Evreni oluşturan “şeylerin” ardındaki gerçeği merak eden Demokritos’la başlayan atom serüveni, yüzyıllar boyunca pek çok bilim insanının katkısıyla bugünkü halini aldı. Bu yazıda, atom fikrinin felsefi kökenlerinden bilimsel temellere uzanan gelişimini, sade ve akıcı bir dille anlatıyorum.
Bir fikrin çağlar boyunca nasıl şekil değiştirdiğini merak ediyorsan, seni bekleyen bu kısa yolculuğa göz atabilirsin.
Demokritos’un Fikri
Bildiğimiz üzere etrafımızda “şey” adını verdiğimiz bir sürü şey var. İşte zamanında bu “şeylere” kafayı takmış olan Demokritos adındaki bir filozof bunca “şeyi” oluşturan temel bir yapı olması gerektiği fikrini ortaya atmış ve atomun hikayesi bu şekilde başlamıştır.
Antik Yunan zamanından önce de sonra da kainatın temelindeki malzemenin ne olduğu sorusu birçok filozof tarafından düşünülmüş ve çeşitli fikirler sunulmuştur ancak Demokritos’un atomcu evren teorisi fikirler içinde her zaman parlamış ve sürekli kendini geleceğe taşımış bir fikir olmuştur.
Lavoisier’in Deneyleri
1774 yılında, biraz hava bulunduran bir cam balonun içerisine biraz kalay koyan ve ağzını kapatıp tartan Antoine Lavoisier daha sonrasında bu balonu ısıtmış ve kalayın toz haline geldiğini gözlemlemiştir. Cam balonu yeniden tarttığında kütlenin sabit kaldığını fark etmiştir. Bu deneye ek olarak birçok deney yapmış ve cam balon içerisindeki oluşan toz kütlesinin aslında hava ve kalayın kütlelerinin bir kısmından oluştuğunu tespit etmiştir. İşte bu tespitlerin sonucunda “Kütlenin Korunumu Yasası” ortaya çıkmıştır.
Proust’un Deneyleri
1799’da Joseph Proust bir deney yapmış ve bu deneyde bir miktar bakırı alarak sülfürik asit ve nitrik asitte çözmüş ve sonrasında soda veya potas yardımıyla karbonat şeklinde çöktürmüştür. Bu işlemler sonucunda daima aynı miktarda yeşil karbonat elde ettiğini fark etmiştir. İşte bu deneylerin sonucunda “Sabit Oranlar Yasası” ortaya çıkmıştır.
Dalton’un Atom Modeli
Takvimler 1805 yılını gösterdiğinde John Dalton adındaki bir fizikçi, Sabit Oranlar Kanunu’nu teyit edebileceği inancıyla bir çalışma yürüterek Demokritos ve Leucippus’un atom fikrinden de ilham alarak bir model geliştirmiştir.
Geliştirdiği atom modeline göre, bir elementin çok küçük atom taneciklerden (atom) oluştuğunu ileri süren Dalton, bunun yanı sıra atom hakkında başka fikirler de geliştirmiş ve geçmişi yüzyıllara dayanan bu fikrinin gelişim sürecinin fişeğini tekrar güçlü bir şekilde ateşlemiştir.
Faraday’ın Deneyleri
Aradan geçen yılların ardından Faraday vakumlu ve içi görülebilen bir cam tüp içerisine yerleştirdiği ve güç verdiği katot ve anot iletkenlerin arasında bir “geçiş” görmesiyle birlikte Demokritos’un atom fikri biraz daha yol almıştır.
Öneri: Daha fazlası için “Crooks Tüpü” hakkında araştırma yapmayı deneyebilirsiniz.
Thomson’ın Üzümlü Keki
Thomson, Faraday’ın da yaptığı deneylerle birlikte tüplerde görülen ışınların eksi uçtan artı uca yani katottan anota doğru ilerleyen ve “eksi yüklü” parçacıklardan meydana geldiğini söylemiştir.
Işınları incelediğinde, ölçtüğü kütlenin bir atomun tahmin edilmiş olan kütlesinden çok daha hafif olduğunu fark ederek tüm çıkarımlarının sonucunda kendine ait bir atom teorisi geliştirmiştir.
Thomson’ın geliştirdiği atom teorisine göre atomun yapısı tıpkı bir üzümlü kek gibidir ve kekin hamuru pozitif parçacıkları temsil ediyorken bu hamur içerisinde çok daha az yer işgal eden üzümler ise negatif parçacıkları temsil etmiştir.
