Tayf Kuramı - Tarihçesi - Tayf ölçümüyle Kimyasal çözümleme - Gökbilimde Tayfölçümü

Tayf kuramı - tarihçesi - Tayf ölçümüyle kimyasal çözümleme - Gökbilimde tayfölçümü




Tayfölçümü(spektroskopi), ışığın ya da öteki ışınların tayfla çözümlenmesidir Bütün maddelerin tayfında özel dalgaboyu «izleri Tayf, dalgaların, dalgaboyu sırasına göre dizilişidir (Bk DALGA HAREKETİ) işığın dalgaboyları, çok uzun radyo dalgaboylarından, çok kısa gama ışınlarına kadar değişen ELEKTROMAGNETİK iŞINIM' tayfının bir parçasıdır Görünen bölgenin iki tarafında kızılaltı (uzun dalgaboyları) ve morötesi (kısa dalgaboyları) bulunur Tayf, KUVANTUM KURAMI açısından da incelenebilir Sözgelimi, mavi ışığın kuvantumu, kırmızı ışıktan daha büyük enerji içerir
Tarihçe: 1665 yıllarında PRİZMA'yla yaptığı ilk deneylerde NEWTON,' güneş ışığı tayfında, parlak gökkuşağı renkleri arasında sınır oluşturduğunu sandığı, ince koyu çizgiler bulunduğunu görmüştü XIX yüzyıl başlarında, Fraunhofer, nedenlerini bilmediği bu çizgilerden bol miktarda buldu ve yüzlercesini sınıflandırdı Fraunhofer çizgilerinin yapısı, ancak KİRCH-HOFF ve Bunsen'in çalışmalarıyla ortaya çıkarıldı Her çizgi, sözgelimi ateşte yakılan bir elementin oluşturduğu bir parlak çizgiye karşılıktı ve o elementin tanınmasını sağlıyordu

Tayf kuramı:

Yarım yüzyıl boyunca laboratuvar-larda elementlerin tayf çizgileri listelenip sınıflandırıldıktan sonra, neden bazı tayfların yalın, bazılarının karmaşık olduğu ortaya çıkarıldı Ayrıca, her çizgiyi oluşturan atomdaki değişiklik tanınmaya başlandı Bu çalışmaya,tayf ölçümüyle,kimyasal çözümleme yöntemiyle karıştırılmaması için, «tayf kuramı

Enerjinin sürekli olmadığını, tek tek kuvantum paketlerinden oluştuğunu öne süren kuvantum kuramı kuruldu Bir elektron, atom çekirdeği çevresinde bir yörüngeden ya da enerji düzeyinden, çekirdeğe yakın olan başka bir yörüngeye geçtiğinde bir tayf çizgisi oluşur Elektronun, çekirdeğe yakın bir yörüngeden uzak bir yörüngeye geçişiyse, enerji eklenmesiyle ortaya çıkar Bu durum, enerjinin soğurulmasına ve bir soğurma çizgisinin oluşmasına neden olur

Niels BOHR'un atom modelinde, elektronların çekirdek çevresindeki belirli yörüngelerde döndüğü belirtilir Sonpaki araştırmalar bu modelde bazı çelişkiler olduğunu göstermiştir Günümüzde yörünge, elektronun bulunma olasılığının en yüksek olduğu bölge olarak kabul edilir Bununla birlikte, tanımlama amacıyla, kesin boyutlu yörüngeler hâlâ yararlı bulunmaktadır
Her element, değişik sayıdaki çekirdek tanecikleriyle öteki elementlerden ayrılan atomlar içerdiği için, kendine özgü tayf çizgileri oluşturur




Sözgelimi, bir helyum atomunun çekirdeğinde iki proton ve iki nötron vardır, ama hidrojende ikisinden de birer tane bulunmaktadır İki proton nedeniyle çekirdekte daha büyük yük bulunması, helyumda, hidrojenden daha küçük çaplı yörüngelerin oluşmasını sağlar Enerji, dolayısıyle de dalgaboyu, yörüngelerin yarıçapına bağlıdır Bu yüzden helyumda, ikinci yörüngeden birinciye atlayan elektronun saldığı ışınımın dalgaboyu, hidrojenin aynı yörüngeleri arasında atlayan bir elektronunkinden daha kısadır Bununla birlikte, ağır elementlerin büyük atomları, hidrojenin en düşük yörüngesinden daha uzakta bulunan yörüngeler içerirler ve daha uzun dalgaboylarmda ışınım salarlar
Düşük basınç altındaki bir gaz, söz konusu süreçle kendine özgü salma çizgilerini verir Ama akkor haldeki bir katıdan salınan ışınım, tek tek çizgiler biçiminde değil, süreklidir (siyah cisim sürekliliği) Bu da gökkuşağı renklerine neden olur Güneş söz konusu olduğunda bu süreklilik, Güneş'in dış atmosferindeki soğuk gazlardan oluşan koyu soğurma çizgileriyle kesilir Güneş'ten gelen ışık, bu atmosferde, belli bir atom tarafından soğurulur Atom bu enerjiyi tutmaz, aynı frekanstayeniden salar Ne var ki, ışık genellikle geldiği yönde salınmadığından, gözlemciye göre, belirli frekanstaki ışınım «soğurulmuş Atomların kendilerine özgü çizgi tayfları oluşturmalarına karşılık, moleküller ya da atom grupları genellikle daha geniş şerit tayfları ortaya çıkarırlar Bu şeritler, oldukça düşük nitelikli tayf grafiklerinin elde edildiği tayfışıkölçümünde önemlidir

