Giriş

Atom, doğanın temel yapı taşıdır. Canlı cansız dünyanın her yerinde atomlar vardır. Atom konusu antik dönemden beri çok farklı değişimlere uğramış ve geliştirilmiştir. Bugün bildiğimiz haliyle bir atom, çekirdekte bulunan protonlar ve nötronlar ile çekirdek etrafında hareket eden elektronlardan oluşur. Bugün atomlara bilim şövalyesi gözünden bakacaksınız. Bilim hikayesine hoş geldiniz.

Antik Yunan’da, filozof Demokritos bakmış, demiş bu bölünecek gibi değil; bölünemeyen küçük parçalardan oluştuğunu ileri sürüp buna ne isim atasak diye düşünürken “atomos” adını vermiştir. Ölmeden önce atayım dediği bu fikri veya kavramı, yüzyıllar sonra bilimsel kanıtlarla desteklenmiştir. O an neye göre desteklediler, kim destekledi bilinmez; büyük ihtimal Japonlardı, ta ki bölünebileceğini gördükleri an. Günümüzde atomun iç yapısını ve davranışlarını anlamak için kuantum mekaniği gibi karmaşık teoriler kullanılmaktadır. Fakat bence daha yolun çok başındayız.

Atomun Yapısı

Atomun içerisinde proton, nötron ve elektron bulunmaktadır.

• Protonlar: Pozitif yüklü bu parçacıklar, çekirdekte yer alır. Proton sayısı, bir atomun hangi element olduğunu belirler.1 protonlu bir atom hidrojen, 2 protonlu bir atom helyumdur.
• Nötronlar: Yüksüz parçacıklar olup protonlarla birlikte çekirdeğin stabilitesini sağlarlar. Nötronlar, bir elementin izotoplarını oluşturur; örneğin karbon-12 ve karbon-14 farklı nötron sayısına sahiptir.
• Elektronlar: Negatif yük taşıyan elektronlar, çekirdek etrafında yüksek hızda dönerler. Bu hareketleri enerji seviyeleri olarak bilinen kabuklarda gerçekleşir. Elektronlar, kimyasal bağların oluşmasında kilit rol oynar.

İnanmamakla birlikte günümüzde atomun büyük bir kısmının boşluktan ibaret olduğu söylenir. Çekirdek atomun kütlesinin büyük bir kısmını oluşturur fakat çapı küçüktür; çapsız Abidin gibi düşünün. Elektronlar ise hızlı bir genç oldukları için hafif ama hızlıdırlar; hacmi onlar oluşturur çoğunlukla.

Atomun Keşfinin Tarihçesi

Öncelikle yukarıda belirttiğim gibi ilk Antik Yunan’da Demokritos ve Leucippus iki arkadaş aynı fikri savunurken Aristoteles, hava, su, toprak, tahta (ateş) dediği için, Aristoteles’i öne sürdüğü fikri çok destekleyen insanlar olduğu için onun fikri kabul görüyordu. Demokritos ve Leucippus’un ileri sürdüğü fikir uzun süre toplum tarafından kabul görmedi.

Aristoteles’in fikri yüzyıllar boyunca devam etti. Orta Çağ’ın karanlık dönemi, tarihteki savaşlar bu fikrin karşıt görüş ortaya atabilecek, daha doğrusu bilim toplumunun bunları konuşma ve kabul görme gibi vakitleri yoktu. Ta ki modern atom teorisine geçene kadar.

Modern atom teorisine geçerken tekrardan gün yüzüne çıkan fikirlerin ilkini John Dalton atmıştır. Dalton’un teorileri şunlara dayanmaktadır:

• Maddeler atom adı verilen küçük, bölünemez parçacıklardan oluşur.
• Aynı elementin atomları birbirinin aynıdır.
• Farklı elementlerin atomları farklıdır.
• Atomlar belirli oranlarda birleşerek bileşikleri oluşturur.

