Atom Çekirdeği
|
Rutherfort atom modelinden söz ederken atomun çekirdek çapının yaklaşık 10-13 - 10-12 mertebesinde olduğundan söz etmiştik. Aslında atom çekirdeğinin büyüklüğü ile kütle numarası A arasında
şeklinde bir ilişkinin olduğu deneysel çalışmalarla gösterilmiştir. Proton ve nötronlardan oluşmuş çekirdek bir damlacık şeklinde düşünülürse çekirdeğin yoğunluğu yaklaşık olarak 2x1014 g. cm-3 olarak hesaplanabilir. Aynı elementin atom çekirdeklerindeki proton sayısı aynıdır. Fakat nötron sayısı farklı olabilir. Aynı proton sayılı fakat farklı nötron sayılı bu atomlara izotop adı verilir. Örneğin; 6 protona sahip karbonun 15 farklı izotopu söz konusudur. Bir X elementin izotopu \rm _{\; \; p}^{n+p}X şeklinde gösterilir. Burada p; proton sayısını gösterir. atom numarası olarak adlandırılır. n+p; toplam proton ve nötron sayısını gösterir. kütle numarası olarak anılır. Proton veya nötronlar; nükleon olarak da adlandırılır. Örneğin; Örneğin 6 proton ve 6 nötron a sahip bir karbon atomu 12 nükleona sahip bir atomdur. Bu karbon izotopu; nükleon sayısı yani kütle numarası karbon sembolünün sol üstünde, proton sayısı da sol alt kısımda gösterilir. \rm _{\;6}^{12}C olarak yazılır. Karbonda zaten 6 proton olduğundan, \rm ^{12}C şeklinde de gösterilebilir. Karbonun 15 farklı izotopunun bulunduğunu söylemiştik. Bu izotoplardan doğada % 98.9 oranında bulunan \rm ^{12}C ve %1.1 bulunan \rm ^{13}C kararlı izotoplardır. \rm ^{14}C \ izotopu ise 5730 yıllık yarı ömre sahip olup en uzun yaşama süresine sahip radyoktif izotopudur. Atomun parçalanamaz olduğu düşüncesinin yıkılışı Becquerel'in X-ışınmları üzerinde yaptığı çalışmalar ile başlar. Becquerel bir uranyum bileşiği olan potasyum uranil sülfat bileşiği ile yaptığı denemelerde bu bileşikten yayılan ışımaların bilinen X-ışınlarından farklı olduğunu gözlemledi. Bu ışınlar maddeden geçiyor ve havayı iyonlaştırabiliyordu. Bu yeni ışımaya Merie Curie tarafından sürekli ışıma anlamına gelen radyoaktivite adı takıldı. Merie Curie, çeşitli uranyum bileşikleri üzerinde yaptığı denemelerle bu ışımanın bileşik içindeki uranyum miktarı ile doğru orantılı olduğunu belirledi. Merie ve Piere Curie birlikte yaptıkları çalışmalarda benzer ışımalar yapan polonyum ve radyum elementleri buldular. Fakat radyumun yaydığı ışıma incelenirken radon adını verdikleri bir gazın yayıldığını gözlemlediler. Ve aynı zamanda bu gazla beraber helyum da bulunuyordu. Helyum bilinen bir elementti. Bu sonuçlar atomun parçalandığının habercisiydi. Bu yüzyıllardır aranan filozof taşı olmaksızın, bir atom bir başka atoma dönüşebiliyor demekti. Kararlı ve Kararsız Atom Çekirdekleri Radyoaktivite; kararsız çekirdeklerin radyoaktif ışımalar yaparak kararlı hale geçmeleridir. Bir çekirdeğin kararlı olması, belli sayıda nötrona ve protona sahip olmasına oranına bağlıdır. Bu sayıların dışına çıkıldığı zaman, çekirdekler kararsız bir yapı kazanırlar. Radyoaktif çekirdekler kararlı bir nötron/proton oranına ulaşımcaya kadar, bozunmaya uğrarlar. Bozunma sürecindeki radyoaktif çekirdekler , \rm \alpha , \rm \beta ve \rm \gamma radyasyonlarından birini veya birkaçını yayınlarken farklı element atomlarına dönüşürler.
