Atomların Kısa Tarihi

Atomların Kısa Tarihi
Atomların Kısa Tarihi Epicurus (341-270 BCE) atomun bir ağırlığının olduğunu belirtti. Fakat, Descartes (1596-1650) maddenin sonsuz şekilde parçalanacağını ve ağırlığının (veya kütlesinin) olmadığını düşünüyordu. 1638 yıllında Galileo cisimlerin sonsuz sayıda küçük taneciklerden oluştuğunu ileri sürdü. Fakat daha fazla ilerleyemedi.
1897 yılında John Thomson elektronu keşfetti. Thomsonun keşfinden önce yüklü cisimlerin hava veya gaz ile doldurulmuş tüplerden geçirildiğinde, havadan veya gazdan ışınların çıktığı bilinmekteydi. Bu ışınlara katot ışınları deniyordu. Thomson bu ışınların parçacık alımı olduğunu gösterdi, ve bunlara elektronlar adını verdi. Ve bu elektronların gazın atomlarının birer paraçası olduğunu belirtti. Bu fikri ile atomun parçalara ayrılabileceğini söylemiş oldu. Thomson atomu, içinde elektronlar (negatif yüke sahip) bulunan pazitif yüklü bir küre olduğunu ileri sürdü. Thomsonun öğrencilerinden Ernest Rutherford atom fiziğinde yeni bir ilerleme kaydetti. Rutherford çalışmalarını radyoaktiv maddelerle yaptı ve deneyler sonunda elektrik yükünü ve thorium gibi radyoaktif maddelerden oluşan yeni maddelerin kütlesini buldu. Ortaya çıkan bu ürünlerden biride alfa parçacığıdır (pozitif yüklü, ağır tanecik). Rutherford radyoaktif bir maddeden elde ettiği alfa ışınlarını, çok ince altın levhalar üzerine göndermiş ve bunların durumunu incelemiştir. Işınların büyük bir kısmı hiç sapmadan bir kısmıda çok az saparak levhayı geçmişlerdir. Bu deneyler sonucunda Rutherford atomun içindeki pozitif yüklerin atom içinde çok küçük bir yerde toplandığını ve elektronlarında çevresinde dağınık bir şekilde olduğunu ileri sürmüştür. Bu modelin kabul edilmesi oldukça zordu. Çünkü iki zıt yükün birbirini çekmeden durmasını kabul etmek oldukça zordu. Elektronların çekirdek çevresinde bulunmaları güneş sistemine benzetildiği zaman bile bu modeli anlamak zordu çünkü, gezegenlerden farklı olarak elektronların yükü bulunmaktaydı.

ATOMUN TARİHÇESİ
Antikitede ve Ortaçağda Madde Anlamı ve Atom teorisi
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 maddeye irca etmek teşkil eder. Eski Yunan ve Avrupa felsefesinin babası olup Yunan Ege Okulunun kurucusu olan Milet'li THALES (M.Ö. 640-546), her şeyin sudan geldiğini farzediyordu. Şüphesiz Thales'e göre mevcut olan şey, sis, 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, likid ve 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 vasfı 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 (M.Ö. 585-525 tahminen) için bu ana madde hava, Ege Okulundan Efesli HERACLITUS (M.Ö. 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 Sicilyalı EMPEDOCLES (M.Ö. 490-430) Ege Okulunun tek ana maddesi yerine dört madde düşünür: toprak, su, hava, ateş ve bunların yanında iki semevî 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 Aristo tarafından da benimsenmiş ve hakikattan uzak olmakla beraber Ortaçağda mühim 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 bölünemiyece-
ğini ortaya atmıştır.
Yunan atom teorisi Miletli LEUCIPPUS (M.Ö. 430 tahminen) ve bilhassa talebesi DEMOCRITUS (M.Ö. 470-400 tahminen) tarafından kurulmuş, Sisamlı EPICURUS (M.Ö. 306) ve antikitenin en dikkate değer materyalist sistemiyle De Natura Rerum'un (eşyanın mahiyeti hakkında) müellifi Lâtin şair ve fizikçisi LUCRETIUS (M.Ö. 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, likid ve solid halleri meydana gelir.
ARISTO (M.Ö. 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 araştır-mış 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 (likid olan şey), soğuk ve kuru toprağı (solid 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 kantıtatif 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 vakâları hiç düşünmeden ve üstelik bunlarla çelişme halinde olmasına rağmen eski Yunandan kalma bir zihniyet mirasıyla genel fikirler 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 birle-şik cisim hakkında yanlış düşüncelere götürür. Meselâ metaller birleşik, oksitler ise basit cisimlerdir. Üç çeyrek yüzyıl zarfında kimyaya hâkim olan bu teori, element mefhumunun gelişmesine hiç de müsait 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 vasıtalarla 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.

