Atom, Atome, Atomus, Atomos

ATOM a (fr atome; lat atomus; yun átomos, bölünemez'den) 1 Maddenin temel bileşeni; devinimleri ve bileşmeleriyle maddenin esas makroskobik özelliklerini belirler Atomun kendisi de iç yapı bakımından karmaşıktır) [Bk ansikl böl Fiz ve Kim ] —2 || Atom birimi, atomların kütlelerini ölçmekte kullanılan uzlaşmalı kütle birimi (akb) Günümüzde, özel ölçübilim nedenlerinden dolayı 12C karbon izotopu atomu için 12 akb'lik bir kütle kabul edilir (1 akb = 1,660 43±0,00002) x1027 kg] || Atom fiziği, yalıtık atomun özelliklerini kuramsal ve deneysel olarak inceleyen bilim (Atom fiziğinin ortaya attığı problemler, kuvantum kuramının gelişmesine neden olmuştur Deneysel açıdan bu fizik dalı, incelenen olguların büyüklük basamağule yani atomun boyutu [angström, 1A = I0"10m] ve elektron düzeylerinin enerjisiyle (elektronvolt) belirgindir Tayfgözlem, atom fiziğinde en uygun tekniktir || Atom numarası ya da sayısı, dönemsel sınıflandırmada, bir elementin sıra sayısı (Çekirdeğin proton sayısına ya da yansız atomun elektron sayısına eşittir ve X ışınları tayfıyla belirlenir)

(Aynı tür atomlardan oluşan bir cisim, basit cisim ya da kimyasal element adını alır (Tamlayan olarak) atoma ilişkin, atomdan kaynaklanan şeyleri belirtir: Atom savaşı, atom enerjisi [Yaklaşık olarak hidrojen atomunun kütlesine eşittir

—Antropol Akrabalık atomu, özneyi, anayı, babayı ve dayıyı içeren en temel akrabalık yapısı

—Ask Atoma karşı korunma, savaşanlar ile halkı nükleer silahların etkilerinden korumaya ve radyoaktif kalıntıları yok etmeye yönelik savunma (Bk ansikl böl) —Ceb Bir kafesin atomu, bir kafesin sıfır elemanının, bu eleman olduğu zaman, ardıl ama ille de tek olması gerekmeyen elemanı

—Elektron Alıcı atom, bir yarıiletkende bir katkının bir elektron alabilen atomu || Verici atom, bir yarıiletkende bulunan ve komşu atomlara bir elektron verebilen katkı atomu

—Fels Eski yunan maddeci filozoflarda gözle görülemeyen öğe (Bk ansikl böl) || Çengel biçimli atomlar, Demokritos'un ve Epikuros'un sistemlerinde, karşılaştıkları zaman birbirlerine tutunabilmeleri için çengel biçiminde eğrilmiş oldukları düşünülen atomlar

—Kim Bir atomgrama eşit maddesel bir niceliğe ilişkin kimi büyüklükler için kullanılır: özgül atom sayısı, atom hacmi vb || Atom kütlesi, bir elementin atom kütlesinin, karbon 12 kütlesinin 12'de birine olan oranı (Bk ansikl böl) -Metalurj Atom mikroanalızı, atom mikroskobuyla atom düzeyinde yapılan analiz || Atom mikroskobu, atomların görüntüsünü veren, alan yayımlı mikroskop —Nük müh Atom enerjisi, NÜKLEER" ENERji'nin eski eşanlamlısı || Atom pili, NÜKLEER REAKTÖR*'ün eski eşanlamlısı (Enrico Fermi'nın 1942'de Chicago'da gerçekleştirdiği ilk nükleer reaktör, bir grafit ve uranyum blokları yığınından oluşuyordu Terimde geçen "pil'' sözcüğü, ingilizce "yığın" anlamına gelen pile sözcüğünden gelmektedir) —Savunm Atom bombası, eşanl PARÇALANMA BOMBASI * \\Atom mermisi, atom yüklü mermi (Uçaktan atılabilir, bir füze başlığına konabilir ya da bir topla fırlatılabilir) || Atom patlaması, NÜKLEER PATLAMA"nın eşanlamlısı || Atom silahı,plütonyum ya da uranyuma dayalı parçalanma tepkimelerini kullanan silah (Bu silahların gücü kiloton olarak belirtilir Çok daha güçlü olan termonükleer* silahlarda kapsül görevi yaparlar)

