#elektronlar

Mikroplardan elektrik almak mümkün olacak

Rus bilim insanları, oksijensiz ortamlardaki bakteri kullanarak elektriğin üretilebileceğini keşfettiler.

Gelecekte mikropların insanlık için elektrik ürettiği, insan midelerinin, madenlerin dip kısımlarının, okyanus derinliklerinin çok olduğu alanlarda üretilebileceğini belirttiler.

Dünyadaki doğal kaynakların hızla tükenmesi nedeniyle, bilim insanları elektrik elde etmek için mikrop…

   Yukawa’nın öngördüğü mezon denen atom içi parçacıkların parçacıklarını da evrenimizin uzak diyarlarından gelen kozmik ışınlar göstermiştir. Bu ışınlar sayesinde varlıklarından haberdar olabildik.

    Kütlesi elektronla proton arasında olduğu için pionlara mezon denilmiştir.

   Mezon ise orta büyüklükteki (proton ile elektron arası bir büyüklük) atom içi parçacıkların parçacıklarına verilen bir grubun adıdır.

    Yukawa da pion adını düşünmüştü ama önemli bir sorun vardı.

    Deneysel olarak gözlenen bu parçacıklar beklenen güçlü etkileşimlere girmiyordu. Yani Yukawa’nın öngördüğü pion bu olmayabilirdi. Bugün bu parçacığa müon diyoruz.

        Atmosferin üst kısımlarındaki atomlar, uzaydan gelen çok yüksek enerjili atomlarla çarpışırlar. Orada Yukawa kuramına uygun olarak pionlar ortaya çıkar.

    Yukawa’nın öngöremediği pionların kararlı olmayışıdır.

    Yüksüz pionlar fotonlara dönüşür.

    Elektrik yüklü her pion, saniyenin on milyonda birinden daha az bir sürede bir müon ile bir nötrinoya bozunur. Bu nedenle bir pion, bir müon bir nötrinonun birleşmiş halidir diyebiliriz.

   Nötrino çok ilginç bir parçacıktır. Genellikle gözlenemeden kaçar. Ama müonlar atmosferin alt katmanlarına kadar ulaşabilirler ve hatta yer kürenin yüzlerce metre altında bile gözlenebilirler.(Kuarklar - nötrinolar bölümüne bakınız)

   Bunun nedeni de müonların, güçlü etkileşim yapmamaları ve atmosferden kolayca geçebilmeleri, toprakta da bir miktar ilerleyebilmeleridir.

   Pionların, müonların nötrinoların yapıları ve var oluştaki görevleri son derece ilginçtir.

   Bütün bunlar açığa çıktığında Profesör Isidore I. Rabi; elektronun ağır kardeşi müonun keşfine bilim adamlarının gösterdiği şaşkınlığa benzeyen derin ve güçlü tepkiyi şu veciz sorusuyla dile getirmekten kendini alamamıştır.

   -Bütün bunları kim ısmarladı? Sanki ısmarlanmış gibidirler.

    Bugünkü temel parçacık fiziği anlayışımıza dayanarak müonu ısmarlamak ya da öngörmek gerçekten mümkün olmazdı.

                                             Atom içi hareketler

      Atomu oluşturan parçacıkların en önemlilerinden biri olan elektronlar çekirdeğin etrafında özel yörüngelerinde olağanüstü bir hızla (saniyede yüz bin km) dönerler. Fakat hücre içi hareketlilik sadece elektronlara özel değildir.

    Protonları meydana getiren kuarklarda buna benzer bir hareketlilik içindedirler.

    Kuarkların bu özel dönüşlerine spin adı verilir.

    Özel olarak niteliyoruz çünkü kuarkların bu hareketleri proton oluşturma açısından özeldir. Başka türlü gerçekleşseydi protonların oluşması mümkün olmayacaktı.

    Atom içi dengelerden yıldızlara kadar bütün var oluş bu hareketler üzerine kurulmuştur.

    Spin hareketi ilk kez 1925 yılında keşfedilmiş ve Pauli Dışlama İlkesi olarak anılmaya başlanmıştır.

    Bu ilkeye göre, iki benzer parçacık aynı duruma sahip olamazlar.