Yeni Atom Teorisi

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 vakâları tarif ve aralarındaki bağları tayin ettiği ve yeni vakâları önceden tahmin edebildiği takdirdedir ki ilmî bir mahiyet alır.
Eskiler göze çarpan vakâlara 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 vakitler el işlerinin âdi işlerden addolunduğu için âlim ve filozofların bu işlere tenezzül etmemesinde bulurlar (*). O halde hiçbir denel temele dayanma-yan 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 mesafe-lerde birbirine tesir etmiyen küçük taneciklerden yapılmış olduklarını bunların bulundukları kabın kenarlarına çarpmalarından basıncın husule geldiğini 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 artan 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 reaksiyon-larda bölünmeksizin kalırlar. Bir elementin aynıdır ve hususiyle aynı kütleye maliktir. Halbuki çeşitli elementlerin atomları farklıdır. Kimyasal bileşikler, kendilerini kuran elementlerin atomlarından meydana gelmişler-dir. 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 için AVOGADRO ( 1811) da, kendi adını taşıyan hipotezini ifade etmiştir. Bu hipoteze göre: «Aynı temperatur 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 cıva basıncında gaz halinde 22,4 litrede mevcut molekül sayısına Avogadro Sayısı adı verilmiş ve "N" harfiyle gösterilmiş-tir. 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. Ekseriya 6,02 X 1023 değeri de alınır.

