28 Nisan 2013 Pazar

Bitti mi?

Elbette Hayır! Peki elektron, proton ve nötronu oluşturan nedir?!! Artık proton ve nötronların da "kuark" adı verilen başka parçacıklardan oluştuklarını biliyoruz. Şimdiki bilgiler ışığında elektronlar, bölünemediklerinden temel parçacıklardan biri olarak kabul ediliyorlar. Biliminsanları, hiç bir zaman durmuyorlar ve daha çok bilgi edinmek için çalışıyorlar. İşte, tüm bu konular "parçacık fiziği" denilen fizik dalının kapsamına giriyor. Atomu parçalamak ve içinde ne olduğunu öğrenmek için dev laboratuvarlar yapılıyor. Bu laboratuvarlarda parçacıklar birbirleriyle çarpıştırılıyor. Tıpkı içlerini merak ettiğiniz iki kutuyu bir birine çarpıp kırarak, içlerine bakmak gibi! Tüm bu çalışmalar, atomu oluşturan temel parçacıkları bulmak için..

Daha Sonra Neler Oldu?

James Chadwick
Bohr'un çalışmasından sonra günümüze kadar atom modelinde bir tak
ım yenilikler oldu. Bunların en önemlilerinden biri, çekirdekte protonun yalnız olmadığı ve "nötron" adında bir arkadaşının olduğunun bulunmasıydı. Bunu bulan İngiliz fizikçi James Chadwick, Nobel Fizik Ödülü'nü aldı. Bohr'un söyledikleri doğru olmakla birlikte çok küçük parçacıklarla ilgilenen kuantum fiziği, elektronların çekirdeğinin çevresindeki yerlerini kesin olarak bilemeyeceğimizi ortaya koydu. Yalnızca nerlede dolaşabileceklerini bilebilirdik. Bu bölgeler, "orbital" adını aldı. Evinizde bir kedi olduğunu düşünün, evde değilseniz kedinin nerede olduğunu bilemezsiniz, ancak nerelerde olabileceğini tahmin edersiniz. Bizde atomun içine giremiyoruz, ancak elektronun nerelerde olabileceğini tahmin ediyoruz.
James Chadwick, elektronların "orbitaller" üzerinde dolaştıklarını ileri sürdü.

Günümüzde elektronların yörüngelerinin dairesel olmadığı biliniyor. Son bulgulara göre, elektronların yörünge biçimleri yukarıda mavi renkte gösterildiği gibi olabiliyor.
Günümüzde, atomların  elektronlar, protonlar ve nötronlardan oluştuğunu biliyoruz. Proton ve nötronlar merkezde, elektronlarsa çekirdeğin çevresinde bulunuyorlar. Elektronların yerlerini kesin olarak bilemesek de, nerelerde olabileceklerini bilebiliyoruz. Ayrıca elektronların yörüngeleri de dairesel değil. Elektronlar, proton ve nötronlara göre çok küçükler. Elektronun büyüklüğünü bir futbol topuna benzetirsek, proton ve nötronun futbol sahası kadar olduklarını söyleyebiliriz! Proton ve nötronların kütleleri de elektrona göre çok çok büyüktür.

