fizik

Fiz., maddenin, kimyasal değişimlerle bölünemeyen en küçük parçası.Yunancadaki ‘Atomos’ sözcüğünden türemiştir.Aynı ya da farklı element atomlarından bir ya da birkaçı bir araya gelerek maddenin molekül yapısını oluşturur.Bu nedenle atom, maddenin temel ögesidir.1803’te İngiliz fizik ve kimyacısı J.Dalton’un ortaya attığı varsayım, üç ana düşünceye dayanıyordu.

1)Kimyasal elementler,bilinen kimyasal değişimlerle bölünemeyen ve tüm özelliğini koruyan “atom” adındaki taneciklerden oluşur.

2)Aynı kimyasal element atomları, kütle, ağırlık ve her yönden özdeştir.Bu yüzden her element,kendi atom ağırlığıyla tanımlanır

3)Öteki tüm kimyasal bileşikler, aynı ya da farklı element atomlarının belirli oranlarada bir araya gelmesiyle oluşur.Bu varsayım,atom fiziğinin temel büyüklüklerinden biri olan ”Atom Ağırlığı” kavramınıda ortaya çıkardı.Bugün tanecik bombardımanlarıyla parçalanabilen ve küresel olduğu düşünülen atomun büyüklüğü konusunda değişik yöntemlerle elde edilen verilerden yarıçapının 10-15 olduğu saptandı.Ancak her elementin atomu,ona özgü büyüklüktedir.Ortada yarıçapı 10-14 (atomun yarı çapından 10.000 kez daha küçük) olan “çekirdek” bulunur.Atomun hemen hemen tüm ağırlığı çekirdekte toplanmıştır.Çekirdeği kuşatan yörüngelerde “elektronlar” dolaşır.Çok büyük hacimdeki atom,boş bir uzay biçiminde değerlendirilmemelidir.Örneğin çekirdek,yarıçapı 1 santimetrelik bir bilye oluncaya dek büyütülebilseydi atom, yarıçapı 100 metrelik dev bir küreye dönüşürdü.Tümüyle kurumsal bir kavram olan atomun varlığı,ancak etki ve sonuçlarıyla anlaşılır.Doğada varlığı bilinen element atomlarının sayısı 92’dir.Laboratuvarlarda yapay üretilenlerle birlikte, toplam 103 element atomu vardır.

Atom Ağırlığı:Tek bir atomun kütlesi tartılamayacak kadar küçük olup 10-24 gr dolayındadır.Bu olanaksızlık yüzünden,görece atom ağırlıkları kullanılır.Bir kimyasal element atomunun,ağırlığı standart olarak seçilen ve doğada bulunan bir başka elementinkine göredir.Bu kavramı,ilk kez 18032te İngiliz fizik ve kimyacısı J.Dalton ortaya koydu.Görece atom ağırlığı bir oran olduğundan,birimi yoktur.Önceleri hidrojen atomu temel alındı ve atom ağırlığı H:1 varsayıldı.Daha sonra oksijen temel atom olduğundan fiziksel ve kimyasal iki farklı atom ağırlığı düzeni ortaya çıktı.Oksijenin atom ağırlığı 16.000 ve buna göre hidrojen atomunun ağırlığı 1.0089:karbonundaki 12.0038,uranyumunki 238.141’dir.Böyle düzenlenenlere “kimyasal atom ağırlığı” denir.Kütle spektrometreleriyle bulunan “fiziksel atom ağırlığı” kimyasal atom ağırlığını 1.00027 ile çarparak hesaplanır.1960’tan bu yana atom ağırlıklarının belirlenmesinde,kütle spektrometresiyle çalışanlar için,karbon (C-12)atomu standart kabul edilmiştir.Bu düzenlemeye göre atom ağırlıkları,karbonun 12.hidrojenin 1.0078252;oksijenin 15.9949;uranyumun 238.0486’dır.Oksijen temeline göre düzenlenen kimyasal atom ağırlığı ölçeğinden,karbon temeline dayalı ölçeğe geçiş atom ağırlıklarının sayısal değerinde %0.0043 oranında azalmaya neden olmuştur.

Atom Bombası (A-bomb):Atom enerjisinin nükleer silahlara uygulanmasıyla ortaya çıkan bomba.Uranyum, plutonyum gibi ağır elementlerin bazı izotopları yavaş nötronlarla bombardıman edilerek zincirleme çekirdek bölünmesi oluşturulur.Her bir çekirdeğin bölünmesi sırasında açığa çıkan enerji,zincirleme çekirdek bölünmelerine bağlı olarak çok kısa bir sürede hızla artıp korkunç bir güç birikimine yol açar.Bu büyük gücün birdenbire serbest kalmasıyla da bomba patlar.Bombanın patlaması için yakıt maddesinin “kritik büyüklük” ya da “kritik kütle” de olması gerekir.Bombayı oluşturmak için,kritik kütleden daha küçük iki yakıt parçası bir kovan içine belirli aralıklarla ve yarım-küre biçiminde yerleştirilir.Bu iki parça bir araya getirilerek kritik büyüklükten daha büyük (aşırı kritik kütle)bir kütle oluşturulduğu zaman,zincirleme çekirdek bölünmeleri (fisyon)bombanın patlamasını sağlar.İlk atom bombası ABD tarafından 1945 yılının 5-6 Ağustos gecesi, Japonyadaki Hiroşima Kenti’ne;ikincisi de aynı yılın 9 Ağustos günü Nagasaki Kenti’ne atıldı.Yaklaşık 1 kg yakıt maddesi bulunan bombaların her biri 20 kiloton (20.000 ton) TNT’ye (dinamit)eşdeğerdeydi.Bu kadar büyük bir enerji, ancak 6.000 tondan fazla kömürün yanmasıyla elde edilebilir.Son derece şiddetli yakma, yıkma ve öldürme gücü yanında öteki önemli özelliği patlama sırasında yayınladığı şiddetli radyoaktif ışın ve serpintilerin atmosfer olaylarıyla çok geniş alanlara yayılarak uzun süre canlıları etkilemesidir.Gecikmiş etkileri, ancak uzun yıllar sonra ortaya çıkan çeşitli kanser olayları, organizma bozuklukları ve kalıtsal değişikliklerle anlaşılır.

