İÇİNDEKİLER

1. İÇİNDEKİLER Atom ve Yapısı Atom Teorileri Isı, Işık ve Ses Madde midir? Madde ve Özellikleri Atom

2. Hava, su, dağlar, hayvanlar, bitkiler, vücudumuz kısacası en ağırından en hafifine kadar gördüğümüz, dokunduğumuz, hissettiğimiz her şey atomdan meydana gelmiştir. Elinizde tutuğunuz kitabın her bir sayfası milyarlarca atomdan oluşur. Atomlar öyle küçük parçalardır ki, en güçlü mikroskopla dahi bir tanesini görmek mümkün değildir. Bir atomun çapı ancak milimetrenin milyonda biri kadardır. Bu küçüklüğü bir insanın gözünde canlandırması pek mümkün değildir. O yüzden bunu bir örnekle açıklamaya çalışalım: ATOM VE YAPISI

3. Elinizde bir anahtar olduğunu düşünün. Kuş- kusuz bu anahtarın içindeki atomları görebilmemiz mümkün değildir. Atomları mutlaka görmek istiyorum diyorsanız, elinizdeki anahtarı dünyanın boyutlarına getirmemiz gerekecektir. Elinizdeki anahtar dünya boyutunda büyürse, işte o zaman anahtarın içindeki her bir atom bir kiraz büyüklüğüne ulaşır ve sizde onları görebilirsiniz. Yine bu küçüklüğü kavraya bilmek ve her şeyin nasıl atomlarla dolu olabildiğini görebilmek için bir örnek daha verelim:

4. Bir tuz tanesinin tüm atomlarını saymak istediğimizi düşünelim. Saniyede bir milyar (1.000.000.000) tane sayacak kadar eli çabuk olduğunu da var sayalım. Bu dikkate değer beceriye karsın bu ufacık tuz tanesi içindeki atom sayısını tam olarak tesbit edebilmek için beş yüz yıldan fazla zamana ihtiyacımız olacaktır. Peki, bu kadar küçük bir yapının içinde ne vardır? Bu derece küçük olmasına rağmen atomun içinde evrende gördüğümüz sistemle kıyaslayabileceğimiz derecede kusursuz bir sistem bulunmaktadır. Her atom, bir çekirdek ve çekirdeğin çok uzağındaki yörüngelerde dönüp-dolaşan elektronlardan oluşmuştur. Çekirdeğin içinde ise proton ve nötron ismi verilen başka parçacıklar vardır.

5. Kimyasal birleşmenin yukarıdaki iki yasasından yararlanan John Dalton 1803 - 1808 tarihleri arasında bir atom kuramı geliştirdi. Dalton Kütlenin Korunumu Yasası ve Sabit Oranlar Yasasından yola çıkarak maddeyi oluşturan ve onun bütün özelliklerini gösteren çok küçük parçacıkların olduğu yorumunu yaparak Katlı Oranlar Kanunu’nu ortaya atmıştır: =ATOM TEORİLERİ=DALTON ATOM MODELİ

6. Katlı Oranlar Kanunu, iki element birden fazla bileşik oluşturuyorsa, birinin belli birmiktarına karşılık, diğerinin değişken miktarları arasında küçük ve tam sayılarla ifade edilen bir oran vardır, şeklinde tanımlanabilir. • Katlı Oranlar Kanunu, kimyasal elementlerin atom adı verilen parçalanamaz parçacıklardan oluştuğunu ve her elementin atomlarının kütlesinin aynı olduğunu gösterir.

7. Dalton’a göre: 1) Bir elementin bütün atomları şekil, büyüklük ve kütle yönüyle aynıdır. 2) Atomlar içi dolu küreciklerdir. 3) Bilinen en küçük parçacık atomdur. 4) Atomlar parçalanamaz, yeniden oluşturulamaz. 5) Atomlar belirli oranlarda birleşerek molekülleri meydana getirir. Elementin bütün atomları aynı olduğu gibi bir bileşiğin de bütün atomları aynıdır. Dalton teorisinde pek çok yanlışlık ve eksiklik olmasına rağmen çok önemlidir. Kendisinden sonra gelen bilim adamlarına bir kapı aralamış, fikir ortaya atarak tartışılmasını sağlamıştır. Böylece daha doğruya ulaşma imkanı sağlamıştır.

