Atom ve yapısı - WordPress.com

Atom ve yapısı
Atom veya zerre, bilinen evrendeki tüm maddenin kimyasal ve fiziksel niteliklerini taşıyan en
küçük yapıtaşıdır. Atom yunancada bölünemez anlamına gelen atomustan türemiştir. Atomus
sözcüğünü ortaya atan ilk kişi MÖ 440'lı yıllarda yaşamış Demokritos'tur. Gözle görülmesi
imkânsız, çok küçük bir parçacıktır ve sadece taramalı tünel mikroskobu (atomik kuvvet
mikroskobu) vb. ile incelenebilir. Bir atomda, çekirdeği saran negatif yüklü bir elektron bulutu
vardır. Çekirdek ise pozitif yüklü proton ve yüksüz nötronlardan oluşur. Atomdaki proton sayısı
elektron sayısına eşit olduğunda atom elektriksel olarak yüksüzdür. Elektron ve proton sayıları
eşit değilse bu parçacık iyon olarak adlandırılır. İyonlar oldukça kararsız yapılardır ve yüksek
enerjilerinden kurtulmak için ortamdaki başka iyon ve atomlarla etkileşime girerler.
Bir atom, sahip olduğu proton ve nötron sayısına göre sınıflandırılır: atomdaki proton sayısı
kimyasal elementi tanımlarken, nötron sayısı da bu elementin izotopunu tanımlar. Her
elementin radyoaktif bozunma veren en az bir izotopu vardır.
Elektronlar belirli enerji seviyelerinde bulunur ve foton salınımı veya emilimi yaparak farklı
seviyeler arasında geçişlerde bulunabilirler. Elektron, elementin kimyasal özelliklerini
belirlemesinin yanı sıra atomun manyetik özellikleri üzerinde de oldukça etkilidir.
Atomun yapısal özellikleri
Niels Bohr'un modeli ise modern atom teorisine en yakın modellerinden biridir. Bohr'a göre
elektronlar çekirdeğin çevresinde rastgele yerlerde değil, çekirdekten belirli uzaklıklarda
bulunan katmanlarda döner. Bohr da tasarladığı bu modelle Nobel ödülüne de lâyık
görülmüştür.
Atomun yapısını açıklayan ve bugün için kabul edilen son teori Kuantum Atom Teorisi'dir.
Kuantum Atom Teorisi'ne göre atom modeli Bohr atom modelinden farklıdır. Bohr Atom
Modeli'ne göre atomun merkezindeki çekirdeğin etrafında elektronlar çember şeklindeki
yörüngelerde dolanmaktadırlar. Her bir çember yörünge belli enerji seviyesine sahiptir.
Yörüngeler arası elektronik geçişler atomun renkli görünmesine neden olur. Ancak belli bir
zaman sonra Bohr atom modelinin birçok spektrumu açıklayamadığından yetersizliği ortaya
çıkmıştır.
Kuantum Atom Modeli'ne göre ise atomun merkezinde bulunan çekirdeğin etrafındaki
elektronlar belli bölgelerde yani orbitallerde bulunurlar. Belli enerji seviyelerine sahip
orbitaller atomu oluşturan küresel katmanlarda bulunur. Portakal kabuğu şeklinde iç içe geçmiş
küresel katmanlardaki orbitallerin belli şekilleri ve açıları(yönelmeleri) mevcuttur. Orbitallerin
bulunduğu katmanların enerji seviyelerinin başkuantum sayısı belirler. n = 1,2,3,. . .gibi tam
sayılarla ifade edilir. Orbitallerin şeklini ise l yan kuantum sayıları belirler. l = 0(s), 1(p), 2(d),.
.(n-1) e kadar değerler alır. Orbitallerin doğrultularını(açılarını) veren ml yan kuantum sayısı
ml=-l. . .0. .+l değerlerini alır. Elektronların spini gösteren ms kuantum sayısı da +1/2 veya 1/2 değerlerini alabilir.
Bir atomun çapı, elektron bulutu da dahil olmak üzere yaklaşık
cm civarındadır. Atom
çekirdeğinin çapı ise
cm kadardır. Atomlar, boyutlarının görünür ışığın dalga boyundan
çok küçük olması sebebiyle optik mikroskoplarda görüntülenemezler. Atomların
pozisyonlarını belirleyebilmek için elektronmikroskobu x ışınımikroskopu,nükleer
manyetik (NMR) spektroskopisi gibi araç ve yöntemler kullanılır.
Yalnız elektronlar çekirdek çevresinde ancak belirli enerji seviyelerine sahip yörüngelerde
dönerler, konumları ancak bir olasılık fonksiyonu ile ifade edilebilir. Elektronlar çekirdeğin
etrafında bulutsu bir şekildedir.
Elektron
Elektron, e- veya β- sembollü negatif temel elektrik yükü olan atom altı bir parçacıktır.
Elektronlar temel Lepton parçacık ailesinin ilk jenerasyonuna aittir ve genellikle temel
parçacıklar olarak düşünülürler. Çünkü bileşenleri veya alt-yapıları yoktur. Proton’un yaklaşık
olarak 1/1836’sı kadar kütlesi vardır. Elektronun kuantum mekaniği özelliklerinde fermiyon
anlamına gelen ħ ünitesinde yarım tam sayı değerinde içsel bir açısal momentum vardır.
Pauli’nin dışlama prensibine uygun olarak, fermiyon olduğu için iki elektron aynı kuantum
durumunda bulunamaz. Bütün parçacıklar gibi, elektron da hem parçacık hem de dalga olma
özelliği vardır ve böylelikle diğer parçacıklarla çarpışabilir ve ışık gibi kırılabilir. Elektronun
dalga olarak özelliklerini gözlemlemek nötron ve proton gibi parçacıkların bu özelliğini
gözlemlemekten daha kolaydır çünkü kütlesi azdır ve böylelikle tipik enerjiler için De Broglie
dalga boyu daha yüksektir.
Elektrik, manyetizma, termal iletkenlik gibi birçok fizik fenomeninde elektron temel rol oynar
ve yerçekimi, elektromanyetizma ve zayıf etkileşim’de de rol oynar. Elektron çevresindeki
elektrik alanını yönetir. Bir elektronun gözlemciye bağlı hareketi manyetik alanı yönetir. Dışsal
manyetik alan elektronu saptırır. Elektron ışır veya hızlandırılmışsa foton formunda enerjiyi
emer. Özel teleskoplar dış uzaydaki elektron plazmasını saptayabilirken, laboratuar aletleri
elektro-manyetik alanı kullanan elektron plazması gibi da elektronları tek tek inceleme veya
içerme yetisine sahiptir, elektronun elektronik, kaynak, katot ışın tüpü, elektron mikroskobu,
ışınım terapisi, lazerler, gaz iyonizasyon detektörleri ve parçacık hızlandırıcısı gibi alanlarda
kullanılır.
Kimya, nükleer fizik gibi alanlar elektronların ve diğer atom altı parçacıkların etkileşimiyle
ilgilenir. Atomik çekirdekteki pozitif proton ve negatif elektron arasındaki Coulomb kuvveti
etkileşimi atomları oluşturur. İyonizasyon ve parçacıkların özelliklerinde değişimler sistemin
bağ enerjisini değiştirir. İki veya daha fazla atom arasında elektronların değiş-tokuşu veya
paylaşımı kimyasal bağın temel sebebidir. İlk olarak 1838 yılında İngiliz doğa filozofu Richard
Laming atomların kimyasal özelliklerini açıklamak için elektron yükünün bölünemez biz
özelliğinin kavramını hipotezleştirdi. İrlandalı fizikçi George Johnstone Stoney 1891 yılında bu
yüke elektron adını verdi ve J.J.Thomson ve İngiliz fizikçi takımıyla 1897 yılında onu parçacık
olarak tanımladı. Beta parçacıklar olarak bilindikleri yıldızlardaki nükleosentez gibi elektronlar
nükleer reaksiyonlara katılırlar. Yüksek enerji çarpışmasında ve radyoaktif izotopların beta
çözünmesi yoluyla elektron üretilebilir, mesela kozmik ışın atmosfere girince. Elektronun karşıt
parçacığı pozitron olarak adlandırılır; elektronla karşıt sembolün elektriksel ve diğer yüklerini
taşıması dışında özdeştir. Bir elektron pozitronla çarpıştığı zaman, iki parçacık da gamma ışını
fotonu üreterek tamamen yok olurlar.