—ANSİKL Ask Nükleer patlamaların etkilerine karşı alınacak koruyucu önlemler, birçok bakımdan savaşlarda kullanılan gazlara karşı alınan önlemlere benzer Göz önünde bulundurulacak ilk nokta, patlama merkezinin (yerde ya da havada) hemen yakın çevresinde korunmanın olanaksız olduğudur Bununla birlikte bu tam imha alanının oldukça dar olduğu da kabul edilir ( -> NÜKLEER ve TERMONÜKLEER) Hassas noktaların boşaltılması gibi öncelikle alınacak önlemlerin yanı sıra patlama merkezinden çok uzaktaki bölgeleri de ilgilendiren kimi bireysel ve kol-lektif önlemler de vardır Tüm bu önlemler ancak psikolojik bir uyarmayla birlikte düşünülmelidir: bu uyarma ilgililerin moralini düzeltmeli ve patlamanın etkilerine anında karşılık verebilecek bir korunma refleksini geliştirmelidir Kollektif korunma dar ve derin siperlerin yapımını gerektirir

Bunların üzeri klasik sığınaklar gibi ya lıtıcı yüzeylerle örtülmeli ama siperlerin içinde bombanın basıncına ve meydana gelecek ısıya karşı özel birtakım önlemler alınmalıdır Bunu sağlamak için, bireysel maskelerden ya da radyoaktif etkiden sonra yok edilmeleri gereken eldiven, eşarp, pelerin gibi korunma araçlarından yararlanılır Radyoaktif kalıntıların saptanması "debiölçer" ya da "dozölçer" denilen nicel ve nitel aygıtlarla yapılır Kalıntıların yok edilmesiyse (algılama, temizleme) bu konuda uzmanlaşmış birliklerin işidir


Bireysel korunmanın amacı ise toz ya da damla halindeki radyoaktif ürünlerden insan gövdesinin korunmasıdır

Atoma karşı korunma zorunluluğu 1950-1955'ten bu yana birliklerin örgütlenmesinde ve taktiğinde önemli değişikliklere yol açmıştır Ayrıca askeri gereçlerin, özellikle gemilerle tankların tasarımında, askeri kuvvetlerin altyapısında ve askeri üslerin düzenlenmesinde bir takım yenilikler yapılmıştır: örneğin çağdaş deniz üslerinde atoma karşı geniş yeraltı sığınakları Nükleer radyasyona karşı en iyi korunma yolu suyun altına girmek olduğuna göre, günümüzde üssünden hemen hemen bağımsızlaşan nükleer denizaltı, atoma karşı geliştirilen silahların en iyisi olarak görünmektedir Ayrıca atom fabrikalarında çalışan personelin de radyoaktif unsurları dışarıya taşımalarını önlemek için büyük bir titizlikle korunmaları, üstünde durulacak en önemli konulardan biridir

—Fels İlkçağ maddecilerinde atom,nesneleri oluşturan hem uzamlı hem de bölünmez en küçük öğe olarak tanımlanır Leukippos'un, Demokritos'un, Epikuros' un, Lucretius'un mekanikçi atomculuğuna göre, hiçbir nitelikleri olmayan, birbirlerinden ancak biçimleri ve boyutlarıyla ayrılan, içine girilmezlik özelliği taşıyan maddesel parçacıklar olan atomlar, boşlukta çeşitli öbekleşmelere yol açarak farklı cisimleri meydana getirirler

Ama bu öğretiyi benimseyenlerin karşısına çeşitli sorunlar çıkar Bölünmeyen bir uzam parçasını kabul etmenin mantıksal güçlüğü, cisimlerin çeşitli fiziksel ve kimyasal özelliklerini açıklamanın güçlüğü, atomlardaki yörünge kayması" (klinamen) kavramının ortaya çıkardığı metafizik güçlük, bu sorunlar arasında yer alır XVII ve XVIII yüzyıla kadar, bu atom kavramını savunanların tümü, Gassendi'ler, HelvĞtius'lar, d'Holdbach'lar, yani hem akılcılar hem maddeciler sürekli olarak bu güçlüklerle karşılaşmışlardır

Öte yandan Leibniz'e göre, doğada atomlar olabileceği düşüncesi, ayırt edilmezlerin özdeşliği ilkesiyle

tamtamına sert ve değişmeyen ya da iç değişmeye uğrayamayan ve ancak büyüklük ve biçim bakımından birbirinden farklı cisimler var olsaydı; besbellidir ki, aynı büyüklükte ve biçimde atomlar olabileceğine göre, içsel temelden yoksun ancak dış adlandırmalarla birbirinden ayırtedilebilecek kendinden ayırtedil-mezler de var olacaktı; ama bu, akhn en temel ilkelerine aykındu"(Nouveaux Essais sur l'entendement humain, II, XXVH, 3)

—Fiz ve Kim Eski Yunan filozoflarının ortaya attıkları atom varsayımı, ancak XIX yy'da statü değiştirdi ve XVIII yy sonuyla XIX yy başı kimyacılarının çalışmaları ve kimyanın nicel olaylarını yorumlamaya yönelik uğraşları sonucu, bir varsayım olmaktan çıkarak bilimsel bir kuram haline geldi Kimyasal bir tepkime sırasında-kütlenin korunumu yasası (Lavoisier yasası) ve "belirli oranlar" yasası (Proust yasası) cisimlerin, kimyasal bir tepkime sırasında değişime uğramadan sadece birleşen ya da birbiriyle yer değiştiren, yok olmaz parçacıklardan oluştuğu kabul edilerek açıklanır Bu durumda atom kavramı, Mendeleiev'in sınıflandırdığı kimyasal element, yani maddenin son bileşeni kavramıyla özdeşleşir

Bu, "bölünemez "atom modelinden yola çıkarak gazların kinetik kuramının ve daha genel olarak, çok sayıda atomdan oluştuğu düşünülen maddenin makroskobik özelliklerini açıklamaya yönelik istatistiksel klasik mekaniğin kurulması da bu döneme rastlar (Avogadro sayısı N = 61023, birkaç gramlık bir maddenin atom sayısının büyüklük düzeyi hakkında bir fikir verebilir)

J J Thomson'un deneysel olarak elektronu bulmasıyla (1897), atomun bölünmezliğine ilişkin düşünce sarsıldı; bu durumda atom bileşik bir cisim olarak, elektron da atomun bileşenlerinden biri olarak düşünülüyordu; ayrıca, elektriksel olarak yansız olan atom, elektronlarının yanı sıra aynı sayıda artı yük taşımalıydı Rutherford'un, bu artı yüklerin atom içindeki dağılımını belirlemeye yönelik deneyleri (1910) bu yüklerin, boyutları atomunkinden 104 kez daha küçük bir bölgede yoğunlaşmış olduklarını gösterdi: demek ki atom, aslında "boş" idi Buradan, ("Rutherford atomu" denen) elektronların elektrostatik bir çekim etkisiyle, tüm artı yükleri taşıyan ve elektrondan binlerce kez daha ağır olan bir çekirdek çevresinde döndüğü gezegensel bir model doğdu

Fakat çok geçmeden, bu modelin yetersizliği ve elektromıknatıslık yasalarıyla çelişkiye düştüğü anlaşıldı Gerçekte, bu yasalar elektronların olası dönüşü gibi, hızlandırılmış bir devinimi olan yüklerin elektromanyetik bir ışıma yaymaları gerektiğini öngörür; bu da, elektronların enerjilerini yitireceği ve dolayısıyla çekirdek üzerine "düşeceği" ve aynı zamanda yayılan dalga frekansının azalacağı anlamına geliyordu Dolayısıyla, atom hem kararsızdı hem de yayılan ışınım sürekli bir frekans tayfı göstermeliydi Oysa deneyler çeşitli cisimlerin yaydığı ve bu cismin belirleyici özelliği olan ışımaların, özü bakımından, belirli frekanslardaki belirli tayf çizgilerinden oluştuğunu göster-m iştir

Bu paradoks, 1913'te Bohr'un kuvan-talar varsayımının (1900-1905 arası Planck'ın ve Einstein'ın açıkladığı) Rutherford modeline uyarlanmasıyla çözüldü Bohr modelindeki elektron (bu da atomun kararlılığını sağlar) enerjisi belirli durağan yörüngeler çizer ve durağan bir yörüngede, hiçbir enerji yaymaz; buna karşılık, ışıma (ya da soğurma) yayımı elektronun bir yörüngeden diğerine "sıçra-ma"sıdır (bu da tayf "çizgi"lerini açıklar) Bununla birlikte, yörüngelerdeki bu "niceliğin" ve bu kararlılığın kökeni henüz anlaşılmış değildi

Atomun yapısını, klasik kuram çerçevesinde açıklamanın olanaksızlığının anlaşılması üzerine bu soruya bir yanıt olarak kuvantum kuramı ortaya çıktı

• Hidrojen atomu ve kuvantum fiziği Hidrojen atomunun tek bir elektronu vardır Tüm atomlar içinde en yalını, dolayısıyla en çok incelenenidir Bir gezegen yörüngesinin saptanması klasik fizik için neyse, hidrojen atomu da kuvantum fiziği için odur; yani kuramın tüm ayrıntılarına varıncaya dek, tam bir kesinlikle çözümlendiği ve kuramsal sonuçlarla deneysel sonuçların hemen ve kolaylıkla karşılaştırı-labildiği bir sorundur

