20. yüzyılın başları bilimler için çok hayırlı bir dönemdi. Parçacık fiziğinin Standart Modelini doğuran Ernest Rutherford ve Niels Bohr'a ek olarak, kuantum mekaniği alanında da bir atılım dönemi oldu. Elektronların davranışı üzerine devam eden çalışmalar sayesinde, bilim adamları bu temel parçacıkların klasik Newton fiziğine meydan okuyan davranışlar sergilediği teoriler önermeye başladılar.
Böyle bir örnek Erwin Schrodinger tarafından önerilen Elektron Bulut Modeli'dir. Bu model sayesinde, elektronlar artık sabit bir yörüngede merkezi bir çekirdeğin etrafında hareket eden parçacıklar olarak gösterilmiyordu. Bunun yerine Schrodinger, bilim adamlarının yalnızca elektronların pozisyonları hakkında eğitimli tahminler yapabilecekleri bir model önerdi. Bu nedenle, konumları yalnızca elektronların bulunabileceği çekirdeğin etrafındaki bir 'bulutun' parçası olarak tanımlanabilir.
20. Yüzyıla Atom Fiziği:
Atom teorisinin bilinen en eski örnekleri, Democritus gibi filozofların tüm maddelerin küçük, bölünemez ve yıkılmaz birimlerden oluştuğunu öne sürdüğü eski Yunanistan ve Hindistan'dan geliyor. “Atom” terimi eski Yunanistan'da üretilmiştir ve “atomizm” olarak bilinen düşünce okulunu doğurmuştur. Ancak bu teori, bilimsel bir teoriden çok felsefi bir kavramdı.
19. yüzyıla kadar atomlar teorisi bilimsel bir mesele olarak ifade edildi ve ilk kanıta dayalı deneyler yapıldı. Örneğin, 1800'lerin başında İngiliz bilim adamı John Dalton, kimyasal elementlerin neden bazı gözlenebilir ve öngörülebilir şekillerde tepki verdiğini açıklamak için atom kavramını kullandı. Dalton, gazları içeren bir dizi deney yoluyla Dalton’un Atom Teorisi olarak bilinen şeyi geliştirmeye devam etti.
Bu teori, kitle ve belirli oranların konuşma yasalarını genişletti ve beş öncüye indi: en saf halindeki elementler, atom adı verilen parçacıklardan oluşur; belirli bir elementin atomları, en son atoma kadar aynıdır; farklı elementlerin atomları atom ağırlıklarıyla ayırt edilebilir; elementlerin atomları kimyasal bileşikler oluşturmak için birleşir; atomlar kimyasal reaksiyonda yaratılamaz veya yok edilemez, sadece gruplaşma değişir.
Elektronun Keşfi:
19. yüzyılın sonlarına doğru, bilim adamları ayrıca atomun birden fazla temel üniteden oluştuğunu teorileştirmeye başladılar. Bununla birlikte, çoğu bilim adamı bu birimin bilinen en küçük atom hidrojenin büyüklüğü olacağına karar verdi. 19. yüzyılın sonunda, Sir Joseph John Thomson gibi bilim adamları tarafından yapılan araştırmalar sayesinde, büyük ölçüde değişecekti.
Thomson, katot ışın tüpleri (Crookes Tüpü olarak bilinir) kullanan bir dizi deney yoluyla, katot ışınlarının elektrik ve manyetik alanlardan sapabileceğini gözlemledi. Işıktan oluşmak yerine, hidrojenden 1 kat daha küçük ve 1800 kat daha hafif negatif yüklü parçacıklardan oluştuğu sonucuna vardı.
Bu, hidrojen atomunun maddenin en küçük birimi olduğu fikrini etkili bir şekilde çürüttü ve Thompson, atomların bölünebilir olduğunu ileri sürdü. Hem pozitif hem de negatif yüklerden oluşan atomun toplam yükünü açıklamak için Thompson, negatif yüklü “korpüsküllerin” Erik Pudingi Modeli olarak bilinen düzgün yüklü pozitif bir denizde dağıtıldığı bir model önerdi.
