Atom Nedir ? Atom Modelleri Nelerdir

**Prof. Dr. Sinsi** · 10-28-2012

Modern Atom Kuramı: 1920-1930

Modern atom kuramı, tümüyle kuantum kuramı temeli üzerinde yükseliyor

Artık modellenemeyen bir “matematiksel” betimlemenin içinde düşünmemiz gerek

Bu kuram, öncelikle çekirdek çevresindeki elektron “davranışı”nı belirler

Elektron, bulunduğu zaman tümüyle bir parçacık olarak kavranmıştı

Ama sonraları, onun aynı zamanda bir dalga özelliği taşıdığı anlaşıldı

Elektron nedir? Parçacık mı? Evet

Dalga mı? O da evet! Peki çekirdek çevresindeki elektronların bulunduğu uzay parçalarını biliyor muyuz? Evet

Onlara orbital diyoruz

Orbitaller s,p,d ve f harfleriyle simgeleniyor

Niels Bohr, elektronların her enerjiyi değil,belirli enerjileri alabildiğini benimseyerek yeni atom kuramını geliştirmişti

Bohr, çok elektronlu atomların karmaşık tayf çizgilerini ise açıklayamıyordu

Bir elektrik alan, bir atomun tayf çizgilerini, değişik frekanslarda,birkaç çizgiye daha ayırır(Stark Olayı)Bu da Bohr kuramı için bir bilmeceydi

Atomların ışıması bir manyetik alan içinde incelendiği zaman oluşan tayf çizgilerinin herbirinin bir kaç çizgiye ayrılması olayına “yarılma” denir

Çizgilerin ayrıklığı manyetik alanın şiddetine bağlıdır

Bir manyetik alanda tayf çigilerinin yarılması olayını 1896’da Hollandalı fizikçi Pieter Zeeman (1865-1943) keşfetti

Zeeman olayı, uzay kuantumlanmasının etkili bir kanıtıdır

Modern Atom Kuramının temeli üç büyük adıma dayanır:

1

Parçacıkların dalga özelliği göstereceğinin kestirilmesi, Louis de Broglie,1924

Broglie, o zamana dek birbirinden ayrıymış gibi duran iki eşitliği Planck eşitliği(E=hf) ile Einstein eşitliğini (E=mc2) birleştirdi,her parçacığın bir dalga özelliği taşıması gerektiğini açıkladı

2

Dalga mekaniğinin yani Schrödinger dalga denklemi denen denklemin keşfi

Erwin Schrödinger ,1926

Schrödinger 1926 yaz aylarında dalga denklemi türetti

Dalga denklemine göre,örneğin, hidrojen atomunda elektronun konumu kuantize değildir, bu bakımdan,elektronun çekirdek civarında,birim hacim başına belli bir bulunma olasılığını düşünmemiz gerekir

Fakat öngörülebilen hiçbir konum, hatta klasik anlamda yörünge söz konusu değildir

Bu olasılıkçı söylem, hidrojen atomu üzerinde yapılan deneylerin, atomun bir bütün elektron (belirli bir bölgede bir elekronun yüzde 27’sini başka bölgelerde yüzde 73’ünü değil) içermekte olduğunu göstermesi gerçeği ile çelişmez; olasılık, elektronun bulunması ile ilgilidir ve her ne kadar bu olasılık uzayda dağılmış ise de elektronun kendisi dağılmış demek değildir

Madde dalgalarının gerçek dalgalar değil,dalga genliğinin karesiyle belirlenen olasılıkçı yorumunu Max Born yapmıştır

Ancak Schrödinger ve Einstein bu yoruma katılmamıştır

Ançak geçen zaman Born'u haklı çıkarmıştır

3

Belirsizlik ilkesinin keşfi

Heisenberg,1927

Elektronun yerini ve hızını aynı anda belirlemede sorun var mı? Var

Elektronun yerini belirleme konusunda yüzdeler veriyoruz

Elektron yüzde 90 olasılıkla şu atomik uzayda bulunabilir diye hesaplarımızın sonucunu veriyoruz

Bu olasılık, her ne kadar uzaya dağılmış ise de elektronun kendisi dağılmış demek değildir

Elektronun atom içindeki yerini ışık kullanarak belirleyebiliriz

Belli dalga boyu olan bir ışıkla aydınlattığımız zaman,o dalga boyundan daha küçük ayrıntıları seçemeyiz

Bu iyi bilinen bir olgudur

Gerçekten badana fırçası ile bir İran minyatürü yapılamaz!

