‘Atom’un Yapısı, Süreçleri ve Kuantum Atom Teorisi

Atom kelimesini ilk kullanan filozof Demokritos’tur. Demokritos, maddenin en küçük yapı biriminin atom olduğunu belirtmiştir. Hatta her şeyin atomlardan meydana geldiğini, ayrıca atomu bir töz olarak ele alan ilk filozoftur. Demokritos gibi atomcu filozoflar da olmuştur.

Demokritos ve diğer atomcu filozoflar tam olarak atomun nasıl bir töz olduğu açıklayamamıştır. Töz atom teorsini en iyi şekilde çürüten diğer filozof da Aristoteles’tir. Burada bu yazı bilimsel olduğu için felsefeye çok girmeyeceğim. Merak eden olursa Aristoteles’in “Ruh Üzerine” eserine bakabilirler.

Burada atomun tarihsel sürecine bakıp, atom teorilerini inceleyeceğiz.

İlk olarak Demokritos’un görüşlerine bakalım;

Demokritos ‘atom’ terimini kullanırken:

  • Maddenin parçalanması sonucunda en son ve hiçbir şekilde parçalanmayan en küçük yapı atomdur.
  • Maddeler şekil olarak ne kadar farklı ise bütün maddelerin atomları aynıdır. Yapısı aynı ama farklı maddeler. Tabi şunu sormak gerekir yapısı aynı olan bir madde nasıl olur da farklı olabiliyor? Bu konu da Demokritos şöyle cevap verir; maddelerin farklı olması atomların dizilişlerinin farklı olmasından diyerek cevaplamıştır.
  • Atomlar görünmez doğal olarak görünmeyen bir şey bölünemez.

Dalton Atom Teorisi:

  • Her element atom adı verilen çok küçük ve bölünemeyen taneciklerden oluşmuştur. Atomlar kimyasal tepkimelerle oluşamaz ve bölünemezler. (Yanlışlığı: proton, nötron ve elektronların varlığını kabul etmemesi ve kimyasal tepkime öncesi var olan atomlar tepkime sonrasında da var olmalıdır.)
  • Bir elementin bütün atomlarının kütlesi (ağırlığı) ve diğer özellikleri aynıdır. Fakat, bir elementin atomları diğer bütün elementin atomlarından farklıdır.

Kimyasal bir bileşik iki ya da daha çok sayıda elementin basit sayısal bir oranda birleşmesiyle oluşur. Bu düşünceler diğer bilim adamlarınca geliştirilmiş; atom ve moleküllerin gerçekliği ispatlanmıştır.

Thomson Atom Teorisi:

  • r=10-8 cm olan bir küre olarak düşünmüştür. İçinde proton ve elektron bulunduğunu söylemiş, ama elektronun kütlesini protonunkinin yanında ihmal etmiştir. Nötronlardan hiç bahsetmemiştir. Proton ve elektronların atomda rast gele bulunduğunu söylemesi yanlışlığıdır.

Rutherford Atom Teorisi:

  • Bir atomun kütlesinin çok büyük bir kısmı ve pozitif yükün tümü, çekirdek denen çok küçük bir bölgede yoğunlaşır. Atomun büyük bir kısmı boş bir uzay parçasıdır, boşluklardan ibaretir.
  • Pozitif yükün büyüklüğü atomdan atoma değişir ve elementin atom ağırlığının yaklaşık yarısıdır.
  • Çekirdeğin dışında, çekirdek yüküne eşit sayıda elektron bulunur. Atomun kendisi elektrik yükü bakımından nötrdür.

Rutherford atom modeli bir atomun çekirdeğin çevresinde elektronların nasıl yerleştiğini göstermez. Klasik fiziğe göre sabit negatif yüklü elektronlar pozitif yüklü çekirdek etrafından çekilmekte idi. Fakat bir atomdaki elektronlar, tıpkı bir gezegenin güneş etrafındaki yörüngesel hareketi gibi hareket halindedir.

Bohr Atom Teorisi:

1913 yılında, Niels Bohr Planck’ın kuantum hipotezini kullanarak hidrojen atomu için plank sabitini kullanarak;

E= hy

  • Elektron çekirdeğin etrafında dairesel yörüngede (orbitlerde) hareket eder. Bu yörüngelere enerji düzeyleri veya kabukları denir.
  • Elektron izin verilen sabit bir yörünge dizisinde bulunabilir ve buna temel hal denir. Elektron belirli bir yörüngede ne kadar uzun kalırsa kalsın enerji yayınlamaz ve enerjisi sabit kalır. Atomlar bir elektrik akı veya bek alevi ile ısıtılınca elektronlar enerji absorblayarak daha yüksek enerji düzeyine geçerler. Bu durumdaki atomlar uyarılmış haldedir.
  • Bir elektron yüksek enerji seviyesinden daha düşük enerji seviyesine geçtiğinde belli bir miktarda enerji yayınlar. Bu iki düzey arasındaki enerji farkı bir ışık kuantumu halinde yayılır.

Şimdi atom altı parçacıklara bakalım. Atomdan daha küçük yapılar var mıdır? Modern bilim, bize bu konuda hangi bilgileri vermiş.

Şimdi günümüzde ki ‘Kuantum Atom Modeli’ne bakalım.

