Ders Notları, Konu özetleri

ATOMUN YAPISI İLE İLGİLİ HANGİ BİLİM ADAMLARI ÇALIŞMIŞ? 

 

BU BİLİM İNSANLARI HANGİ TEORİLERİ ORTAYA ÇIKARMIŞLARDIR?

 

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 maddeyle açıklamak teşkil eder.

 

Eski Yunan ve Avrupa felsefesinin babası olup Yunan Ege Okulunun kurucusu olan Milet'li THALES (MÖ.. 640-546), her şeyin sudan geldiğini farz ediyordu. Şüphesiz Thales'e göre mevcut olan şey, hava, 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, sıvı (likid) ve katı (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 özelliği 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 (MÖ.. 585-525 tahminen)için bu ana madde hava, Ege Okulundan Efesli HERACLITUS (MÖ.. 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 SicilyalıEMPEDOCLES (MÖ.. 490-430) Ege Okulunun tek ana maddesi yerine dört madde düşünür: toprak, su, hava, ateş ve bunların yanında iki semavî 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 ARİSTO tarafından da benimsenmiş ve gerçekten uzak olmakla beraber Ortaçağda önemli 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 bölünemeyeceğini ortaya atmıştır.

 

Yunan atom teorisi Miletli LEUCIPPUS (MÖ.. 430 tahminen) ve bilhassa talebesi DEMOCRITUS (MÖ.. 470-400 tahminen) tarafından kurulmuş, Sisamlı EPICURUS (MÖ.. 306) ve antikitenin en dikkate değer materyalist sistemiyle De Natura Rerum'un (eşyanın mahiyeti hakkında) müellifi Lâtin şair ve fizikçisi LUCRETIUS (MÖ.. 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, sıvı ve katı halleri meydana gelir.

 

ARISTO (MÖ.. 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 araştırmış 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 (sıvı olan şey), soğuk ve kuru toprağı (katı 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 kantitatif 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 olayları hiç düşünmeden ve üstelik bunlarla çelişme halinde olmasına rağmen eski Yunandan kalma bir zihniyet mirasıyla genel fikirlere 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 bileşik cisim hakkında yanlış düşüncelere götürür. Meselâ metaller bileşik, oksitler ise basit cisimlerdir. Üç çeyrek yüzyıl zarfında kimyaya hâkim olan bu teori, element mefhumunun gelişmesine hiç de uygun 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 araçlarla 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.

 

YENİ ATOM TEORİSİ

 

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 olayları tarif ve aralarındaki bağları tayin ettiği ve yeni vakâları önceden tahmin edebildiği takdirdedir ki ilmî bir hüvviyet alır.

 

Eskiler göze çarpan olaylara 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 zamanlar el işlerinin âdi işlerden sayıldığı için âlim ve filozofların bu işlere tenezzül etmemesinde bulurlar (*). O halde hiçbir denel temele dayanmayan 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 mesafelerde birbirine tesir etmiyen küçük taneciklerden yapılmış olduklarını bunların bulundukları kabın kenarlarına çarpmalarından basıncın oluştuğunu 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 katlı 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 reaksiyonlarda bölünmeksizin kalırlar. Bir elementin aynıdır ve hususiyle aynı kütleye sahiptir. Halbuki çeşitli elementlerin atomları farklıdır. Kimyasal bileşikler, kendilerini kuran elementlerin atomlarından meydana gelmişlerdir. 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 içinAVOGADRO ( 1811) da, kendi adını taşıyan hipotezini ifade etmiştir. Bu hipoteze göre: «Aynı sıcaklık 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 civa basıncında gaz halinde 22,4 litrede mevcut molekül sayısına Avogadro Sayısı adı verilmiş ve "N" harfiyle gösterilmiştir. 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. Genel olarak 6,02 X 10²³ değeri hesaplamalarda kullanılır.

Ekleyen : dersimiz.com