Bilim

ATOM ÇEKİRDEĞİNİN YAPISI

Tarafından yazılmıştır admin

Atomun çekirdeği, proton ve nötronlardan oluşan, karmaşık bir iç yapıya sahiptir. Proton ve nötronun da, kuark denilen altı çeşit temel parçacığın iki türünün üçlülelerinden oluşan, farklı birer iç yapısı vardır.

 

Şöyle ki ; proton 2 yukarı (u) kuark ile 1 aşağı(d) kuarktan, nötron ise 2 aşağı kuark ile 1 yukarı kuarktan oluşur. Protonlar ve nötronlar, iç yapıları nedeniyle , temel parçacık sayılmaz. Fakat çekirdeğin yapıtaşlarını oluşturduklarından, çekirdekçik (nükleon) olarak da anılırlar.

 

 

Elektronun ise bilindiği kadarıyla, tıpkı kuarkların olmadığı gibi, iç yapısı yoktur. Bu yüzden, temel parçacık olarak nitelendirilir.

Bizim büyük ölçekli dünyamızdaki cisimler, bazı özelliklerine göre; örneğin taş, ağaç veya insan olarak sınıflandırılır. Fakat aynı türden cisimler arasında bile; örneğin boyut, içerik veya kütle açısından az ya da çok, farklar vardır. Öyle ki; dünyada tümüyle birbirinin aynı iki kum tanesi bulabilmek, imkansıza yakındır. Küçük ölçekli dünyada karşılaşan parçacıklar ise; elektrik yükü, kütle, spin gibi belirleyici fiziksel özelliklerine göre sınıflandırılırlar.

Aynı türden parçacıklar, örneğin nötronlar, bu belirleyici fiziksel özellikler açısından, birbirlerinin tıpa tıp aynısıdırlar. Protonlar ve elektronlar da kendi aralarında öyledir.

Bazı fiziksel özelliklerin alabileceği değerler kesintisizdir. Örneğin uzunluk, 0 ile sonsuz arasında herhangi bir değere sahip olabilir. Halbuki elektrik yükü, paketler halinde gelir. Gözlemlenebilen en küçük yük paketinin büyüklüğü, e kadardır. O halde gözlemlenebilen tüm yükler, e’ nin pozitif veya negatif tamsayı bir katına eşit olmak zorundadır. Nötronlar net elektrik yükü taşımaz. Proton ise, +e yüklüdür. Çekirdeğin toplam yükü; protonların yüklerinin toplamına, yani proton sayısıyla +e’ nin çarpımına eşittir. Çekirdekteki proton sayısı Z ile gösterilirse, +Ze’ ye..

Benzer yükler birbirini iter, zıt yükler çeker. Bu elektrostatik kuvvete, Coulomb kuvveti de denir. O halde, çekirdekteki protonlar birbirini itmektedir. Çekirdekçikler arasında bir de, elektrostatik kuvvetten 137 kat daha şiddetli ve sadece çekici olan bir güçlü kuvvet vardır. Protonların birbirini itmesine rağmen çekirdeği bir arada tutan, bu güçlü kuvvetin kalıntıları.

Atomda ayrıca, çekirdeğin dışındaki yörünge kabuklarında, elektronlar bulunur. Eksi yüklü elektronları çekirdeğe bağlayan, artı yülü çekirdeğin uyguladığı elektrostatik çekim kuvvetidir. Elektronun yükü , büyüklükçe protonun yüküne eşit olmakla beraber, zıt işaretli, yani – e’ dir. Nötr bir atomun yörünge kabuklarındaki elektronların sayısı, çekirdeğindeki protonların sayısına eşittir. Nötr atomlar bu sayede, net yük taşımaz. Ancak kimyasal tepkimelere girip çıkarken elektron alıp verebilir; iyonlaşıp yüklü hale gelebilirler. Bir atomun diğer atomlarla ne gibi kimyasal tepkimelere gireceğini, yani kimyasal davranışlarını; yörünge kabuklarının yapısı ve kabuklardaki elektronların sayısı belirler. Kabukların yapısı, çekirdeğin yükü, yani +Ze tarafından belirlenir. Elektron sayısı da, nötr bir atom için Z’ ye eşit olduğuna göre, Z; atomun kimyasal davranışlarının temel belirleyicisidir. Bu yüzden Z’ ye, atomun periyodik tablodaki hangi elemente ait olduğunu belirleyen sayı anlamında, atom numarası da denir.