Atom Çekirdeği:Bir atomun hemen hemen tüm kütlesinin toplandığı,buna karşın hacimce atomdan çok daha küçük ve pozitif elektrik yükü taşıyan parçası.İlk kez, 1912’de İngiliz fizikçisi E.Rutherford atomun, bir çekirdek ve bu çekirdeği kuşatan dairesel yörüngeler üzerindeki elektronlardan oluştuğu tezini savundu.Metal yapraklarındaki bazı alfa taneciklerinin 900 den fazla sapmalarına atomun tam ortasında bulunan çok küçük, elektrik yüklü bir taneciğin itme gücünün neden olduğunu saptadı ve ona çekirdek anlamına gelen “nucleus” adını verdi.

Çekirdeğin yapısı hakkındaki ilk varsayım onun proton ve elektronlardan oluştuğu biçimindeydi.Buna göre, kütlesi bir A tam sayısına çok yakın olan çekirdekte, A tane proton bulunması ve dolayısıyla elektrik yükünün de A ölçüsünde olması gerekiyordu.Ancak daha önceki araştırmalar, çekirdeğin elektrik yükünün, A tam sayısının yarısına eşit ya da ondan biraz daha küçük olduğunu ortaya koymuştu.Bu çelişkiyi gidermek için çekirdekte,A-Z tane elektronunda bulunduğu varsayıldı.Atom ağırlığına çok yakın olan A tam sayısına “kütle sayısı ”Z’ye de”atom numarası’ denir bir “X” çekirdeği, AZX ya da XA simgesiyle gösterilir.Proton-elektron varsayımı,deneysel yöntemlerin gelişmesiyle ortaya çıkın çekirdeğin yeni özelliklerinin açıklamakta yetersiz kaldı.Bu yeni özelliklerden birisi çekirdeğin açısal hareketliliği ya da döngüsüdür.Kuantum mekaniğine göre,çekirdeğin döngüsü bir yönleçtir (vektör).Kurumsal ve uygulamalı sonuçlar azot,kurşun,kadmiyum,civa gibi kimi elementlerde ve mıknatıssal döngüde çelişkili durumları ortaya çıkardı.Gerçekte varsayım başarısızlığı elektronlar çekirdek içindeki pozitif elektrik yüklü taneciklere bağlı olduğu düşüncesinden kaynaklanıyordu.1920’de Rutherford,proton ve elektronun yüksüz bir tanecik oluşturacak biçimde birbirine sıkı sıkıya bağlı olduklarını varsaydı.Bu yeni taneciğe sonradan “nötron” adı verildi.1932’de İngiliz fizikçisi W.Heisenberg,çekirdeğin nötron ve protonlardan oluştuğunu ve toplam sayılarının,A kütle sayısına eşit olduğunu öne sürdü.Bir çekirdekteki nötron sayısı N=A-Z varsayılarak, proton ve nötrona “nükleon” ortak adı verildi.Uzun süre çekirdeğin temel tanecikleri biçiminde benimsenen nükleonlar,değişik taneciklerin bulunmasıyla geçerliliğini yitirdi.Büyüklüğü atomdan atoma değişen ve kaba bir yaklaşımla küre biçiminde kabul edilen çekirdeğin yarı çapı yaklaşık 10-14 ile 10-15 m’dir.Atomun yarıçapından en az 10.000 kez küçük,buna karşın yoğunluğu son derece büyüktür.Örneğin en hafif element olan hidrojen atomunun ağırlığı 1.68x10-24 gram,çekirdeğin hacmi 15x10-39 cm3,yoğunluğuysa 11x108 t/cm3’tür.

Atomun Enerjisi:Nükleer enerji,çekirdek enerjisi.Çekirdek tepkimeleri sırasında,kütlenin enerjiye dönüşümüyle açığa çıkan enerji.Çekirdek reaktörlerinde ve atom bombalarında (nükleer silahlar) oluşur.Çekirdek tepkimesi sırasında bir kütle azalması olur ve azalan kütleye eşdeğerde enerji salınır.Salınan enerjinin büyüklüğü, E=mc2 formülüyle belirlenir.Burada, m=kg cinsinden enerjiye dönüşen kütle,c=metre/saniye cinsinden ışık hızı ve E=joule cinsinden açığa çıkan enerjidir.

Atom Gemileri:Atom enerjisiyle çalışan gemiler.Atom reaktörünün ürettiği ısı enerjisi,buhar ve buhar türbinleri aracılığıyla elektrik enerjisine çevrilerek geminin hareketi sağlanır.1955’te ABD’de reaktör uygulanan denizaltıya “Nautilus” adı verildi.Daha çok deneysel araçlar için kullanılan 3.500 ton taşıma kapasiteli,öteki adıyla “Denizkurdu”.1958’de Kuzey Kutbu’nun altından geçti.

