Atom Yapısı, Elektron ve Elektrik Yükü

Konu Anlatımı

Bu derste ne öğreneceğiz

Bu konuda atomun yapısını ve proton, nötrön ile elektronun görevlerini öğreneceksiniz. Değerlik elektronu kavramını kullanarak madenin iletken, yarı iletken veya yalıtkan davranışını açıklayacaksınız.

Ön bilgi

Maddenin çok küçük parçacıklardan oluştuğunu ve bu parçacıkların hareket edebildiğini bilmek yeterlidir. Bir cismi elektrikle çarptığının yük taşıması olduğunu duymuş olmak konuyu kolaylaştırır.

• Atomda pozitif ve negatif yükler dengededir.
• Yüklü parçacıkların hareketi akım oluşturur.
• Elektron sayısı malzemenin iletkenliğini belirler.

Atom modeli

Atomun merkezinde pozitif yüklü proton ve yüksüz nötrön bulunur; bu çekirdek çevresinde negatif yüklü elektron yörüngelerde döner. Proton sayısının tanımladığı atom numarası elementi kimliği belirler. Elektronlar elektronik enerji seviyelerinde düzenli olarak yer alır. Bir katmanın taşıyabildiği maksimum elektron sayısı sınırlıdır ve en dıştaki kabul edilen katmanın elektronuna değerlik elektronu denir. Kimyasal davranış ve elektriksel özellikler çoğunlukla bu elektronlarca belirlenir.

İletken, yarı iletken ve yalıtkan

Madde; değerlik elektronları az olduğu için bu elektronlar kolayca uzaklaşabilir ve iletkenlik yüksektir. Yarı iletken; iletken ile yalıtkan arasında bir özellik gösterir; değerlik elektronu sayısı orta düzeyde olduğundan ısı ve katkı malzemesi ile iletkenliği ayarlanabilir. Yalıtkan; değerlik elektronlar sıkıca bağlı olduğu için yük taşıyıcıları serbest dolaşımda değildir ve elektriği iletmez. Serbest elektron; bir iletkendeki bağımsız iletimi sağlayan elektrondur; potansiyel farkı uygulandığında bu elektronların düzenli hareketi akım oluşturur.

Basit örnek ve günlük yaşam

Bakır bir kablo, boyalı plastik bir kaplamayla gema döşenir. İçteki bakır serbest elektronlarıyla akımı taşır, dıştaki plastik yalıtkan ise akımın dışarı kaçmasını engeller. Yalıtkan seçimi güvenlik açısından kritiktir.

Adım adım çözülmüş örnek

Soru: Değerlik elektronu sayısı az olan bir elementin elektriksel davranışını nasıl değerlendirmelisiniz?

Adım 1: Elementin en dıştaki katmanındaki elektron sayısı belirlenir.

Adım 2: Değerlik elektronu sayısının az olduğu görülür.

Adım 3: Bu elektronların çekirdeğe bağı zayıf olacağı çıkarımı yapılır.

Adım 4: Elektronların kolayca serbest kalabildiği ve hareket edebildiği sonucuna varılır.

Adım 5: Malzemenin iyi bir iletken olacağı değerlendirilir.

İleri örnek

Bir yarı iletken örneğinde kendiliğinden çok az serbest yük taşıyıcısı vardır. Uygun madde eklenerek taşıyıcı sayısı kontrol altına alınabilir ve yarı iletken sayesinde elektronik anahtarlama mümkün olur. Bir iletkende ise akım her zaman elektron akışıdır; yön olarak elektronların tersi alışılmış yön olarak kabul edilir. Yalıtkanın serbest taşıyıcısı az olduğundan yüzeye biriken yük yer değişim güçlüğü nedeniyle statik elektrik olaylarına sahne olur. Bu ayrım bir kablonun neden bakır ve plastikten üretildiğinin temelini oluşturur.

Kavram karşılaştırma tablosu

Sık yapılan hatalar

Yalıtkanın yük taşıyıcısı olmadığını düşünmek yaygın hatadır; yalıtkanlarda çok az sayıda taşıyıcı vardır ama bağımsız iletkenlik söz konusu değildir. İkincil hata akımın yönünü elektron akışının tersi olarak düşünmemektir. Üçüncü hata yarı iletkeni yalnızca kötü iletken saymaya neden olur ve yarı iletkenin katkılama ile ayarlanabilirliğini gözden kaçırma.

Özet

Atom proton nötrön ve elektrondan oluşur; değerlik elektronlar malzemenin elektriksel davranışını belirler. Madde iletkende serbest elektron çok olduğu için akımı iyi taşır, yalıtkanda ise çok az olduğu için elektriği iletme yükümlülüğü yoktur. Yarım iletkende katkılama ile iletgenlik kontrol edilebilir. Elektronların düzenli hareketi akım oluşturur ve alışılmış akım yönü tersi yönünde ele alınır.

Kendini dene

1. Bir bakır telin ve plastik kablonun akım taşımasındaki farkı açıkla. 2. Değerlik elektronu kavramını bir katıf oluşturarak anlat. 3. Bir yarı iletkenin katkılanarak iletk hale getirilmesine ne denir açıkla. 4. Alışılmış akım yönü ile elektron akışı arasındaki farkı yaz. 5. İletken, yarı iletken ve yalıtkan için günlük kullanım örnekleri ver.