Gece Modu

Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

"Elektronlar neden atom çekirdeğine düşmezler?" gibi oldukça mantıklı gözüken bu soru bir asrı bulan bir süredir insanların aklını kurcalamakta. Hatta bu soru o kadar mantıklıdır ki 1900'lerde Ernest Rutherford’u da kapsayan oldukça geniş bir fizikçi grubunu ağına yakalamıştır. Aslında bakıldığı zaman bu sorunun sorulması oldukça doğal, çünkü hepimiz biliyoruz ki elektronlar negatif yüklü iken, çekirdek dediğimiz atomun merkezi pozitif yüklü olan protonlar ile çevrelenmiş durumda. Yani elbette, akla gelen ilk soru zıt yüklü iki parçacık, birbirlerini çekmelerine rağmen nasıl oluyor da bir araya gelmiyorlar? Bir diğer deyişle, atom çevresinde bulunan elektronlar nasıl oluyor da atomun merkezine düşmüyorlar? 

Sorumuzu cevaplandırmadan önce atomların yapısı ve içerdiği parçacıklar hakkında biraz temel bilgiler üzerinde durmamız gerekiyor. İlk olarak, birçoğunuzun bileceği üzere atomlar elektron ve proton isimli yüklü taneciklerin yanında bir de yüksüz tanecikler olan nötronları içerirler. Nötron ve protonlar kütle olarak elektronlardan kat kat büyüktür; hatta bu fark öylesine fazladır ki, 1836 tane elektronu bir kefeye koysanız ancak bir protonun kütlesini dengeleyebilirsiniz. Ve tabi ki bu parçacıkların dağılımı da atomun fiziksel yapısında en az yükleri kadar önem taşıyor. Bu dağılımda da kütlelerindeki bu ciddi farkın etkisi çok büyük: Kütlesi büyük olan nötron ve protonlar atomun çekirdek dediğimiz kısmında yer alırken, elektronlarımız çekirdeğin etrafında belirli yörüngeler üzerinde, modern atom teorisi çerçevesinde tanımlanan bir olasılık dağılımına bağlı olarak atom etrafına yayılmış vaziyette ve sürekli olarak hareket halindedirler.

Görselde bir Hidrojen atomunun etrafındaki elektron dağılımı olasılıkları görülmektedir. Görselde daha kırmızı olan alanlar, bir elektronun bulunma ihtimalinin daha yüksek olduğu bölgelerdir. Bu olasılık dağılımları, Schrödinger'in Denklemi'nin çözümü sayesinde tespit edilebilmektedir.
Görselde bir Hidrojen atomunun etrafındaki elektron dağılımı olasılıkları görülmektedir. Görselde daha kırmızı olan alanlar, bir elektronun bulunma ihtimalinin daha yüksek olduğu bölgelerdir. Bu olasılık dağılımları, Schrödinger'in Denklemi'nin çözümü sayesinde tespit edilebilmektedir.

Biraz daha sorumuzun ana etmeni olan elektronlar üzerine yoğunlaşmamız gerekirse, şunları hatırlamak önemlidir: Elektronlar hareket halindedir demiştik ve doğada her parçacığın etkisi altında olduğu kuvvetler vardır. Bu kuvvetler dengede ise parçacıklar düzenli bir hareket yapabilirler; aksi takdirde temel fizik yasaları sebebiyle hareketlerinde bir ivmelenme olması gerekir. Doğal olarak elektronların da ivmeli hareketleri doğada mevcuttur. Elektronların bulunduğu yörüngelerden de bahsetmiştik. Her yörüngenin kendine has enerji düzeyleri vardır. Eelektronlar bu enerji seviyelerinde olduğu sürece o yörüngede bulunabilirler; aksi takdirde daha düşük ya da daha yüksek enerjili yörüngelere geçmeleri gerekmektedir. Bugünkü deneylerden gözlemlediğimiz üzere, herhangi bir yörüngedeki bir elektrona enerji verildiğinde bu elektron verilen enerjiye göre üst seviyedeki yörüngelerden birine doğru ivmelenir ve buna elektronun uyarılması denir. Lakin bu elektronlar uyarıldıktan belli bir süre sonra o uyarıldıkları yörüngede kalamayıp kendi asıl yörüngelerine geçmek isterler ve bunu yaparlar. Peki bu elektronlar uyarılırken bir enerji alarak üst yörüngeye çıkmıştı; o enerjiye ne olacak? İşte bizim sorumuza bir ipucunu buradan yakalayacağız. Çünkü elektronlar çekirdeğe doğru yaklaşırken sahip oldukları enerjiyi dışarı vermek zorundadır ve bunu ışıma yaparak verirler. Yani eğer elektronlar çekirdeğe düşecek olsaydı sürekli olarak atomlardan durmaksızın süregelen bir ışıma olması ve atom elektronlarının zaman içerisinde kaybedilmesi gerekirdi. Ancak bildiğimiz üzere atomlardan böyle sürekli bir ışıma yapılmamaktadır ve elektron sayıları da o kadar değişken değildir.

