Atomun esrarı

03.08.2014 09:59:50
A+ A-

Gözümüzü çevirip gökyüzüne baktığımızda nereden gelmiş olduğumuzu, bütün yıldızların nasıl yaratıldığını bütün elementlerin nasıl oluştuğunu,hatta evrenin kendisinin nasıl meydana geldiğini sorarız.İnsanoğlunun en büyük başarılarından biri bu soruların cevaplanmış olmasıdır.Gerçekten dikkat çekici olansa bu bilgilerin,maddenin en küçük yapı taşı atom hakkındaki çalışmalardan çıkmasıdır. İçeriye doğru baktıkça dışarıya doğru baktığımızda gördüklerimizi de açıklayabileceğimizi  fark ettik.

Atom, varoluşun en büyük esrarını çözmemizde bize yardım etti. Dünyada gördüğümüz her şey atom denen küçücük şeylerden oluşmuştur. Hal böyleyken atomun varlığı ancak 20. yüzyılın başlarında kanıtlanmıştır.

İlk olarak şaşırtan atomların ne kadar küçük olduklarıdır. Milimetrenin milyonda birinden daha küçük...Tek bir kum tanesinde trilyonlarca atom vardır. Şaşırtıcı bir şekilde evrendeki atom sayısı hakkında bir fikrimiz var. Evrenin uçsuz bucaksız büyüklüğü ve atomun aşırı derecede küçüklüğü göz önünde tutulursa doğal olarak bu çok uçuk bir sayı, 1'in ardında 70 tane sıfır, trilyon kere trilyon kere trilyon kere trilyon kere trilyon kere trilyon atom eder. Sadece evrendeki atom sayısını kabaca bilmekle kalmıyor bunların 92 farklı "tat"ta olduklarını da biliyoruz. Bunlara elementler denir ve bunları etrafınızda alışık olduğunuz eşyalardan tanıyacaksınız. Oksijen, demir, karbon, kalay, altın ve diğerleri...Evrendeki her şey yıldızlar, gezegenler,dağlar,denizler, hayvanlar, siz, ben hepimiz atomlardan ve onların bileşimlerinden oluşuruz. Şimdi bildiğimiz şey hayret verici bir başarıdır, yalnızca evrende kaç tane ve kaç çeşit atom olduğunu değil nasıl oluştuklarını biliyoruz. Bu trilyon kere trilyon kere trilyon kere trilyon kere trilyon kere trilyon atomun her birinin nasıl oluştuğunu açıklayabiliyoruz. Yaratılış gizeminin çözümünün evrendeki her atomun tam ortasında yattığı sonucunu verir. Yaratılışın anlaşılmasının hikayesi 100 yıl önce Paris'in güneydoğusundaki küçük bir laboratuarda başladı.

GEIGER SAYACI HIZLICA TIKIRDIYOR.

Bu kağıt parçası kayda değer bir eser. İlk defa radyoaktivite hakkında çalışan,bir kadının, kimyacı Marie Curie'nin defterinden.Bu inanılmaz,bu kağıt parçası 100 yıl sonra hala radyoaktif parçacıklar saçıyor. Soldaki fotoğraf,radyoaktivite yoğunluğunu gösteriyor,üstünde, Marie Curie'nin parmak izini görebilirsiniz,ama asıl inanılmaz olan katıksız güç,bu kağıt parçasına radyoaktivitenin verdiği enerji 100 yıl sonra hala parçacık saçıyor. Kağıtta hala saplı kalan çok küçük ama aşırı radyoaktif cevherin parçacıklarıdır. Marie Curie'nin 1898'de keşfettiği radyum adını verdiği cevherin...Önemli bir nedenden dolayı heyecan verici bir keşiftir. Radyum sıradan gri bir metal gibi görünmesine rağmen o zaman bilinen bütün bilim yasaları ile çelişiyordu. Çünkü radyum, görülmeyen,fotoğraf kağıdında iz bırakan ve cildi yakan güçlü enerji ışınları pompalıyordu. Radyo dalgalarına benzedikleri için Marie Curie radyuma radyoaktif demişti, ama bu dalgalar daha önce karşılaşılan radyo dalgalarından

marie curie

milyonlarca kat daha güçlüydüler. Radyumun içinde bitmek tükenmek bilmeyen bir enerji deposu barındırdığı ortaya çıktığında Marie Curie 100 ton kömürden daha fazla enerji içeren,demir paradan daha küçük bir parça radyum üzerinde çalışıyordu. Yeni yüzyılın başlangıcında Fransız halkı ve magazin basını radyum tarafından büyülenmişti,ve daha dokunaklısı kimse radyoaktivitenin ne olduğunu bilmemesine rağmen onun sağlıklı olması gerektiğini zannetmişti. Radyum ilk keşfedildiğinde her türlü acayip ve harika ticari kullanımını bulmuşlardı. Radyum banyo malzemeleri, Radyum kolonyası, Atomik parfüm ve Radyum yüz kremi güya sağlıklı ciltle güzelliği artırıyordu. Hatta radyum tıraş bıçağı da vardı, nasıl kullanılacağından emin değilim. Ah, bilgisizliğin büyük mutluluk olduğu eski günler.Halk ne yaparsa yapsın,bilim camiasına göre radyoaktivite olabilecek en heyecan verici şeydi.

Neslin en parlak zihinleri, üzerinde çalışmak için koşuştular, radyumun "ons" fiyatı binlerce pounda yükseldi ve radyoaktivite hayal kırıklığı yaşatmadı.

1919'da, atom dünyasının temelini anlamak için öncülük yapan bir keşif gerçekleşti. Bu keşif, radyoaktivitenin insanlığın çok eski bir rüyasını gerçekleştirmesine yol açtı, simyager olmak. Simya, basit metalleri altına çevirme gücü,bir malzemeyi başka bir malzemeye dönüştürecek sihirli bir yeteneği olan "filozof taşı"nı aramak yüzyıllarca bir saplantı olmuştu. Harry Potter'ı okuyan herkesin hatırlayacağı, büyücülük ve sihirbazlık hikayelerini akla getirdi. Simyaya egemen olanlara gelecek güç ve kudret Isaac Newton, Robert Boyle ve John Locke gibi önemli bilim adamları ve düşünürleri baştan çıkarmıştır. Hepsi, bir elementi diğerine dönüştürmeyi deneyip başarısız oldular. Simyanın sırrı filozof taşı 1919'da bir büyücü yuvasında değil, Manchester Üniversitesi Fizik Bölümü'nde ortaya çıktı.

Dünyanın ilk gerçek simyacısı Ernest Rutherford' dur. Yüksek ve açık konuşan Yeni Zelandalı Rutherford, radyoaktivite çalışmalarında egemen oldu. Harika önseziye sahipti ve halk arasındaki yaygın inanışla korkusuzca mücadele etmeye hazırlanmıştı, simyada bilinmeyenin derinliklerine gitmek için Rutherford'un önsezisine ihtiyaç vardı. Bu keşif neredeyse kazara olmuştu. Rutherford'un bir öğrencisinin,radyum gibi radyoaktif bir malzemenin normal hava dolu bir kapla kapatıldığında küçük miktarda hidrojen gazı ortaya çıktığını fark etmesiyle başladı. Şimdi, bu garipti. Normal havada neredeyse hiç hidrojen yoktur ve radyoaktivite varlığında bu gaz beliriveriyordu. Bu tam kariyerinin zirvesinde olan Rutherford'un seveceği bir problemdi ve kendisini bunun içine savurdu. Öncelikle soluduğumuz havadaki farklı gazları azotu, oksijeni, su buharını ve karbondioksiti ayırarak başladı ve her birinin radyoaktivite varlığında nasıl davrandığını gözledi. Ve sonra ... Evreka! Güçlü radyoaktif ışınların varlığında soluduğumuz havanın yüzde sekseni olan azot gazının iki yeni malzemeye dönüştüğünü fark etti, oksijen ve hidrojen gazları...

rutheford

Orada Rutherford, bir elementi diğer iki elemente çevirmişti. Rutherford simyager,güçlü radyoaktif radyum da filozof taşı olmuştu. Basın Rutherford'u ilk simyager olarak yüceltti, ama aslında bu en önemsiziydi. Aslında simyanın ona gösterdiği sadece atom değil merkezindeki garip şey,atan küçücük bir kalp, çekirdekti.