Bohr Atom Modeli

Niels Bohr
O güne kadar saptanmış olan fizik yasaları, yüklü bir parçacığın dönmesinin, o parçacığa enerji kaybettireceğini gösteriyordu. Bizim elektronumuzsa çekirdeğin çevresinde dönüyor, ancak enerjisi azalmıyordu. Bunu fark eden Niels Bohr, yepyeni bir düşünceyle ortaya çıktı. Bilinen fizik yasaları atomu açıklamaya yetmiyordu! Bu noktada Bohr, fiziğe yeni bir anlayış getiren "Bohr Atom Modeli"ni ortaya koydu. Bu model bilinen fizik yasalarının çok küçük parçacıklar için geçerli olmadığını söylüyordu. Bu çok önemli bir saptamaydı. Diğer biliminsalarının da küçük parçacıklar için yaptıkları çalışmalarla olgunlaşan bu yeni yaklaşım, fizikte yeni bir çığır açarak "kuantum fiziği" adını aldı. "Kuantum fiziği" günümüzde de küçül parçacıklar için başarıyla kullanılıyor.
Bohr'a göre eleketronlar, yörünge değiştirerek enerji verirler veya alırlar.
Örneğin, vücudu görüntülemede kullanılan "nükleer manyetik rezonans" yöntemi kuantum fiziğinin bir uygulaması. Bohr'a göre, elektronlar, çekirdeğin çevresinde istedikleri gibi dolaşamayıp yalnızca çekirdeğe belirli uzaklıklardaki yörüngelerde dönerler. Farklı uzaklıktaki elektronların enerjileride birbirlerinden farklıdır. Bu yüzden bu yörüngelere "enerji düzeyleri" denilir. Elektronların bu düzeyler arasında geçiş yapmaları, ancak enerjilerini o düzeyin enerjisine değiştirmeleriyle gerçekleşir.
Bir elektrona 4 şekilde enerji verilebilir:

  • Foton (Işık) Gönderilerek.
  • Elektron Bombardımanına Tutalarak.
  • Isıtılarak.
  • Çarpıştırılarak.
Enerji vermek isteyen elektoronsa bunu ancak ışıma yoluyla gerçekleştirir. Floresan lambaları düşünün. Bunların içinde cıva buharı vardır. Ampule elektrik verdiğimizde cıva atomlarının elektronlarına enerji aktarıyoruz ve onları daha üst enerji düzeylerine çıkarıyoruz. Onlarda eski hallerine dönmek için bu enerjilerini ışıma yoluyla yayıyorlar. Çünkü doğadaki cisimler, yüksek enerjili olmayı sevmezler! Bohr, bu düşüncelerini en basit atom olan hidrojen atomuna uyguladı. Hidrojen atomunda yalnızca bir proton ve bir elektron var. Elektron, protonun çevresinde dolanır. Bohr, hidrojen hazına elektrik verip yayılan ışıkları inceledi ve elektronun çekirdeğe hangi uzaklıklarda bulunabileceğini ölçtü. Bu deney, Bohr'un yaptığı hesapların ve oluşturduğu modelin doğru olduğunu gösterdi. Sonuç olarak da bu çalışması, Bohr'a Nobel Fizik Ödülü kazandırdı.

27 Nisan 2013 Cumartesi

Güneş Sistemi Gibi

Ernest Rutherford
Yeni Zelandalı fizikçi Ernest Rutherford, Thompson'un üzümlü kekini beğenmemiş olacak ki yeni bir arayışa girdi. Çok küçük olduğundan atomu görmek mümkün değildi. Karanlık bir mağaranın girişinde durduğumuzu düşünelim. Elimizde fener yok. Mağaranın içinde ne olduğunu anlamak için içeri taş atalım. Çıkan sesten mağarayla ilgili fikir edinebiliriz. Örneğin mağaranın ortasında uyuyan bir ayı varsa uyanıp bize orada olduğunu belli edecektir! O zamanlar bilinen en küçük madde alfa parçacıklarıydı (bu parçacıklar, helyum atomunun çekirdeğidir). Alfa parçacıklarının artı yüklü oldukları biliniyordu. Doğal kimi madenler kendiliklerinden alfa parçacıkları yayıyorlardı ve alfa parçacıkları röntgen filmlerinin çekiminde kullanılıyorlardı.

