Atomun Tarihçesi
ATOMUN TARİHÇESİ
Antikitede ve Ortaçağda Madde Anlamı ve Atom teorisi
İnsanoğlu en eski çağlardan itibaren maddenin menşeini ve mahiyetini izah etmeğe çalışmıştır . Eskilerde kâinattaki her şeyin bir tek ana maddeden ( prensipten ) geldiği fikri vardı . Bu sebeple eskilerin ve bu arada bilhassa eski Yunan filozoflarının başlıca çalışmalarını kâinatın sonsuz karışıklığını az sayıda ana maddeye irca etmek teşkil eder . Eski Yunan ve Avrupa felsefesinin babası olup Yunan Ege Okulunun kurucusu olan Milet'li THALES ( M . Ö . 640-546 ) , her şeyin sudan geldiğini farzediyordu . Şüphesiz Thales'e göre mevcut olan şey , sis , su ve toprak şekillerini alabilmelidir . Thales ana madde olarak suyu almakla , akıcılık özelliğinde kâinatın esas vasfını düşünmüş ve bu vasfın mütemadi şekilde değişmesiyle de maddenin gaz , likid ve solid gibi üç ayrı fiziksel halinin meydana gelebileceğini ifade etmek istemiştir . Milet Okulundan ve Thales'in talebesi ANAXIMANDROS'a göre her şeyin menşei olan ana madde müşahhas bir şey olarak düşünülmemelidir; onun bir tek vasfı vardır ki o da sonsuz ve sınırsız oluşudur . Anaximandros'un bu düşüncesi asrımıza kadar fizikte yer almış bulunan uydurma «esîr» mefhumunun ilk tezahürüdür . Anaximandros'un memleketlisi ve talebesi ANAXIMENES ( M . Ö . 585-525 tahminen ) için bu ana madde hava , Ege Okulundan Efesli HERACLITUS ( M . Ö . 490-430 ) için ise ateştir . Sonradan bir tek ana madde ile bir çok şeyin imkansızlığı karşısında bu tek prensip yerine dualist sistem ikame edilmiştir . Bu sisteme göre , her şey iyilikle kötülük , sevgi ile nefret gibi birbirine zıt iki prensibin karşılıklı birleşmesiyle meydana gelir . Şüphesiz bu da yeter olmayınca Sicilyalı EMPEDOCLES ( M . Ö . 490-430 ) Ege Okulunun tek ana maddesi yerine dört madde düşünür: toprak , su , hava , ateş ve bunların yanında iki semevî kuvvet olan sevgi ve nefret her şeyin temelini teşkil eder . Sevgi unsurları birleştirir; nefret ise bunları birbirinden ayırır . İleride görüleceği gibi , Empedocles'in bu fikirleri Aristo tarafından da benimsenmiş ve hakikattan uzak olmakla beraber Ortaçağda mühim rol oynamıştır .
Menşei bu şekilde tasavvur edilen maddenin tanecikli bir yapıda olduğu fikri ise en eski bilgilerimizdendir . Filhakika Milâttan önce 1100 yılında Sayda filozoflarının , maddenin bölünemez gayet küçük parçacıklardan kurulmuş olduklarını düşündükleri hakkında işaretler vardır . Yine Milâttan 500 yıl önce Hintli filozof KANADA , maddenin her yönde daimî surette harekette bulunan pek küçük taneciklerden kurulduğunu ve bunların basit olduğunu , zira maddenin sonsuz bir şekilde bölünemiyeceğini ortaya atmıştır .
