836'da biri kadardır. Ama elektronların bu kadar küçük olmasına karşılık, bir atomun davranışını, dolayısıyla maddenin özelliklerini belirleyen o atomdaki elektronların sayısı ve yerleşme düzenidir.

İngiliz fizikçi Sir Joseph John Thomson 1897'de Cambridge Üniversitesi'nde çalışırken, varlığı daha önceden bilinen ama ne olduğu açıklanamayan katot ışınlarını incelemeye karar vermişti. Bu ışınlar, havası tümüyle boşaltılarak içine iki metal levha yerleştirilmiş bir cam tüpün içinde oluşuyordu. Bu levhalara yüksek gerilimli bir elektrik akımı uygulandığında, eksi elektrik yüklü levhadan (katottan) artı elektrik yüklü levhaya (anota) doğru renkli bir ışık seli akıyordu. 1879'da Sir William Crookes bu ışınların eksi elektrik yüklü parçacıklardan oluştuğunu ileri sürmüştü. Thomson deneyleriyle bu kuramı doğrulayarak parçacıklara elektron adını verdi.

Her elektron, atom çekirdeğindeki bir protonun taşıdığı artı yüke eşit değerde bir eksi yük taşır (nötronların elektrik yükü yoktur). Proton ve elektronların sayıları eşit olduğu için bu ters işaretli yükler birbirini dengeler ve atom elektriksel olarak yüksüz (nötr) duruma gelir.

Enerji Kabukları

Maddeler arasındaki fiziksel ve kimyasal farklılığı yaratan atomlarındaki elektronların sayısı ile yerleşme düzenidir. Elektronlar çekirdekten belirli uzaklıkta yörüngeler çizerek bu merkezin çevresinde durmadan dolanır. Her birinde en çok iki elektron bulunabilen bu yörüngeler atomun içinde belirli bölgelere yığılarak çekirdeğin çevresinde birer kabuk oluşturur. Her elektron kabuğu ayrı bir enerji düzeyini gösterir; bu yüzden, bir elektron ne kadar enerji taşıyorsa ancak o enerji düzeyindeki kabukta yer alabilir. Çekirdekten uzaklaştıkça kabukların büyüklüğü ve enerji düzeyi de artar. Bir atomda en çok yedi kabuk bulunabilir ve çekirdeğe en yakın olan en düşük enerji düzeyini belirlediği için ilk önce bu kabuk dolar; elektronların sayısı arttıkça sıra öbür kabuklara gelir. Her kabuğun alabileceği elektron sayısının üst sınırı bellidir: Çekirdeğe en yakın olan kabukta yalnızca iki elektron, ikinci kabukta en çok sekiz, üçüncüde 18, dördüncüde de 32 elektron bulunabilir. Atomun kendi iç dengesini koruyabilecek ve başka atomlarla tepkimeye girmekten kaçınacak kadar kararlı bir yapıya kavuşabilmesi için en dış kabuğunun dolu olması gerekir; ama bu enerji düzeyinde yalnızca sekiz elektron bulunması da atomun kararlı olması için yeterlidir.

Elektronların çekirdek çevresindeki yerleşme düzenine atomun elektron yapısı denir. Elementlerin periyotlar cetvelindeki gruplaşmaları elektron yapılarının benzerliğiyle açıklanabilir. Atomların birleşme değerini belirleyen de bu yapıdır.Fizikçiler daha çok çekirdeğin ve en içteki elektron kabuklarının yapısıyla ilgilenirler; kimyacıların araştırmaları ise, kimyasal tepkimelerde çok önemli rol oynayan en dış kabuk üzerinde yoğunlaşır.