Bu başarıdan bir anlam çıkarmak için Rutherford ve Cambridge'deki çağdaşlarının atomun ne olduğu hakkında sadece kabataslak fikirleri ve boyutu hakkında fikirleri olduğunu düşünün, ve akıl durdurucu küçüklüğü,milimetrenin on milyonda biri...Başka bir deyişle, bir bardak sudaki atom sayısı, okyanuslardaki bir bardak su sayısından daha fazladır.Rutherford,atomun kendi yapısı,yani atomun içinde atom altı dünya olduğunu da biliyordu. Her atomu küçük birer güneş sistemi gibi tasvir etti. Merkezinde Rutherford'un çekirdek dediği atomun kendisinden (hacimce) 100.000 kere daha küçük bir şey ve gezegenler gibi, bunu yörünge belirleyen elektronlar vardı.

Ama yer yüzündeki çekirdek neydi?

Rutherford, cevabı simyanın gösterdiğine ikna olmuştu. Rutherford'un bunu nasıl yaptığını anlamak için onun kafasına girip, onun düşündüğü gibi düşünmeliyiz. Rutherford'un fantastik önsezisi ve onunla beraber güçlü bir bilimsel yaklaşımı vardı,karışık matematik ifadelere dayanan fikirlerden nefret ederdi.Konu atom çekirdeğine gelince işe yarayan en basit fikri aradı. işe yarayan fikir,çekirdeğin, bilardo topu benzeri,küçücük katı kürelerden oluştuğunu düşünmekti. Bu çok basit resimle Rutherford, evrendeki bütün elementleri kurgulayabilirdi. Aynı temel bileşenlerden oluşan farklı atomların bu kadar büyük çeşitlilikte olmalarını açıklayabiliyordu.

Şöyle ki:

Hidrojen, Yunanca "ilk" anlamına gelen kelimeden esinlenerek Rutherford'un proton adını verdiği yalnızca tek bir küre içeren en basit elementtir.Diğer bütün elementler çekirdeğe bir proton eklenerek oluşur. Bu kadar basit. En hafif ikinci element olan helyum iki protondan oluşur, lityum üç...Bütün hayatın temeli olan karbon altı protona sahiptir. Soluduğumuz oksijen sekiz, doğal olarak bulunan en ağır metal uranyum 92 protona sahiptir. Rutherford'un ilham verici fikri buydu: her element, çekirdeğinde bulunan proton sayısı ile tanımlanır. Etrafımızda gördüğümüz bu kadar şeyin nasıl inşa edildiğini açıklayan çok müthiş ve basit bir fikir. Bilim adamlarının genelde karşılaştığı gibi doğa ilk bakıştaki kadar basit değildir. Gerçekten de, Rutherford'un atomuyla ilgili üyük bir sorun ortaya çıktı. Tüm atom projesini sona erdirmekle tehdit eden bir sorun Rutherford'un himayesindeki biri tarafından ilk defa tespit edildi. Francis Aston ilginç bir karakterdi. Genç bir adam olarak açık hava sporlarından hoşlanırdı. Kayak ve motor yarışları ile ilgiliydi.Görünüşe bakılırsa 1909 gibi Hawaii'deki Waikiki Plajı'nda sörf yapmayı keşfetti. Ama daha sonra fizik aşkının dalgalarınkinden daha güçlü olduğunu fark etti. Cambridge'deyken Harika bir cihaz icat etti. Şimdi bu cihaz oldukça ciddi ve gösterişsiz olan bu binada, Cavendish Laboratuarı'nda ikamet eder.