Yunan atom teorisi Miletli LEUCIPPUS ( M . Ö . 430 tahminen ) ve bilhassa talebesi DEMOCRITUS ( M . Ö . 470-400 tahminen ) tarafından kurulmuş , Sisamlı EPICURUS ( M . Ö . 306 ) ve antikitenin en dikkate değer materyalist sistemiyle De Natura Rerum'un ( eşyanın mahiyeti hakkında ) müellifi Lâtin şair ve fizikçisi LUCRETIUS ( M . Ö . 90-95 ) tarafından devam ettirilmiştir . Bunlara göre madde ancak bir merhaleye kadar bölünebilir . Artık bölünmesi mümkün olmayan son bölünme kısmına da Epikurus , Yunancada bölünemez anlamına gelen Atomos'dan Atom adını vermiştir . Atomlar sert ve doludurlar . Bir cisim bunların birleşmesi ile vücut bulur , ayrılmasa ile de mahvolur . Atomlar hareketlidirler ve çarpışmaları neticesinde ısı meydana gelir . Atomların birbirleriyle birleşme tarzından cisimlerin gaz , likid ve solid halleri meydana gelir .
ARISTO ( M . Ö . 384-321 ) , tabiat hakkındaki sezgisel bilgisi pek derin bir dâhi olmakla beraber maddenin hakikî mahiyetini kavrayamamıştır . Onun fikrince hakikatte madde yoktur . Eşyayı ancak özellikleriyle tanıyabildiğimize ve bunlarla farklılandırabildiğimize göre , ancak bu özellikler prensip yahut element olarak düşünülebilir . Yani elementler ayrı ayrı özelliklerden ibarettir . Aristo her şeye uygun gelen özellikler araştır-mış ve bunların sıcak ve soğuk , kuru ve yaşta bulunduğunu sanmıştır . Bunlar ikişer ikişer birleştirildiklerinde altı çift elde edilir . Fakat bunlardan soğukla sıcak ve kuruyla yaş birbirinin zıttı olduğu için yok edilir ve neticede dört tane kalır . Soğuk ve yaş suyu ( likid olan şey ) , soğuk ve kuru toprağı ( solid olan şey ) , yaş ve sıcak havayı ( gaz olan şey ) , kuru ve sıcak ateşi ( yanan şey ) teşkil eder . İşte ortaçağda pek büyük bir rol oynamış olan Aristo'nun dört element teorisinin menşei budur . Şüphesiz bunlar bugünkü manâda birer element değildirler . Zira bugünkü manâda bir element , başka cisimlerin birleşiminde bulunan cisimlerdir . Aristo'nun elementleri ise , muayyen ve temel özellikleri gösteriyordu . Böyle bir felsefe yardımıyla herhangi bir olayın sayı ile ve ölçü ile ifadesi mümkün değildi .
Ortaçağda ( 476-1453 ) Şark simyacıları Aristo'nun dört elementine cıva , kükürt ve tuz gibi üç element daha ilâve ederler . Yalnız bunlarla bugün aynı adı taşıyan cisimler arasında hiçbir münasebet yoktur . Bunlar cisimlerde az çok bulunurlar . Kükürt , cisme ateşte bozulabilme ile rengini ; cıva , metalik manzara ile eriyebilmeyi ; tuz da , lezzeti ve çözünebilmeyi verir .
Ortaçağ , ortaya atılan bu saçma teorilerden dolayı ilim tarihinde karanlık bir devre olarak yer almıştır .
İlmi bütün bunlardan ilk defa kurtaran ve kimyasal elementin modern mânasını ilme sokan ROBERT BOYLE ( 1626-1691 ) olmuştur . Boyle denel temelden yoksun bir hipotezi kabul etmeyi kesin olarak reddetmiştir . Boyle , madde kavramıyla düşünen bir bilgindir . Ona göre elementleri özellik olarak değil madde olarak almak lâzımdır . Element demek , sadece daha basit maddelere ayrılamayan madde demektir . Öteki cisimler bunların bileşikleridir . Bu bakımdan Boyle'a ilk kimyacı gözüyle bakılabilir . Boyle bir atomistikçidir . Fakat henüz kantıtatif kimya çağına girilmemiş olduğundan bir çok düşünceleri felsefî mahiyette kalmıştır . Bununla beraber , Boyle'un araştırmaları tesadüfün mahsulü şeyler değildir . The Sceptical Chemist adlı eserinden de anlaşıldığı gibi , bunlar düşünülmüş ve muhakeme edilmiş işlerdir .