Dalton’un teorisi doğru olmasa da kimyasal reaksiyonları anlamada sağlam bir atılım sağladı. Dalton’un atom modelinin savunduğu konular o yıllar için çok değerli olsa da, benim için bilimin altın yüzyılı Muhteşem Yüzyıl demek isterdim ama 20. yüzyıldır. Elektronun keşfi (1897, 20. yüzyıldan sayıyorum), çekirdeğin keşfi, protonun keşfi bu yüzyılda olmuştur.

Sıradaki üzümlü kekim J.J. Thomson, her atomun içinde küçük parçacıklar olduğu sonucuna varmak için bir katot ışın tüpü kullandı. Bu çıkarım, Dalton’un teorisinin yanlış olduğunu kanıtladı. Parçacıklar bölünebilir. Thomson, atomların negatif yüklü olması gerektiği sonucuna vardı. Bilimsel ilerlemelerin gerçekleşmesine izin veren üzümlü kekim modelini tasarladı. Modelin eksik kaldığı noktalar ise atomun kararlılığı, radyoaktivite, izotoplar gibi konuları açıklayamaması ve protonların varlığını hesaba katmamasıdır.

• Niels Bohr: Bohr, atomun elektronlarının belirli enerji seviyelerinde (yörüngelerde) hareket ettiğini öne sürmüştür. Bu model, hidrojen atomunun spektrum çizgilerini açıklamakta başarılı oldu.
• Nötronun keşfi – James Chadwick: Chadwick modern nükleer fizik ile atom fiziğinin temelini oluşturmuştur.

Benim aklıma her zaman gelen sorulardan biri şu: Bu insanlar nasıl bunları düşünüyor? Var olmayan bir şeyi düşünebiliyorlar gibi geliyor. Belki öyle insanlar vardır ama Chadwick’in ilham kaynağı ve temel aldığı yerler vardır. Örneğin, Marie Curie’nin radyoaktif maddelerin çekirdek tepkimeleri sonucu radyasyon yaydığını ortaya koyması bu bilgiyi temel almasına neden olmuştur.

Atomların Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

• Atom Numarası: Proton sayısına eşittir ve bir elementin kimliğini belirler. Örneğin, oksijenin atom numarası 8’dir.
• Kütle Numarası: Proton ve nötron sayılarının toplamıdır.
• İzotoplar: Aynı proton sayısına sahip ancak farklı nötron sayılarıyla farklı kütlelere sahip atomları ifade eder. Karbon-12 ve karbon-14 bunun örnekleridir.

Atomlar ve Kimyasal Bağlar

En heyecan verici kısmına geldik. İleride çok daha detaylı olarak değineceğim yere çok kısa bir şekilde yazmak istiyorum. Konumuz kimyasal bağlar. Bağların temel amacı oktete ulaşmaktır. Kendi nirvanalarına gitmek istiyorlar. Oktet (çoğu atom için dış kabukta 8 elektron olma derdi).

İyonik Bağ: Elektron transferiyle oluşan, genellikle metal ve ametal arasında görülen bir bağdır. Bu arada iyonun da ne olduğunu tanımlamak istiyorum çünkü zamanında “iyon oluşuyor, katyon ve anyon sınavda işaretliyorduk ama iyon ne ki, ne işe yarar?” diye soruyordum.

İyon, bir atomun veya molekülün elektron alarak ya da elektron kaybederek elektrik yükü kazanmış hâlidir. Normalde atomlar elektriksel olarak nötrdür, çünkü proton (pozitif yüklü) ve elektron (negatif yüklü) sayıları eşittir. Ancak elektron alışverişi bu dengeyi bozar ve iyon oluşur. Yani bir elektron verince katyon +1 yük kazanmış olur, alınca ise anyon olup -1 yük almış olur. Aklında kolay tutmanın yolu; KA(t)YON, “t” artı işareti gibi; (A)nyon ise “a”nın ortasındaki eksi gibi düşünülerek akılda kolay kalabilir.

İyonların Bazı Özellikleri:

• Yüksek erime ve kaynama noktalarına sahiptir.
• Sulu çözeltilerinde serbestçe hareket ederek elektrik akımını iletirler.
• Kristal yapıdaki bileşiklerde (örneğin NaCl) iyonlar düzenli bir dizilim gösterir.