Radyoaktif Maddelerden Yayılan Işınların Özellikleri Radyoaktif maddelerden çıkan ışınlar bir elektrik veya magnetik alandan geçirilecek olursa üç kısma ayrılırlar. Sapmaları yönünden bunların pozitif yüklü oldukları kolayca anlaşılabilir. \rm \alpha ışınlarının pozitif yükleri ölçülmüş ve bir elektronun yükünün 2 katı olduğu bulunmuştur. Bu ışınlar için yük/kütle oranları belirlendiğinde bu ışımaların gerçekte helyum çekirdeklerinden başka birşey olmadığı görülmüştür. \rm \alpha ışınlarının hızları, bu ışımayı yapan maddeye göre 15000-25000 km saat-1 arasında değişmektedir. \rm \alpha ışınları bir gaz içerisinden geçerken bu gazın atomlarına çarparak onları iyonlaştırırlar. Ard arda ve çok sayıda olan çarpışmalarla \rm \alpha ışınlarının hızları azalır. 1 atmosfer basınca sahip bir yerde \rm \alpha ışınları 3-9 cm yol aldıktan sonra dururlar. Gümüş \rm \alpha ışınları için havaya göre 20000 kat daha az geçirgendir. hızları bu ışınların kaynağına göre 120.000-299.000 km saat-1 arasındadır. Şiddeti bilinen bir alanda sapma miktarlarından da \rm \beta ışınlarının elektronlar olduğu anlaşılmıştır. Havada metrelerce, madenlerde ise birkaç santimetre yol alırlar. Yolları üzerindeki atomlara çarptıklarında onları iyonlaştırabilirler. Ancak çarpmalar sırasında kendileride saparlar bu nedenle \rm \beta ışınlarının yolu kırık doğrular şeklindedir. Havada yüzlerde metre metallerde ise birkaç desimetre kadar yol alabilirler. Kurşun içinde 22 cm kadar ilerleyebilirler. Gazları iyonlaştırırlar. Fotoğraf filmini etkilerler, elektrik ve magnetik alanda sapmamaları nedeniyle X-ışınları gibidir. Fakat dalgaboyları X-ışınlarına göre daha kısadır. Kararlı izotoplar, kararlılık kuşağı adı verilen dar bir band üzerinde bulunurlar (Şekil 1). Hafif elementlerde (Proton Sayısı (Z) < 20) proton ve nötron sayılan çoğunlukla eşit olduğu halde, ağır elementlerde protondan çok nötron bulunmaktadır ve kararlılık kuşağı sonuna doğru nötron/proton oranı 1.5'a kadar artmaktadır. Protonların sayısı artarsa, aralarındaki itmeyi yenmek için gittikçe daha fazla sayıda nötron bulunması gereği açıktır. Kararlılık kuşağı dışındaki çekirdekler kararsızdırlar ve daha kararlı bir n/p oranına erişmek için radyoaktif dönüşmelere uğrarlar.
Bir çekirdek, kararlılık kuşağı üstünde ise, kararlılığa erişmek için n/p oranını azaltmalıdır. Bu nötron sayısının azalması ile veya proton sayısını arttırılması ile olabilir. Bu çekirdekler \rm \beta -ışıması yaparak veya nadir de olsa nötron fırlatarak kararlı hale gelmeye çalışır. yaparlar. Bir çekirdek, kararlılık kuşağı altında ise, kararlılığa erişmek için n/p oranını artırmalıdır. Bu nötron sayısı artarak veya proton sayısı azalarak gerçekleşebilir. Bu çekirdekler pozitron yayınlaması yapar veya elektron yakalayarak bir protonun nötrona dönüşmesi sağlanır. Atom numaraları büyük olan yani kararlılık kuşağının ötesindeki elementler (ağır elementler), hem proton ve hem de nötron kaybederek \rm \alpha -parçacıkları yayınlarlar. \rm \gamma -yayınlaması elementin atom numarasını ve atom kütle numarasını değiştirmez ve radyoaktif parçalanma sonrasında uyarılmış hale gelen çekirdekler, temel duruma gelmek için \rm \gamma -yayınlaması yaparlar.
|
