Yörüngeli Atom Modeli (Bohr Modeli)

 DERS KİTABI CEVAPLARINA BURADAN ULAŞABİLİRSİNİZ! 

Yörüngeli Atom Modeli (Bohr Modeli)

BOHR ATOM MODELİ Niels Hendrik Bohr, Rutherford atom modeli ile Planck’ın kuantum teorisini kullanarak 1913 yılında yeni bir atom modeli öne sürdü. Bu yeni model Rutherford modelinin açıklayamadığı noktalara ışık tutuyordu. Bohr’un atom teorisi 3 temel varsayıma dayanır.[*]Bir atomda bulunan her elektron çekirdekten ancak belirli uzaklıklardaki yörüngelerde bulunabilir. Her yörünge belirli bir enerjiye karşı gelir ve elektron yörüngelerden birinde hareket ederken enerji kaybederek çekirdeğe doğru yaklaşmaz.[*]Yüksek enerji düzeyinde bir elektron düşük enerji düzeyine inerse enerji düzeyleri arasındaki enerji farkına eşit enerji yayınlanır.[*]Elektronlar çekirdek çevresinde dairesel yörüngeler izlerler ve elektronların açısal momentumları ancak belirli değerler alabilirler. Bu değerler planck sabitine bağımlıdır. 

BOHR YÖRÜNGELERİNİN YARIÇAPI

Bohr’un bu modeli H atomu, He+, Li+2, Be+3 iyonları gibi tek elektronl sistemlerin spektrumlarını kolyca açıklayabilmektedir. Bu tip türlerin atomik yarıçaplarının ne kadar olduğunu hesaplamaya çalışalım. Elektron atom çekirdeği etrafında hareket ederken Coulomb çekme kuvveti ve merkezkaç kuvveti etkisi altındadır. Elektron sürekli aynı yörüngeyi izlediğine göre bu iki kuvvet birbirine eşit olmalıdır. 

Yukarıdaki eşitlikten r değeri olarak elde edilebilir. Ayrıca Bohr varsayımına göre bir elektronun açısal momentumu (mvr), nin katlarına bağlı değerler alacaktır. olup buradan ; kadar olacaktır. Son bağıntı; 2 nolu bağıntıda yerine konursa; bağıntısı elde edilmiş olur. 

BOHR YÖRÜNGELERİNİN ENERJİSİ

Atom çekirdeği etrafında dairesel yörüngelerde hareket eden elektronlar kinetik ve potansiyel enerjilere sahiptirler. Bu nedenle çekirdek etrafındaki elektronun enerjisi için CGS sisteminde olduğundan  yazılabilir. 

BOHR TEORİSİNİN EKSİK TARAFLARI

Bohr modeli rutherforad atom modeline göre oldukça üstün tarafları olsa da bu kuramında eksik yönleri söz konusudur. 

Elektronun, maddesel nokta şeklinde düşünüldüğünden, yörünce üzerinde enerji yayımlamadan dönüşleri, yörüngeden yörüngeye atlayışı ve açığa çıkan enerjinin ışıma halinde alınıp verilmesi açıklanması kolay olmayan bir durumdur. 

Bohr atom modeli yalnızca tek elektronlu sistemlerin spektrumlarını açıklayabilir. Ve çok elektronlu sistemlerin spektrumlarıı açıklamakta yetersiz kalır. Çok elektronlu atomların spektrumlarında enerji düzeylerinin herbirinin iki ya da daha fazla düzeye ayrıldığı görülmektedir. 

Yine hidrojen gazı, bir elektrik alanı veya magnetik alanda soğurma spektrumları incelenirse, enerji düzeylerinin çok elektronlu sistemlerde olduğu gibi iki ya da daha fazla enerji düzeyine ayrıldığı görülür. 

DALGA MEKANİĞİNE GÖRE ATOM MODELİ :

Bohr, atom modelini kuantum teorisinden geliştirdiği gibi, dalga mekaniğine göre atom modeli de Brogli’nin parçacığın dalga özelliğine sahip olduğunu kabul etmesinden yararlanarak geliştirilmiştir. Bu model elektronları atom çekirdeği etrafında nasıl düzenlendiklerini ayrıntıları ile gösterir. Atomik spektrumlardaki tüm çizgileri de problemsiz olarak açıklar. Daha önce Planck kuantum kuramında değinmiştik. Ayrıca olduğundan;

1925 yılında de Broglie elektrona ait dalganın dalga boyunun olarak verilebileceğini gösterdi. Bu sonuç Bohr atom teorisine uygulanırsa;

eşitliğini düzenlersek yazılabilir. Bu bir Bohr yörüngesindeki elektrona eşlik eden dalga boyunun yörüngenin çevresine eşit veya tam katları olması gerektiğini söyler.