8. Dalton Atom Teorisindeki Eksiklik ve Hatalar: 1. Bir elementin bütün atomları aynı değildir. O dönemde nötron tanecikleri tespit edilemediği için izotop atomların farkına varılamadı. Bir elemente ait bütün atomların proton ve elektron sayısı aynı olmak zorundadır. Nötron sayısı farklı olsa da aynı elemente aittir, fakat farklı atomdur. 2. Atomların içi dolu değildir. Aksine boşluklu yapıya sahiptir. 3. Bilinen en küçük parçacık atom değildir. Günümüzde atom çekirdeğini oluşturan 70 çeşit parçacığın var olduğu ve bunların bilinen 50 hareketinin olduğu ifade edilmektedir. 4. Bir elementin bütün atomları aynı olmadığı gibi bir bileşiğin bütün molekülleri de aynı değildir.

9. Havası alınmış tüplerin iki ucuna yerleştirilen elektrotlara (katot ve anot) yüksek gerilim uygulandığında katottan anoda doğru ışınların yayıldığını ve bu ışınların manyetik alanda da pozitif kutbun etkisiyle sapmaya uğradığını tespit etmiştir. Katot ışınları adı verilen bu ışınlar negatif elektrikle yüklüydü. Thomson, bu ışınların sapmalarından yararlanarak yük/kütle oranlarını hesapladı. Bu oran, iyonların ölçülen yük/kütle oranlarına göre çok büyüktü. Bu sonuca göre katot ışını birimleri negatif yüklü, çok küçük kütleli atom içi parçacıklardı. Atomda negatif (-) yüklü parçacıklar olduğuna göre pozitif (+) yüklü parçacıklarda, yani protonlarda olmalıydı. THOMSON ATOM MODELİ

10. Bu tespitlerden sonra Thomson atomda (+) ve (-) yüklü parçacıkların var olduğunu ve bunların atomda rasgele dağıldığını ifade etmiştir. Rasgele dağılmayı da üzümlü kek örneğiyle izah etmiştir. Thomson atom teorisine göre: 1. Atom protonlardan oluşmuş küre şeklindedir. Protonlar (+1) birim yüke, elektronlar ise (-1) birim yüke sahiptir. 2. Elektronlar atomun içinde homojen olarak dağılmıştır.

11. 3.Nötr atomda proton sayısı kadar elektron bulunmaktadır. 4. Elektronların kütlesi protonların kütlesinden çok küçüktür. Bu nedenle ihmal edilebilir. 5. Protonlar ve elektronlar atomda rasgele dağılmıştır.

12. Rutherford çok ince (10-6 cm) altın levhaya alfa (α) tanecikleri (Helyum çekirdeği) göndermiştir. Bu taneciklerin çok az bir kısmı aynen yansırken bazıları belli açılarla yansımış fakat büyük bir bölümü aynen geçmiştir. Yapılan deney sonucuna göre : 1. Atomdaki pozitif(+) yükler çekirdek denen çok küçük bir bölgededir. 2. Alfa (α) taneciklerinin sapmasına yol açan yoğun kesim çekirdekte toplanmıştır. RUTHERFORD ATOM TEORİSİ

13. 3. Çekirdekteki yük miktarı, bir elementin bütün atomları için aynı, farklı atomları için farklıdır. 4. Elektronlar çekirdekten oldukça uzakta yer alırlar. Elektronların bulunduğu hacim, çekirdeğin bulunduğu hacimden çok büyüktür. Atomun büyük bir kısmı boşluklu yapıya sahiptir.

