ÖABT Fen Bilimleri Kimya: Atom ve Periyodik Sistem konu anlatımı

Atom ve Periyodik Sistem, ÖABT Fen Bilimleri alan bilgisinin kimya bölümünde hem doğrudan soru olarak hem de bağlar, tepkimeler ve asit–baz gibi sonraki konuların altyapısı olarak karşına çıkar. Ortaokul programında 7. sınıfta "Maddenin Yapısı ve Özellikleri", 8. sınıfta "Periyodik Sistem" üniteleriyle işlenen bu konuyu öğretmen adayı olarak lisans düzeyinde bilmen beklenir: elektron dizilimini orbitallerle yazmak, periyodik özelliklerin nedenini açıklamak ve atom modellerinin tarihsel gelişimini yorumlamak.

Konu üç ana parçadan oluşur: atom modelleri (Dalton'dan modern atom teorisine), atomun yapısı ve elektron dizilimi (atom altı tanecikler, kuantum sayıları, orbitaller) ve periyodik sistem (grup–periyot bulma, periyodik özelliklerin değişimi). Sorular genellikle kısa bir hesap, bir sıralama ya da bir modelin neyi açıklayıp neyi açıklayamadığı üzerine kuruludur.

Atom modelleri

Atomun yapısı

Kuantum sayıları ve orbitaller

• Spin kuantum sayısı (mₛ = +½ veya −½).
• Alt kabuk kapasiteleri: s² , p⁶ , d¹⁰ , f¹⁴.

Elektron dizilimi kuralları

Periyodik sistemde yer bulma

Hidrojen atomu için Bohr bağıntısı

• Eₙ = −13,6 / n² eV. Geçişte yayılan foton enerjisi ΔE = 13,6 · (1/n₁² − 1/n₂²) eV (n₁ < n₂).
• Bir fotonun enerjisi E = h·ν = h·c/λ; enerji büyüdükçe dalga boyu küçülür.

Periyodik özelliklerin değişimi

• Periyotta soldan sağa çekirdek yükü artar, katman sayısı aynı kalır; elektronlar daha çok çekilir, yarıçap küçülür.
• Grupta aşağı inildikçe katman sayısı artar; değerlik elektronları çekirdekten uzaklaşır, iç elektronlarca perdelenir.

• Elektronegatifliği en yüksek element flordur (F).

Örnek 1. ⁵⁶₂₆Fe³⁺ iyonunun proton, nötron ve elektron sayılarını bulunuz.

Çözüm: Proton sayısı atom numarasıdır: p = 26. Nötron sayısı n = A − Z = 56 − 26 = 30. İyon yükü = p − e olduğundan +3 = 26 − e → e = 23. İyon oluşurken proton ve nötron sayısı değişmez; yalnızca elektron sayısı değişir.

Örnek 2. ₂₆Fe atomunun elektron dizilimini yazınız; periyodik sistemdeki yerini ve eşleşmemiş elektron sayısını bulunuz.

Çözüm: 26 elektron Aufbau sırasıyla yerleştirilir: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶ (kısaca [Ar] 4s² 3d⁶). En büyük baş kuantum sayısı 4 olduğundan 4. periyottadır. Son elektron d orbitaline girdiği için d bloğundadır; 4s ve 3d elektronları toplamı 2 + 6 = 8 → 8. grup (8B). 3d⁶ için Hund kuralına göre beş d orbitaline önce birer elektron, altıncı elektron ise birinciyle eşleşir: ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ → 4 eşleşmemiş elektron.

Örnek 3. Klorun doğada kütle numarası 35 olan izotopu %75, kütle numarası 37 olan izotopu %25 oranında bulunmaktadır. Klorun ortalama atom kütlesini hesaplayınız.

Çözüm: Ortalama atom kütlesi = 35 · 0,75 + 37 · 0,25 = 26,25 + 9,25 = 35,5. Sonucun, bolluğu fazla olan izotopun kütlesine (35) daha yakın çıkması beklenir; bu bir sağlama yoludur.

Örnek 4. ₁₁Na, ₁₂Mg ve ₁₃Al atomlarının birinci iyonlaşma enerjilerini büyükten küçüğe sıralayınız.

Çözüm: Üçü de 3. periyottadır; genel eğilime göre soldan sağa iyonlaşma enerjisi artar ve Na en küçük olur. Ancak Mg (3s²) ile Al (3s² 3p¹) arasında sapma vardır: Al'nin koparılan elektronu daha yüksek enerjili 3p orbitalindedir ve 3s elektronlarınca perdelenir, bu yüzden daha kolay kopar. Sıralama: Mg > Al > Na (yaklaşık 738, 578 ve 496 kJ/mol).