De Broglie’nin modeli; Schrödinger’i atom içindeki elektronların davranışlarını bir hal fonksiyonu ile ifade edebileceği ve denklemin çözümü ile atom hakkıda pekçok bilgiye ulaşılabileceği fikrine götürdü. Schrödingere gmre bir x doğrultusunda hareket eden taneceik için bu denklem 

şeklindedir. Buradaki : taneciğe eşlik eden dalga fonksiyonu, V : potansiyel enerji operatörü, E : taneciğin sahip olduğu toplam enerjidir. Gerçek sistemler için denklem çözülmeye çalışılırsa bazı kuantum sayıları olarak adlandırılan tam sayılar olmaksızın denklemin çözümü anlamsızdır. Bu nedenle kuantlaşmış enerji ve kuantum sayıları Schrödinger teorisinin doğal sonuçları olmuştur. Scrödinger denklemini gerçek sistemlere uygularken dalga fonksiyonunu radial ve açısal kısımlara parçalamak gerekir. Bu durum için dalga fonksiyonu

Niels Bohr kuantum teorisinin geliştirilmesine en çok katkısı olan kişilerden birisidir. Heisenberg, Schrödinger ve Dirac 1920’li yıllarda kuantum mekaniğinin detaylıca geliştirilmiş bir şeklini sunmadan önce, 1913 yılında, Bohr, Rutherford’un Güneş sistemine benzeyen atom modeli yerine kendi atom modelini teklif etti. Bu atom modeli, yeni ‘kuantum’ kavramıyla Kepler-Newton’un eliptik yörüngelerinin bir buluşmasıydı. Rutherford’un Güneş sistemine benzeyen atom modelinde, neden elektronların çekirdeğin üzerine düşmediği gibi sorular cevapsızdı. Bohr, zannedildiği gibi elektronların sürekli olarak radyasyon yaymadıkları için çekirdeğe düşmediklerini söyledi. Radyasyon yaydıklarında ise ‘kuantalar’ şeklinde yayıyorlardı. Bohr, atomlarda farklı yörüngeler -enerji düzeyleri- olduğunu, elektronların bu yörüngeler arasında ‘sıçradığını’, bu sıçramalar sonucunda radyasyonun ‘kuantalar’ şeklinde verildiğini söyledi. Bohr’un bu atom modeli en basit atom olan hidrojeni çok başarılı bir şekilde açıklıyordu, fakat karmaşık atomlara nasıl uygulanacağı pek açık değildi. Bohr’un modeli -sınırlılıklarına rağmen- kimyada atomların nasıl etkileşime girdiklerini ve molekülleri oluşturduklarını gösterebildiği için başarılıydı. Kimyasal reaksiyonlar atomlar arasında elektron paylaşımı veya takası olarak açıklanıyordu.