Bu modelin yanlışlığı zamanla ispatlanmıştır ancak bu model “elektronun temellerinin atıldığı ilk model” olması sebebiyle hala daha tarihi açıdan önem taşımaya devam etmektedir.
Rutherford’un Atom Modeli
Thomson’dan yıllar sonra 1909’da, yine Thomson’ın da öğrencisi olan Ernest Rutherford adındaki bir fizikçi tarafından bir deney daha yapılmıştır. Altın bir levhayı hedef alarak gönderdiği pozitif yüklü alfa parçacıklarını izleyen Rutherford bazı parçacıkların hedeflendiği gibi yol aldığını bazılarının ise saçıldıklarını görmüştür.
Gözlemlediği saçılmalara da dayanarak yeni bir model geliştiren Rutherford, atomun yapısında boşlukların var olduğunu ileri sürmüştür. Bu fikre göre atom, pozitif yüklü bir çekirdek ve çekirdek etrafında yer işgal eden elektronlardan oluşmaktadır. Bu elektronların aralarında ise mutlaka boşluklar vardır. Bu sayede alfa parçacıklarının bazılarının dümdüz ilerlerken bazılarının ise saçılmasının nedeni açıklanmış olacaktır.
Bohr’un Atom Modeli
Rutherford’un atom teorisinden kısa bir süre sonra Niels Henrik Bohr tarafından bir atom modeli daha ortaya atılmış ve bu model bugün hala daha geçerliliğini koruyan “modern atom teorisi” fikrinin temelini oluşturmuştur.
Klasik fikirler ve modern fikirler arasındaki bir geçiş olarak da nitelendirilen Bohr’un atom modeline göre atom, pozitif yüklü protonlardan ve yüksüz nötronlardan oluşan çekirdek ile bu çekirdeğin etrafında belirli yörüngelerde seyir halinde olan elektronlardan oluşmaktadır.
Nötr bir atomun sahip olduğu elektron sayısı ve proton sayısının eşit olduğu bu modelde eğer bu eşitlik bir sebepten bozulursa o atom “iyon” adını almaktadır. Atom iyon durumundayken elektronların sayısı fazla ise “anyon” adını alırken protonların sayısı fazla ise “katyon” adını almaktadır.
Bu modelle birlikte atom numarası, kütle numarası, izotopluk gibi kavramlarla beraber modern atom teorisini oluşturan birçok kavram da geliştirilmiş ve atomun hikayesinde önemli bir yol katedilmiştir.
Kuantum Atom Modeli
Bohr’un modelinden sonra yapılan deneyler, elektronların yörüngelerde tıpkı gezegenler gibi döndüğü fikrinin yetersiz olduğunu göstermeye başlamıştır. Özellikle Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi ve Schrödinger’in dalga denklemi ile birlikte atomu anlamaya yönelik yepyeni bir yaklaşım doğmuştur: Kuantum Atom Modeli.
Bu modele göre elektronlar belirli yörüngelerde değil, bir “olasılık bulutu” içinde bulunur. Yani artık bir elektronu tam olarak nerede olduğunu değil, nerede olma ihtimali olduğunu söyleyebiliyoruz. Atom altı düzeyde her şey, kesinlikten çok ihtimallerle tanımlanır.
Bu model, elektronların enerji seviyeleri arasında ani sıçramalar yapabileceğini, aynı anda hem parçacık hem dalga gibi davranabileceğini ve atomların karmaşık yapısını ancak kuantum fiziğiyle tam anlamıyla anlayabileceğimizi gösterir. Böylece atomun hikayesi, sadece maddenin değil aynı zamanda olasılığın ve belirsizliğin de hikayesi haline gelmiştir.
KAYNAKLAR
- General Chemistry: Principles and Modern Applications 10th Edition (Ralph H. Petrucci, F. Geoffrey Herring, Jeffry D. Madura, Carey Bissonnette)
- Ders Notları, General Chemistry, Doç.Dr. Sedat İlhan
Görsel Kullanımlarına İlişkin Not: Çalışma boyunca kullanılan tüm görseller açık-erişim medya kütüphanesi Wikimedia Commons’a hak sahiplerinin bilgisi dahilinde yüklenmiştir. Her görsel için detaylı bilgiye görsel altında bulunan kaynak bağlantısından erişilebilir.
