Atom, Molekül Ve Elaman-Atomların Büyüklüğü-Atomların Hareketi Yapısı
 

ATOM

Atom, bir maddenin özellikleri değiştirmeden bölüne bileceği en küçük

parçasıdır. Atomlar çok kez molekül adı verilen grup halinde bulunurlar.

Elimizle dokunduğumuz, gözümüzle gördüğümüz her şey atomlardan yapılmıştır.

Ancak, bu atomlar son derece küçük oludklarından, ne mikroskopla görülebilirler

nede varlıkları tek tek farkedebilir. Bu yüzden, bilginler atomların varlığını

yapılarını ancak özel usullerle inceleyebilirler.

ATOM, MOLEKÜL VE ELAMAN

Bir bardak suya bir kaşık şeker koyup iyiye karıştıralım çok geçmeden şeker erir

suyun içinde büsbütün kaybolur. Şekeri artık gözle göremeyiz ama genede suyun

içinde koyduğum yerde durduğunu biliriz. Suyu büsbütün buharlaştıracak olursak

şeker gene meydana çıkar.

Bunun nedeni şudur: Şeker suda eriyince milyonlarca küçük zerreciğe ayrılır.

Demekki şeker gözle görülmeyecek kadar küçük zerreciklerden oluşmuştur. İşte bu

küçük zerreciklere molekül adı verilir.

Bütün cisimler molekül denen bu küçük zerreciklerden yapılmıştır. Moleküller de

atomların birleşmesinden meydana gelir. Şekerin suda erimesi şeker moleküllerini

hiçbir zaman bozmaz.

Şimdi, bir başka deney daha yapalım. Bir kaşık şekeri maden bir kap içinde ocağa

koyalım. Şeker suda önce erir sonra kararıp simsiyah bir renk alır. Suda eriyen

şekeri gene eski durumuna getirebilmiştik. Oysa bu kez şekerin yanmasıyla

meydana gelen kara maddeyi eski haline getiremeyiz. Çünkü şekeri bu şekilde

kavurmakla onun moleküllerini daha küçük parçalara bölmüş oluruz. Yanma

sırasında bu küçük parçalardan bir kısmı da uçup gider. Kapta kalan kısım ise

karbondur. Karbon molekülünü artık başka bir maddeye çevirmeye imkan yoktur.

Çünkü karbon bir elemandır.

Bir elemanın atomu başka bir elamanın atomuna benzemez. Her atomun kendine özgü

bir özelliği vardır. Bütün maddelerin molekülleri atomların birleşmesiyle

meydana gelir.

Bilginler maddeleri bu şekilde parçalayarak 100 kadar elaman bulmuşlardır.

Moleküller elemanlardan meydana geldiğine göre elamanların moleküllerden daha

küçük zerreciklerden yapılmış olması gerekir. İşte atomlar bu elemanları meydana

getiren zerreciklerdir.

ATOMLARIN BÜYÜKLÜĞÜ

Varlıkları ancak bilimsel deneylerle anlaşılan atomlar akıl almayacak kadar

küçüktür. Atomların büyüklükleri cinslerine göre değişir. Örneğin; hidrojen

atomu en küçük atomdur. Yanyana konmuş 10.000.000 hidrojen atomunun uzunluğu 1

mm ancak olur. En küçük atomlardan biri olan uranyum atomunun çapı ise

hidrojeninkinden 4 kat daha büyüktür.

Bir damla suda 33 milyar defa milyar molekül vardır. Bu moleküller hidrojen ile

oksijen elemanlarından yapılmıştır. Her molekülde ikisi hidrojen biri oksijen

olmak üzere 3 atom vardır. Öyleyse bir damla su 100 milyar defa milyar atomdan

meydana gelmiş demektir.

ATOMLARIN HAREKETİ

Maddeyi meydana getiren atomlar sürekli olarak hareket ederler. Genel olarak

atomların titreşim hızı saniyede 400 metre kadardır. Bu hız sıcaklıkla

ilgilidir. Sıcaklık azaldıkça atomların hızı da azalır. -273 derece de büsbütün

durur. Bu ısı derecesine saltık sıfır (mutlak sıfır) denir.

ATOMUN YAPISI

Bir atom ilk bakışta güneş sistemine benzer. Dünya ile gezegenler güneşin

cevresinde nasıl dönerlerse atomlarda bir çekirdeğin çevresinde dönen

elektronlardan meydana gelmişlerdir.