Şöyle bir örnek vermek istiyorum; ilk duyduğumda hoşuma gitmişti:

• Bir iyonik bileşik (örneğin NaCl), suya atıldığında iyonlarına ayrışır. Sebebi ise:
  • NaCl → Na⁺ + Cl⁻
  • Bu ayrışma, suyun polar yapısından kaynaklanır:
    • Su molekülünün OKSIJEN ucu negatif yüklüdür ve pozitif yüklü iyonları (örneğin Na⁺) çeker.
    • Su molekülünün HIDROJEN uçları pozitif yüklüdür ve negatif yüklü iyonları (örneğin Cl⁻) çeker.

Kovalent Bağ: İki atomun elektronlarını ortaklaşa kullanarak oluşturduğu bir kimyasal bağ türüdür. Bu bağ, genellikle ametal atomlar arasında gerçekleşir ve atomların dış enerji seviyesindeki elektronlarını paylaşması sonucunda oluşur. Kovalent bağlar, moleküllerin oluşumunda temel bir rol oynar.

Kovalent Bağın Özellikleri:

1. Elektron Paylaşımı: Kovalent bağlarda, atomlar birbirlerine elektron vermez; bunun yerine ortaklaşa kullanırlar. Bu, bağın kararlılığını sağlar.
2. Ametal Atomlar Arasında: Kovalent bağlar genellikle ametaller arasında oluşur. Örneğin, karbon (C), hidrojen (H), oksijen (O), azot (N) gibi ametal atomlar arasında yaygındır.
3. Bağ Türleri:
   • Tekli Kovalent Bağ: İki atom bir çift elektron paylaşır (örneğin, H₂ molekülü).
   • Çift Kovalent Bağ: İki atom iki çift elektron paylaşır (örneğin, O₂ molekülü).
   • Üçlü Kovalent Bağ: İki atom üç çift elektron paylaşır (örneğin, N₂ molekülü).
4. Molekül Yapısı: Kovalent bağlarla oluşan maddeler genellikle belirli bir molekül yapısına sahiptir. Su (H₂O), karbon dioksit (CO₂) gibi moleküller buna örnektir.
5. Erime ve Kaynama Noktası: Kovalent bağlı maddeler genellikle düşük erime ve kaynama noktalarına sahiptir (istisnalar hariç).

Kovalent Bağın Türleri:

1. Polar Kovalent Bağ:
   • Elektron paylaşımı eşit değildir.
   • Elektronegatiflik farkı olan atomlar arasında oluşur.
   • Örneğin, su (H₂O) molekülündeki oksijen ve hidrojen atomları arasında.
2. Apolar Kovalent Bağ:
   • Elektron paylaşımı eşittir.
   • Aynı tür atomlar arasında veya elektronegatiflik farkı çok küçük olan atomlar arasında oluşur.
   • Örneğin, H₂, O₂, N₂ gibi moleküller.

Metal Bağı:
Metalik bağ, metal atomlarının arasında bulunan ve serbestçe sağa sola hareket edebilen elektronlar sayesinde oluşan bir kimyasal bağ türüdür. Aşk gibi sağlam bir bağdır. Bu bağ, metallere özgü fiziksel ve kimyasal özelliklerin temel sebebidir.

Metalik bağ, bir metalin pozitif yüklü atom çekirdeklerinin (iyonlarının) serbestçe hareket eden bir elektron denizi içinde yüzmesiyle oluşur. Bu yapı, metallere yüksek iletkenlik, dayanıklılık ve şekillendirilebilirlik gibi özellikler kazandırır.

Nasıl Oluşur?

• Metallerdeki atomlar, dış enerji seviyelerindeki elektronlarını ortak kullanır. Bu serbest elektronlar, diğer metal iyonları arasında hareket ederek çekim kuvveti oluşturur.