Atomun kararlılığı ve kuvantalanması, tam anlamıyla kuvantum özelliklerinden-dir; gerçekte, bu kararlılık Heisenberg eşitsizliklerinden hareket ederek anlaşılabilir Klasik fizik kavramlarının geçerlilik alanını sınırlayan bu ilişkiler, klasik kavramlara kabul ettirilen "kuvantum zorlamaları" olarak görülebilir Bir sistemin, p devinim niceliği tayfıyla A r uzaysal genişlemesi arasında bir bağlılaşım (klasik mekanikte olmayan) kuran ApAr-h'(K=h/2-n, h Planck değişmezi) eşitsizliğinden,bir sistemin T = p2/2 m ortalama kinetik enerjisinin uzaysal ya ğunluğuyla birlikte arttığı sonucu çıkar Elektronun çekirdek üzerine "düşme"si-ni engelleyen, işte bu kuvantum etkisidir (klasik bir sistemde kinetik enerji, sistemin boyutuna doğrudan bağlı değildir); gerçekte, proton-elektron uzaklığı azaldığında, - 1/r ile orantılı V(r)potansiyel enerjisinin — 00 a doğru gitmesine karşın, r, 0 a giderken, kinetik enerji yeterince hızlı artarak potansiyel enerjiye üstün gelir Bu durumda a0 = 0,6 Â lük bir değer için, enerjinin minimal olduğu bir dağılımın varlığı, kinetik ve potansiyel enerjinin r fonksiyonundaki karşıt değişimleri arasında meydana gelen bir uzlaşmadan doğar

Bohr'un öngördüğü, enerji düzeylerinin kuvantalanması da özgül bir kuvantum olayıdır Bir potansiyel kuyusu içinde korunan (hidrojen atomunun elektronu gibi) bir kuvantumun enerjisi ancak, kimi özel, kesikli değerler alabilir: bunlar da, onun enerji düzeyleridir Elektron ve proton atom içinde birbirine bağlı olduklarından, bu enerjiler negatiftir (Enerjilerin kökeni olarak ayrışmış sistemin enerjisi, yani kinetik enerjisi olmayan ve protonuyla elektronu birbirinden sonsuza dek uzak düşen bir sistemin enerjisi kabul edilir)

Yukarıdaki basit kanıtlar, Schrödinger denkleminin çözümüyle elde edilen sonuçları bulgulama terimleriyle dile getirir Hidrojen atomunun çeşitli durağan hallerinin enerjileri şu bağıntıyla verilir: E„ = i, T/n2, burada n, n 21 E, koşulunu sağlayan bir tamsayıdır En düşük enerji (n = 1) olan ve sistemin temel durum enerjisini belirtenE,,m(elektronun kütlesi),e (elektronun elektriksel yükü)vefl(et-ki kuvantumu, kuvantum kuramının temel değişmezi) büyüklüklerine bağlı olarak tanımlanır;

Sayısal olarak, E, in değeri - 13,6 eV'tur (elektronvolt atom fiziği alanına uyarlanmış enerji birimidir)

Diğer enerji düzeyleri, En, n 11 atomun "uyarılmış" halleri adını alır; gerçekte bunların enerjileri E, den daha büyük olduğundan bunlara ulaşmak için, atoma dışarıdan enerji vermek gerekir Öte yandan, v frekanslı bir fotonun soğurulmasıy-la, bir atom h u =En - E, bağıntısı uyarınca, En halinde uyarılabilir Bu kararsız haldeki atom, ya yeniden m frekanslı bir foton yayımlayarak ilk haline doğru ya da "n n frekanslı bir foton yayımlayarak,

E„(n'< n) enerjili bir ara hale doğru kendiliğinden bir geçiş (şekil 1) gerçekleştirir;

\n n /

Atomların tayf çizgilerinin oluşumuna neden olan, işte bu kuvantalanmış yayım süreçleridir Hidrojen atomu tayf çizgilerinin çeşitli frekanslarını birbirlerine göre basit şekilde tanımlayan yukarıdaki bağıntıyı, kuvantum fiziğinden çok önce hidrojenin tayf çizgilerini deneysel olarak sı-nıflandırabilmek amacıyla Balmer önermişti; bu formüle kuramsal bir açıklama getirmek, kuvantum kuramının en büyük başarılarından biri oldu

Aynı enerji düzeyine yani n nin aynı de ğerine genellikle atomun birçok kuvantum hali karşılık gelir; bunlar açısal moment değerleriyle ayırt edilir Böylece, açısal momentin kuvantalanmış değerlerini belirtecek bir başka / tamsayısına gerek duyulmuştur; çekirdek içinde elektronun bulunma olasılığının dağılımını (yani yük yoğunluğunun dağılımı)açıklamak,(n, I) çiftinin veri olarak bilinmesini gerektirir; burada I, n nin bir değeri için, n değerler alabilir:

/ n - 1, n -2, 1, 0

Son olarak, elektronun kuvantum halinin tam tanımı, açısal momentin yönünü belirten bir başka kuvantum sayısının da bilinmesini gerektirir; m ile gösterilen bu sayı, (2/ r 1)tane kuvantalanmış değer alabilir:

m = -/, -/ + 1, 1, 0, 1, / 1, /

Elektron dağılımı m ye bağlı değildir

Şekil 2'de,çekirdeğe olan r uzaklığına bağlı olarak, elektronun bulunma olasılı ğının değişimleri Schrödinger denkleminin çözülmesiyle hesaplanabileceği şekilde gösterilmiştir, n arttıkça, elektron yoğunluğunun önemli bir bölümü, gitgide çekirdekten uzaklaşır; elektronun çekirde ğe bağlılığı giderek azalır; uyarılmış haller, gitgide daha kararsızlaşır Maksimum olasılığın konumu (yaklaşık 0,5 Â) atom boyutunun büyüklük basamağını belirler Demek ki angström (1 Â 10 10 m) atom fiziği alanına uygun bir uzunluk birimidir