Elektronlar çekirdeğin çevresinde inannılmaz bir hızla dönerler. Hidrojen

atomunda elektron dönüş hızı saniyede 2000 km dir. Bir atomdaki elektronların

sayısı ile bunların yörüngesinin durumu atomun cinsini meydana getirir.

Şimdi bir atomu meydana getiren öğeleri kısaca inceleyelim.

1-ELEKTRON: Atom çekirdeğinin çevresinde dönen negatif elektrik yüklü

zerreciklerdir. Atomdaki elektron sayısı elemanın cinsine göre değişir.

Elektronların sayısı ne kadar çok olursa olsun çekirdeğin çevresindeki büyük

dönüş hızlarına rağmen ne birbirlerine çarparlar ne de çekirdeğe atom

çekirdeğindeki her protona karşılık bir elektron vardır. En hafif atom olan

hidrojenin; 1, heyumun; 2, oksijeninde 8 elektronu vardır. En hafif olan

hidrojen atomunda elektronların ağırlığı atomun ağırlığının 1/1840’ ı kadardır.

2-PROTON : Atomun çekirdeğini meydana getiren öğelerden biridir. Elektronların

tersine proton pozitif elektirik yüklü bir zerreciktir. Ağırlığı;

elektronunkinden 1840 kat daha çoktur. Yalnız taşıdığı elektrik yükünün oranı

elektronunkiyle aynıdır. Atomların cinslerine göre çekirdeklerindeki proton

sayısıda değişir.

3-NEUTRON : Hiç elektirik yükü olmayan zerreciklere denir. Atomların çoğunun

çekirdeklerinde neutronlar vardır. Ağırlıkları protonunkinden biraz daha çoktur.

Neytronların sayısı da atomun cinsine göre değişir. Serbest neutronlar atomları

bombardıman etmek bakımından çok yararlıdırlar.

ATOMUN DİĞER PARÇALARI

Atomun, değişik durumlarda ortaya çıkan bir çok parçacıkları vardır ki,

başlıcaları şunlardır :

Positon. - Pozitif elektrik yüklü elektronlardır. Kozmik ışınlardan, negatif

elektrik yüklü elektronlarla birlikte bulunurlar. Aynı zamanda, atom

zerrecikleriyle bombardıman edline kimi elemanlardan da positon çıkar. Bir

positonun hayatı, en çok saniyenin milyarda biri kadardır. Çünkü, zıt yüklü

elektron, positonu çeker. Bu çekme sonunda, her iki zerrecikte yok olur.

Bunların kütlesi ise, enerjiye dönüşür.

Meson. - İlk kez kozmik ışınlarda keşfedilmiştir. Mesonlar, sonradan yapay

olarak da elde edilmiştir. İki tür meson vardır : “Pi - meson” ile “Mu - meson”.

Her türünün ağırlığı elektronlarınkinin 200 katından daha çoktur. Pozitif, yada

negatif elektrik yüklü olabilirler. Megatif eletrik yüklü bir pi - meson pozitif

elektrik yüklü atom çekirdeğine yaklaşırsa çekirdek onu emer. Bunun sonucu

olarak da çekirdek patlar. Pi - mesonların ömrü saniyenin iki yüz milyonda kadar

ancak sürer. Pi - mesonlar, bu kısa hayatlarının sonunda, mu - meson haline

gelirler. Mu - mesonların ömrü de saniyenin iki milyonda biri kadardır.

Neutrino. - Bunlar elektrik bakımından nötrdürler; ağırlıkları yoktur.

Varlıkları, ancak kurumsal olarak bilinmektedir.

Deuteron. - Bir protonla bir neutrondan oluşmuş, pozitif elektrik yüklü

zerreciklerdir. Ağır hidrojen çekirdeğini meydana getirirler. Bu yüden, ağır

hidrojene “deuteriom” da denir.

Triton. - Tritium (hidrojen isotopu), nun çekirdeğine denir. Kütlesdi,

deuterondan bir fazlasıyla, üçtür. Triton zerrecikleri tabiatta bulunmaz ancak

yapay olarak yapılabilirler.

Alfa zerrecikleri. - Radyum gibi radyoaktif atomlar çevrelerine alfa

zerrecikleri saçarlar. Bir alfa zerreciğinde iki protonla iki neutron bulunur.

Bunlar helyum çekirdeğinin aynıdır.

