atom ve atomun yapısı

Konu: atom ve atomun yapısı 10/3/2008, 5:56 pm

Atom, Antik çağda yetişen pek çok düşünürle birlikte, maddenin yapısı sorgulanmaya başlamıştır. İlk kez Thales evreni anlamanın yolunun maddeyi anlamaktan geçtiğini ifade ederek, materyalist felsefeye ilk adımı atmıştır. Daha sonra Anaximander, evreni oluşturan apeiron denen bitmez, değişmez, görünmez bir maddeden bahsetmiştir. Empedocles, tüm varlıkların dört elementten yani ateş, hava, su, topraktan oluştuğunu ifade etmiştir. Empedocles'in bu düşüncesi, büyük otoritesi ile 1500 yıl bilim dünyasını egemenliği altına alan Aristo tarafından iyice yerleştirilmiştir.

Bugün kullandığımız anlamda atom kavramını ilk kez ortaya atan düşünürler Leukippos ve Demokritosdur. Bu düşünürler; 'Doğada mevcut her maddenin, fiziksel olarak bölünmeyen atomlardan oluştuğunu ifade etmişlerdir, ayrıca atomlar arasında boş uzay bulunduğunu ve devinim halinde olduklarını belirtmişlerdir. M.Ö.440 yıllarıAristo (M.Ö. 384 -322) Makedonyalı idi. Maddeye bakışı; kendinden önce yaşamış olan Atomculara olan tepkisini ifade eder. O da Empedoclesin düşüncesine katılır ve dört ana maddeden herşeyin yapıldığını söyler.

19. yüzyıla gelene kadar bu düşüncelere bir ilave yapılmadı ve İlk kez John Dalton ( 1766 1844 ) Atom avramınını tekrar ele alarak modern atom kavramını ortaya attı. Dalton kimyasal reaksiyonlarda tam sayılarla belirlenen oranlarda maddenin tepkimeye girdiğini gösterdi ve maddelerin atom denen sayılabilir ama bölünemez parçalardan yapıldığını ifade etti. Aynı zamanda atomların ağırlıklarını ortaya koyan bir çizelge hazırladı.

J.J.Thomson 1897 yılında elektronu keşfetti. 1900'lü yılların başlarında Ernest Rutherfort(1871 1937) günümüz atom modelinin temelini teşkil eden esas yapıyı ortaya koydu. Atom'un; kütlesinin büyük bir kısmını olusturan çekirdek ve bu çekirdek etrafında dönen elektronlardan yapıldığını ortaya koydu. Rutherfort çekirdeği oluşturan pozitif yüklü parçaya 'proton' adını verdi. 1932 yılında Chadwick nötronu buldu. Daha sonra Kuantum teorisi doğrultusunda Niels Bohr (1883 1962) Bohr atom modelini ortaya attı ve elektronların belli yörüngelerde bulunabildiğini ve bunun plank sabiti ile ilgili olduğunu ifade etti.

20. yüzyılın ortalarına doğru atom ile ilgili çalışmalar ve bilgiler giderek arttı. Bugün artık atom denilince, ortada bir çekirdek ve etrafında dönen elektronlar tabiri oldukça ilkel bir tanım olarak kalmaktadır. Gelişen zaman içinde bilgilerimizi yenilemek ve atom denildiğinde nasıl bir yapı olduğunu bilmek gerekmektedir.Atomun yapısıBir Atomun çapı 10^(- cm dir - bu çap elektron bulutu nu da içermektedir. Çekirdeğe kadar yaklaşıldığında Atom çapı 10-13 cm'ye kadar küçülür .Buradan anlaşılacağı üzere elektronlar ile çekirdek arasında oldukça fazla bir mesafe vardır, eğer elektronlar ile çekirdek arasındaki uzaklık kaldırılabilse, bir gezegen kadar maddeyi bir nohut kadar yapabilmek mümkün olacaktır (bk.nötron yıldızları).

Atomun yapısını anlamakta esas olan çekirdeği anlamaktır. Çevrede dönen elektronlar artık anlaşılmıştır ve çekirdek çevresinde şimdilik bir başka şey yoktur.Yalnız elektronlar çekirdek çevresinde ancak belirli enerji seviyelerine sahip
yörüngelerde bir olasılık bulutu olarak mevcutturlar. Güneş sistemi gibi hababam dönmezler.

Atom'un oluşum mekanizmalarında rol oynayan ve daha başka maddeler tarafından yapılmayan temel parçacıklara elementer parçacıklar adı verilir ve elementer parçacıklar iki ana başlık altında toplanırlar.

1-) Leptonlar
2-) Kuarklar
Temel Parçacıklar
Leptonlar ve kuarklar şimdiki bilgilerimize göre elementer parcacıklardır. Yani, kendilerini oluşturan başka parçacıklardan yapılmamışlardır.

