ATOM, ATOMUN ÖZELLİKLERİ, ATOM SAYISI VE AĞIRLIĞI

ATOM, ATOMUN ÖZELLİKLERİ, ATOM SAYISI VE  AĞIRLIĞI

Bugün atomun özelliklerinden yararlanarak bir elemanın atomu bir başka elemanın atomuna dönüştürülerek, o eleman başka bir eleman haline getirilebilir. Örnek olarak hafif bir gaz olan hidrojen atomunun çekirdeğine 25 proton eklesek sert, bir eleman olan demiri elde ederiz. Böylece proton sayısı değiştirilerek başka başka elemanlar yapılabilir. Eski zaman simyacılarının  hayalleri gerçekleşmiştir. Teorik olarak bugün kurşun da altına çevrilebilir.

Bilginler atom çekirdeklerine protonlar ekleyerek ya da çıkararak elemanların birbirine dönüştürülebileceğini bulmakla kalmamış, çekirdekle oynayarak yeryüzünde olmayan elemanlar da yapmışlardır. Bunlara örnek olarak plütonyum gösterilebilir. Plütonyum uranyumun parçalanmasıyla elde edilmiş   bir   elemandır.

ATOMLARIN BÜYÜKLÜĞÜ

Yapılan denemeler sonunda var oldukları anlaşılan ve yapıları belirlenen atomlar aslında inanılmayacak kadar küçük parçacıklardır. En küçük atom hidrojen elemanının atomudur. Çekirdeğinde 1 proton vardır. Çevresinde de buna uygun olarak 1 elektron döner. 10 milyon tane hidrojen atomunun yan yana konduğunu düşünsek, bunların uzunluğu ancak1 mm. olur. Bir damla suda 33 milyar kere milyar tane molekül vardır. Bir su molekülü de 2 hidrojen atomuyla 1 oksijen atomunun birleşmesiyle oluştuğuna göre, bir damla suda toplam olarak 100 milyar kere milyar tane atom bulunur. Bir benzetme yapılırsa bir damla sudaki molekül sayısı, Akdeniz’deki su damlalarının sayısına eşittir. Atom sayısı da Akdeniz’deki su damlalarının sayısının üç katıdır. Atom çekirdeğinin çapı atomun çapının 200 000’de biri kadardır. Geri kalan hacim, çekirdekle elektron arasındaki boşluktur.

ATOMLARIN HAREKETİ

Atomlar   sürekli   hareket   halindedirler. Genel olarak atomların titreşim hızı saniyede400 m.’ye yakındır. Bu  hız sıcaklığa   bağlıdır.    Sıcaklık    azaldıkça atomların titreşimi yavaşlar, —273 °C da tamamen durur. Bu bakımdan önem taşıyan 273°C’a mutlak sıfır noktası denir.

ATOM SAYISI VE  AĞIRLIĞI

Bir elemanın atomundaki elektronların sayısı, çekirdekteki proton sayısına eşittir. Bu sayıya, atom sayısı denir.

Bir atomu tartmak mümkün olmadığına göre, atom ağırlığı deneyler ve hesaplarla bulunan bir ağırlıktır. Oksijen atomunun ağırlığı 16 olarak kabul edilmiştir. Öbür elemanların atomlarının ağırlığı, oksijen atomunun ağırlığına oranlanarak bulunur. Başka bir elemanın atomu da karşılaştırma atomu olarak seçilebilirdi, ve başka sayı ağırlık olarak kabul edilebilirdi. Oksijen atomunun 16 olarak kabul edilmesinin yararı, diğer 102 elemanın atom ağırlıklarının bu sayıya göre l’ den büyük ve tam sayı çıkmasıdır. Böylece birçok hesaplama kolayca yapılabilmektedir.

Uluslararası bir kongre, 1951 yılında, elemanları atom ağırlıklarına göre sıralamıştır. Bu tabloda 102 eleman vardır. Bazı atomların, atom sayıları aynı olduğu halde ağırlıkları farklı olabilir. Böyle atomlara izotopdenir. İzotoplar arasındaki ağırlık farkı, çekirdeklerindeki nötronların sayıca değişik olmasından doğar. Çünkü, atomun çekirdeğindeki her protona karşılık çevresinde bir elektron döner; ama nötronlar böyle bir kurala bağlı değildir.

ATOM ENERJİSİ

Atomun bütün gücü çekirdeğinde toplanmıştır. Çünkü, çekirdekteki protonlarla nötronlar çok büyük bir kuvvetle sımsıkı birbirine bağlanmışlardır. Çekirdekte bir değişiklik yapıldığı anda çok büyük bir enerji ortaya çıkar. Bu, ya aynı atomun çekirdeklerinin birleştirilerek yeni bir atomun doğmasıyla, ya da bir atomun çekirdeğinin ikiye bölünmesiyle sağlanır. Açığa çıkan büyük enerjiye de atom enerjisi ya da çekirdekle ilgili olduğu için nükleer enerji (atom çekirdeği enerjisi) denir.

Bu enerjinin elde edilmesi için iki yol vardır.

1) Çekirdekler çok yüksek sıcaklıkta birleştirilir ya da parçalanır.

2) Bir atomun çekirdeği diğer bir atomun çekirdeğindeki nötronla parçalanır.