Bu cesetler daha sonra 1874'te İngiliz-İrlandalı fizikçi George Johnstone Stoney tarafından öngörülen teorik parçacığa dayanarak “elektronlar” olarak adlandırılacaktı. Ve bundan dolayı, Erik Puding Modeli doğdu, bu yüzden adlandırılan İngiliz çölüne çok benziyordu. erikli kek ve kuru üzüm. Bu konsept İngiltere’nin Mart 1904 baskısında dünyaya tanıtıldı. Felsefi Dergi, büyük beğeni topladı.
Standart Modelin Geliştirilmesi:
Sonraki deneylerde Erikli Puding modelinde bir takım bilimsel problemler ortaya çıktı. Yeni başlayanlar için, atomun “Thomson Problemi” olarak bilinen tekdüze pozitif bir arka plan yüküne sahip olduğunu gösterme sorunu vardı. Beş yıl sonra, model alfa parçacıkları ve altın folyo - aka kullanılarak bir dizi deney yapan Hans Geiger ve Ernest Marsden tarafından onaylanmayacaktı. “altın folyo deneyi”.
Bu deneyde Geiger ve Marsden, alfa parçacıklarının saçılma modelini bir floresan elek ile ölçtüler. Thomson’ın modeli doğruysa, alfa parçacıkları engelsiz folyonun atomik yapısından geçecekti. Bununla birlikte, bunun çoğu, doğrudan doğruya çekilirken, bazılarının çeşitli yönlere saçıldığını, bazılarının da kaynak yönünde geri döndüğünü kaydetti.
Geiger ve Marsden, parçacıkların Thomson’un modelinin izin verdiğinden çok daha büyük bir elektrostatik kuvvetle karşılaştıkları sonucuna vardı. Alfa parçacıkları sadece helyum çekirdeği (pozitif yüklü) olduğundan, atomdaki pozitif yükün geniş bir şekilde dağılmadığı, ancak küçük bir hacimde konsantre olduğu anlamına gelir. Ek olarak, saptırmayan parçacıkların engelsiz geçişinden geçmesi, bu pozitif boşlukların geniş boşluk boşlukları ile ayrılması anlamına geliyordu.
1911'de fizikçi Ernest Rutherford Geiger-Marsden deneylerini yorumladı ve Thomson’un atom modelini reddetti. Bunun yerine, atomun çoğunlukla boş alandan oluştuğu, tüm pozitif yükünün merkezinde çok küçük bir hacimde yoğunlaştığı, bir elektron bulutu ile çevrili bir model önerdi. Bu atomun Rutherford Modeli olarak biliniyordu.
Antonius Van den Broek ve Niels Bohr'un müteakip deneyleri modeli daha da rafine etti. Van den Broek, bir elementin atom sayısının nükleer yüküne çok benzediğini öne sürerken, ikincisi, bir çekirdeğin atomik pozitif yükü içerdiği ve eşit olduğu çevrili bir Güneş Sistemi benzeri atom modeli önerdi. yörünge kabuklarındaki elektron sayısı (Bohr Modeli).
Elektron Bulutu Modeli:
1920'lerde Avusturyalı fizikçi Erwin Schrodinger Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Arnold Sommerfeld ve diğer fizikçiler teorilerinden büyülendi. Bu süre zarfında, Zürih Üniversitesi'nde ve daha sonra Berlin'deki Friedrich Wilhelm Üniversitesi'nde (1927'de Planck'ı başardı) araştırma yapan atom teorisi ve spektrumları alanlarında da yer aldı.