Leptonlar içinde hepimizin yakından tanıdığı 'Elektron' vardır. Elektron şimdilik başka parçacıklardan yapılmamış olarak kabul edilmektedir. Leptonların spini (dönüş) ½ ve elektrik yükleri -1 veya 0 dır. Yunanca lepton hafif parçacık anlamına gelmektedir.

Elementer parçacıklar içinde adını James Joyce dan alan parçacıklar Kuarklardır.Kuarklarda spin ½ ve elektrik yükleri 2/3 veya -1/3 olan parçacıklardır. Şimdilik bilinen 6 kuark vardır.

Atom cekirdeği etrafında bulunan elektron bir elementer parcacık olduğu için onunla fazla uğraşmayacağız. Geriye kalan,"çekirdek nedir"?

Çekirdek Nukleon adını verdiğimiz proton ve nötrondan meydana gelmiştir. Elektron ve çekirdek, içindeki Nötron ile Proton kararlı parçacıklardır. Çekirdeği ilgilendiren parçacıklar ailesi iki kısımdır.

1-) Baryonlar
2-) Mezonlar

Baryonlar ağır parcacıklardır, mezonlar orta ağır parçacıklardır. Baryonlar ve Mezonların hepsine Hadronlar adı verilir. Yunanca kuvvetli parçacık anlamındadır.

Kuark kuramına göre Baryonlar 3 kuarktan, Mezonlar ise bir kuark ve bir antikuarktan oluşmuşlardır.

Nötron UDD kuarklarından, Proton ise UUD kuarklarından meydana gelmiştir.Elektrik yükleri hesaplandığında 2/3 -1/3-1/3 = 0 yani yüksüz Nötron ve 2/3+2/3-1/3 = 1 yüklü Proton olduğu görülür.
Hadronlar ailesi
Bir atom çekirdeğini oluşturan Hadronlar,Kuarklardan yapılmışlardır ve aradaki mezon alışverişi ile kararlı parçacıklar ortaya çıkar. Bu olay esnasında ki kuvvet güçlü etkileşimdir ve çekirdeği parçalanmadan tutar. Bu olgu ilk kez H. Yukova tarafından ortaya konulmuştur ve bu olayda en çok rol oynayan mezon pi mezondur. Ortalıkta fazla görülmeyen bu maddelerin ömrü çok kısadır. Yüklü pi mezon 10-8 sn yaşar.

Bir atom çekirdeğinin her zaman kararlı olmadığını biliyoruz, kararsız atom çekirdeklerinde, ki radyoaktif maddelerin çekirdekleri böyledir, çekirdek parçalanması olur bunu sağlayan zayıf etkileşimdir.

Doğada varolan ve şimdilik bilinen 4 temel kuvvetin bağlantı kuantasına Gluon adı verilir.

Elektromagnetik kuvvet gluonu Foton

Zayıf Etkileşim kuvvet gluonu W+ W- Z0 parçacığı

Çekim Kuvveti gluonu Graviton

Kuvvetli Etkileşim gluonu Renkli Gluonlar

dır. Atom çekirdeğini ilgilendiren gluonlar Kuarkların tad dediğimiz özelliğini değiştirir ve onların yapmış olduğu hadronları parçalar veya kuarkları zamk gibi birarada tutarak kararlı parçacıkların yapılmasını sağlar.

Şimdiye kadar bahsedilen bu parçacıkların Pauli yasası ile belirlenen spinleri göz önüne alındıklarında (spin parcacığın iç açısal momentumudur), parçacıklar ya tamsayılı spinlere sahiptir. 0 , 1 ,2 'gibi veya yarım tamsayılı (buçuklu) spinlere sahiptir ½ , 3/2 , 5/2 ... gibi. Yarı tamsayılı spinli parçacıklar FERMİ istatiklerine, tamsayılı spin'e sahip olanlar BOSE istatiklerine uyarlar. Bu nedenle Spinler göz önüne alındığında parçacıklar iki kısma ayrılırlar.

1-) Fermionlar ( Enrico Fermi den)
2-) Bozonlar ( M. K. Bose dan )

Fermi istatistiklerine uyan parcacıklar aynı anda aynı konumda olamazlar (elektron gibi).
Bose istatiklerine uyanlar ise aynı anda konumda olabilirler (foton dolayısı ile laser gibi).
Tüm bahsedilen parçacıkların bir antiparçacığı da olduğunu, ki buna antimadde diyoruz.

Unutmamakta fayda var. En çok bilinen örnek Pozitron yani antielektrondur."Peki ortalıkta antimadde niye görülmüyor?" diyorsanız sebebi; madde ile antimadde karşılaştığında, ortaya enerji çıkmasıdır