Atomun Fiziksel yapısı

Atomun yapısı hakkında ilk denel bilgi ERNEST RUTHERFORD tarafından, 1911 de, alfa partiküllerinin katı cisimlerden geçişleri sırasında uğradıkları sapmaların keşif ve izahı sayesinde mümkün olmuştur. Bu suretle bir atomun, merkezde atomun bütün kütlesini, gayet küçük ve pozitif elektrik yüklü bir çekirdekle bunun etrafında ve çekirdeğin yükünü nötralleştirecek sayıda elektronun dönmekte oldukları modeli verilmiştir. Eğer bir atomun çekirdeği dışındaki elektronların sayısı Z ise, bir elektronun yükü e olduğuna göre çekirdeğin pozitif yükü Z e dir. Bir atomun karakteristiği olan Z ye o atomun ait olduğu elementin atom numarası denmiştir. Daha 1869 da MENDELEYEFF, elementlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerindeki benzerlikleri göz önüne alarak elementlerin atom tartılarına göre sıralandıklarında, özelliklerinin periyodik bir tarzda tekrarlandığını görmüş ve bu gün de kendi adını taşıyan, elementlerin periyodik sistemini kurmuştur. Uzun zaman bu devriliğin mahiyeti anlaşılamamıştır. Fakat X ışınları spektrumu MOSELEY kanunu sayesinde (1913) elementlerin sıralanmalarının atom ağırlıklarına göre değil, atom ağırlıklarıyla beraber giden fakat onu her yerde takip etmeyen atom numarasına dayandığı denel olarak meydana konulmuştur. Bir elementin Z si aynı zamanda onun periyodik sistemdeki yer numarasıdır.
Rutherford'un atom modeli bazı itirazlara uğramıştır. Gerçekten de bu atom modeli klâsik elektromangetik teorilere göre kararsızdır. Çünkü elektronların çekirdek etrafında dönmeleri lâzımdır, aksi taktirde pozitif olan çekirdek üzerine düşmeleri icap eder. Diğer taraftan, elektronlar döndükleri taktirde enerji kaybederler, bunun neticesi ise yörüngeleri gittikçe küçüleceğinden nihayet çekirdeğin üzerine düşmeleri lâzım gelecektir. Rutherford teorisini bu çıkmazdan NIELS BOHR kurtarmıştır (1913). Bohr, MAX PLANCK'ın 1900 de enrejinin süreksiz bir tarzda quantum şeklinde alınıp verildiğini ifade eden quantum teorisine dayanmak suretiyle Rutherford atom modelini bazı postulat'larla tamamlamıştır. Böylece Rutherford-Bohr atom modeli meydana gelmiştir.
Bu atom modeliyle başta hidrojenin olmak üzere bazı elementlerin spekturumlarıyla Rydberg sabitinin menşei izah edilmekle beraber bir çok denel neticeler izah edilemediği gibi Bohr postulat'larının biraz sunî olduğu da meydana çıkmıştır. Bu model daha sonra SOMMERFELD atom modeli ile tamamlanmak istenmiştir. Bohr atom modelindeki elektronların dairesel yörüngeleri yanında eliptik yörüngelerin de bulunduğu düşünülmüştür. Gerek bu model ve gerekse elektronların hareketlerine izafiyet düzeltilme-sini de ilâve etmekle beraber spekturumların tam izahı mümkün olamamıştır.
GOUDSMIT ve UHLENBECK, 1924 de, elektronun çekirdek etrafındaki hareketinden başka kendi etrafında da döndüğü (spin) hipotezini ortaya atmışlardır. Bu hipotez çok verimli neticeler sağlamış ve tayfların tam olarak izahı da mümkün olmuştur.
PAULI, 1925 de, kendi adını taşıyan exclusion prensibi sayesinde bir atomun çekirdek dışı elektronlarının dağılımının aritmetiğini ve elementle-rin periyodik sisteminin anahtarını vermiştir.
Bu gün bir atomun çekirdek dışı hakkındaki bilgilerimiz bilhassa dalga ve quanta mekanikleri sayesinde tamdır. Atomun kabuğunu ilgilendi-ren bütün özelliklerin izahı mümkündür. Dalga mekaniği, ışığın mahiyeti hakkında uzun zamandır mevcut olan dalga ve korpüsküler paradoksal hale son vermek için 1923 de LOUIS DE BROGLIE tarafından kurulmuş ve bilhassa SCHRÖDINGER tarafından geliştirilmiştir. Quanta mekaniği ise HISENBERG tarafından kurulmuş ve BORN, JORDAN, DIRAC tarafından geliştirilmiştir.
Dalga mekaniğinde, harekette bulunan bir taneciğe bir faz dalgasının refakat ettiği kabul edilir. Bu netice hızlandırılmış elektronları muhtelif billûrlar üzerine göndermek suretiyle önce DAWISSON ve GERMER ; sonra G.P. THOMSON ve daha sonra da PONTE tarafından denel olarak ispat edilmiştir.
Atomun yapısı hakkındaki bilgilerimizin gelişmesi üzerine KOSSEL (1910), LEWIS-LANGMUIR ve başkalarının çalışmaları sayesinde «valans (değerlik)» kavramı izah şeklini bulmuş ve bu sayede bilhassa organik kimyanın büyük gelişmesi sağlanmıştır.
Atom için olduğu gibi çekirdek için de bir yapı araştırılmıştır. İnsanoğlu daima kâinatın sonsuz karışıklığını az sayıda prensibe irca etmeye çalışmıştır. Eskiden beri bütün cisimlerin müşterek bir tipten teşekkül oldukları hakkında hipotezler ileriye sürülmüştür. Daha 1815 de İngiliz doktoru PROUT, çeşitli elementlerin, en basit element olan hidrojen atomlarının yoğunlaşmasından teşekkül etmiş oldukları hipotezini ileriye sürmüştür. Bu hipoteze göre esasta madde birliği vardır ve temel madde de hidrojendir. Bu hipotez doğru ise, cisimlerin atom ağırlıklarının hidrojenin-kinin tam katı olması lâzımdır. Prout'un bu tam sayılar hipotezi bazı elementlere uyuyor, bir çoklarına ise hiçbir suretle uymuyordu. Meselâ atom ağırlığı 35,46 olan klor bunun tipik bir misâliydi. Bu sebepten Prout hipotezi ifade edildiği devirde kabul edilmemiştir.
J.J. THOMSON ve ASTON (1919), kütle spektrografı metoduyla yaptıkları denemeler neticesinde, o zamana kadar basit olarak düşünülen bir çok cisimlerin gerçekte atom ağırlıkları farklı cisimlerin karışımı olduklarını meydana koymuşlardır. Bu suretle daha önce radioelementler hakkında SODDY'nin bulmuş olduğu izotopluk kavramı âdi elementler halinde de meydana konulmuştur. Bu izotoplar çekirdeklerinde aynı sayıda proton içerirler. Yani Z leri aynıdır Mendeleyeff cetvelinde aynı yeri işgal ederler, kimyasal özellikleri aynıdır, ancak fiziksel özellikleriyle fark edilirler. O halde izotop atomlarının çekirdeklerinde aynı sayıda protona karşılık farklı sayıda nötron vardır. Böylece klorun 35,46 atom tartısı bir ortalama atom tartısıdır ve atom tartıları 36 ve 37 olan iki izotopun 3/1 oranında karışımından ibarettir. İzotopları atom tartılarının tam sayılara eşit olmasının ispatıyla, Prout'un tam sayılar hipotezi yüzyıl sonra denel olarak gerçekleşmiştir. Klor halinde Z = 17 dir. O halde atom tartısı 35 olan klor çekirdeğinde 17 proton ve 35 - 17 = 18 nötron ; 37 izotopunda ise 17 proton ve 37 - 17 = 20 nötron olacaktır. Atomlar nötr olduklarından, bunların çekirdek dışlarında da 17 şer elektronları bulunur. Çekirdeklerin kütleleri proton ve nötronunkinin tam katlarından ibaret olmalıdır. Halbuki çekirdeklerin kütleleri, kendilerini teşkil eden proton ne nötronların kütleleri toplamından, pek az da olsa, daima daha küçük bulunmuştur. Bu kütle noksanlığının, tanecikler birleşirken Einstein'ın E = mc2 ilişkisine göre bir miktar enerji kaybetmelerinden ileri geldiği tespit edilmiştir. Bir çekirdeğin sağlamlığının bu kütle noksanlığının fazlalığıyla arttığı görülmüş ve çekirdekler buna göre bir sınıflandırmaya tabi tutulmuştur. Ağır ve çok hafif çekirdeklerin kararsız, orta ağırlıktakilerin ise en sağlam oldukları görülmüştür. Nitekim çok ağır atomlu olan çekirdekler tabiî radioaktiftir ve kendiliklerinden parçalanırlar.