• Z elektronlu atomun yapısı Z elektronlu (ve dolayısıyla Z protonlu) bir atomun yapısı, daha karmaşık olmakla beraber, hidrojen atomundan yola çıkarak açıklanabilir Çekirdek (Rutherford'un deneyleri, atomdan 104 kez daha küçük olduğunu göstermiştir) burada da çekirdeğin bütün yükünü ( + Ze) taşıyan bir noktadır Bu durumda, atomun her elektronu bir yandan çekirdeğin - Ze 2/r merkez çekim potansiyelinin, diğer yandan da öbür (Z - 1) elektronların çok daha karmaşık olan itiminin etkisindedir

Basitleştirmek için, bağımsız olarak her elektrona etkiyen küresel bakışımlı bir potansiyel yardımıyla anlaşılabilen bu etkileşimin ayrıntıları göz önüne alınmaz (Bu, bir bakıma elektronlar arasındaki karşılıklı etkileşimin ortalamasıdır) Dolayısıyla, her elektronun çekirdekten kaynaklanan

Ze 2/r çekim potansiyelinin toplamı olan bir V(r) merkez potansiyelinin ve diğer elektronlardan kaynaklanan ortalama İtim potansiyelinin etkisinde olduğu kabul edilir

Bu durumda her şey, sanki her elektron diğerlerinden bağımsız olarak, eksi yük yoğunluğunun küresel dağılımı ile ekranlanmış çekirdek alanında davıanıyormuş gibi oluşur; bu da uzun erimli potansiyelin biçimini değiştirir Her elektronun etkisinde olduğu potansiyel, hidrojen atomunda olduğu gibi tam 1/r de olmasa bile, bu değerden çok fazla sapmaz (şekil 3) Bu koşullarda, birbirinden bağımsız sayılan Z elektronun her biri için olası hallerin, hidrojen atomundaki tek elektronun hallerine benzemesine şaşmamak gerekir

Bunların uzay ilişkileri, yine iki n ve (kuvantum sayısı çlftiyle belirtilir Bununla birlikte, enerji düzeylerinin dizilimi tam olarak aynı değildir (şekil 4) Bireysel elektron düzeyleri şimdi, hem n ye hem de / ye bağımlıdır

Bu durumda, atomun temel halinde (en düşük enerji hali) bütün Z elektronların en aşağı bireysel elektron düzeyinde bulunacakları akla yakın gelebilirdi Bu da, bütün Z elektronların benzer roller oynadıkları sonucunu doğuracaktı; oysa kimyasal bağda (örneğin) ancak çok az sayıda elektronun rol oynadığı bilinmektedir Demek ki kimi elektronlar, diğerlerinden daha zayıf bağlanmıştır ve yukarıdaki kuramsal taslak buna göre düzeltilmelidir

işte burada, temel bakışım ilkelerinden biri olan Pauli dışlama ilkesi işe karışır Spini yarı-değişmez olan elektronlar, Fermi-Dirac istatistiğine uyarlar ve iki elektron aynı kuvantum halinde bulunamaz Oysa, bir kuvantum halinin dalga fonksiyonu uzayın bir bölümünden (parçacığın içinde bulunduğu potansiyelin biçimiyle belirlenen) başka, elektronlar sözkonusu olduğunda spinin "z bileşeni"nin + 1/2 ya da -1/2 değeriyle belirlenen bir spın bölümünü de kapsar Dolayısıyla Z elektronlu bir atomda, bir elektronun hali 4 kuvantum sayısıyla(r), /, m ve±1/2)tama-men belirlenir İki elektron, aiynı 4 kuvantum sayısı kümesine sahip olamaz Atomların kimyasal özellikleri ve genel anlamda maddenin temel karakteristikleri bu ilkeden kaynaklanır

Şu halde, Pauli ilkesini göz önüne alarak, elektronları birer birer yerleştirmek koşuluyla, Z elektronlu bir atom "kurulabilir" Nitekim, örneğin helyum atomunun iki elektronu

hallerinde, kaçınılmaz olarak temel haldedir Bu elektronlar sadece spin halleriyle birbirinden ayrılır ve helyum atomu içinde, yükün uzaysal dağılımı, hidrojen ato-mununkine çok benzer Bununla beraber, spinleri farklı bu iki elektronun oluşturduğu kuvantum sistemini ayrıştırmak özellikle zordur; helyumun kimyasal eylemsizliğinin nedeni de budur