Tüm teknolojik gelişmeler geleneksel denizatlıların su altında kalma sürelerini  ve erimlerinin önemli oranda artmışsa da,hareket yetenekleri ve taşıma kapasiteleri atom denizatlılarının yanında oldukça kısıtlı kaldı.1.600 ton kapasiteli olanların erişebildikleri en yüksek hız saatte 16 denizmili, 800 tonluklar içinse 20 denizmili dolayında ve su altında kalma süreleri 40 saatten azdı.Oysa Nautilus’un yaklaşık saatte 40 denizmiliydi(74 km).26 ay süreyle hiç yakıt ikmali yapmadan,69.000 denizmili (128.000 km) uzunluğunda yol aldı.Çağdaş atom denizatlıları,hiç yakıt ikmali yapmadan,100.000 denizmilinden fazla yol alabilmekte ve aylarca su altında kalabilmektedir.ABD’nin ‘George Washington’,adlı denizatlısı 1961’de aralıksız 67 gün su altında kaldı.Bugün taşıma kapasitesi 9.000 ton olanları da yapılmaktadır.

Yapılış amacına göre iki sınıfa ayrılırlar:

1)Vurucu denizaltılar:Bunlar,4.000 6.000 km erimle ve nükleer başlıklı balistik mermi taşır.Su altında ateşleme yetenekli ve ayrıca geleneksel torpido havanlarıyla da donatılmıştır.

2)Füze atan yüksek tonaşlı denizaltılar:İngiltere 1962’de “Dreadnought”u 1964’te “Valiant”ı:ABD 1967’de 41 tane füze atan,20 tane vurucu;SSCB de aynı sınıftan 30 atom denizatlısını denize indirdi.İngiltere ayrıca altısı vurucu olmak üzere,10 atom denizatlısını kısa zamanda üretti.Atom enerjisiyle çalışan uçak gemisinin uzun süre yakıt gereksinmesinin olmayışı ve taşıma kapasitesinin yüksekliği,çağdaş savaş yöntemlerine yeni boyut kazandırdı.Örneğin 1961’de tamamlanan ABD uçak gemisi “Enterprise”in taşıma kapasitesi 75.000 tondur.Ticaret gemilerine atom enerjisinin uygulanması, uzun süren güvenlik tartışmaları nedeniyle gecikti.1961’de ABD‘nin deneme amacıyla yaptığı ilk atom ticaret gemisi, 22.000 ton taşıma kapasiteli ve yakıt olarak Uranyum 235 (235u) izotopunun kullanıldığı “Savannah” idi.3,5 yılda  57 kg Uranyum-235 tükettiği saptandı.Oysa aynı kapasitede ve ağır sıvı yakıt kullnan bir geminin yalnız 1 gün yakıt gereksinimi 125 tondur.

Yakıt tanklarının gemide kaplayacağı yer ve eklediği yük de göz önüne alınırsa, atom enerjisinin deniz taşımacılığında ne kadar büyük olanaklar sağlayacağı ortaya çıkar.

Atom Hacmi: Bir elementin atom gramının kapladığı hacim.Atom ağırlığının elementin yoğunluğa bölünmesiyle bulunur ve cm3 ile belirtilir.Elementlerin atom hacimleri atom numarasına göre dizildiklerinde, periyodik çizelgeye uygun olarak periyodiklik gösterirler.

Atom Isısı:Bir elementin özgül ısısıyla (bir gramını bir derece ısıtmak için gerekli ısı), atom ağırlığının çarpımına verilen ad.Dulong ve Petit yasasına göre tüm katı elementlerin atom ısıları yaklaşık 6,4’tür.Atom ağırlıkları küçük ve erime noktaları yüksek olan karbon, silisyum, bor gibi elementler, oda sıcaklığında bu kurala uymazlar.Bunların atom ısıları 6.4’ten küçükse de sıcaklığın yükselmesiyle birlikte artarak normal değere ulaşır.Örneğin,karbon (elması) için atom ısısı 110C’de 1.36’dır ve sıcaklık la birlikte artarak 6060C’de 5.29 değerine ulaşır.Bununla birlikte, katı elementlerin atom ısıları hiçbir sıcaklıkta birbirine eşit değildir.Örneğin tungstenin atom ısısı 13000C’de 8.2 olur.Sıcaklığın azalmasıyla birlikte bütün elementlerin atom ısıları 6,4 değerinin altına düşer;sıcaklık mutlak sıfıra (-273,160C) yaklaşırken sıfıra yaklaşır.Oda sıcaklında atom ısıları kalsiyum için 6,3:bakır için 5,9:demir için 6,6:kurşun için 6,4:nikel için 6,2:potasyum için 7,0:gümüş için 6,1:sodyum için 6,3 ve çinko için 6,1’dir.Dulong ve Petit yasası eskiden deneysel olarak saptanan özgü ısılar yardımıyla atom ağırlıklarının bulunmasında kullanılmıştır.