Tayf ölçümüyle kimyasal çözümleme:

Wheatstone, bir pil elektriği ile kıvılcım çıkaran bir bobin elektriğinin aynı olduğunu kanıtlamak için, bir tayfgörür kullandı İkişer parça bakır, çinko, kurşun ve kalay arasında oluşturduğu arkları, bir tayfgörürde inceleyip, tayfların yaklaşık bir çizelgesini yayınladı Dalga-boylarını ölçmesine olanak yoktu, ama yöntemin bir gün; metal çözümlemesinde kullanılacağını düşünüyordu Gerçekten, çağdaş tayf ölçümüyle kimyasal çözümlemenin temelini bu yöntem oluşturdu

Tayf görürlerden, ilk kez 1915-1935 yıllarında metalürji laboratuvarlarındayararlanıldıKullanılanilkyà ¶n temlerde tayfın fotoÄŸrafı çekiliyor, sonra levhalar, ya gözle ya da DENSÄ°TOMETRE gibi bir fotoÄŸraf ölçüm aygıtında inceleniyordu 1930 yıllarında tayfı bir fotojene inceleyip grafik çizen ya da bir göstergede sonucu veren tayfolçerler kullanılmaya baÅŸlandı
İkinci Dünya savaşı sırasında tayfölçümüyle kimyasal çözümleme, dünyanın her yanında alüminyum, magnezyum, bakır, kurşun ve çelik üreticilerinin kullandıkları başlıca nitelik denetimi yöntemi oldu Günümüzdeyse tayfölçer, beş dakika içinde bir örneğin bileşimini standart bir alaşımla karşılaştırmakta, bir bilgisayarla gerekli düzeltmeleri yapmakta ve bir liste halinde vermektedir

Bu yöntem kadar hızlı ve güvenilir olan bir başka tayfölçümüyle kimyasal çözümleme yöntemi demadencilikte ve nitelik denetiminde alaşımları incelemede kullanılan X ışını flüoresansıdır Bu yöntemde, X ışınlarıyla «aydınlatılan X ışınlarında ışınımın dalga halinde değil, tanecik olarak yayıldığını düşünmek daha doğrudur ve tanecikler, 'bir FOTOÇOĞALTICI TÜP'le sayılır Sonuçlar gene otomatik olarak bir liste halinde verilir
Maden aramacılığında, taşınabilir aygıtlar kullanılmaktadır Bunlarda güç kaynağı olarak yüksek gerilim üreteci yerine bir radyoaktif izotop bulunur

Mineral yüzeyine, makina üstündeki bir gözden izotopun ışını düşürülür Her uygulamada yalnızca bir element tanınıp çözümlenebilir; ama değişik filtrelerle, aynı araç birçok metal için kullanılabilir Bu yöntemin X ışınlı kimyasal çözümlemeden tek farkı, daha uzun dalgaboylu X ışınları yerine, GAMA IŞINLARI salan bir izotoptan yararlanmasıdır
Müze laboratuvârlarında da X ışını çözümlemesi, öteki yöntemlerin yerini almaktadır X ışını yöntemi nesnelere zarar vermediği için, çömlek üstlerindeki sırı, eski bir resmin boyalarını ya da ucuz bir metal üstüne değerli bir metalle yapılan kaplamayı incelemede kullanılabilir

