ELEKTRON

ELEKTRON

(Hem parçacık, hem dalga)

Ramazan KARAKALE

lektron, atomun üç temel parçacığından biridir. Yal­nız atomun mu, biz insanların da ayrılmaz bir parçasıdır. Öyle ya, görünür her madde gibi insanlar da atomların olağanüstü sistematikte dizilişinden oluşmuştur. Her madde, elektron zırhına bürünmüş durumdadır. Ama dahası var: Elektron, yaşamımızın, uygarlaşmamızın da bir parçasıdır. Elektrik ampulünden saçılan ışık, atomundan bir uzaklaşıp bir geri dönen elektonların mesajıdır. Elektrik, yüksek elektron yoğunluğundan daha düşük yoğunluğa doğru akın eden elekronların eyleminden başka nedir ki? insanoğlunun bilinçli ellerinde uysallaştırdığında motor olup, ışık olup, yaşamı güzelleştiren elektron denetlenmediğinde yıldırım olup, ateş olup yaşamı söndüren canavar haline gelir. Çünkü atomların moleküllerin (çevremizdeki her maddenin) giysisi, sözün gerçek anlamında elektron örgüsüdür. Birbirlerine yer ver­diklerinde, metallerin tel ve levha haline gelmesini sağlayabilirken, başka hallerde herşeyln hiçbiri içine gömülmesini önlerler.

Elektronlar, atom çekirdeği denen çok yoğun bir odak çevresinin uydularıdır. Çekirdek, proton ve nötronlardan olu­şur. Elektrik yükü bakımından protonlar pozitif, nötronlar yük­süz parçacıklardır. Buna göre atom çekirdeği, bir bütün ola­rak, pozitif elektrikle yüklüdür. Kütle bakımından ise bir pro­ton ve bir nötron yaklaşık aynı; bunların her biri de 1840 elek­tron kütlesi kadardır. Yüksüz bir atomda, daima proton sa­yısı kadar elektron bulunur. Çekirdekte ise genellikle proton sayısına eşit (bazı hallerde de daha çok) nötron vardır. Bu nedenle atomların hemen tüm kütleleri, sanki çekirdeklerine yığışmış gibidir. Gerçekten atom çekirdekleri, santimde küp başına 1014 gram kütle düşen, olağanüstü yoğun odaklar­dır. Çekirdekler, yaklaşık 10-13 cm yarıçapındaki küreler gi­bidir. Atomların yarıçapları ise 10-8 cm dolayındadır. Buna göre çekirdeği, eğer yarıçapı 1 metre olan küre gibi düşün­sek elektronların bulunabileceği sınır yüzey, bundan 100 km uzağı kapsıyor demektir. Elektron dediğimiz çok küçük küt­leli parçacıklar, çekirdek çevresindeki bu büyük uzayın çıl­gın dansçıları gibi sürekli hareket ederler.

Elektriğin metallerdeki iletimi, elektronların iletimidir.

Bir elektron, ola ki, çekirdeğe dalarsa, o atomun niteliği değişir. Çünkü bu sırada, bir proton bir nötrona dönüşür (atom numarası bir azalır).

Çekirdekten (radyoaktif maddelerde) bir elektron fırlar­sa, atomun kimliği yine değişir. Çünkü bu sırada bir nötron, bir protona dönüşmüş olur (atom numarası bir artar).

Kimyasal birleşme ve ayrışmaların biricik sorumlusu da elektronlardır. Çünkü elementlerin bileşik oluşturması ya da bileşiklerin elementlerine ayrışmasında, atomların çekirdek­leri değişmez. Elektron ortaklığı ya da alışverişi olur. Elek­tronlar, atom çekirdekleri arasındaki uzayda hareket ederek, çekirdekleri bağlayıcı rol oynayabilirler.

Elektronlar, aynı cins yükleri nedeniyle birbirlerini iter; bu nedenle birbirlerinden en uzak kalacak konumları seçer­ler, ama pozitif yüklü çekirdek çekimi, onları olabildiğince yakın durmaya zorlar. Bu iki zıt eğilimi karşılamak herhalde çok zor­dur. Ama elektronlar bu zorluğa da çözüm ararcasına kendi eksenleri çevresinde de dönerler.

Zıt yönde dönen iki elektron, karşıt kutuplu iki mıknatıs gibi birbirini çeker. Böylece çekirdeğe en yakın uzayı, iki elek­tron çok kolayca paylaşabilir.

IŞIK VE ELEKTRON

Elektronla ışık arasında şaşırtıcı ilişkiler ve benzerlikler görülür. Çünkü maddelerin ya da atomların yuttuğu ışık, doğ­rudan doğruya elektronların çekirdekten uzaklamasına neden olur. Üstelik atomlar ışığı sürekli değil, basamak basamak yutarlar. Atomlardan yayılan ışık, yüksek enerjili konuma tır­manmış elektronların, eski konumlarına inerken yaydıklan ışık­tır. Atom tayflarının dili, elektronların, adığı ışık sinyallerini geri yayan küçücük radyo istasyonlan olduğunu doğruluyor. Dahası var: Elektron, bizzat “ışık” kimliğine bürünüyor. Elek­tronun, pozitron denen bir karşıtı vardır. Bu İki karşıt bulu­şunca ışık (gamma ışını) oluvermektedir. Tersine, yüksek enerjili gamma ışınlarının, çekirdeğe çarpması da elektron ve pozitron çifti doğurmaktadır. Işıkla elektron arasındaki şa­şırtıcı ilişkiler, onların doğasındaki benzerliği açığa vuruyor, insanoğlu, tam ışığın dalga katarı olduğu düşüncesine ken­dini kaptırdığı anda, karşılaştığı sorunlar nedeniyle, ışığı ay­nı zamanda foton denen enerji paketçiklerinin sağanağı ola­rak benimsemek zorunda kalmıştı. Şimdi de katı boncuklar gibi düşünmeğe alıştığımız elektronların dalga paketleri gibi davrandığını göreceğiz. “Elektronların hareketi bir dalga ha­reketidir.” Öykümüzün ilginç sonucu aslında bu. Ama bu öy­küyü daha inandırıcı kılabilmek için tarihin o bereketli koy- nundan biraz daha yardım alalım.

ÇEKİRDEK VE ELEKTRON

1912’de E.Rutherford, atomun pozitif yüklü, çok yoğun bir çekirdek olduğunu gösteren ayrıntılı deney sonuçlarını açık­ladı. Bilim dünyası, bu inandırıcı deney sonuçları karşısında elektronların konumunu tartışmaya başladı. Ana sorun, elek­tronların nerede olduğu ve neden çekirdek üzerine düşmedi­ğiydi. Öyle ya, çekirdek etrafında hareket eden elektronlar, giderek enerjilerini yitirmeli ve çekirdek üzerine düşmeliydi. Oysa çekirdek ve elektronlarıyla kararlı atomların varlığı bir gerçekti. Sorunun yanıtını Rutherford ile çalışmaya gelen Niels Bohr verdi. Bohr, 1900’de Planck’ın ortaya atıp 1905’te Ein- setin’in geliştirdiği kuantum kuramını temel aldı. Bu kuram, enerjinin sürekli değil parça parça alınıp verildiğini, ölçü­len her toplam enerjinin bir en küçük enerji paketçiğinin tam katları biçiminde olduğunu, deneylere