|
Prof. Dr. Sinsi
|
Atom, Molekül Ve Elaman Hakkında Kimya Dersi Konu Anlatımı İçerik Özet
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 10000000 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 10000’ 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 150000000 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, 500000000000000000000000 (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
|