Gamma ışınları. - Bunlara “foton”da denir. Radyoaktif atomların parçalanması

sonucunda çevreye yayılırlar. Bir atom bombasının patlamasından meydana gelen

öldürücü ışınlar gamma ışınlarıdır. X ışınlarına benzeyen gamma ışınlarının bir

cisim içine girme yetenekleri çok yüksektir. Yüksek enerjili gamma ışınları, bir

metre kadar kalınlıktaki demire, yada betona bile etki yapabilirler

ATOM AĞIRLIĞI

Çeşitli atomlardaki protonlarla neutronların sayısına “atom sayısı” ve “atom

ağırlığı” denir. Bir atom sayısı, o atomda ne kadar proton, yada elektron

bulunduğunu gösterir. Böylece, o atomun hangi elemanının atomu olduğu anlaşılır.

Kimi elemanların neutron sayısı değişik olduğundan, bir elemanın birden fazla

atom ağırlığı olabilir.

ISITOP NEDİR

Bir elemanın ağırlıkça değişik olan atom çeşitlerine, o elemanın “isotop”u

denir. İsotoplara, bir bakıma, “atom kardeşler” demek yerinde olur. Çünkü,

bunlar aynı elemanın ağırlıkça değişik olan atomlarından başka bir şey değildir.

Örneğin, hidrojenin isotopları, ağır hidrojen (deuterium)’le, çok ağır hidrojen

(tritium’dur).

Bir elemanın bütün isotopları aynı atom sayısını taşırlar. Oysa, çeşitli atom

ağırlıkları, elemanın çeşitli isotoplarını gösterirler. Atom ağılığı elemanın

simgesinin sağ üst başına, atom sayısı ise sol alt yanına yazılır. Örneğin,

helyumun atom ağırlığıyla atom sayısının yazılışı şöyledir : 2He4.

Atom çekirdeğinde her protona karşılık, bir elektron vardır. Neutronlar ise

böyle bir kurala bağlı değillerdir. Bir elemanın isotopunda, proton sayısından

çok neutron bulunur. Elektronlar atom çekirdeğinin çevresinde aynı yörüngede

dönmezler. Elemanın atom sayısı arttıkça, çekirdek çevresinde dönen elektronlar

da birbirinde ayrı tabakalar meydana getirirler.

Bunlar bir soğanın tabakaları gibi, birbiri üstüne kat kat sıralanmışlardır.

Çekirdeğe en yakın tabakada, genellikle, iki elektron bulunur. Üç elektronlu

lityumun üçüncü elektronu, ikinci tabakada döner. Berilyumun ikinci tabakasında

ise iki elektron vardır.

Atomlardaki elektron tabakaları da belirli bir sayıda olur. En ağı elemanlarla

yedi tabaka vardır. İlk tabakadaki elektron sayısı her zaman 2’dir. Bilginler,

bu tabakaları belirtmek için, K’ den Q’ ya kadar olan harfleri kullanırlar.

ATOMUN İÇİNDEKİ BOŞLUK

10 milyon hidrojen atomunun ancak bir milimetrelik bir uzunlukta olduğunu

söylemiştik.

Bu kadar küçük bir atomun çekirdeği, ancak atom çapının 10.000’ de biri

kadardır. Bir atomun çekirdeğiyle elektronları arasında, atom ölçülerine göre,

çok muazzam bir boşluk vardır. Bu bakımdan, en ağırları da içinde olmak üzere,

bütün maddelerin büyük bir kısmı, boşluktan ibarettir.

Bir atom çekirdeğinin bir futbol topu büyüklüğünde olduğunu düşünürsek,

elektronları, bunun çevresinde çapı 5 km. genişlikte bir çember üzerinde döner.

Atomlardaki boşluk oranı bu denli büyük olduğuna göre, maddelerin de aynı

orandaki bir kısmı boşluktan ibaret demektir. Yalnız, muazzam bir enerji taşıyan

atom çekirdeğinin, çevresinde dönen elektronlar üzerinde büyük bir çekim gücü

vardır.

Öte yandan elektronların ağırlığı yok sayılacak kadar az olduğundan, atomun

bütün kütlesi ile ağırlığı çekirdeğinde sayılır. Yani, elemanlara, dolayısıyla

da maddeye ağırlığı veren, asıl atomun çekirdeğidir.

Atomlardaki bu boşluk olmasaydı, her şey inanılmaz derecede küçülürdü. Örneğin,

bir insanı meydana getiren atomların insana asıl ağırlığını veren çekirdeklerini

bir araya getirmek elde olsa, insan gözle görülemeyecek kadar küçük bir zerre

haline gelirdi. Ağırlığı gene o insanın ağırlığına eşit olan bir zerre!

ATOMUN KİMYASAL ÖZELLİKLERİ

Şimdiye kadar atomun yalnız fiziksel özelliklerine değindik. Şimdi atomu, birde

kimyasal bakımdan inceleyelim :

Atomların kimyasal özellikleri taşıdıkları proton sayısıyla dış tabakalardaki

elektronların durumuna bağlıdır. Bu elektronlar başak bir atomun elektronlar ile

yer değiştirebilir, yada onların yörüngesini paylaşabilirlerse, atom aralarında

bir çekme kuvveti doğar. Bu kuvvet iki atomu bir arada tutar. İşte molekül bu

sayede meydana gelir. Helyum, argom gibi kimi elemanlarının protonları başka

elektronlarla birleşmezler.

Bu gün sayısı yüzü aşkın eleman bilinmektedir. Bunların bin kadar da isotopu

bulunmuştur. Bu isotopların çoğu radyoaktiftir.

Atomlarda 1’den 102’ye kadar elektron, gene 1’den 102’ye kadar da proton

bulunabilir. Bir atomdaki protonların sayısı, onun atom sayısını gösterir. Başka

bir deyişle, elemanların sıra numaraları, onların atomlarındaki proton sayısına

eşittir. (Bk. eleman).

Elemanların atom ağırlıkları, birim kabul edilen bir atomun ağırlığına oranla

tayin edilen ağırlıklarıdır.

Atom ağırlığı birimi olarak, oksijenin atom ağırlığı kabul edilmiştir. Öteki

elemanların atom ağırlıkları ise, oksijenin atom ağırlığına 16’ya oranlanarak,

deney yoluyla bulunmuştur.

1951 yılında uluslar arası bir kurum bir atom ağırlıkları tablosu tespit

etmiştir. Bu listede 102 eleman vardır. Bunlardan birkaç tanesi tabiatta

bulunmaz. Tabiatta bulunmayan bu elemanlar, atomların başkalaştırılmaları

yoluyla elde edilmişlerdir.

ATOM ENERJİSİ

Atom enerjisi dünyanın da, hayatın da kaynağıdır, diyebiliriz. Çünkü, çevremizde

neye baksak, bu enerjinin bir başka biçimde belirmiş örneğini görürüz. Bu enerji

nereden geliyor?

Dünyamızdan 150.000.000 kilometre uzakta, orta büyüklükte bir yıldız vardır :

Güneş… En az iki milyar yıldan beri, dünyayı hemen hemen hiç değişmeyen bir

ışıkta, ısıyla besleyen Güneş, muazzam bir enerji kaynağıdır. Güneşin, daha

milyonlarca yıl dünyayı aynı şekilde enerjiyle besleyeceği hesaplanmıştır.

Güneşteki bu bitmez tükenmez gücün kaynağı, atom enerjisidir. Güneşte bir

saniyede meydana gelen enerji, 500.000.000.000.000.000.000.000 (beş yüz

sikstilyon, yani “beş yüz milyar defa bin milyar”) beygir gücüdür.

Atom enerjisi, atom çekirdeğinden serbest bırakılan enerji demektir. Atom

çekirdeğinin ikiye bölünmesi (fisyon) olayında, iki ayrı atom meydana gelir

bölünen atomun çekirdeğinin kütlesinden bir kısmı enerji haline dönüşür. Bu

bakımdan, “atom enerjisi” deyimi yerine, “nükleer enerji” (atom çekirdeği

enerjisi) deyimi de kullanılır.

Nükleer enerji kimyasal bir işlem sırasında meydana gelen enerjiden çok

büyüktür. Örneğin, kömürün yanmasını ele alalım. Bir ocakta kömürü yaktığımız

zaman, sıcaklığı veren şey, kimyasal bir olaydır. Bu olay sonunda, kömürdeki 1

karbon atomu, 2 oksijen atomu ile birleşerek, 1 karbon dioksit atomu meydana

getirir. Oysa, 1 karbon atomunun çekirdeği parçalanacak olursa (fisyon), yanma

sırasında çıkan sıcaklığın 3 milyon katı sıcaklık verir. Kömür, yada karbondaki

nükleer enerjiden yararlanmanın yolu daha bulunamamıştır. Bu alanda, başta

İngiltere olmak üzere, bir çok ülkelerde araştırmalar, deneyler yapılmaktadır.

Karbonun nükleer enerjisinden yararlanma yolu bulunduğu zaman dünyanın gittikçe

artmakta olan enerji darlığı geniş ölçüde giderilecektir.

