davutsenturk

Bir elektrotun potansiyeli içine daldırıldığı çözeltide bulunan, iyon veya iyonların aktivitelerine bağlıdır. Bu iyon veya iyonlar elektrot elementinin tuzlarından gelebileceği gibi, elektrot elementiyle ilgisi olmayan başka bir elementin tuzlarından da gelebilir. Potansiyometri bu temel üzerine kurulmuştur.

Potansiyometrik metotlarla yapılan tayinler genellikle iki gruba ayrılır.

1. Direkt potansiyometrik tayinler,
2. Potansiyometrik titrasyonlar.

Direkt potansiyometrik tayinde, dengede bulunan bir çözeltideki iyon (iyon cinsleri) konsantrasyonu tayin edildiği halde, potansiyometrik titrasyonlarda iyonun bütünü (stokiyometrisi) tayin edilir. İki metot arasındaki farkı daha iyi belirtmek için somut bir örnek verelim. Birisi kuvvetli bir asidin, diğeri zayıf bir asidin, olmak üzere konsantrasyonları ve hacimleri aynı iki çözeltinin, her iki metotla da tayin edildiğini kabul edelim. Direkt potansiyometrik metotla çözeltiler için farklı değerler bulunur. Halbuki potansiyometrik metodla her iki çözelti için aynı değer bulunur (aynı miktar standart sodyum hidroksit sarf edilir). Direkt potansiyometrik metotla, bir çözeltide bulunan iyonların aktiviteleri bulunduğundan, metot gerek sadece aktivite ve gerekse buna bağlı olan denge sabitlerinin tayininde çok önemlidir.

Potansiyometrik titrasyon metodu her tip çözeltiye (renkli, renksiz, denge veren veya tamamen dissosiye olan maddelerin çözeltilerine) uygulanabilir. Bu metodun en büyük dezavantajı, öteki indikatörlü metotlara göre daha çok zaman almasıdır.

Her iki metotta da söz konusu çözeltiye daldırılan iki elektrotla meydana getirilen galvanik pilin (hücrenin) potansiyeli (EMK) ölçülür. Elektrotlardan birisi referans elektrot, diğeriyse indikatör elektrottur.

Referens elektrot potansiyeli, daldırıldığı çözeltiden etkilenmez. Potansiyeli sıcaklık değişmediği sürece sabit kalır (sıcaklık yükselmesi potansiyelin düşmesine neden olur). İndikatör elektrot daldırıldığı çözeltide bulunan elektroaktif iyonun konsantrasyonuna bağlı olarak bir potansiyel gösterir. Bu özellik Nernst denklemiyle gösterilir.

Rererans Elektrotlar

Referans elektrotlara standart elektrotlar da denir. Yukarda da söylendiği gibi bunların potansiyeli, üzerinde çalışılan çözeltiye bağımlı değildir. Yalnız sıcaklıkla bir miktar değişir.

Böyle elektrotlar yardımıyla, elektrot haline getirilebilen çözeltilerde bulunan iyonların aktiviteleri veya konsantrasyonları tayin edilir. Bunlardan birkaç tanesi aşağıda verilmiştir.

Hidrojen Elektrodu: Hidrojen elektrodu, çok kullanılan bir referans (standart) elektrottur. Öteki referans elektrotları arasında özel bir yeri vardır. Şöyle ki; öteki referans elektrotları hidrojen referans elektroduna göre ayarlanırlar. Böyle bir elektrotta cereyan eden kimyasal reaksiyon,

H₂ ↔ 2H⁺ + 2e^-

dır. Referans hidrojen elektrodunun potansiyeli her sıcaklıkta sıfır kabul edilir. Yapımı oldukça kolay ve şöyledir. Aktivitesi bir (1,228 N) olan HC1 çözeltisine daldırılan platinle kaplanmış platin elektrot üzerine basıncı bir atmosfer olan saf hidrojen gazı göndermekle elde edilir ve SHE olarak kısaltılır.

Kalomel Elektrot: Kalomel elektrot, referans elektrodu olarak çok kullanılan elektrotlardan bir tanesidir. Elektrotta,

Hg₂Cl₂ + 2e^- ↔ 2Hg + 2Cl^-

reaksiyonu cereyan eder. Böyle bir reaksiyonun potansiyeli ortamdaki klor iyonu konsantrasyonuna bağlıdır. Elektrot kabında çökmüş halde bol miktarda kalomel olmak şartıyla (doymuş çözelti), klor iyonu konsantrasyonuna göre üç kalomel elektrodundan söz edilebilir. Bunların verdikleri potansiyeller az çok sıcaklığa bağlıdır.

