Proton ve Çekirdek

1900’lü yılların başlarında, atomların iki özelliği açıkça belli olmuştu: Atomlar elektronları içeriyordu, ve elektriksel olarak nötürdü, yani yüksüzdü. Elektriksel açıdan yüksüz olabilmesi için bir atomda eşit sayıda artı ve eksi yük bulunmalıydı. Bu bilgilere dayanarak Thomson, atomu içinde gömülmüş halde elektronlar bulunan artı yüklü bir küre olarak öneriyordu (Şekil 1). Thomson’un bu “kuru üzümlü kek” benzeri atom modeli uzun yıllar atom kuramı olarak kabul gördü.

Şekil 1. Thomson atom modeli. Bu model “üzümlü kek” e benzer. Elektronlar homojen olarak pozitif yüklü küre içerisinde gömülmüş gibidir.

1910’da, önceleri Cambridge üniversitesinde Thomson ile çalışmış olan Yeni Zelandalı fizikçi Ernest Rutherford, a taneciklerini kullanarak atomun yapısını incelemeye karar verdi. Meslektaşı Hans Geiger ve öğrencisi Ernest Marsden ile birlikte, Rutherford bir dizi deney yaptı. Bu deneylerde radyoaktif bir kaynaktan çıkan a taneciklerinin çarpacağı hedef olarak çok ince altın ve başka metal yapraklar kullandı (Şekil 2). Deneylerinde a taneciklerinin çoğunun metal yaprakların içinden sapmadan ya da çok az sapma yaparak geçtiğini gördü; ancak zaman zaman bazı a taneciklerinin büyük bir açı ile sapma yaptığını da fark etti. Hatta bazen a taneciği geldiği yöne doğru geri tepiyordu! Bu çok şaşırtıcı bir buluştu; çünkü Thomson’un atom modeline göre atomun artı yükü tüm atoma o kadar dağılmış ve yoğunluğu o kadar küçüktü ki. a taneciklerinin atomun içinden hemen hemen hiç sapmadan geçmesi beklenmekteydi. Nitekim Rutherfordun bu buluş karşısında ilk tepkisi, “bu bir kağıt mendile 15 inch’lik bir kurşun sıktığınızda kurşunun geri tepip sizi vurması kadar inanılmaz bir olaydı” demek olmuştur.

Şekil 2. (a) a Taneciklerinin bir altın yaprak tarafından saçılmasını ölçmek için Rutherford’un tasarladığı deney düzeneği. a Taneciklerinin çoğu sapma yapmadan ya da çok az sapma ile altın yaprağın içinden geçerlerken bir kaç tanesi geniş açılarla sapar ve zaman zaman bir a taneciği geri teper, (b) Altın yaprağın içinden geçen ve çekirdek tarafından saptırılan a taneciklerinin büyütülmüş görünümü.

a Tanecikleri saçılması deneyinin sonuçlarını açıklayabilmek amacıyla, Rutherford atom yapısı için yeni bir model oluşturdu ve bu modelde atomun büyük bir kısmının boşluktan oluştuğunu öneriyordu. Böyle bir yapıda a taneciklerinin çoğu altın yaprağının içinden sapmadan ya da çok az sapma yaparak geçebilirdi. Rutherford atomdaki artı yüklerin tümünün, atomun içinde yoğun ve merkezi bir çekirdekte odaklandığını önerdi. Böylece saçılma deneylerinde, herhangi bir a taneciği bir atomun çekirdeğine yaklaştığında büyük bir itici kuvvetle karşı karşıya kalıyor ve büyük bir sapma yapıyordu. Ayrıca, doğrudan doğruya bir çekirdeğe doğru hareket eden bir a taneciği hareket yönünü tam tersine çevirecek kadar büyük bir itici güce maruz kalacaktı.

Çekirdekteki artı yüklü taneciklere proton adı verilir. Yapılan başka deneylerde ise, bir protonun yükünün büyüklük olarak bir elektronun yüküne eşit olduğu ve protonun kütlesinin de 1,67262 x 10-24 g, yani elektron kütlesinin 1840 katı kadar olduğu bulunmuştur.

Araştırmaların bu safhasında, bilim adamları atomu şu şekilde algılıyorlardı: Çekirdeğin kütlesi atomun kütlesinin çoğunu içerir, ancak çekirdeğin kapladığı hacim atomun hacminin sadece 1/1013 ü kadardır. Günümüzde atom (ve molekül) büyüklükleri pikometre (pm) adı verilen SI birimi cinsinden ifade edilir ve

1 pm = 1 X 10-12 m

Tipik bir atomun yarıçapı 100 pm kadardır. Oysa, bir atom çekirdeğinin yarıçapı sadece 5 X 10 3 pm dolayındadır. Bir atomla o atoma ait çekirdeğin göreceli olarak boyutlarını anlamak için şöyle düşünebilirsiniz: Atom Houston Astrodome’u büyüklüğünde olsaydı atomun çekirdeği küçük bir taş parçası kadar olurdu. Protonların atomun çekirdeğine doluşmuş durumda olmalarına karşın, elektronların çekirdekten belli bir uzaklıkta, çekirdeğin etrafında yayılmış durumda oldukları düşünülür.

 

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir