Atomun kuantum modeli

Atom bilindiği gibi çekirdek ve birde elektrondan oluşmaktadır,bunlarda kuarklar ve leptonlar dediğimiz daha noktasal taneciklerden,1900’li yıllara doğru elektronun varlığına dair bir kanıt yoktu (en azından ispatlanamıyordu) atom sadece içi dolu bir küre olarak biliniyordu.Thomson yaptığı bazı deneyler sonucu atomun hiçte içi dolu bir küre olmadığı görüldü (ünlü üzümlü kek modeli bu deneyler sonucu adlandırılmıştır ) katot ışınları denen bir deneysel yöntemle elektronları tespit eden Thomson kendi atom modelini geliştirse de modern atom teorisi adına daha çok eksikler vardı bu atom teorisinde,bunlardan ilki çekirdek yani proton ve nötron (bunlar daha sonra Rutherford ve Chadwick tarafından keşfedilecektir.) tanecikleridir.1900’lü yılların başına gelince Planck yaptığı bir çok çalışma dahilinde enerjinin kesikli değerler aldığını ve bu kesikli değerlerin birer paketçik (kuanta/kuantum) olarak adlandırması,kendinden sonra gelen bazı bilim insanlarına ilham kaynağı olmuştur.Planck,siyah bir cismi ısıtmış ve bunun farklı spektral renklerde olduğunu gözlemlemiştir.Bunun sonucunda Planck bu farklı frekansları da ki renklerin tüm atomlara dahil olabileceği fikri daha sonra geliştirilmiştir.
Kuantum atom teorisinin diğer bir modeli de fotoelektrik olayına etkisidir.Kısaca tanımlarsak bu olayı,metal yüzeye düşürülen bir foton/ışık (bu aynı zamanda zayıf etkileşimin temel parçacığıdır ve bir bozondur yani tam spin değeri alır.) metal yüzeyden elektron koparır ve kuantlaşır enerji,ta ki enerji bitene kadar,ondan sonra enerji kendiliğinden yorulur ve elektron koparamaz hale gelir. (bunu şu şekilde düşünebiliriz,duvara hızlı bir şekilde plastik top attığınızı ve duvarda zamanla yumuşama en azından eski halinden eser miktar kalmasıdır.)1920’li yıllara gelince de Broglie maddenin aynı zamanda dalga özelliği de gösterdiğini ifade etmiştir,hatta buna de Broglie dalga boyu da denir bazı kaynaklarda,daha sonra Schrödinger ve Heisenberg bu modeli geliştirerek kendi dalga fonksiyonlarını ve denklemlerini oluşturmuşlardır,diğer yandan Bohr atom modeli kuantum modeli için bir başlangıç sayılabilir fakat eksikleri vardır,tek elektronu atomları açıklamakta yeterlidir fakat çoklu elektronlar için yetersizdir.Bunun nedeni klasik fiziğin büyük kütleli maddeleri inceliyor olması ve Bohr’da açıklamalarını klasik fiziğe göre yapıyor olmasıdır bazı durumlarını ve büyük hızdaki maddeleri inceliyor olmasıdır.Bunu da ilk kez olarak Dİrac özel görelilikle,kuantum teorisini birleştirerek elde etmiştir.Bu büyük hız ve küçük kütleli yapılar atom ve atom altı dünyasındaki belirsizlikleri açıklamaktadır,bunlardan birisi de Heisenberg’in belirsizlik ilkesidir.Parçacığın yeri bilinirse momentumu bilinemez şeklinde ifade edilen bu kuram aynı zamanda kuantum kuramının da temel yapıtaşıdır hatta Schrödinger’ünlü kedi deneyi kuramı (Schrödinger’in kedisi deneyi diye geçer kitaplarda ve oldukça ilginç bir deney kuramıdır.) buna örnektir.Tanecik veyahut dalga modelinin parçacığa olan etkisini incelemesi adına ilginçtir.Schrödinger daha sonra topladığı önemli bilgilerle tüm elementlere uyarlanabilecek ünlü Schrödinger dalga fonksiyonunu oluşturmuştur.Hatta buna kısaca
Hψ=Eψ
Denklemi denir ki burada (H hamiltonyen operatörünün,E ise toplam momentum ve dalga fonksiyonlarının enerji dağılımlarını göstermektedir.) kuantum kuramının yapı taşlarındandır,diğer türetilen Dirac,Klein fonksiyonları da Schrödinger denklemlerinin birer matrisi ve kısaltması olduğunu dahi rahatlıkla söyleyebiliriz.

İsmail Çelik

Kaynaklar:
Parçacık Fiziği : En Küçüğü Keşfetme Macerası - (ODTÜ yayıncılık)
Modern Üniversite Kimyası Cilt.I (Çev.Editrof.Dr.Turhan Altınata,Prof.Dr.Hüseyin Anıl,Prof.Dr.Hüsamettin Akçay) (Çağlayan Yayınları)
Yrd.Doç.Dr.Soner Ergül – Genel Kimya (Anı Yayıncılık-2009)