    Diğer ifade ile iki benzer parçacık belirsizlik ilkesinin tanımladığı sınırlar içinde aynı konum ve hızda bulunamazlar.

   Atomlar son derece küçük oldukları halde kütlesel ve elektriksel dengeler ve hareketler içeren kompleks içi kompleks yapılardır.

    Örnek olarak protonu ele alırsak şunları söyleyebiliriz.

   Protonlar değişik yörünge, hız ve farklı zamanlarda dönen muhtelif sayılardaki kuarklardan oluşur. Kuarklar ise saf enerji zerrecikleridir.

    Protonların oluşması kuarkların değişik yörüngelerde, değişik hızlarda ve farklı zamanlarda dönmesi sonucudur.

    Aynı yönde ve aynı hızda hareket eden birden fazla enerjinin olabilmesi ise mümkün değildir.

    Bunların bir şekilde birbirlerinden farklılaştırılıp ayrılmaları gerekir. Bu ayrım da ancak yörünge, hız ve zaman farklılıklarıyla oluşabilmektedir.

    Bu farklılıklar protonların oluşmasının ana nedenidir. Diğer ifade ile bu farklılıklar olmasaydı protonlar oluşamayacaktı.

    Protonları oluşturan kuarklar (ki bunlar muhtelif sayılardadır) aynı anda, aynı hızda ve aynı yönde hareket etselerdi farklıklarla oluşan ayırım ortadan kalkar, birer enerji zerresi olan kuarklar birleşerek tek bir kuark haline alırlardı.

    Böyle bir durumda da protonların oluşması mümkün olmazdı.

    Bazı protonların elektronlarla birleşip nötrleşerek nötronları meydana getirdiklerini biliyoruz.     Bu nedenle protonların oluşamaması demek nötronların oluşamaması anlamına da gelir.     Protonlar ve nötronlar oluşamazsa atom çekirdekleri, atomlar, moleküller ve dolaysıyla madde oluşamazdı. Bir bakıma var oluşun sırrı atom içi parçacıkların bu kompleks yapı ve hareketlerinde gizlidir denilebilir.

    Görüldüğü gibi, spin hareketi, şu ana kadar gördüğümüz diğer tüm özelliklerde olduğu gibi, evrenin oluşumunda son derece hayati bir öneme sahiptir.

    Stephen Hawking bu gerçeği şöyle ifade eder:

    -Eğer evren Pauli Dışlama İlkesi olmadan var edilmeye çalışılsaydı kuarklar, birbirinden ayrı ve kesin tanımlı proton ve nötronları oluşturamazdı. Proton ve nötronlar da elektronlarla birlikte atomları oluşturamazlardı. Hepsi, oldukça düzgün, yoğun bir çorba oluşturmak üzere bir araya çökerdi.

   Bilim bugün atom altı parçacıkların bu olağanüstü hareketlerini keşfetmiştir ama atom içi parçacıkların neden böyle hareket ettiklerini açıklama konusunda aciz kalmıştır.     Materyalizmin bu oluşumları izah için ortaya koyduğu rastlantılar kavramı akıl ve bilim dışı zorlamalar gerektirir.

   Bunun en büyük nedeni de bu olağanüstü oluşumların evrendeki atomlar adedince tekrarlanmış olması gereğidir.

    Materyalizm bu konuda canlılığın oluşumu ve evriminde ısrar ve inatla öne sürdüğü bilginin aktarımı tezini de öne süremez.

    Çünkü söz konusu edilen canlılık değil cansızlıktır.

       Elektronlar var oluşun (büyük patlamanın-genişim evresinin) ilk anlarında meydana gelmiş eksi elektrik yüklü atom içi parçacıkların en önemlilerinden biridir.

    Bilinen en küçük atom içi parçacığıdır ve ilginç bir şekilde hem madde hem de dalga özelliklerini bir arada bulundurur. Her atomda bir protona karşılılık bir elektron bulunur.

    Evrende yüz dört temel maddenin yani elementin bulunduğunu, her elementinde farklı atom ve molekül yapılarına sahip olduklarını biliyoruz.

