Atom

12 Temmuz 2007

ATOM

Ortaokul yıllarından beri, hepimiz, bu soru ile pek çok kez karşılaşmısızdır.

Okul yıllarında bize öğretilen; bir çekirdek ve onun etrafında dönen elektronlar

Elektronlar durmadan dönüyor ve model güneş sistemine benzetiliyordu.

Aradan yıllar geçti, şimdi size sorulsa, eminim büyük bir çoğunluk yine aynı

şeyi söyleyecektir.

Ama Antrak farkı ile değişimi öğrenmenin zamanı geldi.

Antik çağda yetişen pek çok düşünürle birlikte, madenin yapısı sorgulanmaya

başlamıştır. İlk kez Thales evreni anlamanın yolunun maddeyi anlamaktan geçtiğini

ifade ederek, materyalist felsefeye ilk adımı atmıştır. Daha sonra Anaximander,

evreni oluşturan aperion denen bitmez, değişmez, görünmez bir maddeden

bahsetmiştir. Empedocles, tüm varlıkların dört elementten yani ateş, hava, su, topraktan

oluştuğunu ifade etmiştir. Empedoclesin 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 yılları.

Aristo (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 kavramınını 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. Atomun; 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.

Bir Atomun çapı 10-8 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.

Atomun 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”?

Sorusuna cevap arayacağız.

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 GRAVİTON

Kuvvetli Etkileşim gluonu RENKLİ 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 spine 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.

Kısaca özet halinde konuyu anlatmaya çalıştık, konu çok geniş ve gittikçe

karmaşık hale gelmektedir. Korunum yasaları, Pauli dışarlama etkisi, Parite,

Ayar teorileri, Sicim teorisi, sekizli yol gibi teferruata girmedik belki ileride

meraklısı artarsa konuyu daha geniş olarak inceleriz, şimdilik aklınızda bu

kadar kalsın yeter.

B İ L İ M T A R İ H İ N D E N:

John von Neumann ismini hepimiz çok iyi hatırlarız.1944 de şu anda yaşamımızın

ayrılmaz bir parçası olan bilgisayarın atasını yaptı. ENIAC yani

Electronic Numerical Integrator and Computer. Eniac o kadar büyüktü ki koca

bir odaya zor sığıyordu. Uzunluğu 30 metre, yüksekliği 3 metre ve derinliği

1 metre idi. 18.000 lamba 70.000 direnç, 10.000 kondansatörden oluşmuştu.

Birkaç gün bozulmadan çalışması çok büyük bir başarı idi ve bir keresinde

5 gün bozulmadan çalıştı. Yalnız ateşleme ve bombalama cetvelleri yapmak

için yapıldığından, başka bir iş yaptırmak için yeniden programlanması,

binlerce düğme ve kablonun yeniden ayarlanmasını gerektirmekte idi ve bu

çalışanları çıldırtan bir işti. Rivayete göre ENIAC çalışmaya başladığında Princeton da

şehir ışıkları soluklaşmakta idi.

Geçen ayın cevabı:

Amatörler cevap için çok beklerler çünkü; cevap gelmez.

Klasik mekanikteki hızların toplamı kuramı söz konusu hızlar ışık hızı

olduğunda artık kullanılamaz olur.

Rölativistik olarak birbirine göre hareketli iki koordinat sisteminde kullanılan formül;

V1 + V2

Hız = ————————————- dir.

1+ {( V1 x V2 ) / C2 }

buradan da anlaşılacağı gibi arka uzay gemisinden çıkan ışık

(yani mors sinyalleri ), öndeki uzay gemisine yetişemez çünkü;

ışık hızı sabit kalır.

Kategori: Eğitim

Ödevsel

Atom

Rasgele...