Elektronun yerini “görmek” istediğimizde “gördüğümüz yer” ,onun gerçek yeri değil de “fotonla itildiği yer” olacaktır

Burada kullanılan ışığın dalga boyu düzeyinde bir belirsizlik vardır

Bu belirsizlik, hiçbir zaman sıfıra indirilemeyecektir

Benzer sorun elektronun hızını ve ona bağlı olan momentumunu belirlemede de karşımıza çıkıyor

Uzatmayayım

Elektronun yerini ve momentumunu asla tam bir kesinlikle belirleyemeyiz

Bu konuda olasılıklar düzeyinde konuşabiliriz

Evet,elektronun çekirdek çevresinde bulunabileceği olası bölgeleri bilebiliyoruz

Elektronun olası ve ortalama hızını ve dolaysıyla momentumunu bilebiliyoruz

belirsizlik ilkesi Ama bunları tam bir kesinlikle bilemiyoruz

Tam bir kesinlikle bilemediğimiz çok şey var

Bunları sorun etmeyin

Çünkü en yetkin bilim adamları bile bunları kesinlikle bilmiyor! Bu da belki daha alçakgönüllü olmamız için gerekli bilgiler

Orbital, matematiksel bir fonksiyon olmakla birlikte, ona fiziksel anlam vermeyi deneyebiliriz: Eleketronu tanecik olarak düşünürsek orbital, atom içerisinde elektronun bulunma olasılığı yüksek bir bölgeyi simgeler

Elektronu bir maddesel dalga olarak düşünürsek orbital elektron yük yoğunluğu yüksek olan bölgeyi gösterir

Elektron “tanecik” olarak kabul edildiğinde,elektronun belirli noktalarda bulunma olasılığından ;elektron “dalga” olarak kabul edildiğinde ise, elektron yük yoğunluğundan söz ederiz

Yani elektronun konumu kuantize değildir,bu bakımdan,elektronun çekirdek çevresinde,birim hacimdeki bulunma olasılığını(dalga genliğinin karesine,yani dalga şiddetini) düşünmemiz gerekiyor

Dalganın şiddeti (genliğin karesi) bir bölgedeki foton sayısına,yani foton yoğunluğuna bağlıdır