14. Bhor yaptığı çalışmalarda Rutherford atom modeline göre, elektronların çekirdek etrafında dönmeleri ile enerji yaymaları sonucunda enerjilerinin azalacağını ve çekirdek üzerine düşeceklerini hesapladı, fakat böyle bir elektron düşmesi gerçekleşmediği için Rutherford atom teorisinin bazı yanlışlıklarının olması gerektiğini fark etti ve bu teoriye bazı eklemeler yaptığı yeni bir atom modeli ortaya attı. BOHR ATOM MODELİ

15. Rutherford, elektronların çekirdekten oldukça uzakta yer aldığını ifade etmişti. Bohr da elektronların ne kadar uzakta yer aldıklarını, çekirdek etrafındaki hareketlerini ve enerjilerini incelemiştir. Araştırmaları 1H, 2He ve 3Li+ gibi küçük atom ve iyonlar üzerinde olmuştur. Elde ettiği sonuçlar küçük atomlar için doğru iken büyük atomlar için hatalı olmuştur.

16. Borh ATOM Teorisine Göre: 1. Elektronlar çekirdek çevresinde rasgele dairesel bir yörüngede değil, çekirdekten oldukça uzakta sabit bir enerjiye sahip dairesel yörüngelerde hareket ederler. 2. Elektronlar çekirdek etrafında sabit enerjili dairesel yörüngelerde (orbitallerde) hareket ederler. Bu yörüngelere Enerji Seviyesi adı verilir. 3. Bohr atom kuramına göre, hidrojen atomunun 1 elektronu en düşük enerji düzeyi olan n=1 de bulunur. Buna Temel hâl denir. Elektron temel hâlden uzaklaştırılırken n=2, n=3, n=4 hâllerinden birine getirilirse uyarılmış olur. Uyarılmış hâlde elektronun enerjisi daha fazla olur. Daha az enerjili (uyarılmış) duruma göre kararsızdır.

17. Elektrona verilen enerji kaldırıldığında düşük enerjili uyarılmamış (kararlı duruma) hâle geçer. Bu sırada iki enerji seviyesi farkı kadar ışın yayınlar. Elektronlar yüksek enerji düzeyinden düşük enerji düzeyine geçerken enerji yayarlar. Düşük enerji düzeyinden yüksek enerji düzeyine geçerken de enerji alırlar. NOT: Bir atomun elektronları dışardan enerji alarak yüksek enerji düzeyine yükselirse bu atoma "uyarılmış atom“ denir. Bu olaya uyarılma denir.

18. Uyarılmış atom yüksek enerji düzeyinden düşük enerji düzeyine geçtiğinde iki enerji düzeyi arasındaki enerji farkına eşit bir ışık (foton) yayınlar. Bu yayınlanan ışınlar her element için karakteristik özellik gösterir. Yayınlanan ışının şiddetine göre cisimlerin bazılarını mikroskop bazılarını ise gözümüzle gözlemleyebiliriz. Gözümüz yayınlanan bu ışınların sadece dalga boyu(λ ) 7.10−5 cm olan kırmızı ışık ile 4,5.10−5 cm olan mor ışık arasındaki kısmı görür. Daha kısa dalga boylu ışımaları duyu organlarımızla algılayamayız. 4. Çekirdekten uzaklaştıkça elektronun enerjisi de artar. Elektronlar, bulundukları enerji seviyesinin enerjisine sahiptir. Enerji seviyeleri atom çekirdeğine yakınlığına göre n = 1, 2, 3, 4, 5, 6 gibi tamsayılarla veya K, L, M, N, O, P, Q gibi harflerle ifade edilirler.

19. Isı, ışık, ses madde midir? Isı, maddeyi oluşturan atom veya molekül gibi parçacıkların ortalama kinetik enerjilerinde bağıl bir enerji türü olup, madde değildir. Nasıl ki hareket halindeki bir topun kinetik enerjisi, topun madde yapısından bağımsız bir unsur ise, ısı da öyle... Işık, parçacık davranışı foton adıyla etiketlenen ve durağan kütlesi sıfır olan elektromanyetik dalgalar tarafından taşınan enerji biçimi olup, keza madde değildir. Nasıl ki, elektrik ve manyetik alanlar madde parçacıklarından oluşmuyorsa, ışık da öyle... Ses, hava veya bir başka gazın moleküllerininin, ortalama kinetik enerjilerindeki ve buna paralel olarak basıncındaki değişimlerin dalgalanmalarından oluşur.