Atom Kuramları

1-Eskiçağda atomcu düşünce:İnsanoğlu en eski çağlardan beri maddenin kökenini ve yapısını açıklamaya çalıştı.Evrendeki her şeyin tek bir ana maddeden (ya da ilkeden) kaynaklandığı düşüncesiyle eskilerin ve özellikle Batı Anadolu’da yetişen ilk düşünürlerin başlıca çabası,evrenin sonsuz karışıklığını az sayıda temel ilke ya da maddeye indirgemekti.İlk düşünür sayılan Thales doğadaki çeşitliliği tek bir maddenin değişik görünümleri biçiminde açıklayarak buma su adını verdi.Thales’in öğrencisi Anaksimandros ilk maddenin sınırsız olması gerektiğini,su gibi belirli özellikleri olmasının,özü yok olmaya götüreceğinin ileri sürerek ilk maddeye,sınırlı olmayan (apeiron) dedi.Thales’in öğrencilerinden Anaksimenes,ilk maddenin hava olduğunu ve onun sıkışıp gevşemesi sonucu öteki varlıkların oluştuğunu söyledi.Efesli Herakleitos,evrenin başı ve sonu olmayan bir değişme,durmadan kan bir süreç olduğunu öne sürdü.Ona göre her şeyi yöneten tanrısal yasa ateşle özdeş olan logostur.Madde, karşıtların uyumlu birliğidir ve evrenin temel yasası, karşıtlar arasındaki savaştır.Gezici bir ozan olan Ksenophanes,toprağın tek ana madde olduğunu savladı.Empedokles, element kavramını ilk ortaya atan ve dört elementi açık seçik formüllendiren ilk düşünürdü.Ona göre, su, ateş, hava ve toprak tüm varlıkların temeliydi.Bu öğreti sonradan,Platon ve Aristoteles’in ilkelerine temel oluşturdu.Empedokles’in dört elementi öncesiz ve sonrasız, belli bir zamanda var olmamış ve belli bir zamanda yok olmayacak çok küçük parçalardan oluşmuştur.Kendi aralarında birleşir ve ayrılır,ancak değişmezler.Empedokles’e göre, elementlerin değişik matematiksel oranlarla birleşme ve ayrılmasından çeşitlilik doğar.Onları birleştirmeye çalışan sevgi (çekme) ve ayırmaya çalışan nefret (itme) güçlerinin savaşımı,evrendeki tüm gelişmenin kaynağıdır.Pythagoras’a göre sayılar,varlıkların ilkesi olup,evren bir sayılar uyumudur.Pythagoras okulunun en büyük başarısı doğanın,matematiksel bir düzen ve elementlerin belirli geometrik biçimli sayısal atomlar olduğunu kavramasıdır.

Anaksagoras’a göre,madde,sonunda bölünmesi olanaksız çok küçük parçacıklara (tohum) ayrılabilir.Görünürdeki oluşma ve çözülme, tohumların birleşme ve dağılmasıdır.Atomcu düşünce okulunun kurucusu sayılan Lemkippos, sayısız ve sürekli hareket eden,maddenin bölünemeyen en küçük parçasına atom adını verdi.Ona göre boşluk, yokluktur;atomlar onun içinde sürüklenen dolu parçacıklardır.Her şey bir nedenle kaçınılmaz biçimde doğdu.Evrende rastlantı yok, zorunluluk vardır.Demokritos, öğretmeninin düşüncelerini geliştirerek, ilk kez zaman ve uzay problemini ortaya koydu.Atomlar, sonsuz uzay içinde kavranamayacak bir süreyle biçim, büyüklük, duruş ve sıralanış yönünden birbirinden farklı varlıklar olarak boşlukta sürüklenir ve birbiriyle çarpışırlar.Atomun üç temel niteliği sertlik,biçim ve büyüklüktür.Sertlik, karşı koyma gücünü sağlar.Pürüzlü, düz kanca, çengel köşeli, eğri-büğrü,tekerlek biçiminde ve yuvarlak olabilir.Atomların renk, tat, sıcak, soğuk gibi nitelikleri yoktur ve sürekli hareket ederler.Maddenin tanecikli yapısına ilişkin öğretiyi Roma’ya getiren C.Amaphinios oldu.Hıristiyanlığın egemen oluşu, maddenin tanecikli yapısı konusundaki atomcu dünya görüşünün yadsınmasına bunun yerine Aristoteles’in dört element kuramının geçmesine neden oldu.Rönesans döneminde yeniden tanecikli yapısı kuramı,ozan Lucretius’un “Nesnelerin Doğası Üzerine” adlı koşuk biçimindeki eseriyle ortaya çıktı.

2-Yeniçağda atomculuğun yeniden doğuşu:17.yy’da ünlü Fransız düşünürü ve bilim adamı René Descartes,madde bölünmesinin sınırsız olduğunu, boşluğun varlığının kabul edilemiyeceğini ve görünür evrenin üç temel maddeden oluştuğunu savladı.Descartes rasyonalizminin karşısında Pierre Gassend,Epikuros felsefesinin ve atomcu kuramın büyük ölçüde yayılmasını sağladı.İngiliz kimyacısı Robert Boyle ve Fransız kimyacısı Nicolas Lemery, aynı görüşü uygulayarak geliştirdi.Robert Boyle deneysel temelden yoksun varsayımları yadsıyarak,ancak çözümleme yoluyla elementlerin varlığının saptanabileceğini önerdi.Dört element kuramını yıkıp,daha basit parçacıklara ayrılamayan maddeyi element diye tanımladı.Boyle’un çalışamaları, modern atom kuramına giden yolun başlangıcı sayılabilir.

İngiliz fizikçisi Isaac Newton,maddenin ve ışığın yapısının tanecikli olduğunu savladı.

İtalyan fizikçisi ve matematikçisi Bernoulli,1738’de gazların sürekli hareket eden ve birbirinin aynı küçük taneciklerden oluştuğunu ;gaz basıncınınsa bu taneciklerin bulundukları kabın kenarına çarpmaları sonucu oluştuğunu ileri sürerek gazların kinetik kuramının temelini attı.

18.yy’in sonunda Fransız kimyacısı Antoine Levoisier “Traite élémentairede Chimie” adlı kitabında kimyasal elementin tanımını yaparak Dalton’un atom kuramına giden yolu açtı.

3-19.yy:Fransız fizikçi ve kimyacı Joseph Louis Gay-Lussac’ın gazların kimyasal tepkimedeki hacim ilişkilerini belirleyen ve kendi adıyla anılan yasası, Fransız kimyacı Joseph Louis Proust’un kimyasal bileşiklerin oluşumunda ağırlık ilişkilerini belirleyen değişmez oranlar yasası ve John Dalton’un bulduğu artan oranlarda ya da katlı oranlar yasası deneysel gerçeklerden yola çıkan ilk atom kuramının doğuşunu hazırladı.1811’de İtalyan Amadeo Avogadro önceden bilinen Boyle-Mariotte ve Gay-Lussac gaz yasalarını açıklamak için aynı sıcaklık ve basınç koşulları altındaki çeşitli gazların eşit sayıda tanecik (molekül) bulunduğu varsayımını getiren Avogadro kuramını geliştirdi.

4-Dalton Atom Kuramı:İngiliz kimyacı ve fizikçisi John Dalton,19.yy’in başlarında “New System of Chemical Philosophy” (Kimya Felsefesinin Yeni Düzeni,1808) adlı kitabında kendi yeni atom kuramını açıklar.Dalton’a göre,tek tür ilkel madde (element) kavramı yerine, temelden farklı elementlerin varlığı göz önüne alınmalıdır.Elementlerle bileşiklerin bölünebilme sınırları vardır ve en küçük parçaları atomdur.Yok edilemez tek bir bağdaşık maddeden yapılmıştır ve çeşitli türlerini birbirinden ayıran tek özellik ağırlıklarının değişik olmasıdır.Kimyasal yönden basit sayı oranlarından birbirleriyle birleşirler.Salt ağırlıklarının belirlenmesi olanaksız olduğundan değişik atom türlerinin bağlı ağırlıklarıyla saptanabilir.Dalton’un, bileşiklerin nitel ve nicel bileşimini gösterebilmek için geliştirdiği simgesel dizge sonradan kullanılmadı.

Varsayımlara dayalı atom kuramlarının deneysel kanıtlarını, ancak 19.yy’ın sonlarında elde ettiler.

Çağdaş Atom Kuramlarının Doğuşu:

1-Hidrojen Atomu İzgeleri (spektrum) Işıyacak duruma geçmiş elementlerin izgelerindeki çizgilerin,her elemente özgü bir yapısı olduğu 19.yy ortalarından beri bilinmektedir.Bohr kuramı bu varsayımın çözülmesini sağladı.Dışarıdan daha yüksek bir enerji verilerek uyarılan bir atomun elektronları uyarılmış durumda çok kısa bir süre (bir saniyenin yüz milyonda biri) kalabilir ve hemen yer bulmaları olanağı olan en düşük enerjili yörüngeye döner.Yörünge değiştirirken kazandığı enerji,görünen ya da görünmeyen (morötesi,kızılötesi gibi) bir ışıma biçiminde yayınlanır.Elektron uyarılmasında gerekli enerji,çeşitli yollarla sağlanır.Örneğin alkali ve toprak alkali metaller,ufak bir ısıda bile uyarılarak alevi kendi özgü renklere boyar.Öteki elementleri, özellikle gaz durumundaki atomları uyarmak için,moleküllerini elektron bombardımanına tutmak gerekir.Gaz, elektriksel boşalma borusuna konularak düşük basınçta borunun iki ucu arasına yeterli bir gerilim uygulanır.Hidrojenin ışımasıyla oluşan görünür bölgedeki izge çizgilerinin karşılığı olan dalga boylarının uyduğu genel formül 1885’te salt deneysel yoldan bulundu.(Balmer)

2-Thomson atom dizgesi, İngiliz fizikçi J.J.Thomson’a göre eksi yüklü elektronların kütlesi,atomun atomun kütlesine oranla çok daha küçüktür.Elektriksel nötrleşmeyi sağlamak için atomun geri kalan küresel bölümüne, artı yüklü elektronlar bağdaşık biçimde dağılmıştır.Matematiksel temelden yoksun ve atomla ilgili olayları açıklamada yetersiz bu dizgenin başlıca önemi, artı ve eksi elektrik yüklü iki bölümden oluşan atomu açıklamasıdır.

3-Rutherford deneyindeki atom dizgesi.Alman fizikçi P.Lenard 1903’te deneyleri sonucunda, atomların içindeki çeşitli güç alanlarının (başlıcası elektriksel güç alanı) etkin olduğu boşlukların bulunması gerektiğini ve hızla hareket eden elektronlardan oluşmuş bir katot ışını demetinin, ince metal levhalardan geçebileceğini gösterdi.1896’da Fransız fizikçisi Henry Becquerel, radyoaktif maddelerin, artı yüklü helyum atomu iyonlarından oluşmuş  (alfa), elektronlarından oluşmuş   (beta) ve çok kısa dalga boylu elektromanyetik ışınlardan oluşmuş  (gama) ışınları yaydığını ortaya çıkardı.İngiliz fizikçisi Ernest Rutherford 1911’de bir radyum örneğinden elde ettiği   ışınlarının çok büyük bir bölümünün çok ince metal levhalardan geçtiğini,buna karşın yirmi binde birinin 900’den büyük bir sapmaya uğrayarak geri döndüğünü saptadı.Çinko sülfür kaplı yüzeye çarpan   ışınlarının değişik açılardaki pırıldamalarını sayarak, ne kadarının hangi açılarda saptığını hesapladı.Alfa taneciklerinin saçılmasına (sapmasına) neden olan bölgeyi atom çekirdeği olarak adlandırdı ve çeşitli açılarda sapmaya uğrayan    taneciklerinin sayılarından yararlanarak çekirdeğin çapının, atomun çapından on bin kez küçük olduğunu ortaya çıkardı.Yeni Rutherford kuramına göre, artı yüklü çekirdek hacmi,atomun hacmine oranla çok küçük olmasına karşın, tüm atom kütlesini içerir.Çekirdek ve elektronlar güneş sistemine benzetilebilir.Aralarında elektrostatik çekme kuvveti olan artı yüklü çekirdekle eksi yüklü elektronlar, fizik kurallarına göre varlığını koruyamayacağından, bu kuvvete eş değerde ve karşıt yönde bir merkezkaç kuvvet oluşturulması gereklidir.Bu biçimde dönen tanecik kinetik enerjisini sürekli yitireceğinden bir süre sonra çekirdek üzerine düşecektir.Bu çelişkili durum,ışığın özelliği konusundaki araştırmalar sonucunda kuantum kuramının atoma uygulanmasıyla çözüldü.