Metallerin Özgün Özellikleri:

• Elektrik ve Isı İletkenliği: Elektron denizi, elektrik yüklerinin ve enerjinin serbestçe hareket etmesini sağlar. Saldım çayıra mevlam bayıra hesabı.
• Şekil Verilebilirlik (Dövülebilirlik ve Tel Çekilebilirlik): Metalik bağ esnek bir yapıya sahiptir, bu yüzden metaller kolayca şekillendirilebilir.
• Parlaklık: Serbest elektronlar, ışığı yansıtarak metallere parlak bir görünüm verir.
• Yüksek Erime ve Kaynama Noktası: Metalik bağ oldukça güçlüdür, bu nedenle metaller genellikle yüksek sıcaklıklarda erir. Aşkın ne kadar güçlü ise o kadar bağında o kadar güçlü ve yüksektir.

Bağ Gücü:
Metalik bağın gücü, metalin atom numarasına, elektron sayısına ve atomik yapısına bağlıdır.

• Örneğin:
  • Alkali metaller (Na, K) zayıf metalik bağlara sahiptir.
  • Geçiş metalleri (Fe, Ni) güçlü metalik bağlara sahiptir.

ELEKTRO NEGATİFLİK NEDİR

Elektronegatiflik, bir atomun kimyasal bir bağda bağlı olduğu diğer atomun elektronlarını çekme yeteneğini ifade eden bir kavramdır. Bu özellik, atomun çekirdeğindeki protonların çekim gücü ile elektronlar arasındaki mesafe gibi faktörlere bağlıdır.

Elektronegatiflik genellikle Pauling Elektronegatiflik Ölçeği ile ifade edilir. Bu ölçeğe göre, flor (F) en yüksek elektronegatifliğe sahip elementtir (3.98) ve diğer atomlarla bağ oluştururken elektronları en güçlü şekilde çeker.

Hidrojen Bağı:
Hidrojen bağı, bir hidrojen atomunun, bir molekül veya iyon içindeki yüksek elektronegatifliğe sahip bir atomla (F, O, N) oluşturduğu özel bir dipol-dipol etkileşimidir. Hidrojen bağları, Van der Waals kuvvetlerinden daha güçlüdür ancak iyonik ve kovalent bağlardan zayıftır.

Hidrojen Bağlarının Oluşumu:

1. Hidrojen Donör: Hidrojen atomu, kovalent olarak bir elektronegatif atoma (örn. O, N, F) bağlanır.
2. Hidrojen Alıcı: Başka bir molekül ya da aynı molekülün elektronegatif bir atomu, bu hidrojeni çeker.

Van der Waals Kuvvetleri:
Van der Waals kuvvetleri, moleküller arasındaki zayıf etkileşimler olarak bilinir. Bu kuvvetler, molekülleri bir arada tutan güçlü kovalent, iyonik veya metalik bağlara kıyasla çok daha zayıftır ancak özellikle polar olmayan moleküller arasında önemlidir.

1. London Dağılım Kuvvetleri (Geçici Dipol-Dipol Etkileşimleri):
   • Kaynağı: Elektronların hareketinden dolayı anlık (geçici) dipoller oluşur.
   • Kimler Arasında: Tüm atomlar ve moleküller arasında etkilidir, ancak özellikle apolar moleküller için önemlidir.
   • Özellik: Bu kuvvetler genellikle çok zayıftır ancak molekül kütlesi arttıkça kuvvetin şiddeti artar.
   • Örnek: O₂ ve N₂ gibi apolar gazların sıvılaştırılması London kuvvetleri sayesinde olur.
2. Keesom Kuvvetleri (Kalıcı Dipol-Dipol Etkileşimleri):
   • Kaynağı: Kalıcı dipole sahip polar moleküller arasındaki elektrostatik çekim.
   • Kimler Arasında: Kalıcı dipol içeren moleküller.
   • Örnek: HCl gibi polar moleküllerin bir araya gelmesinde Keesom kuvvetleri rol oynar.
3. Debye Kuvvetleri (Dipol-Endüklenmiş Dipol Etkileşimleri):
   • Kaynağı: Polar bir molekülün, apolar bir molekülün elektron bulutunu polarize etmesiyle oluşur.
   • Kimler Arasında: Bir polar ve bir apolar molekül arasında.
   • Örnek: H₂O (polar) ile O₂ (apolar) arasında.

