Atom teorisi son birkaç bin yılda çok yol kat etti. MÖ 5. yüzyılda Democritus'un birbirleriyle mekanik olarak etkileşime giren bölünmez “yuvarlananlar” teorisi ile başlayıp, daha sonra 18. yüzyılda Dalton'un atom modeline geçerek ve 20. yüzyılda atomaltı parçacıklar ve kuantum teorisinin keşfi ile olgunlaşan, keşif yolculuğu uzun ve dolambaçlı oldu.
Muhtemelen, yol boyunca en önemli kilometre taşlarından biri, bazen Rutherford-Bohr atom modeli olarak adlandırılan Bohr'un atom modeli olmuştur. 1913 yılında Danimarkalı fizikçi Niels Bohr tarafından önerilen bu model, atomu, merkez etrafında dairesel yörüngelerde (enerji seviyeleri ile tanımlanmış) dolaşan elektronlarla çevrili küçük, pozitif yüklü bir çekirdek olarak tasvir ediyor.
19. Yüzyıl Atom Teorisi:
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 yürütülen araştırmalar sayesinde bu büyük ölçüde değişecekti.
Thomson, katot ışın tüplerini (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.
Rutherford Modeli:
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.
Bohr Modeli:
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).
Ek olarak, Bohr’un modeli Rutherford modelinin sorunlu bazı unsurlarını geliştirdi. Bunlar, elektronların bir çekirdeğin etrafında dönerken elektromanyetik radyasyon açığa çıkaracaklarını tahmin eden klasik mekaniklerden kaynaklanan problemleri içeriyordu. Enerji kaybından dolayı, elektron hızla içeri doğru sarılmış ve çekirdeğe çökmüş olmalıdır. Kısacası, bu atom modeli tüm atomların kararsız olduğunu ima etti.
Model ayrıca, elektronlar içe doğru ilerledikçe, yörünge küçüldükçe ve hızlandıkça emisyonlarının hızla artacağını tahmin etti. Bununla birlikte, 19. yüzyılın sonlarında elektrik deşarjları ile yapılan deneyler, atomların sadece belirli ayrık frekanslarda elektromanyetik enerji yaydığını göstermiştir.
Bohr bunu, çekirdeğin etrafında dönen elektronların Planck’ın kuantum radyasyon teorisi ile tutarlı bir şekilde önererek çözdü. Bu modelde, elektronlar sadece belirli bir enerjiye sahip izin verilen belirli yörüngeleri işgal edebilir. Ayrıca, sadece izin verilen bir yörüngeden diğerine atlayarak, süreçteki elektromanyetik radyasyonu emerek veya yayarak enerji kazanabilir ve kaybedebilirler.
Bu yörüngeler, onun olarak adlandırdığı belirli enerjilerle ilişkilendirildi enerji kabukları veya enerji seviyeleri. Başka bir deyişle, bir atomun içindeki bir elektronun enerjisi sürekli değildir, “nicelleştirilir”. Bu seviyeler böylece kuantum sayısı ile etiketlenir n (n = 1, 2, 3 vb.) iddia ettiği Ryberg formülü kullanılarak belirlenebilir - 1888'de İsveçli fizikçi Johannes Ryberg tarafından birçok kimyasal elementin spektral çizgilerinin dalga boylarını tanımlamak için formüle edilen bir kural.
Bohr Modelinin Etkisi:
Bohr’un modeli bazı açılardan çığır açıcı olsa da - Ryberg’in sabitini ve Planck’ın sabitini (kuantum teorisi) Rutherford Modeli ile birleştirmekle birlikte - daha sonraki deneylerin göstereceği bazı kusurlardan muzdaripti. Yeni başlayanlar için, elektronların hem bilinen bir yarıçapa hem de yörüngeye sahip olduğu varsayıldı, Werner Heisenberg'in on yıl sonra Belirsizlik İlkesi ile çürüteceği bir şey.
Ek olarak, hidrojen atomlarındaki elektronların davranışını tahmin etmek için yararlı olsa da, Bohr’un modeli daha büyük atomların spektrumlarını tahmin etmede özellikle yararlı değildi. Atomların birden fazla elektrona sahip olduğu bu durumlarda, enerji seviyeleri Bohr'un öngördüğü ile tutarlı değildi. Model ayrıca nötr helyum atomlarıyla da çalışmadı.
Bohr modeli, 1902'de Hollandalı fizikçiler Pieter Zeeman tarafından not edilen ve spektral çizgilerin harici, statik bir manyetik alan varlığında ikiye veya daha fazlasına bölündüğü bir fenomen olan Zeeman Etkisini de açıklayamadı. Bu nedenle, Bohr’un atom modeli ile birkaç iyileştirme denendi, ancak bunların da sorunlu olduğu kanıtlandı.
Sonunda, bu Bohr’un modelinin kuantum teorisinin yerini almasına yol açacaktı - Heisenberg ve Erwin Schrodinger'in çalışmaları ile tutarlı. Bununla birlikte, Bohr’un modeli, öğrencileri kuantum mekaniği ve değerlik kabuğu atom modeli gibi daha modern teorilerle tanıştırmak için bir öğretim aracı olarak faydalı olmaya devam etmektedir.
Ayrıca parçacık fiziğinin Standart Modeli, “elektron bulutları”, temel parçacıklar ve belirsizlik ile karakterize edilen bir modelin geliştirilmesinde önemli bir kilometre taşı olacaktır.
Space Magazine'de atom teorisi hakkında birçok ilginç makale yazdık. İşte John Dalton’un Atomik Modeli, Erikli Puding Modeli nedir, Elektron Bulutu Modeli nedir? Demokritus Kimdir? Ve Atomun Parçaları Nelerdir?
Astronomi Cast de konuyla ilgili bazı bölümler içeriyor: Bölüm 138: Kuantum Mekaniği, Bölüm 139: Enerji Seviyeleri ve Spektrum, Bölüm 378: Rutherford ve Atomlar ve Bölüm 392: Standart Model - Giriş.
Kaynaklar:
- Niels Bohr (1913) “Atom ve Moleküllerin Anayasası Üzerine, Bölüm I”
- Niels Bohr (1913) “Atomların ve Moleküllerin Anayasası Üzerine, Tek Bir Çekirdek İçeren Bölüm II Sistemler”
- Britannica Ansiklopedisi: Borh Atom Modeli
- Hiperfizik - Bohr Modeli
- Tennessee Üniversitesi, Knoxville - Borh Modeli
- Toronto Üniversitesi - Atomun Bohr Modeli
- NASA - Evreni Hayal Et - Arka Plan: Atomlar ve Işık Enerjisi
- Eğitim Hakkında - Atomun Bohr Modeli