    Atomlardaki farklılıkları çekirdeklerinde bulunan proton ve protonlarla eşit sayıda olması gereken elektronların sayıları belirler. Diğer ifade ile protonu fazla olan element az olandan daha ağırdır.

   Nötron gibi diğer atom içi parçacıklar ise ne kadar hassas olduklarını anlatmaya çalıştığımız atom içi kütlesel ve elektriksel dengelerin oluşmasına yardımcı olur.

    Atomlar ağırlaştıkça bu tür dengelerin oluşumu ve korunması zorlaşır. Bu nedenle ağır atomların yapıları hafiflere göre çok daha karmaşıktır.

     Atom ağırlaştıkça atom içi parçacıklar da çoğalır.

       Ya da atom içi parçalar çoğaldıkça atomlar ağırlaşır.

    Bir bakıma nötronlar gibi elektrik yönünden nötr atom içi parçacıklarda diğer parçalar gibi atomun oluşmasında ve mekanizmaların kurulmasında hayati öneme sahiptirler.     En güçlü mikroskopların bile görüntülemeyeceği kadar küçük bir alanda tek bir çekirdek etrafında inanılmaz bir hızla ayrı, ayrı yörüngelerde dönüp duran elektronlar karışık bir trafik yaratırlar. Fakat bu trafik atom içi güçlerin etkisiyle son derece düzenlidir ve devamlı kontrol altındadır.

    Atom çekirdeğinin çevresinde elektronların dönmelerine uygun yedi yörüngenin olduğu saptanmıştır.

    Doğal şartlarda asla değişmeyen bu yörüngelerdeki elektron sayısı da 2n2 ile ifade edilen bir formülle belirlenmiştir.

    Atomların tüm yörüngelerinde bulunabilecek en fazla elektron sayısı bu formülle sabittir. Formüldeki “n” harfi, yörünge numarasını belirtir.

                                                  Bileşikler

       Bileşikler gerçeği aramak konusunun en önemli aşamalarından birini teşkil eder. Bunun nedeni de bileşiklerin ileri bölümlerde ayrıntılarıyla incelemeye çalışacağımız yaşamın maddesel temeli olmasıdır.

    İki veya daha fazla sayıda madde bir araya geldiğinde, moleküllerdeki atomların yeniden düzenlenmesine kimyasal tepkime denir.

    Bu sırada elektronların paylaşılması da değişir.

    Kimyasal tepkimelerin bir özelliği, ilgili atomların çekirdeklerinde bulunan parçacık sayısının tepkime sırasında değişmemesidir.

    Bileşik iki ya da daha fazla cinste atomun bir araya gelerek oluşturduğu saf modellere denir.

    Bileşiklerin en küçük yapı taşı moleküllerdir.

    Bileşiklerin çoğu moleküler yapıdadır. Ama tuz gibileri atomik yapılarda olabilir.

    Bileşikler belirli formüllerle ifade edilirler. Fakat bileşiklerle karışımları birbirinden ayırmak gerekir.

   Bileşikler karışımlardan şu özellikleri nedeniyle kolaylıkla ayrımsanabilir.

    a)-Bileşikler belirli sayıda element atomunun kimyasal bir bağ ile bağlanmasıyla oluşur. Ancak karışımın belirli bir formülü yoktur.

    b)-Bileşikleri asitler, bazlar, oksitler, tuzlar olarak sınıflandırılır.

   c)-Bileşikler oluştukları element atomlarının özeliğini taşımazlar. Örneğin tuz ikisi de zehirli olan sodyum ve klordan oluşur. Fakat soframıza lezzetli yemek tuzu olarak gelir.

    En bilinen bir başka bileşik ise sudur.

   Su yakıcı özelliği olan oksijen ile yanıcı olan hidrojenden meydana gelir. Ama kendisi söndürücüdür.

       d)-Bileşikler homojendirler.

     e)-Bileşiklerin belirli erime ve kaynama noktaları vardır.

          Bileşik, birden fazla atomun belirli oranlarda bir araya gelmesiyle oluşan maddelere denir. Yüz dört elementin büyük çoğunluğu birbirleriyle birleşerek sayısız denecek kadar çok bileşikler meydana getirebilirler.

