Atomlar ve Moleküller

Atomlar ve Moleküller

Bu, garip bir yer şeklinde İlerleyen uzay gemisi bir > ressamın hayal gücü değil, ufaltılmış bir astronotun uzay gemisiyle buz moleküllerinin arasındaki yolculuğudur. Oksijen atomları, su oluşturmak için Mıdrojen atomlarına bağlanmıştır. Bir oksijen atomu (kırmızı) ve iki hidrojen atomu (mavi) birbirlerine elektrostatik çekifîtle bağlanmıştır (Burada sarı bağlantılarla gösterilmiş). Her molekül bir diğerine bağlıdır (Beyaz çizgilerle gösterilmiş). Bir damla suyu görmemiz için bu şekilde milyonlarca molekülün birbirine bağlanması gerekiyor. Pembe üçgen, molekülleri tutan güç alanını gösteriyor.

ATOMUN YAPISI
Atom kelimesi Yunancadan gelir ve 'bölünmez' anlamına gelir. Yüz¬yıllar boyunca atomun maddeyi oluşturan en küçük parçacık ola¬rak düşünüldüğünü hatırlarsak, yerinde bir kelime olduğunu anla¬rız.
Aslında, atom bölünmeyen bir ka¬tı değildir. Etrafında elektronlar dö¬nen ve ortasında çekirdek (bu da daha küçük parçacıklardan oluş¬muştur) bulunan delik bir yuvarlaktır.
Atom .yapısı hakkındaki bilgilerimiz J.J. Thomson'un 1897 yılında de¬neylerinin sonuçlarını açıklama¬sıyla, çok ilerlemiştir. Thomson deneylerin sonunda eksi yüklü bir parçacık olan elektronu bulmuştur.
Bunların ağırlığı çok azdı, hatta hidrojen atomunun yanında bile hafif kalıyordu.
1902'de başka bir İngiliz fizikçi Wil-liam Thomson, atomu, yüzeyine elektronlar bağlı olan artı yüklü bir küre olarak tanımladı. 1904'te

JJ.Thomson, elektronların küre¬nin içinde olduğunu söyledi.
Japon bilim adamı, Nagaoka, ge¬zegen sistemini atom yapısına benzeten ve sonradan bütün ge¬lecek atom modellerinin temelini oluşturan bir teori ortaya attı. Na- gapka, atomun, merkezde bulu¬nan artı yüklü bir parçacıkla etra¬fında tek bir yörüngede dolaşan elektronlardan oluştuğunu söyledi.
Bu teori, J.J.Thomson'un öğrenci¬lerinden olan Yeni Zelandalı fizik¬çi Emest Rutherford tarafından bir adım daha ilerletilin iştir.
Rutherford, atomların, artı yüklü ve ağırlığın çoğunu oluşturan bir çe¬kirdek ye onun etrafında, atomun büyüklüğüne göre büyük bir yarı-çaplı yörüngede dönen elektron¬lardan oluştuğunu ileri sürmüştür.
Elektron sayısı çekirdekteki artı yü¬kü dengeleyecek kadardır. Sonra da çekirdeğin varlığını ispatladı.
Rutherford'un teorisine göre ato¬mun çoğu boştur. Oysa Thomson'¬un modeline göre artı yük atomu tamamen doldurmuştur.

Doğa bilimadamlannın gözüyle atom
bu sonuca, ince bir al¬in tabakaya alfa ışınları yollayarak «■nmştır. Bu ışınların, çoğu tabakadan geçmiştir, buna dayanarak atn atomlarının engel teşkil etmediğine göre çoğunlukla boşluk olduğu sonucuna varmıştır.
Bir Danimarkalı fizikçi olan Niels Bohr, Rutherford'a katılıyordu. Fa¬kat elektronların, Nagaoka'nın de¬diği gibi dairesel bir zincir halinde değil de, minyatür bir güneş siste¬mi gibi kendi yörüngelerinde hare¬ket ettiklerini düşünmüştür. 1915 ve 1916'da Alman fizikçi A.Som-merfeld elektronların yollarının elips şeklinde olduğunu söylemiş¬tir.
Bohr/Sommerfeld' modellerinin çok basit. olduğu bilinmektedir.
Elektronlar, bu iki bilim adamının dediği gibi düzenli bir şekilde ha¬reket etmezler ve düzenli bir yö¬rüngede gitmek yerine her yönde uçarlar. Fakat çekirdekten belli bir uzaklıkta kalırlar. Sonuç; çok bü¬yük hızda ilerleyen elektronların oluşturduğu artı yük bulutuyla sa¬rılmış bir çekirdektir.