Bir elektron ekleyerek, bir sonraki Z -

3 elementine (lityum) geçildiğinde, dışlama ilkesinin sonuçları daha da belirginleşir; yukarıdaki iki halden (atomun diğer iki elektronunun önceden yer aldığı) hiçbirisinde yer alamayan üçüncü elektron ister istemez hemen bir üst enerji düzeyinde (n = 2, / = 0) yer alır (şekil 4) Oysa n = 2 ye karşılık gelen varlık yoğunluğu dağılımı, çekirdekten n = 1e karşılık gelene oranla daha uzakta bulunur; lityum atomu, iki elektron katman ından oluşmuş gibi görünür; biri, n = 1, iki elektrondan oluşur ve doludur, diğerinin, n =

2 yalnızca tek bir elektronu vardır Bundan:

1 lityum atomunun boyunun hidrojen ya da helyum atomunkinden daha büyük olduğu;

2 n 2 katmanının, çekirdeğe daha az bağlı elektronunun, daha kolayca atomdan kopartabileceği (bu durumda atom iyonlaşır) sonucu doğar Gerçekten: bir lityum atomonu iyonlaştırmak için 5,4 V'luk bir potansiyel farkı yeterli olmasına karşılık, bir helyum atomunu iyonlaştırmak için 24,6 V gerekmektedir Lityum, bir başka atomla kimyasal bağ oluşturmaya helyumdan çok daha yatkındır

Aynı mantık, diğer çeşitli elementlerin elektron dağılımlarını tanımlamaya da olanak verir Yöntemin (çoğu kez "Aufbaıı"

adı verilir) ilkesi şudur: çeşitli (r>,/>çiftleri-ne karşılık gelen enerjilerin nasıl sıralandıkları bilindiğine göre ve dışlama ilkesi de göz önüne alınarak, Z arttıkça, ardışık katmanlar yavaş yavaş doldurulur; atom katman katman "kurulur" 5 şekildeki tablo, ilk 36 elementin bu ilkeye göre oluşturulmuş elektron dağılımlarını göstermektedir Halleri göstermede, tayfgözlem uzlaşmaları kullanılmıştır: temel kuvantum sayısını, / nin değerini gösteren bir harf izler/; o, sharfine;/ 1,pharfine;/ 2,d harfine vb karşılık gelir Öte yandan, her elementin karşısında iyonlaşma potansiyelinin (atomdan bir elektron koparmak için gerekli enerji) değeri de (elek-tronvolt olarak) belirtilmiştir Öyle görünmektedir ki, bir katman doldukça (lityumdan neona), iyonlaşma potansiyeli artmaktadır: bir katman, ne kadar az doluysa, o kadar "zayıftır

Böylece, tüm elementlerin neden ben-

zer kimyasal özellikler göstermediği anlaşılır Kimyasal bir tepkimede zayıf enerjiler sözkonusu olduğuna göre, devreye girenler dış katmanın (genellikle tamamlanmamış) elektronlarıdır Bir cismin kimyasal özellikleri atomun dış katmanının dolma derecesine ve bu katman üzerindeki elektronların kuvantum haline bağlıdır

Bu, dış katmanları dolu olan, soy gaz (helyum, neon, argon, kripton) atomları gibi atomların, diğer elementlerle neden ancak güçlükle bileşebildiklerini açıklar Bunun yanı sıra,bir atomun ortak elektron kullanımıyla oluşturabileceği kimsayal bağ sayısının, dış katmanındaki elektron sayısına eşit olduğu da anlaşılmıştır: örneğin, dış katmanında 4 elektron bulunan karbon in 2) dörtdeğerlidir

Şekil 5'teki tablo, n ardışık katmanlarının doldurulmasına karşılık gelen belli bir dönemsellik taşır; bu dönemsellik Mende-leiev tablosunu (8 element taşıyan satırlardan oluşur ve benzer kimyasal özellik gösteren elementler aynı kolonda yer alır) anımsatır Burada, (en azından baştaki elementler için) 8'li dizilimler görülür (n 2 katmanının doldurulması için lityumdan neona, n i katmanının doldurulması için sodyumdan argona) Bununla beraber, dizilimlerin 8 elementli olması bir dereceye kadar rastlantısaldır Özellikle, Z I') atom numaralı elementin, sodyum ( Z 11) ve lityum ( Z i) ile aynı kimyasal özelliklere sahip olması, n S katmanının doldurulmasının, argondan sonra kesilmiş olmasından ileri gelir, çünküfn 4,/ 0) bireysel düzeyindeki enerji, (n i, / 2) düzeyinin enerjisinden daha düşüktür (şekil 4) Eğer böyle olmasaydı,Z 19atom numaralı elementin dış elektronu bir s il 0) halinde olmak yerine, bir d halinde olacaktı ve bu element sodyumla aynı kimyasal özelliklere sahip olmayacaktı