Boyle sayesinde neticeye epeyce yaklaşılmış iken XVIII . Yüzyıl kimyacıları , mevcut vakâları hiç düşünmeden ve üstelik bunlarla çelişme halinde olmasına rağmen eski Yunandan kalma bir zihniyet mirasıyla genel fikirler başvurmuşlardır . XVIII . Yüzyıl STHAL'ın flogiston devridir . Bu teoriye göre , her yanıcı cisim , biri yanıcı olmayan sabit bir madde ile ( kül , toprak ) öteki yanıcı bir prensip yani flogiston yahut flogistikten ibarettir . Flogiston maddî birleşim bakımından çok yanlıştır ; bizi element ve birle-şik cisim hakkında yanlış düşüncelere götürür . Meselâ metaller birleşik , oksitler ise basit cisimlerdir . Üç çeyrek yüzyıl zarfında kimyaya hâkim olan bu teori , element mefhumunun gelişmesine hiç de müsait değildi ; zira maddenin temel özelliği olan kütleyi hiç göz önüne almıyordu .
Yeni kimyanın kurucusu büyük âlim LAVOISIER ile kantitatif kimya çağı doğmuş ve flogiston teorisi ortadan kalkmıştır . Lavoisier ile madde gerçek manâsını almış ve elementin kantitatif tarifi verilmiştir . Lavoisier için element , eldeki vasıtalarla ayrıştırılamayan cisimdir .
Ancak maddenin gerçek anlamı anlaşıldıktan ve elementin gözlem ve denemeye uygun doğru bir tarifi verildikten sonradır ki modern atomistik'in doğuşu beklenebilirdi ve gerçekten de öyle olmuştur .
Yeni Atom Teorisi
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 .
Eskiler göze çarpan vakâlara bakmaksızın , içinde mantık çelişmeleri bulunmamak şartı ile genel prensipler kurmaya çalışmışlardır . Eskiler uzun yıllar maddenin gerçek anlamını anlamaya bir türlü yanaşmamışlardır . Hatta bazı müellifler , eski Yunan filozoflarının kâinatı bir ilim adamı gibi değil , bir şair gibi temaşa ettiklerini söyler ve bunun sebebini o vakitler el işlerinin âdi işlerden addolunduğu için âlim ve filozofların bu işlere tenezzül etmemesinde bulurlar ( * ) . O halde hiçbir denel temele dayanma-yan ve tamamiyle felsefî olan düşünceleri ve bu arada atom kavramları bilgilerimiz üzerinde hiçbir rol oynamamıştı denilebilir . Üstelik Democritus'un atomları sert , tarif olarak bölünemez ( atomos = bölünemez ) ve esas itibariyle de doludurlar . Halbuki bugün biz atom için , içinde karışık bir teşkilât , karışık kuvvet alanları , daha küçük tanecikler ve bunların arasında büyük boşluklar bulunan bir yapı tasavvur ediyoruz .
( * ) Adnan Adıvar , İlim ve din
Atom ve molekül kavramlarının bugünkü mânasıyla ilimde yer alabilmesi için aşağı yukarı iki bin sene geçmiştir . BERNOULLI ( 1738 ) de , gazların birbirinin aynı , daimî surette harekette bulunan fakat uzak mesafe-lerde birbirine tesir etmiyen küçük taneciklerden yapılmış olduklarını bunların bulundukları kabın kenarlarına çarpmalarından basıncın husule geldiğini izah etmiş ve bu suretle de gazların kinetik teorisinin temelini atmıştır .
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 .