ATOM ÖLÇÜMLERİ
Küçüklüklerine rağmen, atomların elementten elemente değişen boyut¬ları vardır. Yarıçapı santimetrenin 0.5'ten 3 yüz milyonda biri kadar¬dır. Uluslararası ölçüm birimi Ang-, stromdur. (A °). Değeri bir milimet¬renin on milyonda biridir. (10~"> m).
Çekirdek proton ve nötron denilen daha küçük parçacıklardan oluş¬muştur. Çekirdeğinin artı yükünün gücü çekirdekteki proton sayısı ve¬ya atom numarasıyla belirlenir. Ay¬nı tür bütün elementlerin proton sa¬yısı aynıdır, fakat nötron sayıları değişebilir. Böyle bir değişiklik olan elementlerin atomuna izotop denir.
Bir elementin izotopları aynı kim¬yasal özelliklere sahiptir. Fakat fi¬ziksel özellikleri çok az değişir, izo¬topların çoğu dengesiz ve radyoak¬tif dir; bunlara genellikle radyoizo¬top denir. Karbon-14 , uranyum 233, 235 ve 238 gibi doğada bulu¬nan izotoplardır.

BÜYÜK BİR SU DAMLASI
Dünya boyunda bir su damlası olsay¬dı bu damlayı oluşturan milyonlar¬ca moleküllerden birinin büyüklü¬ğü hindistan cevizi kadar olacaktı. Fakat bu moleküllerin oluştukları atomlar hâlâ gözle görünemez olacaktı.
Aşağıda bir, iki veya üç atomdan oluşmuş bazı basit moleküllerin bo-vııılan vermiştir. Yanlarındaki sayı Angştrom değerini göstermektedir.
0-7 2-6 3-0 3-9 1-2 1-4 1-6 2-3 1-2 1-1 2-5 1-1
Hidrojen
Lityum
Sodyum
Potasyum
Hidroklorik asit
Hidrobromik asit
Hidroiyodik asit
Kalsiyum florür
Oksijen
Karbon monoksit
Su
Azot oksit


Sodyum hidroksit 1-8
İyot 2-6
Hidrojen sülfür 2-0
Kalsiyum sülfat 2-0
Uüleryum 0-7
Klor 1-9
Brom 2-2
Görüldüğü gibi büyüklükler 0-7'den 3-9'a kadar değişmektedir. Potas¬yum atomu hidrojen atomundan 5 kat daha büyüktür. Büyük hayali su t j damlamızı hatırlarsak: Eğer bir su 1 j molekülünün büyüklüğü hindistan ■ I cevizi kadar olursa, potasyum m~ lekülünün büyüklüğü de vişne,' olacaktır.

Bilim adamlarının, atomlarmtmkm-dar küçük olmasına ı dar bilgi edinmeleri < tıcıdır.

Atom fiziğizi Atom g, ve oldukça kaynağı

iki hidrojen atomu bağ kurarak, iki atomlu bir molekül olurlar. (H2)
iki hidrojen atomu bir Kimyasal bağ olayı kimyanın temelidir fakat bütün elementler bağ oluşturamazlar. Helyumda elektronların çıkan nerji elektron paylaşmasıyla oluşan bağ enerji verir. kovalent bağın kırılması için, ısı gibi, bir çeşit enerji gerekir. Molekül enerjisini tekrar kazanır. elektron bulutu. Helyum atomu molekül oluşturmaz. K enerji seviyesi dolu olduğundan başka bir atomun vermek istediği elektronu almasına ihtiyacı yoktur. İki helyum atomu, dıştaki eksi yüklerin birbirini itmelerinden dolayı, yaklaşamazlar ve bu nedenle bir bağ oluşturamazlar.
oluşturduğu kuvvet bağ yaptlmasuu önler. Hidrojende ise bu kuvvet atomun bağ yapmasını sağlar.

