Atom Modelleri Fizik

'Sayısal Dersler' forumunda Elfida tarafından 3 Ağustos 2011 tarihinde açılan konu


  1. Fizik Atom modelleri

    Bugün bildiğimiz atom bilgisi, teorik ve deneysel konularda yıllardır sürekli yapılan çalışmaların bütünüdür. Çalışmalar sonucunda atomun varlıgıı kesin bilgi hâlini aldıktan sonra, onları daha yakından tanımak, özellikleri ile ilgili araştırma ve incelemeler yapmak için modeller tasarlanmaya başlanmıştır. Model, bir konu ya da olayın anlaşılmasını kolaylaştırmak amacıyla tasarlanır, ancak olayın gerçek niteliğini belirtmez.

    Atom modelleri; ilim adamları tarafından hayal edilmiş tablolardan ibarettir. Bunlar atomu doğrudan doğruya gözlemleyerek yapılan tasanlar Değildir. En sade atom modelinde atomlar, içi dolu esnek küre olarak kail edilir. Şimdi atom modellerini inceleyelim.

    1. DALTON ATOM MODELİ

    Sabit oranlar kanunu ve katlı oranlar kanunu olarak gördüğümüz bileşik-i terdeki kütlesel ilişkilere bakarak 1803 yılında John Dalton, maddelerin çok çok küçük yapı taşlarının topluluğu halinde bulunduğu, fikrini ileri sürdü.

    Dalton atom teorisi olarak ortaya konulan temel özellikler şunlardır;

    1. Maddelerin özelliklerini gösteren birim parçacıklar atomlar veya atom gruplarıdır.
    2. Aynı cins elementlerin atomları birbirleriyle tamamen aynıdır.
    3. Atomlar içi dolu kürelerdir.
    4. Farklı cins atomlar farklı kütlelidir.
    5. Maddenin en küçük yapıtaşı atomdur. Atomlar parçalanamaz.
    6. Atomlar belli sayılarda birleşerek molekülleri oluştururlar.

    Örneğin, 1 atom X ile l atom Y’den XY, l atom X ile 2 atom Y den XY2 bileşiği oluşur. Oluşan bileşikler ise standart özellikteki moleküller topluluğudur.
    Atomla ilgili günümüzdeki bilgiler dikkate alındığında Dalton atom modelindeki eksikliklere ek olarak üç önemli yanlış hemen fark edilir.

    1. Atomlar, içi dolu küreler değildir. Boşluklu yapıdadırlar.
    2. Aynı cins elementlerin atomları tam olarak aynı değildir. Kütleleri farklı (İzotop) olanları vardır.
    3. Maddelerin en küçük parçasının atom olduğu ve atomların parçalanamaz olduğu doğru değildir. Radyoaktif olaylarda atomlar parçalanarak daha farklı kimyasal özellikte başka atomlara ayrışabilir; proton, nötron, elektron gibi parçacıklar saçabilirler.


    2. THOMSON ATOM MODELİ
    Dalton atom modelinde (-) yüklü elektronlardan ve (+) yüklü protonlardan söz edilmemişti. Yapılan deneyler yardımıyla, katot ışınlarından elektronun, kanal ışınlarından protonun varlığı ortaya konulmuştu. Bu bilgiler ışığında Thomson'un atomla İlgili fikirlerini aşağıdaki şekilde özetleyebiliriz.

    1. Protonlar ve nötronlar yüklü parçacıklardır. Bunlar yük bakımından eşit, işaretçe zıttırlar. Proton + 1 birim yüke; elektron ise -l birim yüke eşittir.
    2. Nötr bir atomda proton sayısı elektron sayısına eşit olduğundan yükler toplamı sıfırdır.
    3. Atom yarıçapı 10-8 cm olan bir küre şeklindedir. Söz konusu küre içerisinde proton ve elektronlar atomda rast gele yerlerde bulunurlar. Elektronun küre içindeki dağılımı üzümün kek içindeki dağılımına benzer.
    4. Elektronların kütlesi ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Bu nedenle atomun ağırlığını büyük ölçüde protonlar teşkil eder.

    Nötron denilen parçacıklardan bahsedilmemesi Thomson Atom teorisinin eksiklerinden biridir. Proton ve elektronların atomda rastgele yerlere bulunduğu İddiası ise teorinin hatalı yönüdür.

    3. RUTHERFORD ATOM

    Atomun yapısının açıklanması hakkında,önemli katkıda bulunanlardan birisi de Ernest Rutherford (Örnıst Radırford) olarak bilinir. Rutherford'dan önce Thomson atom modeli geçerliydi. Bu modele göre, atom küre şeklindedir. Ve küre içerisinde proton ve elektronlar bulunmaktadır.

    Acaba bu proton ve elektronlar atom içerisinde belirli bir düzene mi, yoksa rastgele bir dağılım içerisinde mi bulunuyorlar? Bu sorunun cevabı daha bulunamamıştı. Rutherford bu sorunun cevabı ve Thomson atom modelinin doğruluk derecesini anlamak için yaptığı alfa (a) parçacıkları deneyi sonucunda bir model geliştirmiştir.

    Polonyum ve radyum bir a-ışını kaynağıdır. Rutherford, bir radyoaktif kaynaktan çıkan a-taneciklerini bir demet hâlinde iğne ucu büyüklüğündeki yarıktan geçirdikten sonra, kalınlığı 10-4 cm kadar olan ve arkasında çinko sülfür (ZnS) sürülmüş bir ekran bulunan altın levha üzerine gönderdi.

    Altın levhayı geçip ekran üzerine düşen a - parçacıkları ekrana sürülen ZnS üzerinde ışıldama yaparlar. Böylece metal levhayı geçen a - parçacıklarını sayma imkanı elde edilir.

    Rutherford, yaptığı deneylerde metal levha üzerine gönderilen a- parçacıklarının % 99,99 kadarının ya hiç yollarında sapmadan ya da yollarından çok az saparak metal levhadan geçtiklerini, fakat çok az bir kısmının ise metale çarptıktan sonra büyük bîr açı yaparak geri döndüklerini gördü.

    4. Bohr Atom Teorisi

    Buraya kadar anlatılan atom modellerinde, atomun çekirdeğinde, (+) yüklü proton ve yüksüz nötronların bulunduğu, çekirdeğin etrafında dairesel yörüngelerde elektronların dolaştığı ifade edildi. Bu elektronların çekirdek etrafında nasıl bir yörüngede dolaştığı, hız ve momentumlarının ne olduğu ile ilgili bir netice ortaya konmadı. Bohr ise atom teorisinde elektronların hareketini bu noktadan inceledi.

    1913 yılında Neils Bohr, hidrojen atomunun spektrum çizgilerini ve Planck'ın kuvantum kuramını kullanarak Bohr kuramını ileri sürdü. Bu bilgiler ışığında Bohr postulatları şöyle özetlenebilir.

    1. Bir atomdaki elektronlar çekirdekten belli uzaklıkta ve kararlı hâllerde hareket ederler. Her kararlı hâlin sabit bir enerjisi vardır.

    2. Her hangi bir kararlı enerji seviyesinde elektron dairesel bir yörüngede (orbitalde) hareket eder. Bu yörüngelere enerji düzeyleri veya kabukları denir.

    3. Elektron kararlı hâllerden birinde bulunurken atom ışık (radyasyon) yayınlamaz. Ancak, yüksek enerji düzeyinden daha düşük enerji düzeyine geçtiğinde, seviyeler arasındaki enerji farkına eşit bir ışık kuantı yayınlar. Burada E = h-i) bağıntısı geçerlidir.

    4. Elektron hareketinin mümkün olduğu kararlı seviyeler, K, L, M, N, O gibi harflerle veya en düşük enerji düzeyi l olmak üzere, her enerji düzeyi pozitif bir tam sayı ile belirlenir ve genel olarak "n" İle gösterilir, (n: 1,2,3 .....¥)

    Bugünkü bilgilerimize göre; Bohr kuramının, elektronların dairesel yörüngelerde hareket ettikleri, ifadesi yanlıştır.