Aslında, buradaki son derece basitleştirilmiş açıklamalar bütün atomların tüm kimyasal özelliklerini açıklamaya yetmez; başlangıç varsayımları (özellikle, potansiyel için küresel bir bakışım varsayımı), demir ya da çinko gibi elementlerin elektron yapısını önceden kestirmek için, gereğinden fazla basittir Ancak yine de, 1930'lu yıllara doğru, Mendeleiev tablosunun aynı kolonunda yer alan elementlerin kimyasal özellikleri arasındaki benzerliklerin, bunların elektron dağılımlarındaki benzerliklerle açıklanması, kuvantum kuramının en büyük başarılarından biri olmuştu

Günümüzde atomun, görüldüğü gibi, yunan filozoflarının en son parçacığıyla da, XIX yy kimyacılarının elementiyle de pek ilgisi kalmamıştır; bugün yabancıl "atomlar", örneğin bir elektronun yerine bir müonun (elektronla aynı yüke sahip, ancak ondan 200 kez daha ağır temel parçacık) geçtiği atomlar üretilebiliyor Bugün atom, artı yüklü bir çekirdek ve belli sayıda elektrondan oluşan bir temel parçacıklar sisteminin bağlı hal'idit (burada söylenmek istenen atomu ayrıştırmak için, ona enerji vermek gerektiğidir) • Atom ve madde Atomun elektron yapısının, fizik kuramında böylesi bir yer tutması, atomun tüm çevremizi oluşturan maddenin temel bileşeni, yani "yapı taşı" olmasından ve ayrıca, maddenin makros-kobik özelliklerinin (kendi ölçeklerimizle gözlemleyebildiğimiz özellikler), mikroskobik düzeydeki, yani atom düzeyindeki özelliklerinin bir yansıması olmasından ileri gelir Başka bir deyişle, makroskobik olayların derin açıklamalarını, her zaman atom düzeyinde aramalıdır XVII ve XVIII yy'da gelişen makroskobik fiziğin başarılarına rağmen, XIX yy'da yavaş yavaş benimsenen ve uzun süre atom varsayımı adı verilen yönlendirici düşünce de budur Bugün, artık atom "varsayı-mfndan değil ancak atom gerçeğinden söz edilebilir (Kimi elektronik mikroskoplarla artık atom bile görülebilmek tedir)

Kimi durumlarda, basit bir ölçek değişikliğiyle, atom fiziği ile makroskobik fizik arasında bağıntı kurulabilir Nitekim, atom düzeyinde, iki elektron arasındaki (ya da hidrojen atomundaki elektron ile proton arasındaki) Coulomb kuvveti, makroskobik boyutlu, yüklü iki küre arasındaki kuvvetle aynı yapıdadır; her kürenin taşıdığı yükle, elektronun yükü arasında 1010 düzeyinde bir çarpan olduğundan, yüklü iki küre arasındaki kuvvet (eşit uzaklıkta), iki elektron arasındaki kuvvetten 1020 kez daha büyüktür; bu, kuvvetin yapısını değiştirmez, ama bu büyüklüğe kendi ölçeğimizle ölçülebilirlik kazandırır

Kimyasal tepkimelerde ve moleküllerin oluşmasında da durum böyledir Atom düzeyinde, A ve B gibi iki atomdan bir molekül oluşması, iki atom sistemine ait bir bağlı halin, yani enerjisi, ayrışan bileşenlerin enerjisinden daha düşük olan bir halin var olmasına karşılık gelir Atom süreci, makroskobik düzeyde kimyasal bir yasa olan belirli oranlar yasasıyla kendini gösterir; bu, atom düzeyinin yakın bir ölçek çarpanına indirgenmesidir: bileşik bir cisim vermek üzere, bileşmeye giren A ve B basit cisimlerinin tartılabilir oranları, molekülün bileşimindeki atom oranlarına eşittir

Ancak, bunlar özel hallerdir Genel olarak atom düzeyinden (ve daha genel olarak bir molekül bir kuvantum nesnesi olduğu için kuvantum düzeyinden) makroskobik düzeye (ölçülebilir özelliklerin düzeyi) geçiş, basit bir ölçek çarpanıyla gerçekleşmez Bunun en basit nedeni ise şudur: bir gram maddede o kadar çok kuvantum parçacığı (1024 düzeyinde) vardır ki, her birinin halini bir bir belirlemek olanaksızdır

Bununla birlikte, her atomun kuvantum hali belirlenebilseydi, 1024 atomluk sistemin hali yine de tanımlanamazdı Çünkü burada kesin olarak bileşen sayısının büyük değerine bağlı olan ve atom düzeyinden makroskobik düzeye geçişte olayların yapısını ve özelliklerini değiştiren kolektif ve istatistik etkiler sözkonusudur Gerçekte, 1 gram maddedeki 1024 parçacıktan her birinin halini belirlemenin hiçbir yararı yoktur, çünkü 1 gram madde üzerinde gerçekleştirilen ölçümler, her atomun bireysel davranışına karşı duyarsızdır (bir atom fazla ya da bir atom eksik, hiçbir şey değiştirmez) Buna karşın, tjurada belirlenmesi önemli olan, çok sayıdaki atomun ölçümünden çıkarılan kuvantum özelliklerinin ortalamasıdır Madde fiziği her şeyden önce, atom alanına özgü kuvantum kuramı üzerine kurulmuş bir istatistik fiziğidir