MOLEKÜLLER
Moleküller atomların birleşmesin¬den meydana gelirler. Bazı mole¬küller tek bir elementten meyda¬na gelir (hidrojen molekülü). Di¬ğerleri ise birden fazla elementten meydana gelir ve molekül bir bile¬şiğin özelliğini taşıyan en küçük parçasıdır.
Gördüğümüz gibi, elektronlar çe¬kirdeğin etrafında dönerler. Bu şe¬kilde 'yörünge' oluştururlar. En içerdeki yörüngede hiçbir zaman ikiden fazla elektron bulunmaz. İlk yörünge dolunca, diğer elektron en fazla sekiz tane olan ikinci yö¬rüngeye, kalanları, üçüncü yörün¬geye vs. yerleşir. Bu yörüngeler çekirdeğin dışına doğru K'dan Q harfine kadar olan harflerle göste¬rilir. En dıştaki elektronlar valens elektronlardır ve bağları yapan ve moleküllerin oluşmasını sağlayan bu elektronlardır. Hidrojen tektir. Çekirdeğinde nöt¬ron bulunmayan ve K yörüngesin¬de sadece bir elektron bulunan tek atomdur. Bu enerji seviyesi (yörün¬ge) yanm doludur, bu nedenle hid¬rojen atomu dengede değildir. Hid¬rojen atomu bu tek elektronunu ve¬rip bileşik oluşturabilir fakat genel¬de başka bir hidrojen atomuyla bir¬leşerek iki atomlu bileşik oluşturur. (Hs).İki elektron da artık iki atom tarafından ortaklaşa kullanılır. Böy¬lece K enerji seviyesi dolar. (Şekil 6 ve 7).
Bu iki elektron atomların etrafında çok hızlı bir şekilde dönerler ve çe¬kirdekler arasında o kadar zaman harcarlar ki atomlar elektriksel çe¬kimle birbirlerine bağlanırlar. Hanin oluşması kovalent bağa ör¬nektir. Bu bağ şekil 8 ve 9'da gös¬terilmiştir.
Bu bağ o kadar güçlüdür ki, bağın kırılıp iki hidrojen atomunun orta¬ya çıkması için çok fazla enerjiye ihtiyaç vardır (Şekil 10). Periyodik cetvelde, sonraki ele¬ment olan Helyum kimyasal olarak dengededir. K enerji seviyesi iki elektronla dolmuştur. Helyum atomları, hidrojen atomları gibi ko¬valent bağ oluşturmaz. Elektron¬lar, enerji seviyelerinde boşluk yoksa eksi yükten dolayı birbirle¬rini iterler (Şekil II). Helyum doğal gazdır ve başka hiçbir elementle reaksiyona girmediği için eskiden tek olduğu sanılırdı. 1962'de, na¬sıl olduysa, bu engel de aşıldı ve Xenon, Kripton ve radon gibi mad¬delerin florür ve klorürleri oluştu¬ruldu. Fakat bugüne kadar helyu¬mun bileşikleri oluşturulamadı. 2 K (kelvin) ısıda helyum, sıvı helyum 1'den sıvı helyum 2'ye dönüşür.

atomu hidrojen atomu hidrojen karbon metan molekülü CH hidrojen karbon hidrojen, hidrojen
KARMAŞIK MADDELER
Bir atomun en dıştaki yörüngesini tamamlamak için elektron almak istemesi, değişik elementlerin kim¬yasal bağ yapmalarının ana pren¬sibidir. İki hidrojen atomundan ve bir oksijen atomundan oluşan su¬yun oluşmasına bakalım, iki atom¬lu hidrojen molekülünde iki elek¬tron vardır. Oksijen atomunda ise ikisi K enerji seviyesinde olmak üzere sekiz elektron vardır. Diğer altı elektron ise bir sonraki enerji seviyesinde ikişer gruplar halinde dizilmişlerdir. Bu iki molekül bira-raya geldiklerinde, hidrojen mole-külündeki iki elektron oksijen ato¬munda katan iki elektronluk boşlu¬ğu tamamlar ve böylece oksijenin İkinci enerji seviyesinde olması ge¬reken sekiz elektron tamamlanmış olur. (Şekil 12 ve 13) H,+ O -H2O kimyasal formülü iki atomlu hidrojen moiekülüyle oksijen ato¬munun birleşip, su molekülünü oluşturduğunu gösterir. Şekil 13, bir hidrojen molekülünün İki atom¬lu oksijen molekülü tarafından itil¬diğini fakat tek başına bulunan ok¬sijen atomu tarafından çekilip, 105 derecelik bağlarla su molekülü oluşturduğunu gösteriyor. Şekil 14 ve 15 metan molekülünü gösteriyor. Renksiz ve kokusuz bir gaz olan metan bir karbonun dört hidrojen atomuyla birleşmesinden oluşur. Şekil 15, sonuçta ortaya çı¬kan seklin 109.5 derece acılar ya¬pan bir dörtgen olduğunu gösteri-
Şekil 16 ise, vücudumuzda bulu¬nan ve yaşamamız için gerekli olan miyoglobin molekülünü gösteriyor.
Demir, çok karmaşık bir molekül olan ve nitrojen ve diğer element¬lerden oluşan, sitokrom molekülünün merkezindedir.
oksijen atomu çifti iki yeni elektron çifti hidrojen hidrojen atomu metan molekülünün dörtgenekli hidrojen zincirlerin yapısı molekülün özelliğini ve reaksiyona girme kapasitesini belirler.
oluştuğu amino asit zincirini gösteren miyoglabin molekülü. bir sitokrom melokülünün kesiti



MOLEKÜLER AĞIRLIK
Bir maddenin moleküllerinin ağırlığı cyruscope denilen bir aletle ölçülebilir. Ağırlığı bilinen bir miktar çözücü içinde çok hassas bir termometre olan bir tüpe konur ve bu tüp içinde su ve buz olan bir kaba konur. Çözücü donana kadar soğutulur ve donma noktası saptanır. Tüp, buzun içinden çıkarılır ve çözücünün tekrar erimesi beklenir. Moleküler ağırlığı bulunacak maddeden belli bir miktar çözülür. Oluşan çözelti buzun içine konur ve tekrar dondurulur ve donma noktası tekrar saptanır.