PERİYODİK DİZGE

19. yüzyıl başlarında kimyasal çözümleme yöntemlerinde hızlı gelişmeler elementlerin ve bileşiklerin fiziksel ve kimyasal özelliklerine ilişkin çok geniş bir bilgi birikimine neden oldu. Bunun sonucunda bilim adamları elementler için çeşitli sınıflandırma sistemleri bulmaya çalıştılar. Rus kimyacı Dimitriy İvanoviç Mendeleyev 1860'larda elementlerin özellikleri arasındaki ilişkileri ayrıntılı olarak araştırmaya başladı ; 1869'da, elementlerin artan atom ağırlıklarına göre dizildiklerinde özelliklerinin de periyodik olarak değiştiğini ifade eden periyodik yasayı geliştirdi ve gözlemlediği bağlantıları sergilemek için bir periyodik tablo hazırladı. Alman kimyacı Lothar Meyer de, Mendeleyev'den bağımsız olarak hemen hemen aynı zamanda benzer bir sınıflandırma yöntemi geliştirdi.
Mendeleyev'in periyodik tablosu o güne değin tek başına incelenmiş kimyasal bağlantıların pek çoğunun birlikte gözlemlenmesini de olanaklı kıldı. Ama bu sistem önceleri pek kabul görmedi. Mendeleyev tablosunda bazı boşluklar bıraktı ve bu yerlerin henüz bulunmamış elementlerle doldurulacağını ön gördü. Gerçekten de bunu izleyen 20 yıl içinde skandiyum, galyum ve germanyum elementleri bulunarak boşluklar doldurulmaya başlandı.
Mendeleyev'in hazırladığı ilk periyodik tablo 17 grup (sütun) ile 7 periyottan oluşuyordu ; periyotlardan, potasyumdan broma ve rubidyumdan iyoda kadar olan elementlerin sıralandığı ikisi tümüyle doluydu ; bunun üstünde, her birinde 7 element bulunan (lityumdan flüora ve sodyumdan klora) iki kısmen dolu periyot ile altında üç boş periyot bulunuyordu. Mendeleyev 1871 de tablosunu yeniden düzenledi ve 17 elementin yerini (doğru biçimde) değiştirdi. Daha sonra Lothar Meyer ile birlikte, uzun periyotların her birinin 7 elementlik iki periyoda ayrıldığı ve 8. gruba demir, kobalt, nikel gibi üç merkezi elementin yerleştirildiği 8 sütunluk yeni bir tablo hazırladı.
Lord Rayleigh (Jonh William Strutt) ve Sir William Ramsay'in 1894 den başlayarak soygazlar olarak anılan helyum, neon, argon, kripton, radon ve ksenonu bulmalarından sonra, Mendeleyev ve öbür kimyacılar periyodik tabloya yeni bir "sıfır" grubunun eklenmesini önerdiler ve sıfırdan sekize kadar olan grupların yer aldığı kısa periyotlu tabloyu geliştirdiler. Bu tablo 1930'lara değin kullanıldı.
Daha sonraları elementlerin atom ağırlıkları yeniden belirlenip periyodik tabloda düzeltmeler yapıldıysa da, Mendeleyev ile Meyer'in 1871 deki tablolarında özelliklerine bakılarak yerleştirilmiş olan bazı elementlerin bu yerleri, atom ağarlıklarına göre dizilme düzenine uymuyordu. Örneğin argon - potasyum, kobalt - nikel ve tellür - iyot çiftlerinde, birinci elementlerin atom ağırlıkları daha büyük olmakla birlikte periyodik sistemdeki konumları ikinci elementlerden önce geliyordu. Bu tutarsızlık atom yapısının iyice anlaşılmasından sonra çözümlendi.
Yaklaşık 1910'da Sir Ernest Rutherford'un ağır atom çekirdeklerin- den alfa parçacıkları saçılımı üzerine yaptığı deneyler sonucunda çekirdek elektrik yükü kavramı geliştirildi. Çekirdek elektrik yükünü elektron yüküne oranı kabaca atom ağırlığının yarısı kadardı. A. van den Broek 1911'de, atom numarası olarak tanımlanan bu niceliğin elementin periyodik sistemindeki sıra numarası olarak kabul edilebileceği görüşünü ortaya attı. Bu öneri H.G.J. Moseley'in pek çok elementin özgün X ışını tayf çizgi- lerinin dalga boylarını ölçmesiyle doğrulandı. Bundan sonra elementler periyodik tabloda artan atom numaralarına göre sıralanmaya başladı. Periyodik sistem, Bohr'un 1913'te başlattığı atomların elektron yapıları ve tayfın kuvantum kuramı üzerindeki çalışmalarla açıklığa kavuştu.
