Atomun Fiziksel Yapısı

Atomun yapısı hakkında ilk denel bilgi ERNEST RUTHERFORD tarafından, 1911 de, alfa partiküllerinin katı cisimlerden geçişleri sırasında uğradıkları sapmaların keşif ve izahı sayesinde mümkün olmuştur Bu suretle bir atomun, merkezde atomun bütün kütlesini, gayet küçük ve pozitif elektrik yüklü bir çekirdekle bunun etrafında ve çekirdeğin yükünü nötralleştirecek sayıda elektronun dönmekte oldukları modeli verilmiştir Eğer bir atomun çekirdeği dışındaki elektronların sayısı Z ise, bir elektronun yükü e olduğuna göre çekirdeğin pozitif yükü Z e dir Bir atomun karakteristiği olan Z ye o atomun ait olduğu elementin atom numarası denmiştir Daha 1869 da MENDELEYEFF, elementlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerindeki benzerlikleri göz önüne alarak elementlerin atom tartılarına göre sıralandıklarında, özelliklerinin periyodik bir tarzda tekrarlandığını görmüş ve bu gün de kendi adını taşıyan, elementlerin periyodik sistemini kurmuştur Uzun zaman bu devriliğin mahiyeti anlaşılamamıştır Fakat X ışınları spektrumu MOSELEY kanunu sayesinde (1913) elementlerin sıralanmalarının atom ağırlıklarına göre değil, atom ağırlıklarıyla beraber giden fakat onu her yerde takip etmeyen atom numarasına dayandığı denel olarak meydana konulmuştur Bir elementin Z si aynı zamanda onun periyodik sistemdeki yer numarasıdır

Rutherford'un atom modeli bazı itirazlara uğramıştır Gerçekten de bu atom modeli klâsik elektromangetik teorilere göre kararsızdır Çünkü elektronların çekirdek etrafında dönmeleri lâzımdır, aksi taktirde pozitif olan çekirdek üzerine düşmeleri icap eder Diğer taraftan, elektronlar döndükleri taktirde enerji kaybederler, bunun neticesi ise yörüngeleri gittikçe küçüleceğinden nihayet çekirdeğin üzerine düşmeleri lâzım gelecektir Rutherford teorisini bu çıkmazdan NIELS BOHR kurtarmıştır (1913) Bohr, MAX PLANCK'ın 1900 de enrejinin süreksiz bir tarzda quantum şeklinde alınıp verildiğini ifade eden quantum teorisine dayanmak suretiyle Rutherford atom modelini bazı postulat'larla tamamlamıştır Böylece Rutherford-Bohr atom modeli meydana gelmiştir

Bu atom modeliyle başta hidrojenin olmak üzere bazı elementlerin spekturumlarıyla Rydberg sabitinin menşei izah edilmekle beraber bir çok denel neticeler izah edilemediği gibi Bohr postulat'larının biraz sunî olduğu da meydana çıkmıştır Bu model daha sonra SOMMERFELD atom modeli ile tamamlanmak istenmiştir Bohr atom modelindeki elektronların dairesel yörüngeleri yanında eliptik yörüngelerin de bulunduğu düşünülmüştür Gerek bu model ve gerekse elektronların hareketlerine izafiyet düzeltilme-sini de ilâve etmekle beraber spekturumların tam izahı mümkün olamamıştır

GOUDSMIT ve UHLENBECK, 1924 de, elektronun çekirdek etrafındaki hareketinden başka kendi etrafında da döndüğü (spin) hipotezini ortaya atmışlardır Bu hipotez çok verimli neticeler sağlamış ve tayfların tam olarak izahı da mümkün olmuştur

PAULI, 1925 de, kendi adını taşıyan exclusion prensibi sayesinde bir atomun çekirdek dışı elektronlarının dağılımının aritmetiğini ve elementle-rin periyodik sisteminin anahtarını vermiştir

Bu gün bir atomun çekirdek dışı hakkındaki bilgilerimiz bilhassa dalga ve quanta mekanikleri sayesinde tamdır Atomun kabuğunu ilgilendi-ren bütün özelliklerin izahı mümkündür Dalga mekaniği, ışığın mahiyeti hakkında uzun zamandır mevcut olan dalga ve korpüsküler paradoksal hale son vermek için 1923 de LOUIS DE BROGLIE tarafından kurulmuş ve bilhassa SCHRÖDINGER tarafından geliştirilmiştir Quanta mekaniği ise HISENBERG tarafından kurulmuş ve BORN, JORDAN, DIRAC tarafından geliştirilmiştir