20. Nasıl ki, birim yüzey alanı başına kuvveti temsil eden basınç, madde olmayıp, maddeyi oluşturan parçacıkların yol açtığı bir etki ise, ses de öyle... Maddenin En Küçük Yapıtaşı Atom mu? Atom nedir? "Maddenin en küçük yapıtaşı! Peki, "madde" nedir? Elle tutup gözle gördüğümüz her şey! Aslında, doğru olmasına doğru bu yanıtların hepsi ama biraz eksik... Örneğin ben bir maddeyim; yani benim de en küçük yapıtaşım atomlar. Yani atom denen minik "yaratıklar"dan oluştum. Aynı şekilde yediğimiz elma, oturduğumuz sandalye, yazı yazdığımız kalem ve hatta onun mürekkebi, içtiğimiz su, soluduğumuz hava... Bunların hepsi madde ve hepsi de atomlardan oluşmuş. Peki, nedir bu atom? Etrafımızda gördüğümüz tüm maddelerden sorumlu bu "minik" nesneler neye benzer? Her şeyden önemlisi, acaba onların da yapıtaşları var mı?

21. Aslına bakarsanız, bu sorular yüzyıllar öncesinden de sorulmuş. Hatta "atom" sözcüğünün ilk ortaya çıkışı İ.Ö. 460 yılına kadar uzanıyor. O dönemde yaşamış Demokritus adlı bir filozof, bir elmayı örnek vererek atomu ve anlamını açıklamış: Bir elma alın ve onu ikiye bölün. Sonra bu yarım elmalardan birini tekrar ikiye bölün ve böylece sürdürün... Demokritus'a göre, bu şekilde yarım parçaları bölmeye devam ederseniz, sonunda öyle bir an gelecek ki, artık bölemeyeceğiniz kadar küçük bir parça elde edeceksiniz (ama bıçağınız kesemediği için değil, bölmek mümkün olmadığı için!). İşte, bölünmesi olanaksız bu parçaya Demokritus Yunanca'da 'bölünemez" anlamına gelen "atomos" adını vermiş.

22. Demokritus, bu kavramı ortaya atmış atmasına ama bunu o dönemin diğer bilim adamlarına inandıramamış. Özellikle de dönemin en büyük filozofu Aristo'ya. Zaten Aristo reddedince, bir bildiği vardır diye diğerleri de inanmamış. Hatta Demokritus öldükten yüzyıllar sonra bile kimse atomdan bahsetmemiş. Ta ki, 2000 yıl kadar sonraya, yani 1800'li yılların başına kadar. Bilim adamları maddenin doğasını anlamaya yönelik çalışmaları sırasında ister istemez bu minik parçacıklarla karşılaşmışlar. İngiliz bilim adamı Dalton, deneyleri sırasında, maddeyi oluşturan ama yapısını tanımlayamadığı bu temel öğelere ilişkin ilk kanıtları elde etmiş. Ondan sonra da keşifler ardı sıra devam etmiş.

23. Atomun varlığı kanıtlandıktan sonra da, yapısını anlamaya yönelik bir çok kuram ortaya atılmış. Bunlardan ilki J.J. Thomson adlı bir İngiliz fizikçi'den geliyor. Thomson, 1897 yılında atomun bir parçası olan eksi yüklü elektronları keşfetmiş. Thomson'a göre atomun içinde eksi yüklü elektronları dengeleyecek artı yüklü parça- cıklar olması gerekiyordu. Thomson, atomu bir "üzümlü kek"e benzetmişti: Üzümler ek- si yüklü elektronlar, kekin diğer kısımlar ise artı yüklü madde. Bundan daha doğru bir modeli, 1911 yılında atomun içinde artı yüklü bir çekirdeğin olması gerektiğini keşfeden Ernest Rutherford geliştirmiş. Rutherford'un atom modeli, Güneş Sistemi'mizin yapısına benziyor.