Atom için olduğu gibi çekirdek için de bir yapı araştırılmıştır . İnsanoğlu daima kâinatın sonsuz karışıklığını az sayıda prensibe irca etmeye çalışmıştır . Eskiden beri bütün cisimlerin müşterek bir tipten teşekkül oldukları hakkında hipotezler ileriye sürülmüştür . Daha 1815 de İngiliz doktoru PROUT , çeşitli elementlerin , en basit element olan hidrojen atomlarının yoğunlaşmasından teşekkül etmiş oldukları hipotezini ileriye sürmüştür . Bu hipoteze göre esasta madde birliği vardır ve temel madde de hidrojendir . Bu hipotez doğru ise , cisimlerin atom ağırlıklarının hidrojenin-kinin tam katı olması lâzımdır . Prout'un bu tam sayılar hipotezi bazı elementlere uyuyor , bir çoklarına ise hiçbir suretle uymuyordu . Meselâ atom ağırlığı 35 , 46 olan klor bunun tipik bir misâliydi . Bu sebepten Prout hipotezi ifade edildiği devirde kabul edilmemiştir .
J . J . THOMSON ve ASTON ( 1919 ) , kütle spektrografı metoduyla yaptıkları denemeler neticesinde , o zamana kadar basit olarak düşünülen bir çok cisimlerin gerçekte atom ağırlıkları farklı cisimlerin karışımı olduklarını meydana koymuşlardır . Bu suretle daha önce radioelementler hakkında SODDY'nin bulmuş olduğu izotopluk kavramı âdi elementler halinde de meydana konulmuştur . Bu izotoplar çekirdeklerinde aynı sayıda proton içerirler . Yani Z leri aynıdır Mendeleyeff cetvelinde aynı yeri işgal ederler , kimyasal özellikleri aynıdır , ancak fiziksel özellikleriyle fark edilirler . O halde izotop atomlarının çekirdeklerinde aynı sayıda protona karşılık farklı sayıda nötron vardır . Böylece klorun 35 , 46 atom tartısı bir ortalama atom tartısıdır ve atom tartıları 36 ve 37 olan iki izotopun 3/1 oranında karışımından ibarettir . İzotopları atom tartılarının tam sayılara eşit olmasının ispatıyla , Prout'un tam sayılar hipotezi yüzyıl sonra denel olarak gerçekleşmiştir . Klor halinde Z = 17 dir . O halde atom tartısı 35 olan klor çekirdeğinde 17 proton ve 35 - 17 = 18 nötron ; 37 izotopunda ise 17 proton ve 37 - 17 = 20 nötron olacaktır . Atomlar nötr olduklarından , bunların çekirdek dışlarında da 17 şer elektronları bulunur . Çekirdeklerin kütleleri proton ve nötronunkinin tam katlarından ibaret olmalıdır . Halbuki çekirdeklerin kütleleri , kendilerini teşkil eden proton ne nötronların kütleleri toplamından , pek az da olsa , daima daha küçük bulunmuştur . Bu kütle noksanlığının , tanecikler birleşirken Einstein'ın E = mc2 ilişkisine göre bir miktar enerji kaybetmelerinden ileri geldiği tespit edilmiştir . Bir çekirdeğin sağlamlığının bu kütle noksanlığının fazlalığıyla arttığı görülmüş ve çekirdekler buna göre bir sınıflandırmaya tabi tutulmuştur . Ağır ve çok hafif çekirdeklerin kararsız , orta ağırlıktakilerin ise en sağlam oldukları görülmüştür . Nitekim çok ağır atomlu olan çekirdekler tabiî radioaktiftir ve kendiliklerinden parçalanırlar .
Sitemizde yer alan tüm içerikler internet ortamından toplanmış ve derlenmiştir. Yer alan bilginin doğruluğu garanti edilmemektedir. Yanlış bilgi için tarafımıza sorumluluk yüklenemez. Yanlış bilginin doğuracağı etkenlerden sitemiz ve yöneticileri sorumlu tutulamaz.
vuhuv.com.tr