Rutherford Deneyi
Thompson, çok ince bir tabaka aldı ve bunun üzerine alfa parçacıkları yolladı. Levhanın çevresinde, alfa parçacığı çarptığında ışıyan bir ekran vardı. Üzümlü kek modeli doğru olsaydı, alfa parçacıkları atoma çarpıp geri yansıyacaktı. Ancak durum böyle olmadı. Parçacıkların çoğu levhayı geçti. Rutherford, alfa parçacıklarını çoğu levhadan geçebildiğine göre, atomun yapısında büyük boşluklar olması gerektiğini düşündü. Ayrıca alfa parçacıklarından kimilerinin yönleri saparken, kimilerinin de geri yansıdığını gördü. Bu yansıma ve sapmaları inceleyen Rutherford, atomun merkezinde artı yüklerden oluşan bir çekirdek ve bunun çevresinde elektronların bulunduğunu öne sürdü. Elektronlar, çekirdeğin çevresinde dönüyorlardı; çünkü çekirdekle aralarında çekim kuvveti vardı. Elektronların çekirdeğe çekilmemeleri için tek çare, tıpkı Dünya'nın Güneş'in çevresinde döndüğü gibi, çekirdeğin çevresinde dönmeleriydi. Bu, Güneş Sistemi'ne benzer bir modeldi. Rutherford'un Modeli, oldukça başarılı olmakla birlikte daha önceki tüm modeller gibi bir takım sorunlarıda beraberinde getirmişti. Ancak yine de Rutherford'un bu çalışması, ona Nobel Kimya Ödülü'nü kazandırdı.

Nedir Bu Üzümlü Kek?

1897 yılında İngiliz fizikçi John Joseph Thompson, yaptığı deneyler sonucunda, maddenin en küçük parçasının atom olmadığını ve onu oluşturan daha temel parçacıklar olduğunu kanıtladı. Thompson'a göre, atomun içinde artı ve eksi yükler bulunuyordu ve bunlar, üzümlü kekin içindeki üzümler gibi dağınıktı. Üzümler eksi, geri kalan kısımsa artı yüklüydü. Thompson, aynı cins yüklerin birbirini ittiğini, farklı cins yüklerin birbirini çektiğini de ortaya koydu. Eksi yüklere de "elektron" adını ilk kez o verdi. Thompson'ın üzümlü kek modeli, Dalton'un "atom parçalanamaz" düşüncesinin yıkılmasına neden oldu. Atom modelinin oluşturulmasında önemli bir adım olmasına karşın, üzümlü kek modelinin bir takım eksikleri ve yanlışlıkları vardı. Öte yandan Thompson, "elektronları" keşfettiği için Nobel Fizik Ödülü Aldı.
Thompson Modeli


Ders notu şeklinde özetlemek gerekirse:

 Atom modellerini üzümlü keke benzetmiştir.
 Thomson a göre atom , dışı tamamen pozitif yüklü bir küredir . Negatif yüklü olan elektronlar ise kek içerisindeki gömülü üzümler gibi bu küre içerisine gömülmüş haldedir.

 Thomson’ un atom teorisi olarak ortaya konulan temel özellikler şunlardır.

 - Atomlar yapısında - yüklü elektronlarla + yüklü protonlar vardır.
 (proton ve elektronlar yüklü parçacıklardır. Bunlar yük bakımından eşit işaretçe zıttırlar.
 Protonlar +1birim yüke , elektronlar ise -1 birim yüke sahiptir. )

 - Bir atomda elektron sayısı proton sayısına eşittir. Yani yüksüzdürler.
 ( Nötr bir atomda proton sayısı elektron sayısına eşit olduğundan yükler toplamı sıfırdır )

 - Atomun kütlesini protonlar oluşturur.
 (elektronların kütlesi ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Bu nedenle atomun ağırlığını büyük ölçüde protonlar teşkil eder )

 - Atomlar içerisinde elektron ve protonlar bulunan sağlam bir küre şeklindedir.
 ( atom yarıçapı 10-8 cm olan küre şeklindedir. Küre içerisinde proton ve elektronlar rastgele yerlerde bulunur . elektronun küre içindeki dağılımı üzümün kek içindeki dağılımına benzer )
 

İlk Atom Modelini Kim Yaptı?