1926'da Schrödinger bir dizi gazetede dalga fonksiyonları ve elektronlar konusunu ele aldı. Schrodinger denklemi olarak bilinen şeyin açıklanmasına ek olarak - bir kuantum sisteminin kuantum durumunun zamanla nasıl değiştiğini açıklayan kısmi diferansiyel denklem - belirli bir pozisyonda bir elektron bulma olasılığını tanımlamak için matematiksel denklemler kullandı. .
Bu, Elektron Bulutu (veya kuantum mekanik) Modeli ve Schrodinger denklemi olarak bilinen şeyin temeli oldu. Tüm maddenin bir dalga fonksiyonu ile ilişkili özelliklere sahip olduğunu belirten kuantum teorisine dayanarak, Elektron Bulut Modeli, bir elektronun kesin yolunu tanımlamaması nedeniyle Bohr Modelinden farklıdır.
Bunun yerine, olasılıkların bir fonksiyonuna dayanarak elektronun konumunun olası konumunu tahmin eder. Olasılık fonksiyonu temel olarak elektronun bulunabileceği bulut benzeri bir bölgeyi, dolayısıyla adı tanımlar. Bulutun en yoğun olduğu yerde, elektronu bulma olasılığı en yüksektir; ve elektronun olma olasılığı daha düşük olduğunda, bulut daha az yoğundur.
Bu yoğun bölgeler “elektron orbitalleri” olarak bilinir, çünkü bunlar yörüngede dönen bir elektronun bulunabileceği en olası yerdir. Bu “bulut” modelini 3 boyutlu bir alana genişleterek, bir halter veya çiçek şeklinde bir atom görüyoruz (üstteki resimde olduğu gibi). Burada dallanan bölgeler, elektronları bulma ihtimalimizin en yüksek olduğu bölgelerdir.
Schrodinger'ın çalışması sayesinde, bilim adamları kuantum mekaniği alanında, bir elektronun tam konumunu ve momentumunu aynı anda bilmek imkansız olduğunu anlamaya başladılar. Gözlemcinin başlangıçta bir parçacık hakkında bildiklerinden bağımsız olarak, sadece başarılı konumunu veya momentumunu olasılıklar açısından tahmin edebilirler.
Hiçbir zaman, hiçbirini tespit edemezler. Aslında, bir parçacığın momentumu hakkında ne kadar çok şey bilirlerse, konumu hakkında o kadar az bilgi sahibi olurlar ve bunun tersi de geçerlidir. Bugün “Belirsizlik İlkesi” olarak bilinen şey budur.
Önceki paragrafta bahsedilen orbitallerin bir hidrojen atomu tarafından oluşturulduğuna dikkat edin (yani sadece bir elektron ile). Daha fazla elektrona sahip atomlarla uğraşırken, elektron yörünge bölgeleri küresel bir bulanık topa eşit olarak yayılır. "Elektron bulutu" terimi en uygun olan yerdir.
Bu katkı, evrensel olarak 20. yüzyılın maliyet açısından önemli katkılarından biri olarak ve fizik, kuantum mekaniği ve gerçekten de tüm bilimler alanında bir devrimi tetikleyen bir katkı olarak kabul edildi. Bundan böyle, bilim adamları artık zaman ve mekanın mutlaklarıyla karakterize edilen bir evrende değil, kuantum belirsizliklerinde ve zaman-mekan göreliliğinde çalışıyordu!
Space Magazine'de atomlar ve atom modelleri hakkında birçok ilginç makale yazdık. İşte John Dalton’un Atomik Modeli Nedir ?, Erikli Puding Modeli Nedir?, Bohr’un Atomik Modeli Nedir ?, Demokritus Kimdir? Ve Bir Atomun Parçaları Nelerdir?
Daha fazla bilgi için, Kuantum Mekaniği Nedir? Canlı Bilimden.
Astronomi Cast de konu hakkında Bölüm 130: Radyo Astronomi, Bölüm 138: Kuantum Mekaniği ve Bölüm 252: Heisenberg Belirsizlik İlkesi gibi bölümlere sahiptir.
