Maddenin en küçük yapı taşının atomlar olduğunu açıklayan Dalton Atom Modeli, atomun hangi alt parçacıklardan oluştuğunu açıklayamıyordu. 9. sınıf Kimya dersinden de hatırlayacağınız gibi sürtünmeyle elektriklenme sonrasında atom içerisinde yüklü bazı alt taneciklerin olduğu düşünülmüştür. Maddeler nötr olduğuna göre, maddeleri oluşturan atomlar da nötr olmalıdır. Bu durumda her maddenin atomlarında eşit sayıda pozitif (+) ve negatif (-) yüklü parçacıklar bulunmalıdır. Elektrik yükü bir yerden başka bir yere akabilir. Ancak bu gözle görülmez. Kimyasal tepkimeler yardımıyla elektrik akımı verebilen ilk akım kaynağını 1880 yılında Alexandra Volta (Alesandra Volta) oluşturmuştur.
Volta’nın kendi adıyla anılan pilde meydana gelen kimyasal değişmelerin nedeni, hareket eden elektrik yükleridir. Bu pillerde gerçekleşen tepkimeler incelendiğinde, atomlar elektrik yükü taşıdıklarından, negatif (-) ve pozitif (+) yüklü tanecikleri içermeleri gerektiği ve atomun elektriksel yapıda olduğu sonucuna ulaşılmıştır. 9. sınıfta da öğrendiğiniz gibi madde ile elektriksel yük arasındaki ilişkiyi ortaya koyan ilk bilim insanı Michael Faraday’dır (Maykıl Faraday). Faraday, uyguladığı deneylerde çeşitli maddeleri elektroliz ederek devreden geçen elektrik yükü miktarı e ayrışan madde miktarı arasındaki ilişkiyi ortaya çıkarmıştır. Uyguladığı deneylerde elektroliz edilen çözeltideki iyon miktarı arttıkça çözeltinin elektrik iletkenliğinin de arttığını gözlemlemiştir, Elektrolizde güç kaynağının negatif kutbuna giden pozitif (+) yüklü tanecikler burada negatif (-) yüklü taneciklerle etkileşerek indirgenir ve elektrot üzerinde toplanır. Bu durum, maddenin elektrikli yapıda olduğunun kanıtıdır. Elektroliz deneyleri sonrasında Dalton’ın atomu, içi dolu kürecikler şeklinde kabul eden modeli çürütülmüştür.
Elektronların Keşfi
Maddenin elektrikli yapıda olduğunu ortaya koyan önemli deneylerden biri de William Crookes’ın (Vilyım Kruks) kendi adıyla anılan tüplerle uyguladığı deneylerdir. Camdan yapılmış olan Crookes tüpleri, iki ucuna kaynak yapılmış elektrotlar ve tüp içinden gaz boşaltılmasını sağlayan bir musluktan oluşuyordu. Tüp çerisindeki gaz basıncı 0,01 atm’e düşürülerek tüpte bulunan metal levhalar bir yüksek voltaj kaynağına bağlandığında, rengi tüp içindeki gazın cinsine göre değişen bir Odama olduğu gözlenir. Bu ışıldama tüpün katot ucundan anot ucuna doğru hareket eden negatif (-) yüklü katot ışınlarından kaynaklanır. Crookes tüpleri, katot ışını tüpü olarak da isimlendirilir.
Crookes’tan sonra benzer deneyler yapan Joseph John Thomson (Jozef Con Tamsın), katot ışını tüpüyle yaptığı deneyler sonrasında atomların çok küçük negatif tanecikler içerdiği sonucuna ulaşmıştı. Thomson, katot ışınlarının tüm maddelerin yapısında bulunan negatif yüklü temel parçacıktan oluştuğuna karar verdi. Ancak atomun nötr olduğunu biliyordu. Atom nötr olduğuna göre içerisindeki negatif yüklü tanecik sayısına eşit sayıda pozitif yüklü tanecik de içermeliydi. 1874 yılında George Stoney (Corc Stoni) tüm maddelerin yapısında bulunan bu negatif yüklü taneciğe elektron adını verdi. Thomson, katot ışınlarının hızının ışık hızından daha küçük olduğunu belirlemiş ve ışınların tanecikli yapıda olması gerektiğini düşünmüştü. Bu taneciklerin elektrik ve manyetik alandaki sapmalarını inceleyerek yük/kütle (e/m) oranını hesapladı.