Bu, Aston'un yaptığı spektrograf.

Bu olağanüstü bir cihaz,çünkü bilim adamları ilk defa bununlatekil atomların ağırlıklarını ölçebildiler.Müthiş.Bir silah gibi görünüyor,çok değişik bir şekli var.Sanırım tartmak istediğiniz atomlarıbu cam tüpe koyupelektrik yüklü atomlarıbu yönden püskürtüyorsunuz.Buralarda bir yerlerdegönderilen atomların çarpacağıelektrikli tabakalar olması lazım.Atomlar elektrik yüklüdür,elektrik alanda yollarından saparlar.Burada yok ama buradabu kolun etrafındagüçlü bir manyetik bobin olmalı,mıknatıs,atomları bu yöne doğru saptıracak.Burada bir yerdefotoğrafik ekran var,görebileceğimden emin değilim,yo.Ekran burada,belirli ağırlıktaki atomlarbir sıra halinde burada toplanır. Aston, farklı ağırlıklardakitekil atomların oluşturduğuhattı böylece görebildi.Birinci Dünya Savaşı'ndan hemen sonrabilim adamlarınınatomların ağırlıklarını belirleyebilmesiönemlidir.Tam atomların ağırlıklarınıkesin olarak ölçebilecekkenRutherford'unatom çekirdeği modelindebir problem buldular.Basitçe,sayılar uyuşmuyordu.Hidrojen hariç bilinen tüm element atomlarıolmaları gerektiğinden daha ağırlardı.

 

Örneğin helyum, iki protonuyla hidrojenden iki kat ağır olmalıydı. Gerçekte dört kat ağırdır. Rutherford bunun tek bir anlamı olacağını fark etti. Atom çekirdeğinde protondan başka bir şey daha olmalıydı. Ama ne? Cevabı bulmak 12 yıl aldı. Cambridge'deki saygın Cavendish Laboratuarı’nın başı olarak Rutherford bütün kaynaklarını projeye yönlendirdi. James Chadwick isimli kuzeyli bir delikanlı nükleer fizikte turnayı gözünden vurdu. Chadwick bunu 1932'de yaptı ve bu küçük aletle atomdaki kayıp bileşeni buldu. Bir deneysel nükleer fizikçi olarak bu benim için gerçekten etkileyici bir alet. Bugün inşa edilen, atom çekirdeğini inceleme deneylerine rehberlik eden devasa hızlandırıcıları düşününce bu gerçekten etkileyici basitlikte, gerçekten. Tüpün bu ucuna radyoaktivite kaynağı koydu, radyoaktivite ortadaki küçük hedefe çarptı, hedef bu uca doğru yeni parçacıklar püskürttü. Rutherford'un kayıp parçacıklarından atan bir atom silahı gibi.


Chadwick

Chadwick, çekirdeğin içinde protonla beraber bir tür parçacık daha olduğunu keşfetti. Neredeyse protonla aynı kütledeydi ama elektrik yüklü olmadığı için tanımlanması biraz zordu. Teknik olarak, elektriksel olarak nötr olduğundan adının nötron olduğunu söyleyebiliriz. Nötron, atom ağırlığı problemini hemen çözdü. Böylece, helyum hidrojenden dört kat daha ağırdır çünkü iki protonuyla beraber iki de nötron içerir ve oksijen onu hidrojenden 16 kat daha ağır yapan sekiz protonu ile beraber sekiz nötrona sahiptir.  Böylece 1932'de atom ailesi tamamlandı.

 Bilim adamları evrendeki her atomun şu üç temel bileşenden oluştuğunu duyurdular: Elektronlar,onların etrafında döndüğü çekirdeği oluşturan protonlar ve nötronlar.

Kaynak: http://www.onlinewebsatis.com/forum/index.php?Id=40253&alt_id=90904

YORUM YAZ
Yorumunuzu girmek için sisteme giriş yapmalısınız.
Eğer üye değilseniz üye olunuz.