12. sınıf fizik 2. dönem 1. yazılı 1. senaryo meb Test 2

Hidrojen atomunun bazı enerji seviyeleri şekildeki gibidir. Temel haldeki bir hidrojen atomuna aşağıda belirtilen enerjilerden hangisi verildiğinde atom kesinlikle iyonlaşır?

$E_1 = -13.6 \text{ eV}$ (Temel Hal)
$E_2 = -3.4 \text{ eV}$
$E_3 = -1.51 \text{ eV}$
$E_4 = -0.85 \text{ eV}$
İyonlaşma enerjisi: $13.6 \text{ eV}$

A) $10.2 \text{ eV}$

B) $12.09 \text{ eV}$

C) $13.06 \text{ eV}$

D) $13.6 \text{ eV}$

E) $14.0 \text{ eV}$

• Merhaba sevgili öğrenciler! Bu soruda, hidrojen atomunun enerji seviyelerini ve iyonlaşma kavramını kullanarak doğru cevabı bulacağız. Adım adım ilerleyelim:
• 1. Hidrojen Atomunun Temel Hal Enerjisi:
  Soruda belirtildiği gibi, hidrojen atomunun temel haldeki (en düşük enerji seviyesi) enerjisi $E_1 = -13.6 \text{ eV}$'dir. Bu, elektronun atom çekirdeğine en sıkı bağlı olduğu durumdur.
• 2. İyonlaşma Enerjisinin Tanımı ve Hesaplanması:
  Bir atomun iyonlaşması demek, elektronun atomdan tamamen ayrılarak serbest kalması demektir. Elektron serbest kaldığında, atomun çekirdeğinin çekim etkisinden kurtulmuş olur ve enerjisi $0 \text{ eV}$ veya daha büyük bir değer alır (bu durumda kinetik enerjisi olur).
  Hidrojen atomunu temel halden iyonlaştırmak için gerekli olan minimum enerjiye iyonlaşma enerjisi denir. Bu enerji, elektronun temel haldeki enerjisini $0 \text{ eV}$'ye çıkarmak için gereken miktardır.
  İyonlaşma Enerjisi $= (\text{Serbest hal enerjisi}) - (\text{Temel hal enerjisi})$
  İyonlaşma Enerjisi $= 0 \text{ eV} - (-13.6 \text{ eV}) = 13.6 \text{ eV}$.
  Bu, atomu temel halden iyonlaştırmak için en az $13.6 \text{ eV}$ enerji verilmesi gerektiği anlamına gelir.
• 3. Verilen Enerji Seçeneklerinin Değerlendirilmesi:
  Atomun iyonlaşması için, verilen enerjinin iyonlaşma enerjisine ($13.6 \text{ eV}$) eşit veya ondan büyük olması gerekir. Şimdi seçenekleri inceleyelim:
  • A) $10.2 \text{ eV}$: Bu enerji, $13.6 \text{ eV}$'den küçüktür. Bu enerji verildiğinde atom iyonlaşmaz, sadece $E_1$'den $E_2$'ye uyarılır (çünkü $E_2 - E_1 = -3.4 - (-13.6) = 10.2 \text{ eV}$).
  • B) $12.09 \text{ eV}$: Bu enerji de $13.6 \text{ eV}$'den küçüktür. Atom iyonlaşmaz, $E_1$'den $E_3$'e uyarılır (çünkü $E_3 - E_1 = -1.51 - (-13.6) = 12.09 \text{ eV}$).
  • C) $13.06 \text{ eV}$: Bu enerji de $13.6 \text{ eV}$'den küçüktür. Atom iyonlaşmaz, daha yüksek bir enerji seviyesine uyarılır.
  • D) $13.6 \text{ eV}$: Bu enerji, tam olarak iyonlaşma enerjisidir. Bu enerji verildiğinde elektronun toplam enerjisi $0 \text{ eV}$ olur ve atom iyonlaşır. Elektron atomdan ayrılır ancak kinetik enerjisi olmaz.
  • E) $14.0 \text{ eV}$: Bu enerji, $13.6 \text{ eV}$'den büyüktür. Bu enerji verildiğinde atom kesinlikle iyonlaşır. Elektron atomdan ayrılır ve fazladan verilen enerji ($14.0 \text{ eV} - 13.6 \text{ eV} = 0.4 \text{ eV}$) serbest kalan elektronun kinetik enerjisi olarak ortaya çıkar.
• 4. "Kesinlikle İyonlaşır" İfadesinin Yorumu:
  Soruda "atom kesinlikle iyonlaşır" ifadesi kullanılmıştır. Hem $13.6 \text{ eV}$ hem de $14.0 \text{ eV}$ enerjileri atomu iyonlaştırır. Ancak, $13.6 \text{ eV}$ tam sınırdır; elektronun enerjisi $0 \text{ eV}$ olur ve kinetik enerjisi olmaz. $14.0 \text{ eV}$ ise iyonlaşma enerjisinden daha büyük olduğu için, elektron atomdan ayrıldıktan sonra $0.4 \text{ eV}$ kinetik enerjiye sahip olur. Bu durum, elektronun atomdan kesin olarak ayrıldığını ve serbest kaldığını daha net bir şekilde ifade eder. Bu tür sorularda, iyonlaşma enerjisinden daha büyük bir enerji verildiğinde, elektronun kinetik enerji kazanması, iyonlaşmanın "kesinlikle" gerçekleştiğini vurgulamak için tercih edilen bir durumdur.

Cevap E seçeneğidir.