Bu durumda artık sorumuzun cevabına gelebiliriz. 1927 yılında Werner Heisenberg, bir elektronun aynı anda hızının ve konumunun tespit edilemeyeceğini iddia eden bir görüşü kanıtladı. Bu görüş Heisenberg Belirsizlik İlkesi olarak fiziğin en temel ilkelerinden biri olarak bugün yerini koruyor. Peki ne der bu Belirsizlik İlkesi? Temel bir fizik bilgisiyle herkesin anlayabileceği bir şekilde özetlememiz gerekirse: Belirsizlik ilkesine göre, yaptığımız işlem ne kadar doğru olursa olsun, bir elektronun hızını ölçerken harcadığımız zaman sırasında o elektronun konumu değişecektir. Çünkü "anlık ölçüm" diye bir şey yoktur; ölçüm sırasında mutlaka belli bir zaman geçmektedir. Bu zaman, çoğu zaman elektronun tamamen başka bir noktaya ulaşması için fazlasıyla yeterlidir. Benzer şekilde, bir elektronun konumunu ölçerken harcadığınız zamanda da hızı değişecektir. Bu durumda, hiçbir koşul altında, bir elektronun hem hızını ve hem de konumunu aynı anda ve aynı hassasiyetle belirleyemezsiniz. 

Bizim sorumuzu ise bu ilke şu şekilde yanıtlıyor: Yazımızın başında dediğimiz gibi çekirdek ve yörüngeler oldukça farklı hacimlere sahiptir. Yörüngeler atomun hacminin neredeyse hepsini oluştururken, çekirdek yalnızca merkezde bulunan çok küçük bir hacme sahiptir. Bizim beklentimize göre eğer elektron çekim kuvveti sebebi ile atomun çekirdeğine düşseydi, bu demek olurdu ki elektron normalde bulunduğu yörünge gibi oldukça geniş bir alandan çekirdek gibi hesaplanması oldukça kolay olan bir alana girecekti. Belirsizlik ilkesinin de söylediği gibi çekirdek gibi dar bir alanda konumu belirleyebilmeye çok yaklaşacağımız için, elektronun hızının da aynı ölçüde artması gerekirdi ki böyle belirsizlik sağlanabilsin. Fakat böyle bir enerji artışı olmamasından ötürü elektronların çekirdeğe düşmesi olanaksızdır. Yani doğa ne kadar yanıltıcı olabilse de aslında kendine özgü işleyen oldukça güzel bir işleyişi mevcut.

Her ne kadar insanlar elektronların atom çekirdeğine düşmeme nedenini, Ay'ın Dünya'ya düşmemesi gibi bir "enerji ve momentumun korunumu" perspektifinden açıklamaya çalışsalar da, bu çok doğru değildir. Çünkü atom çekirdeği etrafında dolanan elektronlar, Dünya çevresinde dolanan Ay gibi davranmamaktadır. Elektronlar, atom çekirdeği etrafındaki yörüngelerde belli olasılık dağılımları çerçevesinde bulunurlar. Bu olasılık dağılımları, Heisenberg'in Belirsizlik İlkesi'yle de uyumlu olarak ortaya çıkmaktadır. Buna bağlı olarak, bir elektronun atom çekirdeğinden ne kadar uzakta bulunabileceğine yönelik olasılık dağılımı, elektronları ne çok yakında, ne de çok uzakta bulunmaya zorlamaktadır. Bunun sebebi ise elektronların temel fizik yasalarına uymak zorunda olmasıdır.

Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • 0
  • 2
  • 0
  • 2
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  • D. of Physics. Why Do Electrons Move?. (2015, Nisan 11). Alındığı Tarih: 21 Mart 2019. Alındığı Yer: University of Illinois
  • R. F. W. Bader. An Introduction To The Electronic Structure Of Atoms And Molecules. (2019, Mart 21). Alındığı Tarih: 21 Mart 2019. Alındığı Yer: McMaster University
  • P. Walorski. Why Don't The Proton And The Electron In A Hydrogen Atom Collapse?. (2019, Mart 21). Alındığı Tarih: 21 Mart 2019. Alındığı Yer: PhysLink
  • E. Inglis-Arkell. Why Don't Electrons Just Fall Into The Nucleus Of An Atom?. (2014, Haziran 30). Alındığı Tarih: 21 Mart 2019. Alındığı Yer: io9
  • S. Lower, et al. Why Doesn't The Electron Fall Into The Nucleus?. (2009, Ağustos 15). Alındığı Tarih: 21 Mart 2019. Alındığı Yer: Chem1

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 16/10/2019 11:06:29 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/4618

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Soru Sorun!
Öğrenmeye Devam Edin!
Evrim Ağacı %100 okur destekli bir bilim platformudur. Maddi destekte bulunarak Türkiye'de modern bilimin gelişmesine güç katmak ister misiniz?
Destek Ol
Gizle
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
“İnsan, üzerinde iyi çalışılırsa, en iyi hayvan türüdür. Ama hukuk ve adaletten ayrı düşerse, var olan en kötü canlıya dönüşür.”
Aristoteles
Geri Bildirim Gönder