Periyotlar. Periyodik sistemin bugün kullanılan uzun Periyotlu biçiminde, doğal olarak bulunmuş ya da yapay yolla elde edilmiş olan 107 element artan atom numaralarına göre yedi yatay periyotta sıralanır ; lantandan (atom numarası 57) lütesyuma (71) kadar uzanan lantanitler dizisi ile aktinyumdan (89) lavrensiyuma (103) aktinitler dizisi bu periyotların altında ayrıca sıralanır. Periyotların uzunlukları farklıdır. İlk periyot hidrojen periyodudur. Ve burada hidrojen (1) ile helyum (21) yer alır. Bunun ardından her birinde 8 element bulunan iki kısa periyot uzanır. Birinci kısa periyotta lityumdan (3) neona (10) kadar olan elementler, ikinci kısa periyotta ise sodyumdan (11) argona (18) kadar olan elementler yer alır. Bunları, her birinde 18 elementin bulunduğu iki uzun periyot izler. Birinci uzun periyotta potasyumdan (19) kriptona (36), ikinci uzun periyotta rubidyumdan (37) ksenona (54) kadar olan elementler bulunur. Sezyumdan (55) radona (86) kadar uzanan 32 elementlik çok uzun altıncı periyot, lantanitlerin ayrı tutulmasıyla 18 sütunda toplanmıştır ve özellikleri birinci ve ikinci uzun periyottaki elementlerinkine çok benzeyen elementler bu elementlerin altında yer alır. 32 elementlik en son uzun periyot tamamlanmamıştır. Bu periyot ikinci en uzun periyottur ve atom numarası 118 olan elementlerle tamamlanacaktır.
Gruplar. Helyum, neon, argon, kripton, ksenon ve radondan oluşan altı soy gaz, tümüyle dolu altı periyodun sonunda yer alır ve bunlar periyodik sistemin 0 grubunu oluştururlar. Lityumdan flüora ve sodyumdan klora kadar uzanan ikinci ve üçüncü periyottaki yedişer element ise sırasıyla I., II., III., IV., V., VI., VII. grupları oluştururlar. Dördüncü periyotta yer a**** potasyumdan broma kadar sıralanan 17 elementin özellikleri farklıdır. Bunların periyodik sistemde 17 alt grup oluşturdukları düşünülebilir, ama bu elementler geleneksel olarak 15 alt grupta toplanırlar ve demir, kobalt, nikel ve bundan sonraki periyotta benzer özellikte olan elementler tek bir grupta, VIII. Grupta yer alırlar. Potasyumdan (19) manganeze (25) kadar olan elementler sırasıyla Ia, IIa, IIIa, IVa, Va, VIa, VIIa alt gruplarında, bakırdan (29) broma (35) kadar olan elementler de Ib, IIb, IIIb, IVb, Vb, VIb, VIIb, alt gruplarında toplanırlar.
I. grup alkali metaller grubudur ; lityum ve sodyumun yanı sıra potasyumdan fransiyuma kadar inen metalleri kapsayan bu grup, farklı özelliklere sahip Ib grubu metallerini içermez. Aynı biçimde, berilyumdan radyuma kadar inen elementleri kapsayan II. grup toprak alkali metallerdir ve IIb grubundaki elementleri kapsamaz. III. grubu oluşturan bor grubu elementlerinin özellikleri, IIIa grubunun mu yoksa IIIb grubunun mu, bu grupta yer alacağı sorusuna kesin bir yanıt getirmez, ama çoğunlukla IIIa grubu elementleri bor grubu olarak düşünülür. IV. grubu karbon grubu elementleri oluşturur ; bu grup silisyum, kalay, kurşun, gibi elementleri kapsar. Azot grubu elementleri V. grupta toplanmışlardır. VI. grup oksijen grubu elementlerinden, VII. grup ise halojenlerden oluşur.
Hidrojen elementi bazı tablolarda Ia grubunda gösterilmekle birlikte kimyasal özellikleri alkali metallere ya da halojenlere çok benzemez ve elementler arasında benzersiz özelliklere sahip tek elementtir. Bu nedenle hiç bir grubun kapsamında değildir.
Uzun periyotların (4., 5. Ve 6. periyotlar) orta bölümünde yer alan IIIb, IVb, Vb, VIIb, Ib gruplarındaki ve VIII. gruptaki 56 elemente geçiş elementleri denir.

Bir Periyotta Soldan Sağa Doğru Gidildikçe ;

a) Atom no, kütle no, proton sayısı, atom kütlesi, nötron sayısı, elektron sayısı, değerlik elektron sayısı artar.
b) Atom çapı ve hacmi küçülür.
c) İyonlaşma enerjisi artar.
d) Elektron ilgisi ve elektronegatifliği artar. (8A hariç)
e) Elementlerin metal özelliği azalır, ametal özelliği artar. (8A hariç)
f) Elementlerin oksitlerinin ve hidroksitlerinin baz özelliği azalır, asitlik özellik artar. (8A hariç)
g) Elementlerin indirgen özelliği azalır, yükseltgen özelliği artar. (8A hariç)

Bir Grupta Yukarıdan Aşağıya Doğru İnildikçe ;

a) Proton sayısı, nötron sayısı, elektron sayısı, çekirdek yükü, Atom no, Kütle no artar.
b) Atom çapı ve hacmi büyür.
c) Değerlik elektron sayısı değişmez.
d) İyonlaşma enerjisi, elektron ilgisi ve elektronegatiflik azalır.
e) Elementlerin metal özelliği artar, ametal özelliği azalır.
f) Elementlerin, oksitlerin ve hidroksitlerin baz özelliği artar, asit özelliği azalır.
g) Elementlerin indirgen özelliği artar, yükseltgen özelliği azalır.