Van der Waals Kuvvetlerinin Özellikleri:

• Kuvvetin büyüklüğü, molekül büyüklüğü ve yüzey alanıyla artar.
• Zayıf olduklarından dolayı düşük sıcaklıklarda etkili olurlar.
• Sıvı ve katıların fiziksel özelliklerini (kaynama ve erime noktaları) etkilerler.

Özellik	Van der Waals Kuvvetleri	Hidrojen Bağları
Güç	Çok zayıf	Daha güçlü
Kimler Arasında?	Tüm moleküller	H ve (F, O, N) içeren moleküller
Bağın Kaynağı	Elektron dağılımı	H ile elektronegatif atomlar arasındaki etkileşim
Örnek	Apolar moleküller	Su, DNA, alkol

Bağların Gücünü Etkileyen Faktörler

1. Elektronegatiflik Farkı:
   • Bağların polaritesini belirler. Elektronegatiflik farkı arttıkça bağ daha polar olur.
2. Atom Yükü ve Yük Yoğunluğu:
   • Daha yüksek yüklere sahip iyonlar arasındaki bağ daha güçlüdür.
3. Bağ Uzunluğu:
   • Daha kısa bağlar genellikle daha güçlüdür.
4. Bağ Enerjisi:
   • Bir bağı koparmak için gereken enerji miktarı bağın gücünü gösterir.

Bağ Türü	Bağ Uzunluğu	Bağ Gücü	Erime/Kaynama Noktası	Elektrik İletkenliği	Kullanım Alanı
İyonik Bağ	Orta	Çok güçlü	Çok yüksek	Sulu çözeltilerde iletir	Tuzlar, mineraller
Kovalent Bağ	Kısa	Güçlü	Genellikle düşük	İletmez	Moleküller (su, organik bileşik)
Metal Bağı	Değişken	Güçlü	Yüksek	Katı hâlde iyi iletir	Metaller, alaşımlar
Zayıf Bağlar	Uzun	Zayıf	Çok düşük	Elektrik iletmez	Su yüzey gerilimi, soy gazlar

Özellik	Van der Waals Kuvvetleri	Hidrojen Bağları
Güç	Çok zayıf	Daha güçlü
Kimler Arasında?	Tüm moleküller	H ve (F, O, N) içeren moleküller
Bağın Kaynağı	Elektron dağılımı	H ile elektronegatif atomlar arasındaki etkileşim
Örnek	Apolar moleküller	Su, DNA, alkol

Bağların Gücünü Etkileyen Faktörler:

1. Elektronegatiflik Farkı:
   • Bağların polaritesini belirler. Elektronegatiflik farkı arttıkça bağ daha polar olur.
2. Atom Yükü ve Yük Yoğunluğu:
   • Daha yüksek yüklere sahip iyonlar arasındaki bağ daha güçlüdür.
3. Bağ Uzunluğu:
   • Daha kısa bağlar genellikle daha güçlüdür.
4. Bağ Enerjisi:
   • Bir bağı koparmak için gereken enerji miktarı bağın gücünü gösterir.

Bağ Türü	Bağ Uzunluğu	Bağ Gücü	Erime/Kaynama Noktası	Elektrik İletkenliği	Kullanım Alanı
İyonik Bağ	Orta	Çok güçlü	Çok yüksek	Sulu çözeltilerde iletir	Tuzlar, mineraller
Kovalent Bağ	Kısa	Güçlü	Genellikle düşük	İletmez	Moleküller (su, organik bileşik)
Metal Bağı	Değişken	Güçlü	Yüksek	Katı hâlde iyi iletir	Metaller, alaşımlar
Zayıf Bağlar	Uzun	Zayıf	Çok düşük	Elektrik iletmez	Su yüzey gerilimi, soy gazlar

Bu yazida atom nedir , atomun yapısı . atomun tarihçesi, atomun özelliklerini ve bağlarını anlattım. İleride çok daha derinlemesine modern teknolojiler nükleer enerji gibi daha derin konulara ilerleyeceğim ama bunlardan once bir seri yapmak istiyorum, periyoduk tablo serisi atom numaralarına göre detaylı bilgi verici yazilar yazacağım. Bilim hikayesini okuduğunuz için teşekkür ederim.