Tepkimelerde Elektronların Davranışı

Atomların birbirleriyle kimyasal tepkimeye girmelerinin temel amacı, elektronlarının yerleşme düzenini değiştirerek daha kararlı ve dengeli bir yapıya kavuşabilmektir. Ama en dış kabuktaki bütün eksik elektronları tamamlayarak o enerji düzeyinin üst sınırına ulaşmak çok kolay olmadığından, atomların çoğu dış kabuğunu hiç değilse sekiz elektrona tamamlama eğilimindedir. Çünkü daha önce de gördüğümüz gibi en dış kabuktaki sekiz elektron atoma kararlı bir yapı kazandırabilir. Bu konuyu daha iyi açıklayabilmek için, sodyum atomu ile klor atomu arasındaki kimyasal tepkimeyi ele alalım. Metal yapısında bir element olan sodyum atomunun en iç kabuğunda iki, ikincisinde sekiz, en dıştakinde ise yalnızca bir elektron vardır. Bu tek elektron, çekirdekteki artı yüklü protonların çekim kuvvetinden oldukça uzaktadır; bu nedenle, daha yakındaki bir artı yükün çekim etkisine kapıldığında atomdan kolayca kopabilir. Bu durumda sekiz elektronlu ikinci kabuk en dışta kalacağı için atom kararlı bir yapı kazanır. Klor gazının atomundaki üç kabukta ise sırasıyla iki, sekiz ve yedi elektron vardır. Demek ki dış kabuğundaki elektronların sayısını sekize tamamlamak için başka bir atomdan tek bir elektron alması gerekir.

Yapısından elektron kaybeden ya da fazladan elektron alan bir atomun elektrik yükü dengesi bozulur; böylece artı ya da eksi elektrik yüklü duruma gelen atomlara iyon denir.



İncelediğimiz örnekte, sodyum atomu en dıştaki elektronunu kaybederek artı yüklü sodyum iyonuna, klor atomu da en dıştaki kabuğuna fazladan bir elektron alarak eksi yüklü klor iyonuna dönüşmüştür. Karşıt yüklü oldukları için birbirlerini çeken sodyum ve klor iyonları birleşerek bir sodyum klorür (sofra tuzu) molekülü oluşturur. Atomlar arasındaki bu kimyasal bağa iyon bağı ya da elektrovalans bağı denir. Bazen de iki atom dış kabuklarmdaki elektronları "bölüşerek" ya da "ortaklaşa kullanarak" kararlı bir yapıya kavuşur; bu bir ortaklaşım bağı'dır.

Sodyum gibi metal yapısındaki elementlerin atomları elektron kaybetme eğilimindedir. Atom ne kadar büyükse en dış kabuktaki elektronlar çekirdeğin etkisinden o kadar uzakta kalacağı için atomdan ayrılmaları da o kadar kolay olur. Demek ki, atomu ne kadar büyükse metalin kimyasal etkinliği, yani tepkimeye girme eğilimi o kadar fazla olacaktır. Klor gibi ametal yapısındaki elementlerin atomları ise kimyasal tepkimeyle elektron kazanma eğilimindedir; bu yüzden, bu tür elementlerin atomları büyüdükçe kimyasal etkinlikleri de giderek azalır.

Elektronlar ve Elektrik

Elektrik akımı, elektronların bir maddenin içinden akması demektir.

Elektronların akışını, dolayısıyla elektrik akımının geçişini engellemeyen maddelere iletken denir. Metal atomlarının en dış kabuğun-daki zayıf bağlı elektronların ayrılması çok kolay olduğundan, bütün metaller elektriği çok iyi iletir. Ametaller ise elektronların geçmesine kolay kolay izin vermeyen yalıtkan maddelerdir.

Elektronlar eksi yüklü olduğu için, bir elektrik devresinde elektronların akış yönü eksi kutuptan artı kutba doğrudur.
Polietilen gibi bazı maddeler bir kumaş parçasına sürterek elektrik yüklenebilir. Sürtünmeyle elektriklenme denen bu olayda, kumaştaki bazı elektronlar sürtünmenin etkisiyle kumaştan ayrılarak polietilene geçer. Bu durumda kumaş artı elektrik yüklenir; polietilen ise kazandığı bu zayıf bağlı elektronlar kaçıp gidinceye kadar eksi elektrik yükünü korur. Sürtünmeyle elektron kazanarak ya da kaybederek artı ya da eksi elektrik yüklenen bu maddelerin elektriğine statik ya da durgun elektrik denir. Naylondan ya da başka bir yapay (sentetik) elyafli kumaştan yapılmış giysileri üzerimizden çıkarırken ışıltısını gördüğümüz, hatta çıtırtısını işittiğimiz kıvılcımlar, kumaşın üzerinde statik elektrik yükü olarak biriken elektronların önce havaya, oradan da en yakındaki artı yüklü nesne olan vücudumuza sıçramalarından kaynaklanır.

BendenGecti