Bu işlemlerden biri yapıldığı anda, genel olarak şu olaylar ortaya çıkar:

a)  Korkunç bir patlama olur ve her şey yıkılır.

b) 6 000’C’lık korkunç bir sıcaklık ortaya çıkar. Bu sıcaklık taşları, kayaları bile eritir.

c)   Öldürücü ışınlar (radyoaktif ışınlar) ortaya çıkar ve çevredeki bütün canlıları (bitkileri, hayvanları, insanları) yok eder.

d)        Atom külleri (radyoaktif küller) zamanla toprağa, suya, havaya yayılır; bitkilere geçer. Bu bitkileri yiyen ya da suları içen insanlarda, hayvanlarda korkunç hastalıklar ortaya çıkar.

Bütün bu olayları, elde edilen enerjiyi iyi ya da kötü yollarda kullanmak insanların elindedir. Bu enerjiyi bombalarda kullanarak dünyayı yok etmeye çalışacak yerde, atom santrallerinde, araçlarda, sağlık hizmetlerinde akla gelen her alanda kullanarak herkese yararlı olabilirler.

1) Atom çekirdeklerini yüksek sıcaklıkta birleştirme ya da parçalama: Bilginler atom çekirdeğinin sırrını son yıllarda çözmüşler ve atom enerjisini ortaya çıkarmışlardır. Aslında, tabiat her zaman atom enerjisinden yararlanmış. Bunun en güzel örneği güneştir. Güneşin milyarlarca yıldan beri dünyamıza ışık ve ısı vermesini sağlayan, güneşteki hidrojen atomlarının birleşerek helyum atomuna dönüşmeleridir. Sıcaklığın etkisiyle 2 hidrojen atomu birleşerek 1 helyum atomuna dönüşürken çok yüksek sıcaklıklar ortaya çıkar. Bu sıcaklıktır da başka hidrojen atomlarının birleşmesine yol açar. Bu olay, böylece durmadan sürüp gittiği için güneş de bize durmadan ısı ve ışık verir.

Yeryüzünde bu kadar yüksek sıcaklığa varmak için çok masraf gerektiğinden bu yoldan atom enerjisi sağlamak kârlı olmaz.

2) Atom çekirdeğini başka bir atomun çekirdeğindeki nötronlarla parçalamak: Günümüzde teorik olarak her atomun çekirdeğini parçalamak mümkündür. Ama ağır atomların çekirdeklerini parçalamak daha kolaydır. Şimdilik en kolay parçalanan uranyum atomudur. Uranyum gümüş renginde, ağır bir madendir. Bir atomun çekirdeği ikiye bölününce (bu olaya fisyon denir) iki çekirdek ortaya çıkar. Bu çekirdeklerdeki proton ve nötronların toplamı, parçalanmadan önceki proton ve nötronlara eşittir. Ama yeni atomların ağırlıklarının toplamı, parçalanmadan önceki atomun ağırlığından azdır. Bundan anlaşıldığına göre parçalanma sonunda bir miktar madde enerjiye dönüşmüştür. Ağırlıklar arasındaki fark çok küçük olduğu halde, açığa çıkan enerji çok büyüktür. Büyük bilgin Einstein bu enerjinin hesaplanmasını sağlayan bir formül vermiştir: E=mc2 Bu formülde E açığa çıkan enerjiyi, m enerjiye dönüşen maddenin kütlesini, e de sabit bir değer olan ışık hızını ( saniyede300 000 km) göstermektedir. Formülde görüldüğü gibi, enerjiye dönüşen madde (m) ne kadar küçük olursa olsun, ışık hızının karesiyle, yani çok büyük bir sayıyla çarpıldığı için, açığa çıkan enerji (E) çok büyük olacaktır. Einstein’ın formülü, maddeyle enerjinin aynı şey olduğunu göstermektedir. Eğer bir çekirdeğin tamamını enerjiye dönüştürebilsek, aklın almayacağı kadar büyük sayılar çıkar.

ATOMUN ÖTEKİ PARÇALARI

Atomun değişik durumlarda ortaya çıkan  daha birçok  parçacıkları vardır:

Pozitron: Pozitif elektrik yüklü elektronlardır. Pozitronun hayatı en çok saniyenin milyarda biri kadar sürer. Çünkü, zıt yüklü elektron tarafından çekilir ve ikisi de yok olur. Bunların kütlesi enerjiye çevrilir. Kozmik ışınlarda ve bazı elemanların atomlarının bombalanması sırasında ortaya çıkar.

Mezon: İlk olarak kozmik ışınlarda bulunmuştur. Daha sonra yapay (sunî) olarak da elde edilmiştir. Elektrondan 200 kat ağırdır. Pi-mezon ve mu-mezon olmak üzere iki çeşittir. Pi-mezonun ömrü saniyenin 200 milyonda bir kadardır. Sonra mu-mezona dönüşür ve saniyenin milyonda biri kadar daha yaşar.

Nötron: Varlıkları teorik olarak bilinmektedir. Elektrik bakımından nötrdür ve ağırlığı yoktur.

Alfa ışınları: Radyoaktif atomların saldığı 3 ışından biridir. Alfa ışınları, artı elektrikle yüklü parçacıklardır. Helyum atomunun çekirdeğinden ibarettirler. Radyoaktif cisimden çıkıp saniyede20 000 kmhızla ilerlerler.

Beta ışınları: Radyoaktif cisimlerin saldığı ikinci ışınlardır Beta ışınları eksi elektrikle yüklü taneciklerdir. Bundan da anlaşılacağı gibi, aslında yüksek hıza ulaşmış elektronlardır. Düzensiz olarak çevreye yayılırlar. Alfa taneciklerinden daha etkilidirler.

Gama ışınları: Radyoaktif elemanların saldığı üçüncü ışınlardır. X ışınlarıyla aynı karakterdedir. Bir cisim içine girme yeteneği çok fazladır. Birkaç santimetre kalınlıkta kurşun içinden geçebilirler.