a)Güneş sistemiyle karşılaşıldığında, atom elektron düzenlerinin ona benzemeyen biçimde birbirlerinin yakınına sokulabildiğini ve pek derine inmeyen yüzeysel kimyasal değişimler dışında, bu sokulmaların iç düzenlerini etkilemediği kanıtlandı.

b)Çekirdek çevresinde dolanan elektronun hareketi, bir elektriksel titreşim olduğuna göre, çevresine elektromagnetik dalgalar ya da ışınımlar yayması gerekir.Böylece sürekli enerji yitiren elektronun sarmal yol izleyerek çekirdek üzerine düşmesi bir atomun yaşam süresinin bir saniyeden az olması demektir.Oysa bilindiği gibi atomlar büyük oranda kararlı ve uzun ömürlüdür.Tüm karşıt savlara karşın, çok sağlan ve doğrudan yapılan deneylere dayalı “bir çekirdekle bunun çevresinde dönen elektronlardan bir düzen” tanımı, atom kuramı olarak kaldı.

4-Bohr Atom Dizgesi:Danimarkalı fizikçi Niels Bohr,1913’te çekirdek çevresinde dolanan elektronların dinamik yasalarına aykırı olarak neden ışın biçiminde enerji yaymadıklarını kuantum (nicem) yasasıyla ilk kez açıkladı.

Bohr kuramının varsayımları:

a)Her elektron çekirdekten ancak belirli uzaklıklardaki her biri belirli bir enerji düzeyine karşılık olan yörüngelerde bulunabilir.Bu enerji düzeyleri, çekirdekten başlayarak E1, E2, E3…….,diye simgelendirilir ve her birindeki hareketli, elektron enerji yitirerek çekirdeğe doğru yaklaşmaz.

b)Yüksek enerji düzeyindeki (Ed) bir elektron, düşük enerji düzeyine (Ey) inerse,aradaki farka eşdeğerde bir ışınım yayınlanır.

Frekans (v), aradaki enerji farkıyla belirlenir:

E=Ey-Ed=hv

Burada h= Planck değişmezidir ve yayınlanan ışınım frekansı,bunun tam sayılı katları olmalıdır.

c)Elektronların açısal devinirlikleri, h=Planck değişmezi ve n=1,2,3,….gibi tam sayılar olmak üzere nh/2 formülüyle belirli değerlerle tanımlanabilinir.Böylece Rutherford’a göre elektronların çekirdekten her uzaklıkta bulunabilmelerine bir engel olmamasına karşın,Bohr düzeninde elektronlar ancak Planck’ın kuantum kuramındaki öğe göre sınırlandırılır ve bütünüyle belirli yörüngelerde yer alabilir.

5)Sommerfeld Dizgesi:Tek elektronlu hidrojen atomu için Bohr’un tasarladığı dizgenin düzlem yapıda olması, gazların kinetik kuramıyla çelişki içindedir.Spektroskoplarla yapılan incelemelerde hidrojen ve öteki elementlerin dizge çizgilerinin her birinin, gerçekte birbirine çok yakın ince çizgilerden oluştuğu saptandı.1915’te Alman fizikçi ve matematikçi Arnold Sommerfeld, dairesel yörüngelerin yanındaki odaklardan birinde, çekirdeğinde bulunduğu elips biçimindeki yörüngelerin varlığını onayladı.Bu yörüngede dönen elektronun hızıyla, ona bağımlı kütlesi de değişir ve sonuçta yörünge,elipsin düzlemi içinde dönerek konumdan çıkar.İzge çizgilerinin çok ince çizgili yapısı,aynı enerji düzeyli gruba girerek aynı baş kuantum sayısıyla nitelenen elips ve daire biçimli çeşitli yörüngelerin varlığına bağlanır.Elips yörüngelerin küçük eksenlerini belirleyen ikinci bir kuantum sayısı ortaya çıkar ve “ikinci kuantum sayısı” adını alır (simgesi:1).(n) sayıdaki dairesel yörüngenin karşılığı, (n-1) tane elips yörüngededir.Aynı baş kuantum sayısındaki yörüngeler, bir kuantum bölgesi oluşturur ve n=1,2,3,4,…. Baş kuantum sayılarına karşılık olarak K,L,M,N,O,…. gibi harflerle gösterirler.1895’te Hollandalı fizikçi Pieter Zeeman,ışık yayan atomların güçlü bir mıknatıssal alan içindeyken, izgesel çizgilerinin ince çizgilere ayrıldığını saptadı (Zeeman olayı).

Yörünge düzlemlerinin uzayda kuantuma bağımlı eğim değiştirmesine,yönelme kuantumlaşması adı verilir.Her yörünge için uzayda 2l+1 tane değişik durum olanağı vardır.Böylece ortaya çıkan üçüncü kuantum sayısına manyetik kuantum sayısı denir.Bu sayı, -l’den başlayıp 0 üzerinden +l’ye kadar olan sayı dizisi  içinde 2l+1 tane tam sayı değerindedir.Elektronun sağa ya da sola dönmesi olanağı bulunan özelliğine “dönüş kuantumu” sayısı adı verilerek (ms) simgesiyle +1/2 ve -1/2 değerini alabilen dördüncü bir sayı ortaya çıkar.Bu yüzden bir atomun her elektronu dört kuantum sayısıyla belirlenir.Avusturalyalı fizikçi Wolfgang Pauli 1925’te elektron düzeninin yapısını kendi adına taşıyan bir ilkeye bağladı.Ona göre,bir atomda dört kuantum sayısıyla belirlenen yalnız bir elektron bulunur ya da başka bir deyişle, hiçbir elektronun rolü başka bir elektronunkiyle bütünüyle aynı olamaz.

