Yolumnet

AYT · Fizik

Atom Fiziği ve Radyoaktivite

Yaklaşık 16 dakikalık okuma · Son güncelleme 2026-10-24

Bu konuda ne öğreneceksin

Bir neon tabelanın kırmızı, sodyum lambasının sarı ışık vermesi, gökyüzündeki yıldızların renkleri, bir nükleer santralin enerji üretmesi ve bir hastanede kanser tedavisinde kullanılan ışınlar atomun içindeki olaylarla açıklanır. Atom bir zamanlar "bölünemeyen en küçük parça" sanılıyordu. Bugün çekirdek, elektron ve enerji düzeylerinden oluşan bir yapı olduğunu biliyoruz. Bu konuda atom modellerinin gelişimini, Bohr modelini, enerji düzeyleri arasındaki geçişleri, çekirdeğin yapısını, bağlanma enerjisini ve radyoaktif bozunmayı öğreneceksin. Elektrik, enerji ve dalga bilgin, atomun dünyasına giriş için gerekli.

Hedefler

  1. Thomson, Rutherford ve Bohr atom modellerini karşılaştırmak.
  2. Bohr modelinde enerji düzeylerini ve foton salma ya da soğurma geçişlerini hesaplamak.
  3. Çekirdeğin yapısını (ZZ, NN, AA) ve izotop kavramını bilmek.
  4. Kütle kusurundan bağlanma enerjisini hesaplamak.
  5. Alfa, beta ve gama ışımalarını ayırt etmek, çekirdek denklemlerini denkleştirmek.
  6. Yarı ömür ile kalan madde miktarını hesaplamak.
Atom Fiziği ve Radyoaktivite · Fizikfinito

1. Atom modelleri

Model Fikir Eksik
Thomson (üzümlü kek) Pozitif yüklü kütle içine gömülü elektronlar Saçılma deneyini açıklayamaz
Rutherford (gezegen) Küçük ve yoğun pozitif çekirdek, etrafında dönen elektronlar Dönen elektron enerji yayıp çekirdeğe düşmeli, kararlılığı ve çizgi spektrumunu açıklayamaz
Bohr Elektronlar yalnızca belirli (kuantumlu) yörüngelerde bulunur, geçişte foton alır ya da verir Çok elektronlu atomları açıklayamaz

Rutherford saçılma deneyi: Altın levhaya gönderilen alfa parçacıklarının çoğu doğrultusunu korudu, çok azı büyük açıyla saçıldı. Sonuç: Atomun kütlesi ve pozitif yükü çok küçük bir çekirdekte toplanmıştır, atomun büyük kısmı boşluktur.

2. Bohr modeli

Bohr varsayımları:

  1. Elektron çekirdek etrafında, yalnızca belirli yörüngelerde ve enerji yaymadan bulunur (kararlı hâller).
  2. Elektron bir yörüngeden diğerine geçerken foton alır ya da verir. Foton enerjisi iki düzey arasındaki farka eşittir.

Hidrojen atomunun enerji düzeyleri:

En=−13,6n2 eV(n=1,2,3,… )E_n=-\dfrac{13{,}6}{n^2}\ \text{eV}\qquad(n=1,2,3,\dots)

n=1n=1 temel hâldir (−13,6 eV-13{,}6\ \text{eV}). Enerji düzeyleri yukarı çıktıkça sıklaşır ve 00'a yaklaşır. 00 eV iyonlaşma sınırıdır. Temel haldeki atomu iyonlaştırmak için 13,6 eV13{,}6\ \text{eV} gerekir.

Foton enerjisi:

Efoton=hf=hcλ=∣Ei−Ef∣E_{foton}=hf=\dfrac{hc}{\lambda}=\lvert E_i-E_f\rvert

  • Üst düzeyden alt düzeye geçişte foton salınır (ışıma, emisyon).
  • Alt düzeyden üst düzeye geçişte aynı enerjili foton soğurulur (absorpsiyon).

Örnek: n=3→n=2n=3\to n=2 geçişinde E=−13,69−(−13,64)=−1,51+3,4≈1,89 eVE=-\dfrac{13{,}6}{9}-\left(-\dfrac{13{,}6}{4}\right)=-1{,}51+3{,}4\approx1{,}89\ \text{eV} (görünür bölgede kırmızı ışık).

Spektrum çizgileri: Her elementin kendine özgü enerji düzeyleri olduğundan yaydığı ışığın çizgi spektrumu bir parmak izi gibidir. Yıldızların bileşimi spektrumlarından bulunur. n=2n=2'ye geçişler (Balmer serisi) görünür bölgededir, n=1n=1'e geçişler (Lyman) mor ötesidir.

Hidrojen atomunun enerji düzeyleri ve foton salınımı geçişleri
Hidrojen atomunun enerji düzeyleri

3. Çekirdeğin yapısı

Çekirdek protonlar ve nötronlardan oluşur (nükleonlar).

  • ZZ: atom numarası (proton sayısı)
  • NN: nötron sayısı
  • A=Z+NA=Z+N: kütle numarası

Gösterim ZAX{}^A_ZX. İzotop, protonu (ZZ) aynı, nötronu farklı atomlardır (612C{}^{12}_6\text{C} ve 614C{}^{14}_6\text{C}). Kimyasal özellikleri aynı, kararlılıkları farklıdır.

