Fen ve teknoloji Atomun gelişimi

'Merak Ettiklerimiz' forumunda zamaneanne tarafından 22 Aralık 2011 tarihinde açılan konu


  1. evren ve onun yapı taşı olan atomlar Büyük Patlama anından hemen sonra Allah'ın yarattığı bu dengeler sayesinde yoktan var olmaya başlamıştır. Bilim adamları bu oluşum sırasında meydana gelen olayların mükemmel zamanlamalarını ve bu zamanlamalarda devrede olan fizik kurallarının düzenini anlamak için sayısız çalışmalar yapmışlardır.

    Eskilerin atomistik kavrayışıyla bugünkü arasında büyük fark vardır. Eskisi tamamiyle felsefîydi ve hiçbir deneye dayanmıyordu. Halbuki bir teorinin deneye ve gözleme dayanması lâzımdır. Bir teori mevcut vakâları tarif ve aralarındaki bağları tayin ettiği ve yeni vakâları önceden tahmin edebildiği takdirdedir ki ilmî bir mahiyet alır.

    Atomistik'in ilmî hüvviyetiyle ilimde yer alabilmesi, tereddütsüzce söylenebilir ki, kimyacılar sayesinde mümkün olmuştur. Bizim için modern atom teorisinin baş kurucusu, kimyanın ilerlemesinde büyük rolü olan JOHN DALTON (1808)'dur.
    Lavoisier tarafından modern kimyanın temelleri atıdıktan sonra Dalton, zamanında bilinen kimya kanunlarını (Dalton'un artan oranlar, GAY-LUSSAC'ın gazlar ve PROUST'un sabit oranlar kanunlarıdır) izah edebilmek için atom bilgisine kesin bir anlam vermiştir. «New System of Chemical Philosophy» adlı değerli eserinde atom teorisinin esaslarını izah etmiştir. Bu teorinin esası şöyledir: Bütün kimyasal elementler gayet ufak taneciklerden yani atomlardan kurulmuştur. Atomlar kimyasal reaksiyon-larda bölünmeksizin kalırlar. Bir elementin aynıdır ve hususiyle aynı kütleye maliktir. Halbuki çeşitli elementlerin atomları farklıdır. Kimyasal bileşikler, kendilerini kuran elementlerin atomlarından meydana gelmişler-dir. Bunların belli sayıda birleşmesinden moleküller meydana gelir. Bu şekilde ifade edilen atom hipotezi sabit oranlar kanununu pek iyi izah ediyordu.
    Dalton'un eseri daha sonra bir çok bilginler tarafından geliştirilerek devam ettirilmiştir. Yaklaşık bütün gazlara uygulanabilen Boyle-Mariotte ve Gay-Lussac kanunlarını izah edebilmek için AVOGADRO ( 1811) da, kendi adını taşıyan hipotezini ifade etmiştir. Bu hipoteze göre: «Aynı temperatur ve basınç şartlarında çeşitli gazların eşit hacimlerde daima eşit sayıda molekül bulunur. » Bu hipotezin, daha doğrusu bu kanunun önemine AMPÈRE tarafından da işaret edilmiştir.
    0°C da ve 760 mm cıva basıncında gaz halinde 22,4 litrede mevcut molekül sayısına Avogadro Sayısı adı verilmiş ve "N" harfiyle gösterilmiş-tir. O halde bütün saf cisimlerin birer molekül gramlarında daima Avogadro sayısı kadar molekül bulunduğu gibi basit cisimlerin birer atom gramlarında da Avogadro sayısı kadar atom vardır.
    Avogadro ve Ampère'in fikirleri atom teorisine ilmî bir mahiyet vermiş ve çok önemli olan Avogadro sayısı sabitinin bir yüzyıl sonra ölçülmesiyle de atomistik'in parlak bir gerçekleşmesi sağlanmıştır.
    Maddenin atom hipotezine dayanan ve bu teorinin lehine kaydedilen bu önemli neticeler, atomların mevcudiyetlerinin doğrudan doğruya denel bir gerçekleşmesini verememekteydi. Bu husustaki denemeler ise gayet yavaş olmuştur. Bunlardan ilki JEAN PERKIN (1909) tarafından yapılmış olup Avogadro sayısı için 6.10²³ e yakın bir değer bulunmuştur. Bulunan bu değerle, gazların kinetik teorisinden elde edilen değer arasındaki uyarlık, yalnız kinetik teorinin temel hipotezlerinin doğruluğunu değil, moleküllerin varlığının da parlak bir delilini vermiştir. Bilhassa şu son yarım yüzyıl içinde maddenin yapısına dair olan başka denemelerle teorik düşünceler atom ve moleküllerin gerçek birer varlık olduklarını hiçbir şüpheye yer bırakmayacak bir şekilde ispat etmiştir. Daha 1910 dan itibaren cisimlerin birer molekül gramlarında aynı sayıda molekülün bulunduğu birbirinden tamamıyla farklı çeşitli metodlarla meydana konulmuş ve bunlar hep aynı mertebeden değerler vermişlerdir.
    Bugün Avogadro sayısı için

    N = (6,02308 ± 0,00036) x 1023 (g mol)-1

    değeri kabul edilmektedir. Ekseriya 6,02 X 1023 değeri de alınır.