Elektronların varlığı belirlendikten sonra 1908 yılında Robert Andrews Millikan (Rabırt Endruv Milikan) yaptığı bir dizi yağ damlası deneyi sonucunda elektronun yükünü buldu. Millikan, Thomson’ın hesapladığı yük/kütle değerini kullanarak elektronun kütlesini de hesapladı.
Protonların Keşfi
Atomların nötr olması, yapısında elektronların ve elektronların yüküne eşit fakat zıt yüklü, pozitif bir taneciğin de var olmasını gerektirir. 1886’da Eugen Goldstein (Öjen Goldştayn), Atomların nötr olması, yapısında elektronların ve elektronların yüküne eşit fakat zıt yüklü, pozitif bir taneciğin de var olmasını gerektirir. 1886’da Eugen Goldstein (Öjen Goldştayn), katot ışınlarının özelliklerini incelemiş ve pozitif yüklü ışınların varlığını göstermiştir. Bu pozitif yüklü ışınlara kanal ışınları denir. Thomson, uyguladığı deneyler sonucunda oluşturduğu modelde atomların pozitif elektrikle yüklü bir küre olduğunu ve negatif yüklerin pozitif yükler içerisinde homojen olarak dağıldığını düşünmüştü. Acaba maddenin en küçük birimi olan atomlar için ileri sürülen bu model doğru muydu? 1909 yılında Ernest Rutherford (Ernist Radırford) Thomson Atom Modeli’nin doğruluğunu kanıtlamak için “u. Işınları Saçılma Deneyi” olarak bilinen bir dizi deney uyguladı. Rutherford, bu deneylerde ince bir altın levhayı Ii ışınlarıyla bombardıman etti ve ışınların levhaya çarptıktan sonra izledikleri yolu çinko sülfür sürülmüş ekranla izledi.
Deney sonucunda pozitif yüklü taneciklerin büyük bir kısmının levhadan hiç sapmadan ya da küçük açılarla saparak geçtiğini, çok az sayıda taneciğin ise büyük açılarla saptığını veya geri yansıdığını gözlemledi. Eğer atomda Thomson’ın modelinde olduğu gibi negatif ve pozitif yükler homojen bir dağılım gösterseydi c parçacıklarının levhadan geçerken dağılmaması gerekirdi. Bu deneyler sonrasında Rutherford, Thomson Atom Modeli’nin geçerli olmadığını ispatlamıştır. a parçacıklarının çok azının sapmasına neden olan kısım kütlece yoğun ve pozitif elektrikle yüklü olmalıdır ki parçacıklarının, sapmasına neden olsun. Rutherford bu kısma atom çekirdeği adını verdi. u parçacıklarının saçılma deneyi atom çekirdeğinin bulunmasını sağlayan nitel bir deney olup aynı zamanda çekirdeğin yükünün ve büyüklüğünün nicel ölçümünü de sağlamıştır.
Nötronların Keşfi
Rutherford, oluşturduğu modelde çekirdekte toplanan pozitif yüklere proton adını vermiştir. Rutherford’un modeli, Thomson Atom Modeli’ni geçersiz kılmış olsa da elektronların neden çekirdeğe düşmediği veya dışarı fırlayıp gitmediği sorusuna yanıt veremediği için yetersiz kalmıştır. Rutherford. 1920 yılında atom çekirdeğinde protonların yalnız olmadığını, çekirdekte yüksüz ve kütlesi protonun kütlesine eşit bir taneciğin de bulunduğunu ileri sürmüştür. Ancak bu tanecik 1932 yılında James Chadwick (Ceyms Çedvik) tarafından deneysel olarak belirlenmiş ve nötron olarak isimlendirilmiştir. Nötronun keşfiyle birlikte atomu oluşturan temel taneciklerin proton, nötron ve elektronlar olduğu belirlenmiştir. Proton ve nötronlar atom çekirdeğinde bulunur. Aşağıdaki tabloda bu temel taneciklerin simgeleri, gerçek ve bağıl yükleri, gerçek kütleleri verilmiştir.
