Atomun Elektronik Yapısı ve Periyodik Çizelge

James Clerk Maxwell 1873 yılında ışığın elektromagnetik dalgalardan oluştuğuna ilişkin kuramı ortaya atmış ve bu kurama göre elektromagnetik ışıma, birbirine dik elektrik (E) ve magnetik (H) alan bileşenlerine sahip olup dalgalar halinde enerjinin yayılması ve iletilmesidir.

Dalga üstündeki bir noktadan bir saniyede geçen dalga sayısına frekans (ν) denir.

Dalganın orta çizgisinden tepesine olan mesafeye genlik denir.

Planck elektromagnetik enerjinin soğurulan veya yayımlanan en küçük miktarını kuantum olarak adlandırmıştır.

Fotoelektrik etki, bir metal yüzeyine ışıma yapılığında ancak belirli bir frekanstan daha büyük frekanslarda metal yüzeyindeki elektronların koparılabilmesi olayıdır.

Farklı dalgaboylarında çok sayıda ışından oluşan bir beyaz ışık (güneş ışığı) demeti, bir prizmadan geçirilip fotoğraf filmi üzerine düşürülürse mordan kırmızıya uzanan kesiksiz bir renk bandı oluşturduğu görülür. Bu nedenle beyaz ışıktan elde edilen bu renk yelpazesine sürekli spektrum denir.

Gaz veya buhar haline getirilmiş elementlerde çok yüksek sıcaklıklara ısıtılırsa ışıma yaparlar. Böyle bir ışıma beyaz ışıkta olduğu gibi, bir prizmadan geçirilirse elde edilen spektrumda belirli yerlerde ancak sınırlı sayıda ve farklı renklerde çizgiler oluşur. Oluşan birkaç çizginin dışındaki yerlerin karanlık kaldığı, sürekli olmayan (kesikli) bir spektrum elde edilir. Böyle bir spektruma atom spektrumu (çizgi spektrumu) denir.

Elementler ışıma yaptıkları dalgaboylarında aynı zamanda soğurma da yaparlar. Örnek olarak beyaz ışık önce içi hidrojen gazı ile doldurulmuş bir tüpten ardından bir prizmadan geçirilirse bu kez hidrojenin yayınma spektrumunda gözlenen dalgaboylarına rastgelen dalgaboylarında siyah çizgiler elde edilir. Yani siyah çizgilere denk gelen dalga boylarındaki ışımalar yoktur, bu dalgaboylarına sahip ışımalar tüpteki hidrojen tarafından soğurulmuştur. Hidrojen gazının soğurması nedeniyle oluşan bu spektruma hidrojenin çizgi soğurma spektrumu denir.

Bohr klasik fiziğin atomun yapısını açıklamakta yetersiz olduğunu görmüş ve atomun yapısını açıklamak için bazı kabuller yapmıştır. Bunlar;
• Atomda elektronun çekirdekten belirli uzaklıklarda (yarıçaplarda) bulunan
yörüngelerde hareket etmesine izin vardır ve bu yörüngeler belirli enerjilere sahiptirler. Elektronun bulunmasına izin verilen yörüngedeki enerjisi daima sabittir ve elektron yörüngede bulunduğu müddetçe enerji kaybetmez.
• Elektron ancak bulunmasına izin verilen yörüngeler arasında geçiş yapabilir. Böyle bir geçişte elektron Planck eşitliği ile hasaplanabilen enerji miktarı (kuant) kadar enerji soğurur veya yayumlar.

Hidrojen atomu için en düşük enerjili hal n=1 iken olmakta ve bu hale atomun temel hali denmektedir.

n≥2 iken atom temel hale göre daha yüksek enerjili olup bu hal atomun uyarılmış halidir.

Erwin Schrödinger 1927 yılında elektronun dalga ve tanecik özelliklerine dayanarak davranışını ve enerjisini ifade eden bir denklem türetmiştir. Bu denkleme Schrödinger denklemi denilmektedir. Bu denklemin hidrojen atomu için çözümleri elektronun dalga fonksiyonları olarak adlandırılır ve ψ (psi) ile gösterilir.

Schrödinger denkleminin matematiksel çözümlerinden üç kuantum sayısı çıkmaktadır ve bu üç kuantum sayısı dalga fonksiyonlarını tanımlamaktadır. Dalga fonksiyonlarına orbital denir.

Magnetik kuantum sayısı (ml), atomdaki herhangi bir alt enerji seviyesinde bulunan orbital sayısını gösterir. Açısal momentum kuantum sayısına bağlı olarak magnetik kuantum sayısı (2l+1) sayıda farklı ml değerini alabilir.

Bir atom da elektronlar eş enerjili orbitallere yerleştirilirken en çok sayıda eşleşmemiş olacak şekilde orbitallere yerleştirilirler. Yani eş enerjili orbitallere elektronlar önce teker teker yerleştirilmelidir. Bu kurala Hund kuralı denir.

Orbitallerinde çiftleşmemiş elektronlara sahip bileşiklerde ise spini bir yöne olan elektronların sayısı diğer yöne olanlardan fazla olur. Bu durumda bu tür atomlar bir magnetik alan oluşturur ve dış bir magnetik alan tarafından çekilirler. Bu tür bileşiklere paramagnetik bileşikler denir.

Atomlar ve iyonlar çekirdekleri etrafında aynı sayıda elektronlara sahip olabilmektedirler. Bu atomlara ve iyonlara izoelektronik denir.

İyonlaşma enerjisi, gaz halindeki bir atomdan veya iyondan bir elektron koparmak (uzaklaştırmak) için gerekli enerjidir.

Elektron ilgisi, gaz halinde nötr bir atomun elektron alması sırasındaki enerji değişimidir.

Bir atomdan elektron uzaklaştırılıyorsa bunun için gerekli enerji birinci iyonlaşma enerjisidir.