    Atomun Fiziksel yapısı

    Atomun yapısı hakkında ilk denel bilgi ERNEST RUTHERFORD tarafından, 1911 de, alfa partiküllerinin katı cisimlerden geçişleri sırasında uğradıkları sapmaların keşif ve izahı sayesinde mümkün olmuştur. Bu suretle bir atomun, merkezde atomun bütün kütlesini, gayet küçük ve pozitif elektrik yüklü bir çekirdekle bunun etrafında ve çekirdeğin yükünü nötralleştirecek sayıda elektronun dönmekte oldukları modeli verilmiştir. Eğer bir atomun çekirdeği dışındaki elektronların sayısı Z ise, bir elektronun yükü e olduğuna göre çekirdeğin pozitif yükü Z e dir. Bir atomun karakteristiği olan Z ye o atomun ait olduğu elementin atom numarası denmiştir. Daha 1869 da MENDELEYEFF, elementlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerindeki benzerlikleri göz önüne alarak elementlerin atom tartılarına göre sıralandıklarında, özelliklerinin periyodik bir tarzda tekrarlandığını görmüş ve bu gün de kendi adını taşıyan, elementlerin periyodik sistemini kurmuştur. Uzun zaman bu devriliğin mahiyeti anlaşılamamıştır. Fakat X ışınları spektrumu MOSELEY kanunu sayesinde (1913) elementlerin sıralanmalarının atom ağırlıklarına göre değil, atom ağırlıklarıyla beraber giden fakat onu her yerde takip etmeyen atom numarasına dayandığı denel olarak meydana konulmuştur. Bir elementin Z si aynı zamanda onun periyodik sistemdeki yer numarasıdır.
    Rutherford'un atom modeli bazı itirazlara uğramıştır. Gerçekten de bu atom modeli klâsik elektromangetik teorilere göre kararsızdır. Çünkü elektronların çekirdek etrafında dönmeleri lâzımdır, aksi taktirde pozitif olan çekirdek üzerine düşmeleri icap eder. Diğer taraftan, elektronlar döndükleri taktirde enerji kaybederler, bunun neticesi ise yörüngeleri gittikçe küçüleceğinden nihayet çekirdeğin üzerine düşmeleri lâzım gelecektir. Rutherford teorisini bu çıkmazdan NIELS BOHR kurtarmıştır (1913). Bohr, MAX PLANCK'ın 1900 de enrejinin süreksiz bir tarzda quantum şeklinde alınıp verildiğini ifade eden quantum teorisine dayanmak suretiyle Rutherford atom modelini bazı postulat'larla tamamlamıştır. Böylece Rutherford-Bohr atom modeli meydana gelmiştir.
    Bu atom modeliyle başta hidrojenin olmak üzere bazı elementlerin spekturumlarıyla Rydberg sabitinin menşei izah edilmekle beraber bir çok denel neticeler izah edilemediği gibi Bohr postulat'larının biraz sunî olduğu da meydana çıkmıştır. Bu model daha sonra SOMMERFELD atom modeli ile tamamlanmak istenmiştir. Bohr atom modelindeki elektronların dairesel yörüngeleri yanında eliptik yörüngelerin de bulunduğu düşünülmüştür. Gerek bu model ve gerekse elektronların hareketlerine izafiyet düzeltilme-sini de ilâve etmekle beraber spekturumların tam izahı mümkün olamamıştır.
    GOUDSMIT ve UHLENBECK, 1924 de, elektronun çekirdek etrafındaki hareketinden başka kendi etrafında da döndüğü (spin) hipotezini ortaya atmışlardır. Bu hipotez çok verimli neticeler sağlamış ve tayfların tam olarak izahı da mümkün olmuştur.
    PAULI, 1925 de, kendi adını taşıyan exclusion prensibi sayesinde bir atomun çekirdek dışı elektronlarının dağılımının aritmetiğini ve elementle-rin periyodik sisteminin anahtarını vermiştir.
    Bu gün bir atomun çekirdek dışı hakkındaki bilgilerimiz bilhassa dalga ve quanta mekanikleri sayesinde tamdır. Atomun kabuğunu ilgilendi-ren bütün özelliklerin izahı mümkündür. Dalga mekaniği, ışığın mahiyeti hakkında uzun zamandır mevcut olan dalga ve korpüsküler paradoksal hale son vermek için 1923 de LOUIS DE BROGLIE tarafından kurulmuş ve bilhassa SCHRÖDINGER tarafından geliştirilmiştir. Quanta mekaniği ise HISENBERG tarafından kurulmuş ve BORN, JORDAN, DIRAC tarafından geliştirilmiştir.
    Dalga mekaniğinde, harekette bulunan bir taneciğe bir faz dalgasının refakat ettiği kabul edilir. Bu netice hızlandırılmış elektronları muhtelif billûrlar üzerine göndermek suretiyle önce DAWISSON ve GERMER ; sonra G.P. THOMSON ve daha sonra da PONTE tarafından denel olarak ispat edilmiştir.
    Atomun yapısı hakkındaki bilgilerimizin gelişmesi üzerine KOSSEL (1910), LEWIS-LANGMUIR ve başkalarının çalışmaları sayesinde «valans (değerlik)» kavramı izah şeklini bulmuş ve bu sayede bilhassa organik kimyanın büyük gelişmesi sağlanmıştır.

    Periyodik sistem, Bohr'un 1913'te başlattığı atomların elektron yapıları ve tayfın kuvantum kuramı üzerindeki çalışmalarla açıklığa kavuştu.