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 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