Atom modeli konusunda bir bilimsel çalışmanın yapılması 19. yüzyılı buldu. Atomu ve atomun yapısını bilimsel anlamda ilk inceleyen, İngiliz kimyacı John Dalton'du. Dalton, tüm maddelerin atom adı verilen küçük parçacıklardan oluştuğunu ortaya koydu. Aynı elementlerin tüm atomlarının aynı, farklı elementlerin atomlarınınsa tümüyle farklı olduğunu keşfetti. Ayrıca atomların parçalanmadığını ve yeniden oluşturulamadığını söyledi. Ona göre atomlar, içi dolu küreler şeklindeydiler. Kimyasal tepkimelerde, atomların yapılarında hiçbir değişiklik olmuyordu, tekrar eski haline dönebiliyorlardı. Bu model tümüyle doğru değildi; çünkü Dalton, tıpkı Demokritos gibi, atomun parçalanamaz olduğunu, daha küçük parçalara ayrılamayacağını söylüyordu. Buna karşın Dalton'un modeli, atom konusundaki ilk bilimsel model olması bakımından önemliydi. O zamanın teknolojik olanaklarıyla ancak bu kadarı söylenebiliyordu.

Ders notu şeklinde özetlemek gerekirse:
 John Dalton , maddeleri çok küçük yapı taşlarının topluluğu halinde bulunduğu fikrini ileri sürdü.

 Dalton'un atom teorisi olarak ortaya konulan temel özellikler şunlardır.

 - Tüm maddeler atomlardan yapılmıştır.
 ( maddelerin özelliklerini gösteren birim parçacıklar atom veya atom gruplarıdır )
 ( Maddelerin en küçük yapı taşları atomlardır.)

 - Farklı cins atomlar farklı kütlelerdedir.

 - Atom katı , sert , içi dolu küre şeklindedir.

 - Bir elementin bütün atomları birbirinin aynıdır.
 (Aynı cins elementlerin atomları birbiriyle tamamen aynıdır )

 - Atomlar parçalanamaz

26 Nisan 2013 Cuma

Her şeyin başlangıcı: Atom bölünür mü?

Eski insanlar da tıpkı bugünkü insanlar gibi çevrelerinde gördükleri cisimlerin nelerden oluştuğunu merak etmişlerdi. Ancak onlar günümüz teknolojisine sahip değillerdi. Bir tahtayı alıp parçaladıklarında elde ettikleri şey sadece daha küçük tahtalardı. Bunun ötesine geçemiyorlardı. Bu nedenle en geçerli görüşlerden biri, tahtayı ne kadar parçalarlarsa parçalasınlar yine bir tahta bir tahta elde edicekleriydi.


M.Ö. 450  yılında Demokritos varoluş ile ilgili çok kesin bir görüş ortaya koymuştur. Evren'deki oluşuma, kesin bir zorunluluk egemendir. Bütün olup bitenleri bir raslantı ile izâha çalışmak saçmalıktır. "Yaratılmamış, yok olmayan, değişmeyen varlık, özdeksel atomdur. Öz, maddeyi temsil eder ve onunla her nesne yapılabilir." şeklinde özetlenebilecek bir görüşle, materyalist doğa biliminin ilk temellerini atmıştır. Maddenin sonsuza kadar bölünemeyeceğini bunun bir sonu olması gerektiğini söyledi. Bu düşünceye göre, tahta gibi bir cismin, bölünemeyen bir yapıtaşının olması gerekiyordu. Bu görüş kabul gördü ve maddenin en küçük yapı taşına atom denildi. Atom, Eski Yunanca "atamos" sözcüğünden köken alıyordu ve "bölünemeyen" anlamına geliyordu. Ancak Demokritus'tan günümüze bu konuda oluşan tek şey de "atom" sözcüğü oldu.