  • Elektronlar çekirdek çevresinde belirli enerji düzeylerinde bulunur. Her enerji düzeyi “n” ile belirtilir. Bu enerji düzeylerine ‘baş kuantum sayısı’ denir. Baş kuantum sayısı, orbitallerin çekirdekten ortalama uzaklığını ya da enerjisini belirler. Çekirdekten uzaklaştıkça enerji artar. Çünkü protonların elektronları çekim gücü azalır, buna bağlı olarak da elektronların hareketi ve enerjisi artar.
  • Elektronlar hem kendi çevrelerinde hem de çekirdek çevresinde döner. Elektronun kendi ekseni etrafında dönme hareketine ‘spin hareketi’, çekirdek çevresindeki dönme hareketine de ‘orbital hareketi’ denir. Çekirdek çevresinde dönmeleri sırasında elektronların bulunma ihtimalinin yüksek olduğu geometrik bölgelere ‘orbital’ denir.
  • Herhangi bir temel enerji seviyesinde n^2 kadar orbital bulunur.
  • Her temel enerji seviyesinde orbital sayısının 2 katı kadar elektron bulunabilir. Buna göre bir temel enerji seviyesindeki en fazla elektron sayısı 2n^2

Kuantum Atom Modeli Albert Einstein ile daha çok gelişme sürecine girdi.

Einstein, fotoelektrik olayını açıklarken ışığın fotonlardan oluşan tanecikli bir yapıya sahip olduğunu düşünerek hareket etmişti. Ancak yapılan bir çok deney (kırılım ve girişim deneyleri) ışığın dalga özelliği taşıdığını göstermişti. Aynı dönemlerde Bohr’un atom modeli de açıklamakta yetersiz kaldığı konular üzerinde sorgulanmaktaydı.

Yukarıdaki olayların temelinde yatan konu “ışık bir dalga mı yoksa tanecik mi” sorusudur. 1924 yılında De Broglie hipotezinde, ışık dalgalarının foton olarak davranabilmesinden yola çıkarak elektron gibi küçük taneciklerin dalga özelliği gösterebileceğini ileri sürdü.

Şimdi atom altı parçacıklara bakalım.

Proton: 2 yukarı 1 aşağı (u+u+d) kuarkdan oluşur. Elektrik yüklerini toplarsak protonun elektrik yükü +1 olur. Spini ise 3 kuarktan ikisi zıt yönlerde eşleşerek birbirini götürdüklerinden spini 1/2 oluyor. Bu 3 kuark protonun kütlesinin %1.3 gibi küçük bir kısmını oluşturur geri kalan %98.7 ise kuarkların kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamı oluşturur yani kuarklar kütlesinin yaklaşık 76 katı enerji taşımaktadır.

Nötron: 2 Aşağı 1 yukarı (d+d+u) kuarkdan oluşmaktadır ve elektrik yüklerini toplarsak 0 oluyor. Spini 3 kuarkdan 2 si zıt yönlerde eşleşerek birbirini götürdüklerinen spini 1/2 oluyor. Bu 3 kuark nötronun kütlesinin %1.6 gibi küçük bir kısmını oluşturuyor. Nötronun kütlesinin geri kalan %98.4 e=mc^2 ilkesine uygun olarak kuarkların kinetik ve potansiyel enerjisi oluşturmaktadır.

Mezonlar: İkili kuark sistemlerinden oluşuyor ve 140 çesit mezon vardır.Mezonlar bir kuark ile herhangi bir karşıt kuarkdan oluşuyor. Mezonlar bir kuark ile karşıt kuarkdan oluştuğu için çok kararsızdırlar.

Baryonlar: Baryonlar üçlü kuark sisteminden oluşur. 3 kuark yada 3 anti-kuarkın bir araya gelmesiyle oluşuyor. Baryonlardan mezonlardan daha kararlı olsalar da birçok kararsız baryon vardı.

Leptonlar: Leptonlar atomun olmazsa olmazıdır ve hafif parçacıklardır. Yükleri nedeniyle atomu dengeler yükünü nötr yaparlar. Leptonların en bilineni kimyanın neredeyse tamamını oluşturan elektrondur. 6 çesit lepton vardır.

Leptonların nötrinoları yüksüzdür ve hiçbir madde ile ilişkiye girmez ve algılanamazlar. Nötrinolar sadece çekirdek bozunmalarında oluşan momentum eksikliklerinde farkedilir ve kütleleri( 0.000003 MEV) teorik olarak vardır. Leptonların spin şeklinde dönmeleri olduğu için yüklü leptonlar manyetik alan oluşturur.

Bozonlar nelerdir? Bozonlar 4 temel kuvveti oluşturan kuvvet taşıyıcı atomu bir arada tutan aynı zamanda atom ve atom altı parçacıklar arası etkileşimi sağlayan güç taşıyıcı parçacıklardır.

Bozonlar Bose-Einstein yoğunlaşmasına uyan parçacıklardır. (Bose-Einstein yoğunlaşması bozonların mutlak sıcaklıkta(-271.15C) bir araya gelerek tekbir atom gibi davranmasıdır.)
Fermionlar 1/3 ,2/3 gibi kesirli spinlere sahipken bozonlar tam sayılı spinlere sahipti.

  1. +W,-W, Z-foton ve higgs bozonudur.
  2. W ve Z bozonları:Zayıf nükleer kuvvet ve Güçlü nükleer kuvveti oluşturuyor.
  3. Foton: Elektromanyetik kuvveti oluşturuyor.
  4. Higgs bozonu: Kütle çekim kuvvetini oluşturuyor. 

:)…

Bir Cevap Yazın Ya Da Yorumda Bulunun