Kuantum mekaniği-dalga mekaniği:1925’lerde Werner Heisenberg, Max Born ve Pascual Jordan kuantum mekaniğini ve Louis Broglie İle Erwin Schrödinger dalga mekaniği yöntemini geliştirdi.Heisenberg’e göre atom fiziği ancak doğrudan gözlenebilen dalga uzunlukları, spektroskop ölçümlerinden çıkarılan enerji düzeyleri gibi nicelikler üzerine kurulabilir.Kuantum mekaniğiyse enerji düzeyleri ve geçiş olasılıkları gibi büyüklükleri ölçerek sonuçları uygun matematiksel formüllerle birbirine bağlayıp,atomun durum ve özelliklerine ilişkin sonuçlar çıkartır.Louis Broglie, kütlesi m olan bir dalga karşılığı her taneciğin v hızıyla hareket etmesi durumunda, dalga boyunun =h/mv olduğunu ileri südü.C.J.Davisson ile L.H.Germer elektron ışınlarıyla yapılan girişim deneyleri yoluyla bu kuramı kanıtladı.1926’da Avusturalyalı fizikçi Erwin Schrödinger atomdaki elektronlarla ilgili dalga denklemini bularak dalga mekaniğinin kurucusu oldu.(psi) ile belirtilen dalga işlevinin karesi, elektronun uzayın herhangi bir noktasında bulunabilme olasılığını verir.Üç boyutlu uzay için dalga işlevini kullanarak elektron enerjisini veren Schrödinger denklemi, bir türetik denklemdir ve çözülümleri özel yaklaşımların yapılmasını ve bazı matematik dönüşümleri gerektirir.Yalnız hidrojen atomu için tümüyle çözülebilen bu denklem çok elektronlu öteki basit atomların konusunda yaklaşık çözümler getirdi.Dalga mekaniğinde elektron,bir yük bulutu değil,fakat bir nokta yük biçiminde düşünülür.Buna karşın, Heisenberg’in belirsizlik ilkesine göre, elektronun hızını aynı anda belirlemek olanaksızdır.Bu yüzden Bohr kuramımın kesin gerekirciliği (determinizm) yerine, dalga mekaniğinde olasılık söz konusudur.

Dalga denkleminin çözümünde, denklem kutupsal koordinatlara göre yazılır ve iki bölüme ayrılır.Denklemin ışınsal bölümü Bohr kuramındakilere karşılık olan iki kuantum sayısına bağımlıdır.

Atom Mühendisliği:Atom fiziğinin, mühendislik uygulamalarına yönelik bir dalı.Atom fiziğinin bilimsel sonuçlarından yararlanarak çeşitli makine, araç ve gereçlerin üretimini ve bunların aracılığıyla, maddenin atomsal özelliklerinin insan yararına dönüştürülmesini, kullanılabilir biçime getirilmesini amaçlar.Enerji üreten atom reaktörleri, tıpta atom enerjisiyle tanı ve iyileştirmede kullanılan bazı makinelerle ölçü araç ve gereçleri, uygulama alanlarından birkaçıdır.

Atom Numarası:Atomlar dışa karşı yüksüz olduklarından, çevrelerindeki elektronların toplam eksi elektrik yükünün, çekirdeğindeki protonların toplam artı yüküne eşit olması gereklidir.Ayrıca çevredeki elektron sayısı, çekirdekteki proton sayısına eşit olup bu sayıya atom numarası adı verilir ve “Z” ile gösterilir.Bir atomun kimyasal kimliğinden atom numarası, ya da başka bir deyimle çekirdeğindeki proton sayısı sorumludur.Atomların kimyasal özellikleri, atom numaralarının yinelenen bir işlevidir.Elementlerin periyodik çizelgesi;atom numaralarına göre dizilmesiyle oluşur ve atom numarası doğrudan saptanabilir.Bunun için atım numarası bulunacak element, bir röntgen ışını tüpünde antikatot olduğunda, oluşan X-ışınlarının spektrumundaki çizgiler, Moseley yasasına göre k=bir durağan ve u= spektrumundaki çizgi karşılığı frekansla Vu=k(Z-1) bağıntısına uyar.Burada Z= atom numarası olduğundan doğrudan bulunabilir.

Atom Pili (nükleer pil):Başlangıçta çekirdek reaktörlerine verilen ad Enrico Fermi ve arkadaşları, Chicago Üniversitesi spor tribünleri altına kurdukları ilk çekirdek reaktörüne Birinci Chicago Yığını (Chicago Pile-1) adını verdi.Tarihin bu ilk reaktörü 400 ton grafitin oluşturduğu 9x9.5 m tabanlı ve 6m yüksekliğindeki kara tepenin içine yerleştirilen 6 ton uranyum metaliyle 50 ton uranyum dioksiti içeriyordu.Reaktör 2 Aralık 1942 sabahı kadmiyum kontrol çubukları dışarı çekilerek devreye alındı ve zincirleme tepkileşim gerçekleşti, 28 dakika işledi.Gücü 200 Watt olmasına karşın ancak 1 Watt güce ulaşabildi.İkinci Chicago Yığını’ndan Chicago (Pile-2) sonra yapılan denetimli zincirleme çekirdek tepkimelerinin gerçekleştirildiği reaktörlere, çekirdek reaktörleri (nükleer reaktör) adı verildi.