ATOM ARAŞTIRMALARININ KISA BİR TARİHÇESİ

Leukippos ile Demokritos gidi Eski Yunan filozofları, daha bundan binlerce yıl

önce, maddelerin “atom” adını verdikleri bölünmez, parçalanmaz zerreciklerden

meydana geldiğini ileri sürmüşlerdi. Yalnız, bu kuramlar fizikten çok, felsefe

doktrinleri niteliğindeydi. Atom üzerindeki bu düşünceler iki bin yılı aşkın bir

süreyle unutulup gitti.

Atom kuramı’nı ilk kez bugünküne yakın bir anlayışla ortaya koyan ise İngiliz

kimya bilgini Jonh Dalton oldu (Bk. Dalton).

Dalton’un 1803 yılında ortaya attığı atom kuramının ana hatları şunlardı :

1 - Bütün elemanlar atomdan yapılmıştır.

2 - Aynı elemanın atomları büyüklük, ağırlık başka özellikleri bakımından

birbirine benzerler

3 - Atomlar yok edilemez, parçalanamaz, yoktan var edilemezler

4 - Başka başka elemanların atomları birleşerek, molekülleri meydana getirirler.

Dalton, aynı zamanda hem kendi kurduğu teoriye, hem de yaptığı deneylere

dayanarak, elemanların atom ağırlıklarını da tespit etti. Ancak bu alandaki

çalışmalar ilerledikçe, Dalton’un kuramında bir takım yanlışlıklar olduğu da

meydana çıktı. Örneğin, belirli bir elemanın atomlarının kimyasal özellikleri

aynı olsa bile, ağırlıkları değişik olabilir. Bu gün atomları parçalayarak yeni

atomlar meydana getirmek olanağı da bulunmuştur.

Dalton’dan sonra atom alanındaki çalışmalara daha büyük bir hızla ilerlemeye

başladı. 1896 yılında, Fransız bilgini Henri Becquerel (1852 - 1908) doğal

radyoaktivite keşfetti. 1903 yılında Nobel Fizik Armağanı’nı kazanan bu bilgin,

uranyumun yaydığı ışınımları dikkate çekerek, bunun radyoaktivite olduğunu

belirtmişti. 1898 yılında da Marie ve Pierre Curie radyomu buldular (Bk. Curie).

1900’de, Alman bilgini Max Planck (1858 - 1947) Quantum Teorisi’ni ortaya attı

(Bk. Quantum Teorisi). 1905 yılında ise büyük kuramsal fizik bilgini Albert

Einstein, İzafiyet (Relativite) Teorisi’ni ortaya atarak E = mc2 formülünü

buldu; atom enerjisinin büyüklüğünü belirtti.

Atomun yapısı üzerinde en önemli buluşlarını yapanlardan biri de İngiliz bilgini

Ernest Rutheford (1871 - 1937)’dur. Rutheford 1904 yılında Alfa zerreciklerini

keşfetti; 1911’de de atom çekirdeği kuramını ortaya attı. Atomların bir

çekirdekle, bu çekirdeğin çevresinde dönen elektronlardan ibaret olduğunu ileri

sürdü; atomların ilk özelliklerini keşfetti.

Atomla ilgili çalışmaların gelişmesini belirten öbür önemli tarihler de

şunlardır :

1912 - İsotop Teorisi, Frederick Solddy (İngiltere).

1913 - Atom Yapısı Teorisi, Niels Bohr (Danimarka).

1919 - İlk Yapay Atom Praçalanışı (Rutheford azot atomunun çekirdeğini

parçaladı).

1926 - Dalga Mekaniği Teorisi, Ervin Scheodinger (Almanya).

1928 - Quantun Mekaniği Teorisi, P. A. Dirac (İngiltere).

1931 - İlk Kiklotron, E. A. O. Lavrence (A. B. D.).

1932 - Deoteriumun keşfi, Harold Urey (A. B. D.).

1933 - Yapay Radyoaktivitenin Keşfi, Frederik ve Irene Joloit - Curie (Fransız).

1935 - U. 235’in Keşfi, A. J. Demspster (A. B. D.)

1938 - Uranyum Parçalanışı, Otto Hahn ve Fritz Strassmnn (Almanya)

1940 - İlk Detatronun Yapılması, D. W. Kerst (A. B. D.).

1934 - U. 239, Leptunyum ve Plutonyum Yapıldı, Enrico Fermi (Roma, Colombia ve

Chicago Üniversiteleri).

1942 - İlk Atom Pili Yapıldı, Enrico Fermi (Chicago Üniversitesi).

1945 - İlk Atom Bombası Patlatıldı (A. B. D.).

1949 - Sovyetler Birliği’nde Atom Bombası Patlatıldı.

1952 - Hidrojen Bombası Patlatıldı.