24. Ortada Güneş, yani artı yüklü çekirdek ve çevresinde dolanan gezegenler, yani eksi yüklü elektronlar. Rutherford'un bu modeline göre çekirdek atomun çok küçük bir parçası: Örneğin atomun boyutunu Dünya kadar büyütsek bile içindeki çekirdek en fazla bir futbol stadyumu kadar kalıyordu. Rutherford daha da önemli bir adım atarak, çekirdek içinde artı yüklü parçacıkları yani protonları keşfetmiş ve protonların elektronlardan 1836 kez daha ağır olduğunu bulmuş.

25. Fakat bu model de bazı kuramsal sorunlar çıkarmış. 1912 yılında Danimarkalı fizikçi Niels Bohr, bu kuramsal sorunları çözecek bir model oluşturmuş. Bohr'un atom modelinde, yine ortada artı yüklü bir çekirdek, fakat sadece belli yörüngelerde dolanabilen eksi yüklü elektronlar var. Bundan sonraki gelişmeler, Bohr'un atom modelini düzeltmeye yönelik. Bu gelişmelerden biri, çekirdekte artı yüklü proton dışında, yüksüz "nötron" adı verilen parçacıkların da olduğu. Nötronları da 1932 yılında, James Chadwick, kendisinin yaptığı derme çatma bir detektörle keşfetmiş.

26. Atomun tam bir modelini oluşturmadaki en önemli yöntem, Kuantum Mekaniği adı verilen fizik dalının gelişmesiyle oldu. Bugünkü bilgilerimizin tamamı bu fizik dalının gelişmesiyle elde edildi. Artık bugün atom ve yapısı hakkında epeyce bilgiye sahibiz. Kuantum kuramına göre, atom, artı yüklü bir çekirdek ve etrafında dalga gibi de hareket edebilen elektronların bulutundan oluşan minik bir "nesne"...

27. Atomdan Öte Köy Var Mı? Aslında, atomlar her ne kadar maddenin yapıtaşları olarak tanımlansa da, gördüğümüz gibi onların da daha küçük yapıtaşları var. Demokritus'un elma örneğinde bir bıçak değil de, günümüzün modern mikroskoplarını kullandığımızı  düşünelim. Tabii ki, elmayı keserek değil, büyüterek yapabiliriz bunu. Elmanın bir parçasının görüntüsünü mikroskop altında büyütelim. Önce elmanın detaylarına, daha büyütmeye devam edersek molekül adını verdiğimiz atom gruplarına ulaşırız. Moleküller, iki ya da daha fazla atomun "kimyasal bağ" adı verilen işlemle biraraya gelmesi sonucu oluşur.

28. İşte, madde dediğimiz nesnelerin katı (elma gibi), sıvı (su gibi) veya gaz (hava gibi) olmasını sağlayan şey, bu moleküllerin biraraya geliş biçimi. Moleküller birbirleriyle çok sıkı sıkıya bağlanmış ve yerlerinden kıpırdayamıyorlarsa madde katı halde; atomlar,  kopmamak şartıyla birbirleri etrafında hareket edebiliyorlarsa sıvı halde; atomların oluşturduğu moleküller serbestçe hareket edebiliyorlarsa gaz halinde oluyor.

29. Demek ki, biraz daha büyütürsek atomlara ulaşacağız. Tanımımız gereği, atomlar madde değil. Çünkü madde olabilmesi için en azından katı, sıvı veya gaz halinde olabilmeli. Fakat bu hallerden birisi için kimyasal bir bağa, yani en az iki atoma gereksinim var. Dolayısıyla tek başına bir atom ne katı, ne sıvı, ne de gaz yani ne de madde. Ancak bir araya gelirlerse madde oluşturuyorlar. Bu anlamıyla maddenin yapıtaşı!