Çekirdek kuvvetleri: Protonlar birbirini iterken çekirdeği bir arada tutan güçlü nükleer kuvvet çok kısa menzilli ve çok şiddetlidir.

Bağlanma enerjisi: Bir çekirdeğin kütlesi, onu oluşturan nükleonların kütleleri toplamından küçüktür. Aradaki farka kütle kusuru (Δm\Delta m) denir. Kayıp kütle, çekirdeği bir arada tutan enerjiye dönüşmüştür:

Eb=Δm c2E_b=\Delta m\,c^2

Atomik birimde 1 u=931,5 MeV/c21\ \text{u}=931{,}5\ \text{MeV}/c^2. Yani Δm\Delta m (u cinsinden) ile 931,5931{,}5 çarpılırsa EbE_b MeV olarak bulunur.

Örnek: Kütle kusuru 0,03 u0{,}03\ \text{u} ise Eb=0,03⋅931,5≈28 MeVE_b=0{,}03\cdot931{,}5\approx28\ \text{MeV}.

Nükleon başına bağlanma enerjisi demir civarında (kütle numarası yaklaşık 56) en büyüktür. Bu yüzden hafif çekirdekler birleşerek (füzyon), ağır çekirdekler bölünerek (fisyon) enerji verir.

4. Radyoaktivite

Kararsız çekirdeklerin kendiliğinden ışıma yaparak başka çekirdeğe dönüşmesine radyoaktif bozunma denir.

Işıma Parçacık Çekirdekte değişim Nüfuz etme
Alfa (α\alpha) 24He{}^4_2\text{He} AA 4 azalır, ZZ 2 azalır En az (kâğıt durdurur)
Beta (β−\beta^-) Elektron AA aynı, ZZ 1 artar (nötron protona dönüşür) Orta (alüminyum levha durdurur)
Gama (γ\gamma) Yüksek enerjili foton AA ve ZZ aynı, çekirdek uyarılmış durumdan çıkar En çok (kurşun, beton)

Örnek: 92238U→ZATh+24He{}^{238}_{92}\text{U}\to{}^{A}_{Z}\text{Th}+{}^4_2\text{He}. A=238−4=234A=238-4=234 ve Z=92−2=90Z=92-2=90. Yeni çekirdek 90234Th{}^{234}_{90}\text{Th}.

Bozunma serisi: Bir çekirdek peş peşe α\alpha ve β\beta bozunmaları yaparak kararlı bir çekirdeğe ulaşır.

5. Yarı ömür

Yarı ömür (T1/2T_{1/2}): Radyoaktif bir örnekteki çekirdeklerin yarısının bozunması için geçen süredir. Her çekirdek için sabit bir değerdir ve sıcaklık, basınç gibi dış etkenlerden etkilenmez.

N=N0(12)t/T1/2N=N_0\left(\dfrac12\right)^{t/T_{1/2}}

Örnek: Yarı ömrü 44 gün olan maddeden 80 g80\ \text{g} varsa 1212 gün sonra 124=3\dfrac{12}{4}=3 yarı ömür geçer. Kalan 80⋅18=10 g80\cdot\dfrac18=10\ \text{g} ve bozunan 70 g70\ \text{g}.

Geçen süre Kalan oran
T1/2T_{1/2} 12\dfrac12
2T1/22T_{1/2} 14\dfrac14
3T1/23T_{1/2} 18\dfrac18

Aktivite: Birim zamandaki bozunma sayısı. Birimi becquerel (1 Bq=1 bozunma/s1\ \text{Bq}=1\ \text{bozunma/s}). Aktivite de yarı ömürle yarıya iner.

Karbon-14 yaş tayini: Canlılar öldükten sonra 14C{}^{14}\text{C} miktarı yarı ömrüyle (≈5730\approx5730 yıl) azalır. Kalan oran ölçülerek fosil ve tarihî eserlerin yaşı bulunur.

6. Sık yapılan hatalar

  • Yarı ömür süresinde maddenin tamamının bozunduğunu sanmak. Her yarı ömürde kalanın yarısı bozunur.
  • Beta bozunumunda kütle numarasının değiştiğini düşünmek. Değişmez, yalnızca ZZ değişir.
  • Alfa bozunumunda ZZ'nin 4 azaldığını sanmak. AA 4, ZZ 2 azalır.
  • Foton salımı ile soğurumunu karıştırmak. Üst düzeyden alta geçişte foton salınır.

7. Konuyu toparla

Başlık Kısa not
Hidrojen düzeyi En=−13,6n2E_n=-\dfrac{13{,}6}{n^2} eV
Foton hf=∣Ei−Ef∣hf=\lvert E_i-E_f\rvert
Kütle numarası A=Z+NA=Z+N
Bağlanma enerjisi Δm c2\Delta m\,c^2
Alfa A−4A-4, Z−2Z-2
Beta AA aynı, Z+1Z+1
Yarı ömür N=N0(12)t/TN=N_0\left(\tfrac12\right)^{t/T}

Mini test

Soru 1

Hidrojen atomunda elektron n=3n=3 düzeyinden n=2n=2 düzeyine geçerken yayılan fotonun enerjisi yaklaşık kaç eV'dur? (En=−13,6n2 eVE_n=-\dfrac{13{,}6}{n^2}\ \text{eV})

  1. A1,511{,}51
  2. B1,891{,}89
  3. C3,43{,}4
  4. D10,210{,}2
  5. E12,112{,}1
Cevabı ve çözümü göster

Doğru cevap: B

  1. E3=−13,69≈−1,51 eVE_3=-\dfrac{13{,}6}{9}\approx-1{,}51\ \text{eV} ve E2=−13,64=−3,4 eVE_2=-\dfrac{13{,}6}{4}=-3{,}4\ \text{eV}.
  2. Foton enerjisi iki düzeyin farkıdır: −1,51−(−3,4)≈1,89 eV-1{,}51-(-3{,}4)\approx1{,}89\ \text{eV}. Doğru cevap B.

Diğer şıklar: 1,51 yalnızca n=3n=3 düzeyinin enerjisi yazılmış / 3,4 yalnızca n=2n=2 düzeyinin enerjisi yazılmış / 10,2 n=2→n=1n=2\to n=1 geçişi hesaplanmış / 12,1 n=3→n=1n=3\to n=1 geçişi hesaplanmış.

Soru 2

Yarı ömrü 4 gün olan radyoaktif bir maddeden başlangıçta 80 g bulunmaktadır. 12 gün sonra bozunmuş madde miktarı kaç g'dır?

  1. A10
  2. B20
  3. C40
  4. D60
  5. E70
Cevabı ve çözümü göster

Doğru cevap: E

  1. 1212 gün =124=3=\dfrac{12}{4}=3 yarı ömür eder. Kalan madde 80⋅(12)3=10 g80\cdot\left(\dfrac12\right)^3=10\ \text{g}.
  2. Bozunan miktar 80−10=70 g80-10=70\ \text{g}. Doğru cevap E.

Diğer şıklar: 10 kalan madde miktarı yazılmış / 20 8 gün sonraki kalan miktar alınmış / 40 4 gün sonraki bozunan ya da kalan miktar alınmış / 60 8 gün sonraki bozunan miktar alınmış.

Soru 3

92238U{}^{238}_{92}\text{U} çekirdeği bir alfa bozunumu yaparak bir toryum (Th) çekirdeğine dönüşüyor. Oluşan toryum çekirdeğinin kütle numarası kaçtır?

  1. A230
  2. B232
  3. C234
  4. D236
  5. E238
Cevabı ve çözümü göster

Doğru cevap: C

  1. Alfa parçacığı 24He{}^4_2\text{He}'dur. Tepkimede kütle numarası korunur: 238=A+4238=A+4.
  2. A=234A=234 (ve Z=92−2=90Z=92-2=90). Doğru cevap C.

Diğer şıklar: 230 iki alfa bozunumu sanılmış, 238−8238-8 / 232 alfanın kütle numarası 66 alınmış / 236 alfanın kütle numarası 22 alınmış / 238 kütle numarasının değişmediği sanılmış.

Soru 4

Bir çekirdeğin kütle kusuru 0,03 u0{,}03\ \text{u}'dur. (1 u1\ \text{u} kütlenin enerji karşılığı 931,5 MeV931{,}5\ \text{MeV}) Bu çekirdeğin toplam bağlanma enerjisi yaklaşık kaç MeV'dir?

  1. A0,030{,}03
  2. B2,82{,}8
  3. C1414
  4. D2828
  5. E931,5931{,}5
Cevabı ve çözümü göster

Doğru cevap: D

  1. Bağlanma enerjisi Eb=Δm c2E_b=\Delta m\,c^2 ve 1 u=931,5 MeV1\ \text{u}=931{,}5\ \text{MeV} karşılığındadır.
  2. Eb=0,03⋅931,5≈28 MeVE_b=0{,}03\cdot931{,}5\approx28\ \text{MeV}. Doğru cevap D.

Diğer şıklar: 0,03 kütle kusuru enerji sanılmış / 2,8 0,0030{,}003 ile çarpılmış, bir basamak küçük / 14 12Δm c2\tfrac12\Delta m\,c^2 alınmış / 931,5 yalnızca 1 u1\ \text{u}'nun enerji karşılığı yazılmış.

Kendini dene

Kendini dene

Rutherford deneyi neyi gösterdi?

Atomun pozitif yükünün küçük bir çekirdekte toplandığını.

Z=6Z=6 ve N=8N=8 olan çekirdeğin kütle numarası kaçtır?

Beta bozunumunda kütle numarası değişir mi?

Hayır.

Yarı ömür sıcaklığa bağlı mıdır?

Hayır.

Hangi ışımanın nüfuz etme gücü en fazladır?

Gama ışıması.

Yanlış yaptığın soruları yanlış soru defterine ekleyebilirsin. Birkaç gün sonra tekrar karşına çıkar.

Fizik dersinin diğer konuları