Modern atom kuramı, tümüyle Kauntum Teorisi temelinde yükseliyor. Artık modellenemeyen bir “matematiksel” betimlemenin içinde düşünmemiz gerek. Bu kuram, öncelikle çekirdek çevresindeki elektron “davranışı”nı belirler.
Elektron, bulunduğu zaman tümüyle bir parçacık olarak kavranmıştı. Ama sonraları, onun aynı zamanda bir dalga özelliği taşıdığı anlaşıldı. Elektron nedir? Parçacık mı? Evet. Dalga mı? O da evet! Peki çekirdek çevresindeki elektronların bulunduğu uzay parçalarını blliyor muyuz? Evet. Onlara orbital diyoruz. Orbitaller s,p,d ve f harfleriyle simgeleniyor. Niels Bohr, 1913’te, elektronların her enerjiyi değil, belirli enerjileri alabildiğini benimseyerek yeni atom kuramını geliştirmişti. Bohr, çok elektronlu atomların karmaşık tayf çizgilerini ise açıklayamıyordu. Bohr Atom Kuramı (1913)
Bir elektrik alan, bir atomun tayf çizgilerini, değişik frekanslarda, birkaç çizgiye daha ayırır(Stark Olayı). Bu da Bohr kuramı için bir bilmeceydi.
Atomların ışıması bir manyetik alan içinde incelendiği zaman oluşan tayf çizgilerinin herbirinin bir kaç çizgiye ayırılması olayına “yarılma” denir. Çizgilerin ayrıklığı manyetik alanın şiddetine bağlıdır. Bir manyetik alanda tayf çigilerinin yarılması olayını 1896’da Hollandalı fizikçi Pieter Zeeman (1865-1943) keşfetmişti. Aslında Zeeman olayı, uzay kuantumlanmasının etkili bir kanıtıdır.
Modern Atom Kuramının temeli üç büyük adıma dayanır:
1. Parçacıkların dalga özelliği göstereceğinin kestirilmesi, Louis de Broglie,1924. Broglie, o zamana dek birbirinden ayrıymış gibi duran iki eşitliği Planck denklemi (E=hf) ile Albert Einstein denklemini (E=mc2) birleştirdi, her parçacığın bir dalga özelliği taşıması gerektiğini açıkladı.
2. Dalga mekaniğinin yani Schrödinger dalga denklemi denen denklemin keşfi. Erwin Schrödinger,1926.
Schrödinger 1926 yaz aylarında dalga denklemi türetti. Dalga denklemine göre,örneğin, hidrojen atomunda elektronun konumu kuantize değildir, bu bakımdan,elektronun çekirdek civarında,birim hacim başına belli bir bulunma olasılığını düşünmemiz gerekir. Fakat öngörülebilen hiçbir konum, hatta klasik anlamda yörünge söz konusu değildir. Bu olasılıkçı söylem, hidrojen atomu üzerinde yapılan deneylerin, atomun bir bütün elektron (belirli bir bölgede bir elekronun yüzde 27’sini başka bölgelerde yüzde 73’ünü değil) içermekte olduğunu göstermesi gerçeği ile çelişmez; olasılık, elektronun bulunması ile ilgilidir ve her ne kadar bu olasılık uzayda dağılmış ise de elektronun kendisi dağılmış demek değildir.Madde dalgalarının gerçek dalgalar değil,dalga genliğinin karesiyle belirlenen olasılıkçı yorumunu Max Born yapmıştır. Ancak Schrödinger ve Einstein bu yoruma katılmamıştır.Ançak geçen zaman Born’u haklı çıkarmıştır.
3. Belirsizlik ilkesinin keşfi. Heisenberg,1927.
Elektronun yerini ve hızını aynı anda belirlemede sorun var mı? Var. Elektronun yerini belirleme konusunda yüzdeler veriyoruz. Elektron yüzde 90 olasılıkla şu atomik uzayda bulunabilir diye hesaplarımızın sonucunu veriyoruz. Bu olasılık, her ne kadar uzaya dağılmış ise de elektronun kendisi dağılmış demek değildir.
Elektronun atom içindeki yerini ışık kullanarak belirleyebiliriz. Belli dalga boyu olan bir ışıkla aydınlattığımız zaman,o dalga boyundan daha küçük ayrıntıları seçemeyiz. Bu iyi bilinen bir olgudur. Gerçekten badana fırçası ile bir İran minyatürü yapılamaz!
Elektronun yerini “görmek” istediğimizde “gördüğümüz yer”, onun gerçek yeri değil de “fotonla itildiği yer” olacaktır. Burada kullanılan ışığın dalga boyu düzeyinde bir belirsizlik vardır. Bu belirsizlik, hiçbir zaman sıfıra indirilemeyecektir. Leon Lederman’ın (Fizik Nobel 1988), Tanrı parçacığı’nda (1993) belirttiği gibi “ Atom evreninde belirsizlik ilkesi, herhangi bir miktarda donanım, beceri ya da devlet bursuyla azaltılamayan temel bir bilinmezlik”.
Benzer sorun elektronun hızını ve ona bağlı olan momentumunu belirlemede de karşımıza çıkıyor.
Uzatmayayım. Elektronun yerini ve momentumunu asla tam bir kesinlikle belirleyemeyiz. Bu konuda olasılıklar düzeyinde konuşabiliriz. Evet,elektronun çekirdek çevresinde bulunabileceği olası bölgeleri bilebiliyoruz. Elektronun olası ve ortalama hızını ve dolaysıyla momentumunu bilebiliyoruz. Ama bunları tam bir kesinlikle bilemiyoruz. Tam bir kesinlikle bilemediğimiz çok şey var. Bunları sorun etmeyin. Çünkü en yetkin bilim adamları bile bunları kesinlikle bilmiyor! Bu da belki daha alçakgönüllü olmamız için gerekli bilgiler.
Orbital, matematiksel bir fonksiyon olmakla birlikte, ona fiziksel anlam vermeyi deneyebiliriz: Eleketronu tanecik olarak düşünürsek orbital, atom içerisinde elektronun bulunma olasılığı yüksek bir bölgeyi simgeler. Elektronu bir maddesel dalga olarak düşünürsek orbital elektron yük yoğunluğu yüksek olan bölgeyi gösterir. Elektron “tanecik” olarak kabul edildiğinde,elektronun belirli noktalarda bulunma olasılığından; elektron “dalga” olarak kabul edildiğinde ise, elektron yük yoğunluğundan söz ederiz. Atomik orbitallerin fiziksel anlami budur.
Yani elektronun konumu kuantize değildir, bu bakımdan, elektronun çekirdek çevresinde, birim hacimdeki bulunma olasılığını (dalga genliğinin karesini, yani dalga şiddetini) düşünmemiz gerekiyor. Dalganın şiddeti (genliğin karesi) bir bölgedeki foton sayısına,yani foton yoğunluğuna bağlıdır.(atominsan.net)
Kaynakça
1. Beiser, Arthur; Modern Fiziğin Kavramları, Çeviren: Gülsen Önengüt, McGraw-Hill ve Akademi Ortak Yayını 1997
2. Feynman, Richard P., Kuantum Elektrodinamiği (1985), Çeviren: Ömür Akyüz, Nar yayınları 1993
3. Gamow, George, Bay Tomkinsin Serüvenleri (1940/1965), Çeviren: Tuncay İncesu, Evrim Yayınları 1998
4. Karakale, Ramazan; Atomun İçinde, Güncel Yayıncılık 2006
5. Lederman, Leon; Tanrı Parçacığı (1993), Çeviren: Dr Emre Kapkın, Evrim Yayınları 2000
6. Petrucci ve Harwood, Genel Kimya, Çeviri editörü: Tahsin Uyar, Palme Yayıncılık 1994
Yorum Ekle