Polis laboratuvârlarmda da bu yöntemle, en küçük örnekler bile değerlendirilebilir Sözgelimi, bir trafik kazası kurbanının giysileri üstündeki oto boyası, bu yolla incelenir
Tayfölçümüyle kimyasal çözümlemenin en önemli kullanım alanlarından biri de, bedendeki herhangi bir sıvı örneğinin, et ve sebzelerin, içtiğimiz sudaki ve soluduğumuz havadaki kirliliklerin incelenmesidir Bu yöntem sindirim sisteminde, kurşun ya da cıva gibi çok az miktarları bile tehlikeli olan maddelerin yolaçtığı zehirlenmelerin teşhisiyle gelişmeye başlamış, sonra kan serumunda ve öteki beden sıvılarında normal olarak bulunan maddelerin de incelenmesine olanak sağlamıştır Ama günümüzde,bu alanda tayfölçümüyle kimyasal çözümlemenin yerini, tayfışıkolçümü almıştır

Nükleer enerji endüstrisinin, uranyum filizinin arıtılmasından reaktörlerde kullanılan özel yüksek mukavemetli çeliklere kadar bütün aşamalarında, tayfölçümüyle kimyasal çözümlemeden yararlanılır Nükleer fizyon ürünleri ve öteki yan ürünler, çözümlemeyi yürüten kişinin herhangi bir zarar görmemesi için özel olarak havalandırılmış yerlerde, tayfölçerlsr kullanılarak denenir

Tayfışıkolçümü:

Birçok durumda, örneğin salma çizgilerini incelemek için, buharlaştırma gerekmez Bunun yerine, bir tayfışıkölçerle molekül soğurma bantları incelenir Bu, dalgaboyuna karşı bir soğurma grafiği verir Molekül soğurma bantlarının çoğu, tayfın kızılaltı bölgesinde bulunur; ama görünen ve morötesi tayfışıkölçerler de yaygın olarak kullanılmaktadır
İncelenen bantlar bir salma tayfının tayfsal çizgileri kadar kesin olmadığı için, bu yöntemde daha hızlı, ama pek kesin olmayan (benzer dalgaboyları arasındaki farklar bulunamaz) sonuçlar elde edilmektedir

Gökbilimde tayfölçümü:

Laboratuvarda gerçekleştirilmesi olanaksız haldeki maddelerden oluşan yıldızların ve bulutsuların incelenmesi, tayf kuramının geliştirilmesini sağlamıştır Tayf ölçümünün, GÖKFİZİGİ' ne en az teleskop kadar katkısı olmuştur Tayflar, kütlelerin kimyasal bileşimlerinden olduğu kadar, basınç, ısı, dönü ve magnetik elektrik alanlar ile hareket gibi koşullarından ötürü de değişiklikler gösterebilirler Uzak cisimlerden gelen ışığın, Dünya'nm oluşumundan önce yola çıktığı göz önüne alınırsa, çok uzak cisimlerin incelenmesiyle, evrenin kimyasal bileşimindeki değişiklikler konusunda bilgi edinilebileceği ortaya çıkar

Tayf Nedir?Tayf Çeşitleri



Bildiğimiz beyaz ışık demeti, prizma denen özel olarak biçimlendirilmiş bir cam parçasından geçirildiğinde gökkuşağının renklerine aynlır Bu yolla ortaya çıkan, farklı renklerden oluşmuş kuşağa tayf denir Görünür ışık tayfı, en uzun radyo dalgalann-dan en kısa dalga boylu gamma ışınlarına kadar uzanan elektromagnetik tayfın bütünü içinde çok küçük bir aralığı kapsar (bak İşinim)

Büyük İngiliz bilim adamı Sir Isaac Newton ışık tayfını inceleyen ilk kişidir Newton, karanlık bir odaya panjurundaki delikten giren güneş ışığı demetini prizmadan geçirip ekran üzerine düşürerek incelemişti (bak Newton Sir Isaac) işık saydam bir maddeden bir başka saydam ortama geçtiği zaman kınlır Kınlma miktan ışığın dalga boyuna bağlıdır Mor ışık en kısa dalga boylu görünür ışıktır ve en çok mor ışık kınlır; uzun dalga boylu kırmızı ışık ise en az kırılandır Bu yolla, gerçekte bütün renklerin bir kanşımı olan beyaz ışık bir prizmadan geçirilerek renklerine aynlabilir

Bu konuya ilişkin olarak IŞIK, RENKLER, YARISI MA VE KIRILMA maddelerinde daha aynntılı bilgi bulabilirsiniz Yalnızca bir üçgen prizma kullanılarak oluşturulan tayfta farklı renkler, birbiriyle örtüştüğü için tam olarak ayırt edilemez Tayfı doğru olarak inceleyebilmek için spektroskop ya da tayfgözler denen özel bir aygıt kullanılır Örtüşme etkisini azaltmak için, ışık spektroskopa çok dar bir yanktan sokulur Böylece elde edilen ince ışık demeti kolima-tör ya da yönlendirici denen yakınsak bir mercekten (bak Mercek) geçirilerek paralel bir demet haline dönüştürülür Paralel demet prizmadan geçer ve renkli ışınlara aynlır Bu ışınlan toplayan bir başka yakınsak mercek bunlan, ayrışeritler halinde ekrana düşecek biçimde odaklar

