RUTHERFORD ATOM MODELİ
Ernest Rutherford, fotoğraf plakası ile çevrilmiş yarım mikron kalınlığındaki bir altın plakayı alfa tanecikleri ile doğrusal olarak bombaladığında, alfa taneciklerinin çoğunun yön değiştirmeksizin altın plakasının arkasında kalan fotoğraf plakasına ulaştığını gözlemledi. Bununla beraber bazı alfa taneciklerinin ise büyük açılarla sapmaya uğradıklarını gözlemledi (Animasyon 1). Rutherford tarafından kullanılan altın plakanın kalınlığı yaklaşık olarak 2000 atomdan oluşuyordu ve alfa taneciklerinin çoğu arkadaki fotoğraf plağına ulaştığından altın atomları büyük boşluklardan oluşmalıydı. Kimi alf ataneciklerinin sapmaları çok fazla olmasının nedeni atomun bir yerinde pozitif yüklü alfa taneciklerini saptırabilecek güçte büyük kütleli bir bölge bulunmalıydı (Şekil 2). Rutherford bu deneylerden sonra çekirdekli atom kuramını 1911 yılında açıkladı.
Rutherford yaptığı deneylere göre bu pozitif yüklü çekirdeğin atomun çapına göre onbin kat daha küçük olduğunu öne sürdü. Bugünkü bilgiler göre çekirdek çapı yaklaşık olarak 10–13 cm kadardır. Rutherford atomu bir güneş sistemine benzeterek atom çekirdeğini güneşe, elektronları da gezegenlere benzetmiştir. Çünkü deney sonuçlarında anlaşıldığına göre elektronlar atom çekirdeği etrafında bulunuyorlarsa, çekirdeğe düşmemek için çekirdek etrafında dönmek zorundaydılar ve onları çekirdeğe çeken coulomb çekim kuvvetine denk bir merkezkaç kuvveti ile hareket etmeleri gerekiyordu. Böylece elektronlar gezegenler gibi yörüngelerinde bulunacaklardı
Şekil 2 : Soldan sağa doğru neon, argon, civa (yaklaşık 0.01 atm. ) bulunan tüplere yüksek voltaj uygulanması ile elde edilmiş ışıklar birbirlerinden farklı gözüküyor.
Bu spektrumlar atomların parmak izleri gibidir. Uzak yıldız ya da galaksilerdeki atomlar ve miktarı bu tür spektrumlar kullanılarak saptanmaktadır ve bu uygulamlardan yalnızca biridir.
Şekil 3 : Bazı atomların çizgi spektrumları yanda görülüyor.
Rutherford atom modelinin başka bir hatası da atomu güneş sistemine benzetmesiydi. Bunun nedenini daha iyi anlayabilmek için hidrojen atomunu düşünelim.Hidrojenin elektronunun döndüğü yörüngenin çapını r, açısal hızını , elektronun kütlesini m, elektron ve çekirdeğin yükleri e ve -e kadar olacağından, merkezkaç kuvveti için ve Coulomb çekim kuvveti için yazılabilir. Denge hali için
olacaktır ki denklemden de görüldüğü gibi herhangi bir r değeri için
elektronun açısal hızı bulunabilecektir. Böylece birbirinden çok farklı atomik çaplara sahip hidrojen atmları bekleyebiliriz. Bu sonuç hidrojen atomlarının ne fiziksel nede kimysal davranışlarında gözlenmez ve tüm hidrojen atomları büyküklükleri açısından birbirlerine benzerler. Bütün bu farklılıklar Rutherford atom modelinin eksik taraflarıdır.
Rutherford Atom Modelinin Eksik Tarafları
Rutherford atom modeli ilk bakışta iyi görülse de modelin ayrıntıları üzerinde durulmaya başlanırsa bazı eksik noktaların bulunduğu görülür. Rutherford atom çekideğinin protonlardan oluştuğunu öne sürdü fakat tek pozitif yüke sahip hidrojen çekirdeğinin neden iki pozitif yükse sahip helyumdan dört kat daha ağır olduğunu anlamak zordu. Gerçi Rutherford atom çekirdeği içinde protondan başka türler olabileceğini düşündü ama 1932 yılında Chadwich nötronu keşfedinceye kadar bu konu karanlık kaldı.
Fakat Rutherford atom modelinin eksik tarafı dediğimizde bu anlaşılmaz. Bu atom modelinde asıl anlaşılmaz olan başka şeyler sözkonusuydu.
Eğer elektronlar coulomb çekim kuvvetlerini karşılayacak büyüklükte sabit bir açısal hızla çekirdek etrafında dönmesi sabit bir ivmesinin olması gerektirir. İvmenin varlığı ise, kuvvetin, momentumun, ve kinetik enerjinin varlığı demektir. Bu nedenle elektromagetik enerji taşıyan elektronlar, atmosferde enerji kaybeden yapma bir uydunun dünyaya düşmesi gibi çekirdeğe çakılmalıdır. Enerjisini, ışıma yolu ile kaybederek elektronun bir spiral bir yörünge üzerinden çekirdeğe düşme süresi yaklaşık olarak 10-11 saniye kadar olacaktır. Bu süre atomu bizim boyutlarımız içinde kararlı yapamayacak kadar kısadır. Bu nedenle model elektromagnetik ışıma hakkındaki bilgilerimizle çelişki oluşturmaktadır.
Atomlar tarafından ışığın yayılması rutherford atom modeline uyar fakat aynı zaman da bu modeli bozar. Çünkü biz atomların yaydığı ışığı görmeden çok önce, atomlar çekidek boyutuna kadar büzülmüş olmalıdır.
Bu nedenle normal bir atomda elektronlar çekirdeğin üzerine düşmüş ve saplanmış olmaları gerekir. Fakat bu düşünce alfa tanceciklerinin saçılması olayına tam ters düştüğü gibi, gazlardaki çarpışmalardan ve katı ve sıvılardaki atom istiflenmelerinden hareketle elde edilen atomik büyüklüklerde de uyuşmayacaktır.
Rutherford atom modelinin diğer bir hatası da spektrum analizi ile çelişkiye düşmesidir. Atom tarafından yayılan ışığın frekansı elektronun çekidek çevresinde bir saniyedeki dönüş sayısına bağımlı olacaktır. Daha küçük yörüngelerde dönen elektronların dönme peryodu daha küçük dolayısıyla yaydıkları ışığın frekansı da daha büyük yörüngelerdeki hareket eden elektronların yaydıkları ışık frekansına göre daha büyük olacaktır. Bir elektron ışıma yaptıkça enerji kaybedeceğinden yörünge çapı da gittikçe küçülmelidir. Böylece yaydığı ışığın frekansı gittikçe artmalıdır. Bir ışık kaynağında birden çok fazla sayıda atom vardır ve bu atomlardan bazıları ışık yayma işleminin bir basamağında iken, diğerleri başka basamaklarda bulunabilir. Böylece pratik olarak bütün dalga boylarında ışık yayması beklenir. Örneğin bir elektrik boşalması ile ışıklı hale getirilmiş hidrojen gazının sürekli bir ışık spektrumu vermesi beklenir. Halbuki beklenenin tersine, hidrojen ışığının spektrumu analiz edildiğinde belirli sayıda keskin çizgiler yani farklı farklı dalga boyları gözlenir. Bazı atomların bu şekilde yaydıkları ışıklar şekil 2 de ve spektrumları şekil 3 de görülüyor.


Not: Konular İnternet Sitelerinden derlenerek alıntı yapılmıştır.