Proton
Proton, atom çekirdeğinde bulunan artı yüklü atom altı parcacıktır. Elketrondan farklı olarak
atomun ağırlığında hesaba katılacak düzeyde kütleye sahiptirler. İki yukarı bir aşağı kuarktan
oluşur. Protonun Yükündeki Hassas Ölçü Evrendeki bütün protonlar 1,6 x 10−19 değerinde
pozitif yüke sahiptirler. Bu, atomlardaki çeşitli protonların birbirlerini itmelerini sağlar. Ama
aradaki çekim, itmeden 100 kez daha güçlü olduğu için protonlar birbirlerinden ayrılmazlar.
Protonun kütlesi elektronunkinden 1836 kez daha fazladır. Buna karşın, bilinmeyen bir
nedenden ötürü elektronun yükü protonunkiyle aynıdır: 1,6 x 10−19 C. Atom içinde her biri (+1)
pozitif elektrik yükü taşıyan taneciğe proton denir. Bu yüke yük birimi denir. Protonun yüklü
elektronun yüküne eşit fakat ters işaretlidir.
Nötr bir atom veya molekülden bir veya daha çok elketron koparıldığında geriye kalan tanecik,
koparılan elektronların toplam eski yüküne eşit miktarda artı yük kazanır. Bir neon atomundan
bir elektron koparıldığında geriye kalan tanecik koparılan elektronların toplam eksi yüküne eşit
miktarda artı yük kazanır. Bir neon atomundan bir elektron koparıldığında bir Ne+ iyonu oluşur.
Bir elektriksel deşarj tüpünde katot ışınları tüpün içinde bulunan Gaz atomlarından ve
moleküllerinden elektronların çıkmasına sebep oldukları zaman, bu tür artı yüklü tanecikler
oluşur.Bu artı yüklü iyonlar eksi yüklü elektroda doğru hareket ederler. Eğer katot delikli bir
levhadan yapılmışsa artı yüklü iyonlar bu deliklerden geçerler. Katot ışınlarının elektronları ise
ters yönde hareket ederler.
Pozitif ışınlar adı verilen bu artı yüklü iyon demetleri ilk defa 1886'da Eugen
Golstein tarafından bulundu. Pozitif ışınların elektrik ve magnetik alanların etkisinde sapmaları
ise 1898'de Wilhelm Wienve 1906'da j.j thomson tarafından incelendi. Artı yüklü iyonlar için
e/m değerlerinin saptanmasına, katot ışınlarının incelenmesinde kullanılan yöntemin hemen
hemen aynısı kullanıldı. Deşarj tüpünde değişik gazlar kullanıldığı zaman değişik türde artı
yüklü iyonlar oluşur.
Nötron
Nötron, proton ile birlikte, atomun çekirdeğini meydana getirir. Bir yukarı ve iki aşağı kuarktan
oluşur. Ayrıca nötron ve proton sayılarının toplamı, bize kütle numarasını verir. Nötron ve
proton kütleleri, birbirine oldukça yakındır. Nötronlar yüksüz parçacıklardır. Hidrojen dışında
bütün atomların çekirdeklerinde bulunan parçacıktır. Nötronun elektrik yükü sıfır ve bağıl
kütlesi 1,00 dır.Nötronların da 3 kuarktan oluştukları sanılmaktadır. Sembolü(n)’dir, çekirdekte
bulunur. Her atom farklı sayıda nötron bulundurabilir.
James cahdwicks adlı bilim adamı tarafından 1932 yılında keşfedilmiştir. Bu keşfinden dolayı
1935'te Nobel fizik ödülünü almıştır.
Hidrojen dışında tüm atomların çekirdeklerinde bulunurlar. Proton ile aynı kütleye sahiplerdir
(1 a.k.b.).
Nötronlar, elektron ve protonun birleşiminden oluşurlar. Kütleleri 8 ile 50 arası Güneş kütlesine
sahip yıldızlar süpernovaya dönüşürken aşırı basınç sonucunda çekirdeğindeki atomları nötrona
evrilir. Beta ışımasında, nötron bozunarak proton ve elektrona dönüşür.
Atom un yapısında
Proton
Nötron
Elketron