Atom Reaktörü:Zincirleme çekirdek bölünmeleri sonucu açığa çıkan çekirdek enerjisiyle “denetimli atom enerjisi” üretilebilen makineler karmaşığı, başka bir deyimle,”nükleer reaktör” ya da “bölünüm reaktörü”.Yakıt olarak kullanılan uranyum, plutonyum,toryum gibi ağır elementlerin bazı izotopları,çekirdek bölünmeleri sonu ortaya çıkan hızlı nötronların düşük hıza inmeleri için “yavaşlatıcı ortamla”la (su,grafit,parafin,berilyum gibi) çevrilmiştir.İlk reaktör 1942’de Chicago Üniversitesi’nde kuruldu.İlk denizaltı Nautilus (ABD,1954),Lenin Buzkıranı (SSCB,1959), Savannah Ticaret Gemisi (ABD,1962), ve Ottoltahn (Fed. Alm .1968), Mutsu (Japonya,1974) sivil yük gemileri atomla çalışıyordu.Atom reaktörlerinin araştırma,üretken,enerji üreten,bağdaşık,ayrı cinsten katı ve sıvı yavaşlatıcılı, havuz ve kazan tipi, su kaynatan, basınçlı, yavaş ve orta enerjili, eşlenik, hızlı…gibi türleri vardı.İstanbul Çekmecedeki TR-1 ve TR-2 ile İTÜ’deki reaktör, araştırma türendendir.Reaktörlerin en tehlikeli yönleri radyoaktif sızıntı ve serpintilere neden olmalarıdır.1979’da ABD’deki “Three Mile Island” güç reaktöründe bu tür önemli bir sızıntı oluştu.

Atom Saati:İleri teknolojilerde kullanılan oldukça hassas saatlerin ayarlanabilmesi için standart bir frekans sağlayan bir laboratuar aygıtı.En çok kullanılanları sezyum ve rebidyumlu olanlarıdır.Bir sezyum saati yaklaşık 30 kg ağırlığındadır.

Atom Silahları:Nükleer ya da çekirdek silahları.Başlıcalar atom,hidrojen ve nötron bombalarıdır.Atom bombası, atom çekirdeklerinin parçalanması temeline, hidrojen bombası atomların çekirdeklerinin birleşerek helyum çekirdekleri oluşturması temeline dayanır.Nötron bombası da fiziksel açıdan aynı yönteme dayanır ancak patlama etkisi en az düzeye indirgenerek radyasyon etkisi artırılmıştır.

Bu tür bombalar kara,hava ya da denizden atılabilirler.1945-1979 arasında ABD, SSCB, İngiltere, Fransa, Çin Halk Cumhuriyeti ve Hindistan’ın yaptığı nükleer silah deneme sayısı 1221’dir.Atom silahlarının başlıca yok edici etkileri hava patlaması, radyasyon elektromanyetik şok, nükleer radyasyon ve radyoaktif serpintidir.

Atomlarda Elektronların Dizilişi:En basit element hidrojenden başlayarak elektron düzenine yeni elektronun yerleşmesiyle yeni bir element ortaya çıkar.Elektronlar çekirdek çevresindeki yörüngelere, belirli kurallara uyarak yerleşirler.Birinci kurala göre, çekirdeğe en yakını en düşük enerjili yörünge, en uzak olanıysa en yüksen enerji yörüngedir.İkinci Pauli ilkesine göre, bir yörüngede artı ve eksili en çok iki elektron dolanır.Bir yörüngenin üç kuantum sayısıyla belirlenebilmesine karşın, bir elektronun tanımlanabilmesi için toplam dört kuantum sayısına gerek vardır.Enerji düzeyleri eşit olan yörüngelere elektron yerleşmesi, Hund kuralıyla saptanır.Buna göre, elektronlar önce, dönüşleri yörüngeye paralel (ya da aynı işaretli) durumda, sonra gelenlerse yörüngeye ters dönüşlü biçimde yerleşir.Bir atom elektronlarının Pauli ilkesi ve Hund kuralı uyarınca yörüngelere yerleştirilmesine Aufbau ilkesi adı verilir.Periyodik çizelgedeki herhangi bir grupta bulunan tüm elementlerin en dış elektronları, aynı tür yörüngelerde dolanır.Bu nedenle elementlerin kimyasal özellikleriyle elektron dizilişleri arasında yakın bir ilişki vardır.

Atomsal Kütle Birimi (atomic mass unit):Karbonun 12 kütle numaralı izotopunun bağıl kütlesinin 1/12’si birim alınarak atom molekül ve iyonlarının bağıl kütleleri tanımlanır, akb, amu ya da mu biçiminde gösterilir.Buna göre, temel olarak seçilen C12 atomunun kütlesi, 12 akb’dir.Tam 12.000 gram C12 içinde Avogadro sayısı (6.023x1023) ölçüsünde C12 atomu bulunduğu ve onun da 12 akb olduğu gözönüne alınırsa, 1 akb=1.66077x10-24 gram olur.Özellikle çekirdek fiziği ve kimyasında taneciklerin kütlelerini belirtmek için akb kullanılır.

Atomsal Yörünge:Bağımsız bir atom elektronunun dört kuantum (nicem) sayısıyla sağlanan dalga işlevince belirlenmiş noktaların tümünü kapsayan hacim.Başka bir deyişle belirli bir elektronun bulunabilme olasılığı olan uzay bölgesi.Gerçekte, elektronun davranışını tanımlayan dalga işlevi, onun çekirdeğe göre yerini saptayan matematiksel bir işlevdir.

Yorumlar (0)

Bu icerige ait yorumlari masaustune alabilirsiniz

Yorum Yazin

Adiniz

Email

Baslik

Yorum

eksi not | arti not

Bu yoruma abone ol (Sadece kayitli kullanicilar icin)

Okudum ve kabul ediyorum Yorum gonderim kurallari.

Lutfen resimdeki guvenlik kodunu girin

Yorum Ekleyin