10-28-2012	#10
Prof. Dr. Sinsi	Atom Nedir ? Atom Modelleri Nelerdir Modern Atom Kuramı: 1920-1930 Modern atom kuramı, tümüyle kuantum kuramı temeli üzerinde yükseliyor Artık modellenemeyen bir “matematiksel” betimlemenin içinde düşünmemiz gerek Bu kuram, öncelikle çekirdek çevresindeki elektron “davranışı”nı belirler Elektron, bulunduğu zaman tümüyle bir parçacık olarak kavranmıştı Ama sonraları, onun aynı zamanda bir dalga özelliği taşıdığı anlaşıldı Elektron nedir? Parçacık mı? Evet Dalga mı? O da evet! Peki çekirdek çevresindeki elektronların bulunduğu uzay parçalarını biliyor muyuz? Evet Onlara orbital diyoruz Orbitaller s,p,d ve f harfleriyle simgeleniyorNiels Bohr, elektronların her enerjiyi değil,belirli enerjileri alabildiğini benimseyerek yeni atom kuramını geliştirmişti Bohr, çok elektronlu atomların karmaşık tayf çizgilerini ise açıklayamıyordu Bir elektrik alan, bir atomun tayf çizgilerini, değişik frekanslarda,birkaç çizgiye daha ayırır(Stark Olayı)Bu da Bohr kuramı için bir bilmeceydi Atomların ışıması bir manyetik alan içinde incelendiği zaman oluşan tayf çizgilerinin herbirinin bir kaç çizgiye ayrılması olayına “yarılma” denir Çizgilerin ayrıklığı manyetik alanın şiddetine bağlıdır Bir manyetik alanda tayf çigilerinin yarılması olayını 1896’da Hollandalı fizikçi Pieter Zeeman (1865-1943) keşfetti Zeeman olayı, uzay kuantumlanmasının etkili bir kanıtıdır Modern Atom Kuramının temeli üç büyük adıma dayanır: 1Parçacıkların dalga özelliği göstereceğinin kestirilmesi, Louis de Broglie,1924Broglie, o zamana dek birbirinden ayrıymış gibi duran iki eşitliği Planck eşitliği(E=hf) ile Einstein eşitliğini (E=mc2) birleştirdi,her parçacığın bir dalga özelliği taşıması gerektiğini açıkladı 2 Dalga mekaniğinin yani Schrödinger dalga denklemi denen denklemin keşfi Erwin Schrödinger ,1926 Schrödinger 1926 yaz aylarında dalga denklemi türetti Dalga denklemine göre,örneğin, hidrojen atomunda elektronun konumu kuantize değildir, bu bakımdan,elektronun çekirdek civarında,birim hacim başına belli bir bulunma olasılığını düşünmemiz gerekir Fakat öngörülebilen hiçbir konum, hatta klasik anlamda yörünge söz konusu değildir Bu olasılıkçı söylem, hidrojen atomu üzerinde yapılan deneylerin, atomun bir bütün elektron (belirli bir bölgede bir elekronun yüzde 27’sini başka bölgelerde yüzde 73’ünü değil) içermekte olduğunu göstermesi gerçeği ile çelişmez; olasılık, elektronun bulunması ile ilgilidir ve her ne kadar bu olasılık uzayda dağılmış ise de elektronun kendisi dağılmış demek değildirMadde dalgalarının gerçek dalgalar değil,dalga genliğinin karesiyle belirlenen olasılıkçı yorumunu Max Born yapmıştır Ancak Schrödinger ve Einstein bu yoruma katılmamıştırAnçak geçen zaman Born'u haklı çıkarmıştır 3Belirsizlik ilkesinin keşfi Heisenberg,1927 Elektronun yerini ve hızını aynı anda belirlemede sorun var mı? Var Elektronun yerini belirleme konusunda yüzdeler veriyoruz Elektron yüzde 90 olasılıkla şu atomik uzayda bulunabilir diye hesaplarımızın sonucunu veriyoruz Bu olasılık, her ne kadar uzaya dağılmış ise de elektronun kendisi dağılmış demek değildir Elektronun atom içindeki yerini ışık kullanarak belirleyebiliriz Belli dalga boyu olan bir ışıkla aydınlattığımız zaman,o dalga boyundan daha küçük ayrıntıları seçemeyiz Bu iyi bilinen bir olgudur Gerçekten badana fırçası ile bir İran minyatürü yapılamaz! Elektronun yerini “görmek” istediğimizde “gördüğümüz yer” ,onun gerçek yeri değil de “fotonla itildiği yer” olacaktır Burada kullanılan ışığın dalga boyu düzeyinde bir belirsizlik vardır Bu belirsizlik, hiçbir zaman sıfıra indirilemeyecektir Benzer sorun elektronun hızını ve ona bağlı olan momentumunu belirlemede de karşımıza çıkıyor Uzatmayayım Elektronun yerini ve momentumunu asla tam bir kesinlikle belirleyemeyiz Bu konuda olasılıklar düzeyinde konuşabiliriz Evet,elektronun çekirdek çevresinde bulunabileceği olası bölgeleri bilebiliyoruz Elektronun olası ve ortalama hızını ve dolaysıyla momentumunu bilebiliyoruz belirsizlik ilkesi Ama bunları tam bir kesinlikle bilemiyoruz Tam bir kesinlikle bilemediğimiz çok şey var Bunları sorun etmeyin Çünkü en yetkin bilim adamları bile bunları kesinlikle bilmiyor! Bu da belki daha alçakgönüllü olmamız için gerekli bilgiler Orbital, matematiksel bir fonksiyon olmakla birlikte, ona fiziksel anlam vermeyi deneyebiliriz: Eleketronu tanecik olarak düşünürsek orbital, atom içerisinde elektronun bulunma olasılığı yüksek bir bölgeyi simgeler Elektronu bir maddesel dalga olarak düşünürsek orbital elektron yük yoğunluğu yüksek olan bölgeyi gösterir Elektron “tanecik” olarak kabul edildiğinde,elektronun belirli noktalarda bulunma olasılığından ;elektron “dalga” olarak kabul edildiğinde ise, elektron yük yoğunluğundan söz ederiz Yani elektronun konumu kuantize değildir,bu bakımdan,elektronun çekirdek çevresinde,birim hacimdeki bulunma olasılığını(dalga genliğinin karesine,yani dalga şiddetini) düşünmemiz gerekiyor Dalganın şiddeti (genliğin karesi) bir bölgedeki foton sayısına,yani foton yoğunluğuna bağlıdır