30. Atomu, mikroskobumuzda büyütmeye devam ettiğimizde (aslında bunu yapabilecek mikroskoplar yok, fakat bilim adamları başka işlemlerle bunu yapabiliyorlar. Biz yine de yapabildiğimizi varsayalım) başta da söylediğimiz gibi, Güneş Sistemi'ne benzer bir yapıyla karşılaşıyoruz. Ortada bir çekirdek ve etrafında dolanan elektronlar. Elektron bulutundan geçip içeri dalıyoruz ve merkezde yer alan çekirdeği görüyoruz

31. Uzayda yer kaplayan ve duyularla algılanabilen nesne. Maddelerin temel yapı taşı atomlardır. Bütün maddeler bazı ortak özellikler taşır. Örneğin her madde, uzayda bir yer kaplar; buna hacim denir. Yine her madde etki alanı sonsuz olan bir kütle çekimi etkisi yaratır. Bu etkiyle öteki maddeleri kendisine çeker. Bu çekim etkisinin büyüklüğü, maddenin kütlesiyle doğru orantılıdır. Büyük kütleli maddelerin kütle çekim etkisi büyük olur. Bunun yanında bütün maddeler bir “eylemsizlik” barındırır. Bir başka deyişle mevcut konumunu (durma hâlini ya da hareketini) koruma eğilimindedir. Bu eylemsizliğin büyüklüğü de yine maddenin kütlesiyle orantılıdır. Büyük kütleli maddeleri durur konumlarından harekete geçirmek ya da hareketlerini değiştirmek daha zordur. MADDE VE ÖZELLİKLERİ

32. Albert Einstein’ın geliştirdiği özel görelilik kuramına göre madde ve enerji birbirlerine dönüşebilir. Örneğin bir atom bombası patladığında ya da nükleer elektrik santrallerinde radyoaktif maddelerin tepkimeye girmesi sırasında madde enerjiye dönüşür.

33. Maddelerin bir başka maddeye dönüşmeksizin gözlenebilen ve ölçülebilen kimi fiziksel özellikleri vardır. Bunlar; renk, koku, tat, çözünürlük, sertlik, hacim, kütle, ısı ve elektrik iletkenliği, özkütle, genleşme, esneklik, erime noktası ve kaynama noktası gibi özelliklerdir. Bunların yanında maddelerin bir de kimyasal özellikleri bulunur. Maddelerin başka maddelerle kimyasal tepkimeye girip yeni maddeler oluşturma kapasitesi ya da yanıcılığı gibi özellikler kimyasal özelliklerdendir. Ayrıca maddelerin radyoaktif özellikleri de vardır; kimi maddeler kendiliğinden ışın yayar. Bu tür maddelere radyoaktif maddeler denir.

34. Madde, katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç hâlde bulunur. Bütün bu haller birbirinden farklı özellikler taşır. Bunlardan katı maddeler (tahta, taş, demir gibi) elle tutulabilen, belirli bir biçimi, hacmi ve görünüşü olan maddelerdir. Katı maddeyi oluşturan atom ve moleküller birbirine çok yakındır. Aralarındaki boşluklar çok azdır. Atom ve moleküller arasında bir düzenlilik vardır. Sıvı maddeler (su, zeytinyağı, alkol gibi) akışkan, bulundukları kabın şeklini alan maddelerdir. Sıvı hâlde atom ya da moleküller katılardan daha düzensiz olup, tanecikler arası boşluklar katılardan daha fazladır. Gazlar belirli bir hacmi ve biçimi olmayan maddelerdir; tıpkı sıvılar gibi bulundukları kabın biçimini ve hacmini alır. MADDENİN HALLERİ

35. Gaz hali, maddeyi oluşturan atom ya da moleküllerin arasındaki boşlukların çok olduğu hâldir. Gaz tanecikleri tümüyle düzensiz olarak hareket eder. Akciğerlere çekilen hava akciğerlerin, otomobil lâstiğinin içindeki hava da lâstiğin biçimini alır. İstenildiğinde ortam şartları elverişli hâle getirilerek maddeler bir hâlden diğerine dönüştürülebilir.