Dalga mekaniğinde, harekette bulunan bir taneciğe bir faz dalgasının refakat ettiği kabul edilir Bu netice hızlandırılmış elektronları muhtelif billûrlar üzerine göndermek suretiyle önce DAWISSON ve GERMER ; sonra GP THOMSON ve daha sonra da PONTE tarafından denel olarak ispat edilmiştir

Atomun yapısı hakkındaki bilgilerimizin gelişmesi üzerine KOSSEL (1910), LEWIS-LANGMUIR ve başkalarının çalışmaları sayesinde «valans (değerlik)» kavramı izah şeklini bulmuş ve bu sayede bilhassa organik kimyanın büyük gelişmesi sağlanmıştır

Atom için olduğu gibi çekirdek için de bir yapı araştırılmıştır İnsanoğlu daima kâinatın sonsuz karışıklığını az sayıda prensibe irca etmeye çalışmıştır Eskiden beri bütün cisimlerin müşterek bir tipten teşekkül oldukları hakkında hipotezler ileriye sürülmüştür Daha 1815 de İngiliz doktoru PROUT, çeşitli elementlerin, en basit element olan hidrojen atomlarının yoğunlaşmasından teşekkül etmiş oldukları hipotezini ileriye sürmüştür Bu hipoteze göre esasta madde birliği vardır ve temel madde de hidrojendir Bu hipotez doğru ise, cisimlerin atom ağırlıklarının hidrojenin-kinin tam katı olması lâzımdır Prout'un bu tam sayılar hipotezi bazı elementlere uyuyor, bir çoklarına ise hiçbir suretle uymuyordu Meselâ atom ağırlığı 35,46 olan klor bunun tipik bir misâliydi Bu sebepten Prout hipotezi ifade edildiği devirde kabul edilmemiştir

JJ THOMSON ve ASTON (1919), kütle spektrografı metoduyla yaptıkları denemeler neticesinde, o zamana kadar basit olarak düşünülen bir çok cisimlerin gerçekte atom ağırlıkları farklı cisimlerin karışımı olduklarını meydana koymuşlardır Bu suretle daha önce radioelementler hakkında SODDY'nin bulmuş olduğu izotopluk kavramı âdi elementler halinde de meydana konulmuştur Bu izotoplar çekirdeklerinde aynı sayıda proton içerirler Yani Z leri aynıdır Mendeleyeff cetvelinde aynı yeri işgal ederler, kimyasal özellikleri aynıdır, ancak fiziksel özellikleriyle fark edilirler O halde izotop atomlarının çekirdeklerinde aynı sayıda protona karşılık farklı sayıda nötron vardır Böylece klorun 35,46 atom tartısı bir ortalama atom tartısıdır ve atom tartıları 36 ve 37 olan iki izotopun 3/1 oranında karışımından ibarettir İzotopları atom tartılarının tam sayılara eşit olmasının ispatıyla, Prout'un tam sayılar hipotezi yüzyıl sonra denel olarak gerçekleşmiştir Klor halinde Z = 17 dir O halde atom tartısı 35 olan klor çekirdeğinde 17 proton ve 35 - 17 = 18 nötron ; 37 izotopunda ise 17 proton ve 37 - 17 = 20 nötron olacaktır Atomlar nötr olduklarından, bunların çekirdek dışlarında da 17 şer elektronları bulunur Çekirdeklerin kütleleri proton ve nötronunkinin tam katlarından ibaret olmalıdır Halbuki çekirdeklerin kütleleri, kendilerini teşkil eden proton ne nötronların kütleleri toplamından, pek az da olsa, daima daha küçük bulunmuştur Bu kütle noksanlığının, tanecikler birleşirken Einstein'ın E = mc2 ilişkisine göre bir miktar enerji kaybetmelerinden ileri geldiği tespit edilmiştir Bir çekirdeğin sağlamlığının bu kütle noksanlığının fazlalığıyla arttığı görülmüş ve çekirdekler buna göre bir sınıflandırmaya tabi tutulmuştur Ağır ve çok hafif çekirdeklerin kararsız, orta ağırlıktakilerin ise en sağlam oldukları görülmüştür Nitekim çok ağır atomlu olan çekirdekler tabiî radioaktiftir ve kendiliklerinden parçalanırlar