    Laboratuarlarda her gün yeni bileşikler oluşturulmaktadır.

   Şu an için yaklaşık 2 milyon bileşikten bahsetmek mümkündür.

    En basit kimyasal bileşik, hidrojen molekülü kadar ufak olabildiği gibi, milyonlarca atomdan oluşanları da vardır.

    Moleküllerin oluşması elektriksel ve kütlesel dengelerin de oluşması anlamına gelir. Bu nedenle molekülleri oluşturan atomlar arasında elektron alışverişi de kesilir.    Bir element acaba en fazla kaç değişik bileşik oluşturabilir?

   Bu sorunun cevabı oldukça ilginçtir. Çünkü bir tarafta hiçbir elementle birleşmeyen bazı elementler (soy metaller) vardır.

    Diğer tarafta ise 1.700.000 bileşik oluşturabilen karbon atomu vardır.

    Toplam bileşik sayısının 2 milyon kadar olduğunu tekrar hatırlarsak, 92 elementin 91!i toplam 300.000 bileşik yapmaktadırlar.

    Ancak karbon olağanüstü bir şekilde tek başına 1.700.000 bileşik yapabilmektedir. Bir bakıma karbon var oluşun dolaysıyla canlılığın yapı taşıdır. (Karbon elementi bölümüne bakınız)

    Atomları birbirine bağlayan bağlar zayıf ya da güçlü olabilir.

    Zayıf bağlı atomlar birbirlerinden kolaylıkla ayrılabilir.

       Örneğin suyu elektroliz ederek su molekülünü oluşturan oksijen ve hidrojen atomlarını birbirlerinden kolaylıkla ayırabiliriz.

      Bazı bileşiklerde oluşan bağlar ise çok güçlüdür. Bu tür bileşiklerin moleküllerini oluşturan atomları birbirlerinden ayırmak çok zordur ve hatta kimilerinde imkânsızdır.

      Maddeleri aynı özellikleri taşıyan birer molekül kümeleri olarak düşünebiliriz.

    Fakat maddeleri oluşturmak için sadece moleküllerin oluşması yeterli değildir.

    Boşlukta bir yer tutan yani hacmi olan varlığını rahatlıkla algılayabildiğimiz maddenin oluşumu molekülleri bir arada tutan bir güce de ihtiyaç vardır.

    Bu da molekülleri bir arada tutan bu güç nedir sorusunu gündeme getirir.

    Bu soruyu cevaplamaya çalışan bilim insanları farklı teoriler üretmişlerdir.

    Yapılan araştırmalar moleküllerin içlerindeki atomların özelliklerine göre farklı şekillerde birleşebildiklerini ortaya çıkarmıştır.

                                                   Metalik bağlar

      Çok sayıda atom birbirlerinin elektronlarını ortaklaşa kullanarak birleşiyorlarsa, bu kez metalik bağ söz konusu olur.

    Günlük hayatta çevremizde gördüğümüz ya da kullandığımız pek çok araç ve gerecin ana maddesini oluşturan demir, bakır, çinko, alüminyum, vs. gibi metaller, kendilerini oluşturan atomların birbirleri aralarında metalik bağlar yapmaları sonucunda, elle tutulur, gözle görülür, kullanılabilir bir yapı kazanmışlardır.

    Atomların yörüngelerindeki elektronların neden böyle bir eğilimi olduğu sorusunu ise bilim adamları cevaplayamamaktadır. Fakat canlı organizmalar ancak nedenini bilmediğimiz bu eğilim sayesinde var olabilirler.

    Elementlerin çoğunluğu, yaklaşık yüzde 80'i metaldir.

    Metallerin erime ve kaynama noktaları, metalik bağın kuvveti hakkında bir fikir verir.

    Örneğin alkali metallerin erime ve kaynama noktaları pek yüksek değildir, bıçakla kesilebilecek kadar yumuşaktırlar.

   Sezyum (Cs) 28.6 derecede, sodyum (Na) 97.8 derecede erir.

   Oda koşullarında sıvı olan tek bir metal vardır: cıva. Erime noktası -33.86 derecedir.

    Öte yandan wolfram (W), 3377 derecede erir.