Bu genel düşünceler, basit şekilde, sıcaklık ve ısı değişimleri örneğiyle açıklanabilir 1 gram maddeyi (örneğin bir sıvıyı) oluşturan 1024 atom hareketsiz olmak şöyle dursun, düzensiz sürekli bir çalkalanma içindedir: dolayısıyla bunlar birbirleriyle gelişigüzel çarpışırlar ve birbirlerinden sürekli olarak enerji alıp verdikleri için bir süre sonra hepsi de ortalama olarak aynı enerjiye sahip olurlar; sıcaklık, bu ortalama enerjinin ölçüsüdür Şimdi, bu 1 gram sıvıyı daha sıcak bir cisimle (örneğin bir alev) temasa getirerek ısıtırsak alevin daha fazla çalkalanan atomları, sıvı-nınkiyle çarpışmaya başlar ve kendi enerjilerinin bir kısmını bunlara aktarır Demek ki alevden sıvıya enerji geçmiş ve dolayısıyla, sıvının atom çalkalanması yani, sıcaklığı artmıştır Makroskobik terimlerle bunu bir ısı alışverişi olarak betimleyebiliriz Görüldüğü gibi, sıcaklık ve ısı alışverişi mekanizması, ancak atomlar, maddenin bileşenleri olarak kabul edildiğinde açıklanabilmektedir; aynı şekilde, her atomun enerjisinin açıkça işe karışmadığı görülmektedir; sözkonusu olan, yalnızca bu enerjinin ortalama değeridir

Başka bir atom ve istatistik etki örneği verelim: maddenin çeşitli hallerde (gaz, sıvı, katı) bulunabilmesi Gaz halden sıvı, sonra da katı hale geçiş atom yoğunlu-

ğunun artması demektir; bu artış da ısıl çalkalanma olanaklarının kısılması anlamına gelir; katı halin son sınırında, atomlar belirli konumlarda (ısıl çalkalanma yerini, bu konumlar çevresindeki titreşimlere bırakır), hatta kristaller sözkonusu olduğunda bir "kristal ağf'na düzenli olarak dağılmış alanlarda yer almaya başlarlar Gaz haldeyken tamamen düzensiz olan atom dağılımı, katı hale doğru gidildikçe, yavaş yavaş düzene girer Fizikteki önemli kavramların çoğunda olduğu gibi, düzen ve düzensizlik kavramları da, ancak atom düzeyinde bir anlam kazanır

Atom gerçeğinin önemi, fiziğin sınırlarını aşar: atomlarının diziliş karmaşıklığı çok daha büyük olmakla beraber canlı maddenin kendisi de atomlardan oluşmuştur

—Kim Bir elementin atom kütlesi Bu değer uzun süre, bir elementin atom kütlesinin, oksijenin atom kütlesinin 16'da birine olan oranı olarak tanımlandı; bu nedenle oksijenin atom kütlesi 16, hidroje-ninki ise 1,008 0 vb idi Böylece kimyasal bir elementin atom kütlesi, oksijen elementinin atomunun ortalama kütlesiyle karşılaştırılarak bu, sözkonusu element atomunun ortalama kütlesi olarak tanımlanıyordu; bu tanımlamada bu iki element izotoplarının* doğal karışımı durumunda ele alınıyordu Ama doğal oksijen, oranları kesinlikle değişmez olmayan üç izotopun karışımından oluştuğundan, atom kütlelerinin belirlenmesinde temel element olarak oksijenin seçilmesi beklenen sonucu vermedi Bu bakımdan kütle sayısı 16 olan izotopun kütlesini belirlemek için 16 sayısı seçilerek bir "fiziksel ölçek" ortaya kondu Ama bu ölçek kimyacıların kabul ettiğinden az da olsa farklıydı; çünkü 16 sayısı kimyacılara göre izotop karışımının atom kütlesini gösteriyordu Bu ikili durumu ortadan kaldırmak için Uluslararası salt ve uygulamalı kimya birliği kongresi (Montréal - 1961) bu tanımların değiştirilmesini kararlaştırdı; 12 kütle sayılı karbon atomu, atom kütlelerinin belirlenmesinde yeni temel olarak kabul edildi (atom kütle birimi, karbon atomu kütlesinin on ikide biri oluyordu) Belirlenen bu ölçekte, proton kütlesi 1 007 595, nötron kütlesi ise 1, 008 987'dir
izotop kütleleri genel olarak kütle tayf-ölçerinde belirlenir