Spektroskopun hemen hemen aynı renkteki iki ışık ışınını ayırma yeteneğine ayırma gücü denir; ayırma gücü özellikle yank darlığına, Ayrıca merceklerin niteliğine bağlıdır Spektrografya da tayf çeker ise, ekran yerine bir fotoğraf levhasınırı kullanıldığı ve böylece tayfın fotoğraf kayıtlannın elde edildiği bir aygıttır Spektrofotometre-ler, bir tayftaki her dalga boyundan ışık ışınlannın şiddetini (yeğinliğini) ölçmeye yarayan aygıtlardır; kimyasal ve biyokimyasal çözümlemelerde bu tür aygıtlar çok kullanılır Farklı dalga boyu aralıklannın çözümlenmesi için özel spektroskoplar geliştirilmiştir ve bugün elektromagnetik tayfın tamamı incelenebilmektedir

İki Tür Tayf İki tür tayf vardır: Salma tayfı ve soğurma tayfı Akkor sıcaklığındaki bir ocak demiri gibi yoğun ısı nedeniyle ışıyan (akkor halindeki) bir cismin ürettiği tayf bir salma tayfıdır Akkor halindeki çoğu katı cisim, renk kuşak-lannın birbiri içine girdiği kesiksiz bir tayf salar Ama bir gaz, içinden elektrik akımı geçirilerek akkor hale getirildiğinde, iki ya da daha çok parlak çizgiden oluşan bir tayf salar Örneğin, sodyum buharı parlak iki san çizgi, potasyum buharı ise iki kırmızı ve iki mor çizgi verir Her element ya da katışkısız kimyasal maddenin kendine özgü bir salma tayfı vardır

1814'te Alman bilim adamı Joseph von Fraunhofer (1787-1826), güneş tayfını ekran yerine teleskop kullanarak gözlemledi Fraunhofer, güneş tayfındaki parlak renkleri düzenli aralıklarla kesen karanlık çizgiler bulunduğunu fark etti Ayrıca, bu karanlık çizgilerden bazılarının konumlarının, belirli elementlerin salma tayflarındaki parlak çizgilerin konumlarına tamamen uyduğunu da belirledi, ama bunun bir anlamı olabileceğini düşünmedi Fraunhofer çizgilerinin anlamını 1861'de başka iki Alman bilim adamı, Gustav Robert Kirchhoff (1824-87) ve Robert Wilhelm Bunsen (1811-99) açıkladı Güneş'in sıcak çekirdeğinden gelen beyaz ışık, pek çok elementin görece daha soğuk gazlarından oluşan renkküreden (kromosfer) geçer

Bu geçiş sırasında, renkküredeki her element beyaz ışıktan, akkor haldeyken saldığı rengi soğurur Böylece oluşan bu tür bir soğurma tayfındaki karanlık çizgiler belirli bir elementin salma tayfındaki parlak çizgilere karşılık düşer Kirchhoff ve Bunsen, güneş tayfını çeşitli elementlerin tayflarıyla karşılaştırarak Güneş'te hangi elementlerin bulunduğunu saptadılar Spektroskopi, maddelerin kimyasal bileşimlerini belirlemeye yarayan önemli bir yöntemdir Bu yöntemin uygulanabilmesi için katı ve sıvı maddeler bir elektrik arkının verdiği ısı yardımıyla buharlaştınlarak akkor hale getirilir (elektrik arkından yararlanma konusunda bak AYDINLATMA)

Astronomide yıldızların, kuyrukluyıldızların ve gezegenlerin bileşimlerini ve sıcaklıklarını araştırmak için spektroskopi tekniğinden yararlanılır Dahası, soğurma ya da salma tayflarında çizgilerin konumlanndaki bir kayma, bir yıldız ya da gökadanın Güneş sisteminden uzaklaşmakta mı yoksa bu sisteme yaklaşmakta mı olduğunu gösterir Bir yıldız ya da gökada uzaklaşıyorsa, "kırmızıya kayma" olur; yani, bir tayf çizgisi tayfın daha uzun dalga boylarının bulunduğu ucuna doğru yer değiştirir "Maviye kayma" ise yıldız ya da gökadanın yaklaştığını gösterir {bak DOPPLER ETKİSİ)