Bohr kendi modelinin eksikliklerinin giderilmesi ile ilgili süreçte de önemli bir rol üstlendi. Kuantum teorisinin bilimsel yönünün geliştirilmesi kadar felsefi değerlendirmesinde de o hep başroldeydi. Bilim insanları arasında geniş kabul gören kuantum teorisinin ‘Kopenhag yorumu’nun babası da Bohr’dur. Bu yoruma Kopenhag isminin verilmesinin sebebi, Bohr’un bu şehirde bulunması ve onun bu konuyla ilgili çalışmalarının önemli bir bölümünü, tek başına veya Heisenberg gibi ünlü isimlerle burada yapmış olmasıdır. Kopenhag yorumunu farklı kılan en önemli özellikler; indeterminizmin ve yerel olmayan nedenselliğin -ilerleyen sayfalarda göreceğiz- doğaya içkin özellikler olarak görülmesidir, yani onlara göre indeterminizm ve yerel olmayan nedensellik ontolojik bir durumdur. Bohr’un ‘Tamamlayıcılık İlkesi’nin (The Principle of Complementarity) kuantum teorisi ve bu teorinin felsefi irdelemesinde önemli bir yeri vardır. Çift yarık deneyinde gördüğümüz dalga-parçacık ikilemi; elektron, foton gibi mikro varlıklarla yapılan deneylerde karşımıza çıkan izahı güç bir fenomendir. Bohr, buradaki ve ışığın doğasıyla ilgili sorundaki çelişkili gibi gözüken durumları Tamamlayıcılık İlkesi ile açıklamaya çalıştı. Bohr’un bu ilkeyi açıklarken gözlemciye verdiği rol, klasik fiziğin gözlemciyi, olgulara etki etmeyen, olgulardan bağımsız bir şekilde vazifesini yürüten kişi olarak tarifinden çok farklıdır. John Hedley Brooke, Bohr’un gençliğinde Kierkegaard’ın etkisinde olduğuna ve Kierkegaard’ın bireye vurgu yapan felsefesinin paralel bir izahını kuantum teorisinde oluşturduğuna dikkat çeker. Kuantum teorisiyle ilgili yapılan deneylerde, gözlem sürecinin gözleneni etkilediği anlaşılmıştır. Bohr’un Tamamlayıcılık İlkesi’ni Barbour, şu şekilde özetlemektedir:

1. Bir deneyde, araçların ve gözlemin rol aldığı süreci, geleneksel kavramlara başvurarak açıklamaktan kaçamayız.

2. Gözlem süreciyle gözlenen arasına kesin bir çizgi çekilemez; hatta gözlem süreci gözleneni etkilemektedir. Bu yüzden ‘kendinde atom’u olduğu gibi resmetmemiz mümkün değildir. Obje ile subje arasına kesin bir çizgi çizilemez, ancak analiz için belli çizgiler oluşturulabilir. Bunlar yapılırken, geleneksel kavramları kullanmaktan kaçamayız. Bizler, seyirci değil aktörüz, özgür irademizle deneyin düzeneğini oluştururuz.

3. Dalga ve parçacık gibi kavramlar atomun dünyasını tarifte kaçınılmazdır ve yararlıdır, fakat biz değişik deney durumları için değişik modeller kullanmalıyız. Bu alternatifleri ‘çelişkili’ değil, fakat ‘tamamlayıcı’ olarak görmeliyiz, çünkü bunlar aynı deneysel durumda karşımıza çıkmazlar. (Örneğin, bir deneysel durumda elektron parçacıktır, diğerinde ise dalgadır.)

4. Geleneksel kavramlarla atomun dünyasını bütüncül bir şekilde anlayamayız; çünkü kavramlarımızın sınırları bunu engeller. Işığın yapısını anlamaya kalktığımızda, bazı deneylerle ışığı parçacık olarak belirleriz, bazılarıylaysa ışığı dalga olarak belirleriz. Aynı durum diğer atom seviyesindeki parçacıklar için de geçerlidir. Fakat bunların, aynı anda hem parçacık hem de dalga olduğunu tespit edemeyiz. Bu durumda, Bohr’a göre, yaptığımız deney türü ve kavramsal yaklaşımlarımızla, atom seviyesindeki varlıkların özelliklerini ‘biz’ belirleriz.

Ayrıca atom seviyesinde yaptığımız gözlemin, gözlenen varlığı etkilememesi mümkün değildir. Örneğin bir elektronu mikroskopla gözlediğimizi düşünelim; elektronun görülebilmesi için mutlaka bir ışık fotonunun elektrona çarpıp mikroskoba geri gelmesi gerekecektir. Elektronun aldığı bu darbe ise elektronun konumunu bozacaktır. Bohr, bizim seçtiğimiz gözlem tipinin, kullandığımız kavramların sınırlılığının ve gözlemle gerçekleştirdiğimiz etkinin ‘kendinde atom’ hakkında edindiğimiz bilgiyi tayin ettiğini söyler. Sonuçta, Bohr, ‘kendinde şey’e ulaşamayacağımızı söyleyen Kant’la benzer sonuca ulaşmıştır. Fakat Bohr, epistemoloji açısından önemli bu görüşünü, salt felsefi spekülasyonla değil, atom seviyesindeki gözlem sürecini irdeleyerek temellendirmeye çalışmıştır.

 DERS VE ÇALIŞMA KİTABI CEVAPLARINA BURADAN ULAŞABİLİRSİNİZ