BOYUT

Özetle, kuark üçlülerinden oluşan çekirdekçikler, çeşitli sayılarla bir araya gelip, atomun çekirdeğini oluşturur. Protonların artı yükünün çekim kuvvetine yakalanan elektronlar; çekirdek civarında yörüngelere oturup, bu yükü nötrleyerek, atomun yapısını tamamlar. Sonuç olarak oluşan yapıda; kuarklar çekirdekçiklerin içinde, çok büyük kinetik enerjilerle vınlayıp durur ve çekirdekçikler de çekirdeğin içinde kıpır kıpır kıpırdanırken, elektronlar dış yörüngelerde vızıldarlar. Atomun boyutu 10-10 metre düzeyindedir. Onun bu küçük boyutundan, şiddeti görece yüksek olan elektromanyetik kuvvet sorumludur. Çekirdeğin boyutu ise, çok daha küçük 10-14 metre kadardır. Bu boyutun atomunkine göre 10000 kat daha büyük olmasından, elektromanyetik kuvvete göre 137 kat daha şiddetli olan güçlü kuvvet sorumludur. Çünkü parçacıkları arasındaki çekim kuvveti ne kadar güçlü ise, oluşan yapının o kadar küçük olması beklenir. Çekirdekçiğin boyutu 10-15, elektron veya kuarklarınki ise 10-18 metre düzeyindedir.

İZOTOP

Aynı elemente ait çekirdeklerin proton sayıları aynıdır. Fakat, nötron sayıları farklı olabilir. Belli bir elemente ait olup, nötron sayıları farklı olan çekirdeklere, o elementin izotopları denir. O halde bir elementin farklı izotopları, aynı çekirdek yüküne, ama farklı kütlelere sahiptir. Nötronun kütlesi protonunkinden biraz büyük, fakat aradaki fark küçüktür. O halde çekirdeğin kütlesini, nötron ve proton sayılarının toplamından oluşan çekirdekçik sayısı, yaklaşık olarak belirler. Bu yüzden, A ile gösterilen sayıya, çekirdeğin kütle numarası denir. Proton sayısı Z olduğuna göre, A-Z, nötron sayısını verir. Gerçi nötr bir atomun yörünge kabuklarında , çekirdeğindeki proton sayısı kadar elektron bulunur. Fakat, elektronun kütlesi protonunkinin 1/1836’ sı kadar olup, çekirdekçiklerin yanında göz ardı edilebilir. Dolayısıyla, atomun toplam kütlesi kabaca, çekirdeğinkine eşittir. Bu yüzden, A’ ya, atomun kütle numarası da denir.

Atomlar, ait oldukları elementin kimyasal simgesini oluşturan harflerle gösterilirler. Tek başına kimyasal simge, atomun çekirdeğindeki proton sayısını dolaylı olarak verir, fakat nötron sayısı hakkında ipucu vermez. Örneğin, karbon elementi 6 protona sahiptir ve bir atom için C simgesi kullanıldığında, o atomun çekirdeğinde 6 proton olduğu anlaşılır. Ancak doğada bulunan karbon çekirdeklerinin %98,1’ i 6 nötron içerirken, %1,1 kadarında da 7 nötron bulunur. Yani doğal karbon kütle numaraları 12 ve 13 olan iki izotoptan oluşmaktadır. Halbuki, karbon sadece C simgesiyle gösterildiğinde, bu izotoplardan hangisinin kastedildiği anlaşılmaz. Bu yüzden, izotoplardan söz ederken daha ayrıntılı gösterime gerek duyulur. Örneğin karbonun söz konusu izotopları için, C simgesinden sonra kütle numarası yazılabilir: C-12, C-13.

 

Bir elementin farklı izotopları, kimyasal davranışları açısından neredeyse farksızdır. Yani, kimyasal tepkimeler izotop farkı gütmezler. Bu yüzden, kimya formüllerinde genel olarak izotoplar belirtilmez.

KÜTLE

Standart kütle birimi kg, küçük ölçekte çalışırken fazla büyük bir birimdir. Bu nedenle, atomların kütlesini ölçmek için, atom kütle birimi denilen ve u ile gösterilen, daha küçük bir birim kullanılır. Bu birimin tanımı, durağan halde ve temel enerji düzeyinde bir kütle numarası 12 olan 6C izotopunun kütlesinin 12’de biri şeklindedir. Bu sebepten 6C’ nin kütlesinin bilinmesi gereklidir. Burada devreye mol’ un tanımı girer. Herhangi bir malzemenin 1 molü diye, malzemeyi oluşturan yapıtaşlarının belli bir sayıdaki, Avogadro sayısı kadarki miktarına denir. Avogadro sayısı ise, durağan halde ve temel enerji düzeyindeki 6C izotoplarının 12 gramındaki atom sayısı olarak tanımlıdır. Atomları saymak henüz mümkün olmadığından, başka yöntemlerle belirlenen bu sayının değeri, yaklaşık NA= 6,022×1023 kadardır. O halde, 12 gram 6C izotopunda NA sayıda atom bulunduğuna ve atom kütle birimi de, tek bir 6C izotopunun kütlesinin 1/12’si olduğuna göre:

1 u = (1/12)x(12/ NA) = 1/NA = 1,66×10-27 kg’dır.

 

 

Kaynak: Bilim ve Teknik

Yazar Hakkında

admin

Yorum Yap

%d blogcu bunu beğendi: