[kompetankedi]

Atom
Maddenin temelinde atom adı verilen çok küçük parçacıklardan oluştuğu kavramı eski yunanlılara kadar uzanır. Milattan önce 5. yüzyılda Leucippus ve Democritus maddenin sonsuz küçük parçacıklara ayrılamayacağını öne sürdüler.Onlar,bir madde daha küçük parçalara bölünmeye devam edilirse en sonunda atomun bölünmeyeceğini iddia ediyorlardı.Atom sözcüğü Yunanca’da bölünmez anlamına gelen atomos sözcüğünden türetilmiştir.
Eski yunan atom kuralları planlı deneylere dayanmıyordu.Bunun için yaklaşık 2000 yıllık bir zaman süresince atom kuramı sadece tartışılmaktan öteye gidilmedi.Atomların varlığı Robert Boyle tarafından THE SCEPTİCAL CHYMİST (1661),Isaac Newton tarafındanda Principia (1687) ve Opticks(1704) kitaplarında kabul edilmişti . Fakat John Dalton’un 1803-1808 yılları arasında geliştirip önerdiği atom kuarmı kimya tarihinde en önemli aşamalardan biri olmuştur.

Atom Parçacıkları

Elektron:
Gerek Dalton’un gerekse yunanlıların kuramlarında atom, maddenin en küçük taneciği olarak kabul edilmişti.19.yüzyılın sonlarına doğru atomun kendisinin de daha küçük taneciklerden oluştuğu düşünülmeye başlandı.Atom hakkındaki düşüncelerde meydana gelen bu değişikliğe elektrikle yapılan deneyler neden oldu.
1807-1808 yıllarında ünlü İngiliz kimyacısı Humphry Davy bileşikleri ayrıştırmak için elektrik kullanarak beş element (potasyum,sodyum,kalsiyum,stronsiyum ve baryum) buldu.Bu çalışmalarına dayanarak Davy , bilesiklerde elementlerin elektriksel nitelikli çekim kuvvetleriyle bir arada tutulduklarını önerdi.
Vakumdan elektrik akımının geçirildiği deneyler 1859 da Julius Plücker katod ışınlarını bulmasına yol açtı.Katot ışnları elde etmek için havası iyice boşaltılmış bir cam tüpün uçlarına iki elektrod yerleştrilir.Bu elektrodlara yüksek gerilim uygulandığında katot adı verilen negatif elektroddan ışınlar çıkar.Bu ışınlar negatif yüklüdür doğrusal yol izler ve katodun karşısındaki tüp çeperlerinin ışık saçmasına sebep olur. 19.yüzyılın son yıllarında katot ışınları ayrıntılı olarak incelendi.Birçok bilim adamının deneyleri sonucunda katot ışınlarının hızla hareket eden eksi yüklü parçacıklar olduğu ortaya çıktı ve bu parçacıklar daha sonra Stoney’in önerdiği gibi elektron adı verildi.
Katottan çıkan elektronlar katot için hangi metal kullanılırsa kullanılsın aynı özelliktedir.Zıt yükler birbirini çektiğinden katot ışınlarını oluşturan elektron hüzmeleri yolları üzerinde üstte ve altta bulunan zıt yüklü iki levha arasından geçerken pozitif yüklüsüne doğru çekilirler.Demek ki bir elektrik alanı içinde katot ışınları normal doğrusal yollarından saparlar.Bu sapmanın açısı :

1. Tanecik yükü ile doğru orantılıdır.Yükü büyük olan tanecik az yük taşıyan tanecikten daha çok sapar.
2. Tanecik kütlesi ile ters orantılıdır.Kütlesi büyük olan tanecik küçük olandan daha az sapar.
Bundan dolayı yükün kütleye oranı bir elektrik alanı içinde elektronların doğrusal yoldan ne kadar sapacağını belirler.elektronlar magnetik bir alan içinde de sapma gösterirler.Fakat bu durumda sapma uygulanan magnetik alana dik yöndedir.

Katot ışınlarının elektrik ve magnetik alanlar içindeki sapmalarını inceleyen Joseph T. Thomson, 1897’de elektron için değerini saptadı bu değer:
E/M=-1,7588.10 üzeri sekiz coul /g dır.

Coul uluslar arası sistemde elektrik yükü birimidir.Bir kulon bir amperlik akım tarafından iletkenin belirli bir noktasından bir saniyede taşınan yük miktarıdır.
Elektron yükünün duyar olarak ölçümü ilk defa Robert A. Milikan tarafından 1909 da yapıldı.Milikan’ın deneyinde x-ışınları etkisi ile havayı oluşturan moleküllerden elektronlar koparılır.Çok küçük yağ damlacıkları da bu elektronları alıp elektrik yükleri ile yüklenirler.Bu yağ damlacıkları iki yatay levha arasından geçirilirler.Yağ damlacıklarının düşüş hızları ölçülerek kütleleri hesaplanır.
Yatay levhalara elektrik akımı uygulandığında negatif yüklü damlacık pozitif yüklü levhaya doğru çekileceğinden damlacığın düşüş hızı değişir.bu koşullar altında düşüş hızı ölçülerek damlacığın yükü hesaplanabilir.Belli bir damlacık bir veya daha çok sayıda elektron alabileceğinden bu yöntemle hesaplanan yükler daima birbirinin aynı değildir.Fakat bu yükler hep belli bir yük değerinin katları olduğundan bu yük değeri bir elektronun yükü kabul edilir.

Proton:
Nötral bir atom veya molekülden bir veya daha çok elektron koparıldığında geriye kalan tanecik koparılan elektronların tolam eski yüküne eşit miktarda artı yük kazanır.Bir neon atomundan bir elektron koparıldığında geriye kalan tanecik koparılan elektronların toplam eksi yüküne eşit miktarda artı yük kazanır.Bir neon atomundan bir elektron koparıldığında bir Ne(+) iyonu oluşur.Bir elektriksel deşarj tüpünde katot ışınları tüpün içinde bulunan gaz atomlarından ve moleküllerinden elektronların çıkmasına sebep oldukları zaman , bu tür artı yüklü tanecikler oluşur.Bu artı yüklü iyonlar eksi yüklü elektroda doğru hareket ederler.Eğer katot delikli bir levhadan yapılmışsa artı yüklü iyonlar bu deliklerden geçerler.katot ışınlarının elektronları ise ters yönde hareket ederler.
Pozitif ışınlar adı verilen bu artı yüklü iyon demetleri ilk defa 1886 da Eugen Goldstein tarafından bulundu.Pozitif ışınların elektrik ve magnetik alanların etkisinde sapmaları ise 1898 de Wilhelm Wien ve 1906 da J.J. Thomson tarafından incelendi.Artı yüklü iyonlar için e/m değerlerinin saptanmasına , katot ışınlarının incelenmesinde kullanılan yöntemin hemen hemen aynısı kullanıldı.Deşarj tüpünde değişik gazlar kullanıldığı zaman değişik tür artı yüklü iyonlar oluşur.
Proton adı verilen bu tanecikler bütün atomların bir bileşenidir.Protonun yüklü elektronun yüküne eşit fakat ters işaretlidir.
Bu yüke yük birimi denir.Proton artı bir elektrik yük birimine , elektron ise eksi bir elektrik yük birimine sahiptir.(Protonun kütlesi elektronun kütlesinin 1836 katıdır).

Nötron:
Atomlar elektrik yükü bakımından nötral olduklarından bir atomun içerdiği proton sayısı elektron sayısına eşit olmalıdır. Atomun toplam kütlesini açıklayabilmek için 1920 de Ernest Rutherford atomda yüksüz bir taneciğin var olduğunu savundu. Bu tanecik yüksüz olduğundan onu incelemek ve tanımlamak zordu. Fakat 1932 de James Chadwick nötronun varlığını kanıtlayan çalışmalarını sonuçlarını yayınladı.Chadwick, nötronların oluştuğu bazı nükleer tepkimelerin verilerinden nötronun kütlesini hesaplayabildi.Bu tepkimelerde kullanılan ve oluşan bütün taneciklerin kütlelerini ve enerjilerini göz önüne alarak Chadwick nötronun kütlesini hesapladı.Bu kütle protonun kütlesinden biraz daha büyüktü.
Günümüzde daha birçok atom altı tanecik bulunmuştur.Fakat bu taneciklerin atom yapısı ile olan ilişkisi çok iyi bilinmemektedir.Kimyasal çalışmalar için atomun yapısı elektron , proton ve nötronun varlığına dayanarak yeterince açıklığa kavuşturulmuştur.

İZOTOPLAR
Belli bir elementin bütün elementlerinin atom numarası aynıdır. Fakat bazı elementler kütle numarası bakımından farklılık gösteren çeşitli tipte atomlardan oluşmuştur.Aynı atom numarasına fakat farklı kütle numarasına fakat farklı kütle numarasına sahip atomlara İZOTOP atomlar adı verilir.
Görüldüğü gibi izotoplar çekirdeklerindeki nötron sayısı bakımından farklıdırlar;bu da doğal olarak atom kütlelerinin farklı olduğu anlamına gelir.Bir atomun kimyasal özellikleri ilke olarak atom numarası ile belirtilen proton ve elektron sayısına bağlıdır. Bundan dolayı bir elementin izotopları birbiri ile hemen hemen aynı olan kimyasal özelliklere sahiptir.Bazı elementler doğada tek bir izotop halinde bulunurlar.Fakat çoğu elementlerin birden çok izotopu vardır.Örnek olarak kalayın 10 doğal izotopu vardır.
Kütle spektrometresi bir elementte kaç izotop bulunduğunu , her izotopun tam olarak kütlesini ve bağıl miktarını saptamak için kullanılır.Buharlaştırılmış madde , elektronlarla bombardıman edilerek artı yüklü iyonlar oluşturulur.Bu iyonlar eksi yüklü bir levhaya doğru çekilerek bu levha üzerinde bulunan dar bir aralıktan hızla geçirilirler.
İyot demeti bundan sonra magnetik bir alan içinden geçirilir.yüklü tanecikler magnetik bir alan içinde dairesel bir yörünge izlerler.Taneciğin yükü arttıkça doğrusal yörüngesinden sapma da artar.Bu nedenle , magnetik bir alanda artı yüklü bir iyonun izlediği dairesel yörüngenin yarıçapı o iyonun e/m değerine bağlıdır.
Değişik e/m değerine sahip iyonların bu son aralıktan geçmesi ise magnetik alan şiddeti veya iyonları hızlandırmak için kullanılan voltaj ayarlanarak sağlanır.Böylece aygıttaki farklı iyon türlerinden her biri bu aralıktan ayrı ayrı geçirilirler.Detektör her farklı iyon demetinin şiddetini ölçer ; bu iyon şiddeti örnekte bulunan izotopların bağıl miktarına bağlıdır.

Atom Numarası ve Periyotlar yasası
19.yüzyılın başlarında kimyacılar elementler arasında bulunan fiziksel ve kimyasal benzerliklerle ilgilendiler.1817 ve 1829 da Johann W. Döbereiner “triad” lar adını verdiği element serileri (Ca,Sr,Ba;Li,Na,K;Cl,Br,I;S,Se,Te) hakkındaki incelemelerini yayınladı burada her seriyi oluşturan elementler birbirine benzeyen özeliklere sahip olup serideki ikinci elementin atom ağırlığı yaklaşık diğer iki elementin atom ağırlıklarının ortalamasına eşittir.
Bunu izleyen yıllarda birçok kimyacı elementleri benzeyen özellikleri açısından sınıflandırmayı denedi.1863-66 yıllarında John A. R. Newlands “oktavlar yasası” nı önerip geliştirdi.Newlands a göre elementler atom ağırlıklarının artış sırasına göre dizildiklerinde sekizinci element birinciye , dokuzuncu element ikinciye benziyor ve bu durum böylece devam ediyordu.Newlands bu ilişkiyi müzik notalarındaki oktavlara benzetti.Fakat gerçek ilişki Newlands’ın varsaydığı kadar basit değildi.Newlands ın çalışmaları dayanaksız bulunmuş ve diğer kimyacılar tarafından ciddiye alınmamıştır.
Elementlerin modern periyodik sınıflandırılması Julius Lothar Meyer ve özellikle Dimitri Mendeleev ‘in çalışmalarına dayanır.Mendeleev periyodik bir yasa önerdi ; bu yasaya göre elementler atom ağırlığı artışına göre incelendiğinde , özelliklerindeki benzerlikler periyodik olarak tekrarlanır.Mendeleev in çizelgesinde benzer elementler grup adı verilen dikey sütunlarda toplanır.
Ayrıca Mendeleev in çizelgesinde henüz bulunmamış elementler için boş yerler bıraktı ve çizelgede olmayan elementlerden üç tanesinin özelliklerini önceden belirtti.Hemen sonra Mendeleev in öngördüğü özelliklerin çoğuna sahip oldukları belirlenen Skandiyum,galyum ve germanyum elementlerinin bulunması periyodik sistemin doğru olduğunu gösterdi.Asal gazların varlığı Mendeleev tarafından öngörülmediği halde bu elementler 1892-98 yılları arasında bulunduktan sonra periyodik çizelgedeki yerlerine oldukça iyi bir şekilde uydular.
Periyodik çizelgedeki plana göre K, Ni ve I elementlerinin atom ağırlığının artışına göre belirlenmiş dizilişinin dışında yer almamaları gerekliydi.Örneği iyot atom ağırlığına göre 52 numaralı element olmalıydı.Fakat kimyasal açıdan benzediği F,Cl ve Br elementleri ile aynı gurupta olabilmesi için iyot keyfi olarak 53 numaralı element oldu.Periyodik sınıflandırmanın daha ayrıntılı olarak incelenmesi ile bir çok araştırıcı periyodik özelliğin,atom ağırlığından çok , başka bir temel bağlı olduğuna inandı.Bu temel özelliğinde o zamanlar periyodik sistemden çıkarılan ve sadece bir seri numarası olan atom numarası ile ilişkisi olduğunu öğrendi.
1913-14 yıllarında Henry G. J. Moseley in çalışmaları bu problemleri çözdü.Yüksek enerjili katot ışınları bir hedefe odaklandığında X-ışınları oluşur.Bu X-ışınları çeşitli dalga boylarındaki bileşenlere ayrılabilir ve bu şekilde elde edilen çizgi spektrumları da fotografik olarak kaydedilebilir.Hedef olarak değişik elementler kullanıldığında değişik X-ışınları spektrumları elde edilir ve her spektrum sadece birkaç karakteristik spektral çizgi içeren X-ışınları spektrumu vardır.
Moseley atom numaraları 13 ile 79 arasında olan 38 elementin X-ışınları spektrumunu inceledi.Her elemen için o elemente karşılık gelen karakteristik spektrum çizgisini kullanan Moseley , elementin atom numarası ile çizgi frekansının kare kökü arasında doğrusal bir ilişki olduğunu buldu.Başka bir değişle elementler atom numarası artışına göre dizildiğinde spektrum çizgisi frekansının karekökü bir elementten diğerine gittikçe sabit bir miktarda artar.
Bundan dolayı Moseley X-ışınları spektrumuna dayanarak elementlerin doğru atom numaralarını tahmin edebildi.Böylece atom ağırlıkları komşu atomlarınkine uygun düşmeyen K,Ni ve I un sınıflandırılması problemi de çözümlenmiş oldu.Diğer taraftan Moseley Ce den Lu e kadar olan seride 14 element bulunması ve bu elementlerin ve bu elementlerin periyodik çizelgede Lantan’dan sonra gelmeleri gerektiğini bildirdi.Moseley’in diagramları ayrıca 79 numaralı elementten önce henüz o zamana kadar bulunmamış 4 elementin var olması gerektiğini de gösterdi.Nihayet Moseley’in çalışmalarına dayanarak periyodik yasa “Elementlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri atom numarasının periyodik fonksiyonudur” şeklinde tekrar tanımlandı.
Moseley in atom numaraları ile Rutherford un tanecikleri saçılma deneyinden hesapladığı çekirdek yükleri oldukça iyi bir uyum içindeydi.buna dayanarak Moseley atom numarasının atom çekirdeğinde bulunan artı birimlerin sayısı olduğunu önerdi.
Moseley ayrıca, atomda bir elementten diğerine gidildikçe artan temel bir nicelik bulunduğunu ifade ederek bu niceliğin ancak merkezdeki artı yüklü çekirdeğin yüklü olabileceğini belirtti.
X-ışınları , görünür ışıktan çok daha kısa dalga boylarına ve dolayısıyla daha yüksek frekans ve enerjilere sahip elektro magnetik ışınlardır.Bir elementin x-ışınları spektrumunun olmasına hedef element atomlarında meydana gelen elektron geçişlerinin sebep olduğuna inanılmaktadır.X-ışınlar tüpüne katot ışınları , hedefteki atomların iç kabuklarından elektronlar koparırlar.Dış kabuktaki elektronlar iç kabuklarda oluşan bu boşlukları doldurdukları zaman x-ışınları yayınlanır.Bir atomda elektronun , yüksek bir enerji düzeyinden K düzeyine geçmesi sonucu oldukça bir büyük bir miktarda enerji açığa çıktığından , elde edilen radyasyonun frekansı yüksektir.Buna karşı gelen dalga boyu da x-ışınlarına özgü olup kısadır.
Bir elektron geçişi sırasında açığa çıkan radyasyonun frekansı ayrıca atom çekirdeğindeki yüke bağlıdır.Açığa çıkan bu enerjinin miktarı çekirdek yükünün karesi ile doğru orantılıdır.Çekirdeğin yükü arttıkça açığa çıkan enerji artar ve yayınlanan radyasyonun dalga boyu kısalır.Moseley in gözlemleri de bu ilişkiyi yansıtmaktadır.

[kompetankedi]

İzotopların kullanım alanları nelerdir? (Aybike Çelebi)

Doğada elementler, bazı izotoplarının karışımı halinde bulunur. Örneğin bildiğimiz demir, Fe (Z=26), ağırlıklı olarak 56 kütle numaralı izotopundan oluşmakla beraber bunun yanında, 54, 57 ve 58 kütle numaralı izotoplarından da içerir. Bu izotoplardan bazıları kararlıdır ve varlıklarını uzun sürelerle korurlar. Örneğin Fe-54, evrendeki en kararlı çekirdektir. Bazı izotoplar ise kararsız olup, hızlı veya yavaş bir biçimde bozunarak başka çekirdeklere dönüşürler. Doğadaki elementlerin izotop bileşiminde, kararsız olanların oranı daha düşük olur. Çünkü oluşmalarından bu yana, sürekli olarak bozunup başka çekirdeklere dönüşmüş ve kendilerinden daha kararlı olan izotoplara göre, sayıca ve oran olarak azalmışlardır.

Öte yandan; bir element hangi kimyasal özellikleri taşıyorsa, tüm izotopları da o özellikleri taşır. Dolayısıyla bir elementin herhangi bir izotopunu hangi amaçlarla kullanabiliyorsanız, tüm diğer izotoplarını da aynı amaçla kullanabilirsiniz. Örneğin kullandığımız demir eşyada, demirin yukarıda sayılan izotoplarının hepsi, doğadaki oranlarıyla mevcuttur.

Fakat sizin asıl sormak istediğinizin, radyoaktif izotopların kullanım alanları olduğunu sanıyorum. kararsız olan izotoplar bozunarak başka çekirdeklere dönüşürken; helyum çekirdeği (alfa), + veya yüklü elektron (beta) parçacıkları, yüksek enerjili fotonlar (gama) gibi bazı radyasyon parçacıkları ışınlarlar. Bu nedenle bu tür çekirdeklerin radyoaktif oldukları söylenir.

Radyoaktif izotopları, ışınladıkları parçacıklar sayesinde belirlemek veya izlemek, diğerlerine oranla daha kolaydır. Bu özellikleri nedeniyle; sanayide tahribatsız muayene ve kalite kontrolü, tıpta teşhis ve tedavi, biyoloji ve ziraat gibi alanlarda araştırma gibi çok çeşitli amaçlarla kullanılırlar. Örneğin, radyoaktif bir maddeyi, mide gibi bir hedef organa ulaştırarak, o organın dışarıdan filmini çekmek veya kanserli bir oluşuma ulaştırarak, ışınladığı radyasyon parçacıklarının kanserli hücreleri öldürmesini sağlamak mümkündür. Canlı organizmalarda hangi elementlerin hangi organlarca ve nasıl kullanıldığı, radyoaktif izotoplarının izlenmesiyle araştırılır. Sanayide pahalı üretim parçalarının kalitesi ve sağlık durumu keza, içlerine enjekte edilen radyoaktif izotoplar sayesinde çekilen filmleriyle kalite kontrolüne tabi tutulur. Tarımda bitki fizyolojisi, bitkilerin gelişim süreci, gübre unsurlarının nasıl devreye girdiği hep, radyoaktif izotoplarla izlenir.

Vural Altın

[sedat sencan]

İnsanlar,maddenin en küçük parçasını her zaman merak etmişlerdir.Bilimin ve teknolojinin gelişmemiş olduğu dönemlerde bile bu konuyu felsefe çerçevesinde ele almışlardı.Maddenin parçalı yapıda olduğuna ilişkin ilk görüşün,MÖ. 5.yüzyılda Leukippos ve Demokritos tarafından ileri sürüldüğü biliniyor.Bu iki filozof,maddenin en küçük parçasına ‘bölünmemiş’ anlamına gelen atomos adını verdiler.Bir elementin bütün kimyasal özelliklerini taşıyan en küçük birimi olduğu ve bölünebilirliliği ancak 20.yüzyılda anlaşılmıştır. Leukippos ve Demokritos’un görüşleri 200 yıl sonra Epikuros tarafından benimsendi.Onun düşünceleri de Romalı şair Lucretius’un MÖ. Birinci yüzyılda yazdığı Evrenin yapısı adlı yapıtıyla sonraki kuşaklara aktarıldı. Lucretius, bu kitabında maddenin gözle görülemez atomlardan oluştuğunu,maddedeki tüm değişmelerin atom gruplaşmalarındaki değişmelerden başka bir şey olmadığını ve nesne özelliklerinin atomların boyut ve biçimlerindeki farklılıklardan kaynaklandığını ileri sürmüştü.Ancak ortaçağda bilimsel düşüncenin gerilemesi ile birlikte atomcu yaklaşım da unutuldu.Yüzyıllar sonra Bruno,Bacon ve Descartes gibi düşünürler konuyu yeniden ele aldılar.17.yüzyılda Galilei,Newton,Boyle ve Huygens gibi bilim adamları da atomcu görüşü dile getirdiler.
*
Nihayet 1808 yılında John Dalton,bütün elementlerin,ağırlığı ve bütün öbür özellikleri bakımından özdeş olan çok küçük ve bölünemez parçacıklardan oluştuğunu öne sürdü.Aslında bu konuya bulunduğu katkı,atomların göreli büyüklükleri,karakterleri ve bir araya geliş süreçleri üzerine düşünmekti. Hidrojenin en hafif element olduğunu bildiği için ona bir değerinde atom ağırlığı vermişti.Bu şekilde diğer bilinen elementlere de verdiği değerlerin bir kısmı yanlıştı.Ama atom fikrini modern çağa taşıyan kişi oldu.
Avogadro’nun gazların molekül yapısına ilişkin varsayımları,Mendeleyev’in periyodik tabloyu düzenlemesi ve çeşitli bilim adamlarının katkıları ile ışığın dalga kuramının kanıtlanması,atomcu yaklaşımı destekliyordu.
1900’lü yıllara gelindiğinde artık atomların varlığı herkes tarafından kabul edilmişti.Gene de şüphe edenler vardı.Örneğin ses hızına adını veren Ernst Mach bile atomların sadece düşünceden ibaret olduğunu ileri sürüyordu.
Birbiri ardına atomun yapısına ilişkin modeller geliştirildi.
1902 yılında Lord Kelvin tarafından önerilen,sonra J.Thomson’ca geliştirilen modele göre,atom,çok küçük çaplı bir küre biçimindedir.Bu küre,düzgün olarak dağılmış artı yüklerden oluşur.Elektronlar da tıpkı üzümlü bir kekteki üzüm taneleri gibi bu yapının içine gömülüdür. J.Thomson,elektronu da bulan kişidir.
Gene de atomun kaç parçadan oluştuğu,bu parçaların nasıl bir araya geldiği tam olarak bilinmiyordu.Bazı fizikçiler atomların küp şeklinde olabileceği görüşündeydi.Zira geometrik olarak küpler,alan kaybına yol açmadan bir araya gelebilirlerdi.
1904 yılında Japon fizikçi Hantaro Nagoka’nın önerdiği modelde ise,artı yük atomun merkezinde yoğunlaşmıştır.Elektronlar,bu merkezin çevresinde Güneş’in gezegenleri gibi dönerler.Bu görüş yanlış olmasına rağmen bugün bile bazı kaynaklar tarafından kullanılmaktadır.Bugün biliyoruz ki elektronlar yörüngede dolanan gezegenlere benzemez.Daha çok fırıldak gibi dönen bir pervanenin kanatlarını andırır.Bu kanatlar yörüngeleri içindeki her yeri aynı anda doldurur.Aslında arada bir fark vardır.Bir pervanenin kanatları her yeri birden doldururmuş gibi görünür.Elektronlar ise gerçekten doldurur.
1911 yılında Rutherford,alfa parçacıklarının ince bir altın levhadan doğrultularını değiştirmeden geçip gittiklerini gözlerken bir kısmının geliş doğrultuları ile büyük açılar yapacak şekilde saçıldığını gördü.Hatta bazıları yön değiştirip kaynağa geri dönüyordu.Alfa parçacıklarının kütleleri,elektronların kütlesinden yaklaşık 7.000 kat fazladır ve artı yüklü parçacıklardır. Rutherford,bu kadar büyük itme etkisinin sadece artı yüklü ve büyük kütleli bir hedefin,yani çekirdeğin varlığı ile açıklanabileceğini düşündü.Artı yüklü çekirdeğin yükünü dengeleyen eksi yüklü elektronların, çekirdek çevresinde dairesel yörüngelerde dolandıklarını öngördü.Bu durumda atomun çok büyük kısmı boşluktur, alfa parçacıkları bu nedenle doğrultularını değiştirmeden geçip gitmişlerdi.Ancak bu modelin,elektromagnetik kuramıyla çelişen önemli yanlışlıkları vardı.Hem çekirdeğin hem de yörüngede dolaşan elektronun,yani atomun kararlı yapısını açıklayamıyordu.
Rutherford’un bulgusu hiçbir elektronun bir çekirdek etrafında çarpışmaksızın nasıl döndüğünü de açıklayamıyordu.Dönmekte olan bir elektronun enerjisini çabucak tüketmesi ve çekirdeğe düşüp hem kendisini hem de çekirdeği yok etmesi gibi bir düşünceye yol açıyordu.Bir diğer sorun da protonların pozitif elektrik yükleriyle birlikte nasıl olup ta kendilerini ve atomun geri kalan kısmını patlatmadan çekirdeğin içinde kalabildiğiydi.
*
Rutherford’un atom modelindeki sorun 1913 yılında Niels Bohr tarafından çözüldü.
Uzun süredir kafaları meşgul eden bir problem,hidrojenin dalga boylarının spektrospik ölçümleriyle ilgiliydi.Hidrojen atomlarının belli dalga boylarında enerji salıp,bazılarında salmadığı gözlenmişti.Takip edilen bir kişinin belli noktalarda durmadan ortada gözükmesi,ama bu noktalar arasında gidip gelirken kimseye görünmemesi gibi tuhaf bir durumdu.
Bohr,modelinde kuvantum kuramını kullanmıştı.Bu modelde elektronların özellikleri bir dizi olanaklı değerler cinsinden ifade edilir.Atomun, ışının soğurması ya da ışınım salması,ancak elektronların durağan hallerinin birinden ötekine sıçramasıyla gerçekleşir.Bohr öncesi modellerde atom,küçük pozitif yüklü ve ağır bir çekirdek ile bu çekirdek etrafında dairesel yörüngelerde dolanan elektronlardan oluşuyordu.Bu yörüngelerin yarıçapları herhangi bir değerde olabilirdi.Bohr,bu modelleri, hidrojen atomlarının saldığı ışığın tayfındaki çizgilerin oluşturduğu düzenli seri ile uyumlu olacak şekilde değiştirdi.
Elektronların hareketini belirli yarıçapları olan bir dizi dairesel yörüngeyle sınırladı.Elektronların nasıl olup ta çekirdeğe düşmediğine,sadece belli bazı tanımlı yörüngeleri işgal ettikleri şeklinde açıklama getiriyordu.Yörüngeler arasında hareket eden bir elektron,yörüngelerin birinde ortadan kayboluyor ve aradaki boşluğa uğramadan hemen bir diğer yörüngede yeniden ortaya çıkıyordu.Böylece elektronlar çekirdeğe düşmüyorlardı.Elektronların sadece belli bazı yörüngelerde ortaya çıkmalarının nedeni,sadece belli bazı yörüngelerde var olabilmeleridir.
Hidrojen atomlarındaki ışık,ancak bir elektron bir dış yörüngeden çekirdeğe daha yakın bir iç yörüngeye atladığı zaman yayılıyordu.Bu hızlı geçiş sırasında elektronun kaybettiği enerji,yayılan ışık kuvantumunun enerjisine tam olarak eşittir.
*
Ancak atom çekirdeğinin yapısı henüz tam çözüme ulaşmış değildi.Örneğin neden patlamıyordu? Rutherford,çekirdeklerin nötrleştirici özelliğe sahip bazı parçacıklar tarafından dengelendiğini anlamış ve bunlara nötron adını vermişti.Nötronların varlığı 1932 yılında James Chadwick tarafından kanıtlandı.
Karşı karşıya kalınan daha temel bir sorun,elektronun bazen parçacık,bazen de dalga gibi davranmasıydı.Fransa’da Prens Louis-Victor de Broglie, elektronları dalgalar olarak ele aldığımızda,elektron davranışındaki bazı anormalliklerin ortadan kalktığını buldu.Bu gözlem Erwin Schrödinger’i etkiledi.
Çalışmaları sonucu dalga mekaniği olarak adlandırılan bir sistem geliştirdi.Hemen hemen aynı zamanda Werner Heisenberg de matris mekaniği denilen alternatif bir kuram öne sürdü.1926 yılında Heisenberg,kuvantum mekaniği adıyla anılacak olan yeni bir disiplin üretti.Bu kuramın özünde,elektronun bir parçacık olduğunu,ama dalgalar bağlamında tanımlanabilen bir parçacık olduğunu söyleyen Heisenberg Belirsizlik İlkesi yatar.Bir elektronun boşlukta hareket ederken izlediği yolu bilebiliriz.Veya onun belli bir anda nerede olduğunu bilebiliriz.Ama ikisini birden bilemeyiz.Bunlardan birini ölçme çabası, öbürünü değiştirir.Bu sorun kullanılan araçlarla ilgili değildir,evrenin bir özelliğidir.Olayın pratik anlamı,bir elektronun belli bir anda nerede olacağının tahmin edilemeyeceğidir.Sadece belli bir yerde olma olasılıkları sayılabilir.Şu halde bir elektron gözlemlenene dek var olamaz.Veya bir elektrona gözlemlenene dek,aynı anda her yerde varmış ve hiçbir yerde yokmuş gözüyle bakılmalıdır.
*
Atomların oluşturduğu en temel birim,küçük kütle anlamındaki bir Latince sözcükten üretilen moleküldür.Molekül deyince az veya çok dengeli bir birlik içinde bulunan iki ya da daha fazla atom anlarız.Bütün evreni göz önünde tutacak olursak,molekül sayısının ne denli çok olduğunu algılamak gerçekten zor bir iştir.Deniz seviyesinde ve sıfır derecede bir santimetre küp,yani bir küp şeker hacmindeki hava,45 milyar kere milyar molekül içerir.Bu sayıdaki molekül,bizim etrafımızdaki her santimetre küp içinde vardır.Giderek tüm dünyamızda ve evrenin tümünde de vardır.Bu,işin molekül yönü.Bir de atomların sayısı düşünülürse,mesele gerçekten ürperticidir.
Atomlar aynı zamanda çok dayanıklıdır.Bir insanın sahip olduğu herbir atom,o insana gelene kadar pekala birkaç yıldızdan geçmiş olabilir. Hele,geçmişte milyonlarca organizmanın parçası olduğu kesindir.Herbir insanın atom sayısı o kadar fazladır ki,bunların önemli kısmı büyük ihtimalle eskiden yaşamış olan ünlü bir şahsiyete aitti.Her insan ölünce atomları dağılır.Herbiri başka bir oluşum içinde yer alır.Ömürleri ise,bir bilim adamının hesabına göre 10 üzeri 35 yıldır.
*
Atomların ne denli küçük olduğu da algılarımızı zorlayan bir başka konudur.Yarım milyon atom yanyana dizilse bile bir insan tüyünün arkasına rahatça saklanabilir.Bir milimetrenin binde birine bir mikron denir.Mikroskopik canlıların boyutu hemen hemen bu kadardır.Terliksi adı verilmiş olan bir mikroorganizma iki mikron boyutundadır.Bu canlı belli ki çok küçüktür.Onu bir damla su içinde yüzerken çıplak gözle görmek istiyorsak,damlayı büyütmek ve çapını 12 metreye yükseltmek zorunda kalırız.Aynı damladaki atomları görmek istersek,damlanın çapını 24 kilometreye yükseltmemiz gerekir.Şu halde bir atomun ölçeği,bir milimetrenin on milyonda biri kadardır.Bu sayıyı gözümüzün önüne getirmek oldukça zordur.Ama bir atomu bir milimetre ile karşılaştırmak istersek,bir toplu iğne ile bir gökdeleni karşılaştırmaya benzetebiliriz.
*
Bugünkü bilgilerimizle atom konusuna genel olarak ve kısaca bakacak olursak,her atomun üç temel parçacıktan oluştuğunu görürüz.Pozitif elektrik yüklü protonlar,negatif elektrik yüklü elektronlar ve hiç elektrik yükü taşımayan nötronlar.Protonlar ve nötronlar çekirdeğin içindedir.Elektronlar ise çekirdek dışında dönerler.Elektronlar,Güneş’in etrafında dolanan gezegenler gibi çekirdek etrafında dönmezler.Daha çok biçimsiz bulutları andırırlar.Bir atomun kabuğu sert bir kılıf değildir,bulanık elektronlar bulutunun en dış çeperidir.Bu bulutun kendisi, elektronun içinde dolandığı alanı belirleyen bir istatistiksel olasılık bölgesidir.Bir atoma kimyasal kimliğini proton sayısı verir.Proton sayısı,o elementin atom numarasıdır.Tek protonlu bir atom,hidrojen atomudur.Çift protonlu bir atom,helyumdur.Üç protonlu bir atom,lityumdur,vb.Proton sayısı her arttığında yeni bir element elde edilir.Bir atomdaki proton sayısı her zaman eşit sayıda elektronla dengelendiği için bazı kaynaklarda bir elementi tanımlayan özelliğin, elektron sayısı olduğu da söylenir.Nötronlar bir atomun kimliğini etkilemez.Ama kütlesine katkıda bulunur.Nötron sayısı genellikle proton sayısıyla aynıdır.Ama bu sayı bazen oynar.Bu durumda,yani atoma nötron eklenmesinde izotop oluşur.Başka bir deyişle,nötronların sayısı değişebilir,atom numarası aynı olduğu halde değişik sayıda nötron içeren atomlara o elementin izotopları denir.Bir çekirdeğin yarıçapı,atom yarıçapının 1/10.000’ni kadardır.Ama bu çekirdek olabildiğince yoğundur,öyle ki,atom ağırlığının hemen hemen tümünü içerir.Bir atomu gökdelen büyüklüğüne dek genişletirsek çekirdek bir sinek büyüklüğünde kalır,ama gökdelenin binlerce misli ağırlığında olur.Atomların büyük bölümünü boşluğun oluşturduğu ve etrafımızda algıladığımız yoğunluğun bir yanılsama olduğu oldukça çarpıcıdır.İki cisim bir araya geldiği zaman aslında birbirine çarpmaz.Örneğin iki bilardo topunun negatif elektrik yüklü alanları birbirini iter.Bir sandalye üzerine oturduğumuzda,aslında sandalyenin hemen üzerinde santimetrenin yüzmilyonda biri kadar yükseklikte asılı kalırız.Zira bizim elektronlarımız ile sandalyenin elektronları,yakın bir temasa karşı koyarlar.
Nötron ve protonların toplam sayısı,bir elementin atom kütle sayısını verir.
Çekirdeğin kararlı bir bütün olmasını sağlayan iki ayrı kuvvet vardır.1-Çekirdek kuvveti,çekme özelliği gösterir ve hem nötronlar hem de protonlar arasında rol oynar.2-Elektrostatik kuvvet,sadece protonlar arasında vardır. Protonlar benzer yükler taşıdığı için bu kuvvet itme özelliklidir.Her elektron eksi elektrik yükü taşıdığından,tümü protonlardaki artı yükleri dengeler,bu nedenle atom, elektrik yükü açısından nötrdür.Bir atomun, artı yüklerinden daha çok ya da daha az sayıda elektronu bulunabilir.Böyle eksi veya artı yüklü atomlara iyon denir.

[KENCISii]

Atom

Vikipedi, özgür ansiklopedi



Kimya veya fizikte atom, bir kimyasal elementin özelliklerini koruyan en küçük parçacığıdır.
Sözcük Yunanca ατομος veya atomostan gelir, 'bölünemez' demektir. Eski Yunanistan'da bazı düşünürlere göre atom maddenin bölünemez en küçük parçasıydı. Modern kullanımdaki atomlar ise atomaltı parçacıklardan oluşur:

• elektronlar, eksi yüklüdürler ve bu üçünün arasında en hafifidir.
• protonlar artı yüklüdür, kütleleri elektronunkinin yaklaşık 1839 katıdır.
• nötron

, onların da kütlesi elektronunkinin yaklaşık 1839 katıdır.

Proton ve nötronlar beraberce atom çekirdeğini oluştururlar; bu parçacıklara nükleon da denir. Elektronlar çekirdeğin etrafında, ondan çok daha büyük olan elektron bulutunu oluştururlar. Bu tanım doğrudur.
Atomlar, içerdikleri atomaltı parçacıkların sayıları ile birbirlerinden farklılık gösterirler. Aynı elementin atomları aynı sayıda protona sahiptirler, bu sayıya atom numarası denir. Buna karşın, aynı elementin atomları farklı nötron sayılarına sahip olabilir, bu sayılar o elementin izotoplarını belirler. Proton ve nötronlara kıyasla elektronlar atoma daha zayıf güçlerle bağlı olduklarından elektron sayısı kolaylıkla değişebilir. Çekirdekteki proton ve nötron sayısı da nükleer fisyon, nükleer füzyon ve radyoaktif bozunma yoluyla değişebilir, bu durumda atom başka bir elemente dönüşebilir.
Atom kavramı maddenin fiziksel özelliklerini anlatmaya yarayan çeşitli teoriler tarafından kullanılır. Atomlar kimyanın temel yapı taşlarıdır ve kimyasal reaksiyonlarda Maddenin Korunumu Kanunu gereği korunurlar.

Tarihçe

Bugün kullandığımız anlamda atom kavramını ilk kez ortaya atan düşünürler Leukippos ve Demokritos'dur. Bu düşünürler doğada mevcut her maddenin, fiziksel olarak bölünmeyen atomlardan oluştuğunu ifade etmişler, ayrıca atomlar arasında boş uzay bulunduğunu ve devinim halinde olduklarını belirtmişlerdir.
Aristoteles'in (M.Ö. 384-322) maddeye bakışı, kendinden önce yaşamış olan filozoflara olan tepkisini ifade eder. O, Empedocles'in düşüncesine katılmış ve her şeyin dört ana maddeden yapıldığını savunmuştur.
Bu dönemi izleyen çağlarda bu düşüncelere bir ilave yapılmadı, ilk kez 19. yüzyılda John Dalton modern atom kavramını ortaya attı. Dalton, kimyasal reaksiyonlarda maddenin tam sayılarla belirlenen oranlarda tepkimeye girdiğini gösterdi möçnf bvcbcvcccccccccccccccc sayılabilir ama bölünemez parçalardan yapıldığını ifade etti. Buna ek olarak, atomların ağırlıklarını ortaya koyan bir çizelge hazırladı.
J.J. Thomson 1897 yılında elektronu keşfetti. 1900'lü yılların başlarında Ernest Rutherford günümüz atom modelinin temelini teşkil eden yapıyı ortaya koydu: atomun, kütlesinin büyük bir kısmını oluşturan bir çekirdek ve bu çekirdek etrafında dönen elektronlardan oluşmaktadır. Rutherford çekirdeği oluşturan pozitif yüklü parçacığa proton adını verdi.
1932 yılında Chadwick nötronu buldu. Daha sonra kuantum teorisi doğrultusunda Niels Bohr, Bohr atom modelini ortaya attı ve elektronların belli yörüngelerde bulunabildiğini ve bunun Planck sabiti ile ilgili olduğunu ifade etti.NİELS BOHR'un modeli ise modern atom teorisine en yakın modeldir.Bohr'a göre elektronlar çekirdeğin çevresinde rastgele yerlerde değil,çekirdekten belirli uzaklıklarda bulunan katmanlarda döner.Bohr da tasarladığı bu modelle Nobel ödülüne layık görüldü.

Yapısı

Atomun yapısını açıklayan ve bugün için kabul edilen son teori Kuantum Atom Teorisi'dir.Kuantum Atom Teorisi'ne göre atom modeli Bohr atom modelinden farklıdır. Bohr Atom Modeli'ne göre atomun merkezindeki çekirdeğin etrafında elektronlar çember şeklindeki yörüngelerde dolanmaktadırlar. Herbir çember yörünge belli enerji seviyesine sahiptir. Yörüngelerarası elektronik geçişler atomun renkli görünmesine neden olur. Ancak belli bir zaman sonra Bohr atom modelinin birçok spektrumu açıklayamadığından yetersizliği ortaya çıkmıştır.

Kuantum Atom Modeli'ne göre ise atomun merkezinde bulunan çekirdeğin etrafındaki elektronlar belli bölgelerde yani orbitallerde bulunurlar. Belli enerji seviyelerine sahip orbitaller atomu oluşturan küresel katmanlarda bulunur. Portakal kabuğu şeklinde iç içe geçmiş küresel katmanlardaki orbitallerin belli şekilleri ve açıları(yönelmeleri) mevcuttur. Orbitallerin bulunduğu katmanların enerji seviyelerini n başkuantum sayısı belirler. n = 1,2,3,. . .gibi tam sayılarla ifade edilir. Orbitallerin şeklini ise l yan kuantum sayıları belirler. l = 0(s), 1(p), 2(d),. .(n-1) e kadar değerler alır. Orbitallerin doğrultularını(açılarını) veren ml yan kuantum sayısı ml=-l. . .0. .+l değerlerini alır. Elektronların spini gösteren ms kuantum sayısı da +1/2 veya -1/2 değerlerini alabilir. Orbitaller şekilleri aşağıdaki linkte gorulmektedir

Bir atomun çapı, elektron bulutu da dahil olmak üzere yaklaşık 10 − 8 cm mertebesindedir. Atom çekirdeğinin çapı ise 10 − 13 cm kadardır. Atomlar, boyutlarının görünür ışığın dalga boyundan çok küçük olması sebebiyle optik mikroskoplarla görüntülenemezler. Atomların pozisyonlarını belirleyebilmek için elektron mikroskobu, x ışını mikroskobu, nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi gibi araç ve yöntemler kullanılır..
Yalnız elektronlar çekirdek çevresinde ancak belirli enerji seviyelerine sahip yörüngelerde dönerler, konumları ancak bir olasılık fonksiyonu ile ifade edilebilir. Elektronlar çekirdeğin etrafında bulutsu bir şekildedir.