Bu elektrotlardan en. çok kullanılanı doymuş kalomel elektrottur (doymuşluk potasyum klorürcedir). Sıcaklıkla potansiyeli çok değişmesine rağmen akım alınmalarına karşı çok dayanıklıdır.

Gümüş-Gümüş Klorür Elektrodu: Gümüş-gümüş klorür elektrodu,

AgCl + e^- ↔ Ag + Cl^-

reaksiyonuna dayanır. Böyle bir elektrot laboratuarda kolaylıkla yapılabilir. Bir tüpün en alt kısmında cam veya plastikten yapılmış poröz bir tıpa , bunun üstünde çözelti sızmalarını önlemek için potasyum klorürce doymuş bir agar köprüsü , onun üstünde katı potasyum klorür ve en üstte de içine 1-2 damla gümüş nitrat damlatılmış doymuş potasyum klorür çözeltisi bulunur. Bu çözeltinin içine ucu AgCl ile kaplanmış gümüş bir tel daldırılır. Sadece gümüş tel daldırılırsa da olur. Çünkü üzeri hava oksijeninin etkisiyle gümüş klorürle kaplanır. Böyle bir elektrot standart hidrojen elektroduna karşı + 0,197 voltluk bir potansiyel gösterir.

Gümüş-gümüş klorür elektrotları 275°C ye kadar kullanılabilir. Gümüş klorür aşırı klorürlü ortamda kompleks vereceğinden, potasyum klorürce doyurulmalıdır. Ancak, bu kez de elektrot sıvısı seyreltik klorürlü çözeltilerle temasa geldiği zaman, kompleks gümüş klorür halinde çöker.

Standart Weston Pili: Standart Weston pili de çok kullanılan bir referans pilidir. Pilin kısa gösterilişi,

Cd (Hg) / CdSO₄. 8/3 H₂O (doy), Hg₂SO₄ (doy) / Hg

Doymuş Weston pili 25 °C de 1,0183 voltluk bir potansiyel verir. Şemada katı kadmiyum sülfat bulunmazsa, böyle bir pile doymamış Weston pili denir ve potansiyeli 1,019 volttur.

Sıcaklıkla pilin potansiyeli pek az değişir. Bu değişme derece başına -0,04 mV kadardır. Bunun başlıca nedeni civa-I ve kadmiyum tuzlarının çözünürlüklerinin sıcaklıkla farklı olarak az çok değişmeleridir.

İndikatör Elektrotlar

İndikatör elektrotlar, başlıca dört gruba ayrılır.

1. Metalik elektrotlar (birinci sınıftan elektrotlar)
2. İkinci ve üçüncü sınıftan elektrotlar
3. İnert elektrotlar
4. Membran elektrotlar

Metalik İndikatör Elektrotlar: Gümüş, kurşun, civa, bakır, çinko, kadmiyum gibi yumuşak metaller, indikatör elektrot olarak kullanılırlar. Bunlara birinci sınıftan elektrotlar denir. Bu elektrotların reaksiyonları tersinir ve tekrarlanabilir olduğundan, tuzlarının çözeltilerine batırılmakla elde edilen potansiyelleri, iyonlarının aktivitelerini ölçmeye yarar. Krom, demir, nikel, kobalt gibi sert metallerin elektrotları tekrarlanabilen potansiyel vermediklerinden, indikatör elektrot olarak pek kullanılmazlar. Çünkü, bunların kristal yapıları gergindir ve yüzeyleri bir oksit tabakasıyla kaplanır.

E = E₀ - 0,059 log l/[Ag⁺]

Çinko malgaması da birinci sınıftan bir elektrot olarak kullanılabilir. Çünkü, civa, içindeki çinko aktivitesi sabittir.

İkinci ve Üçüncü Sınıftan Elektrotlar: Yukarda adı geçen metalik elektrotlardan bazıları, sadece kendi iyonlarının aktivitelerini değil, iyonlarıyla suda az çözünen bileşikler veren anyonların aktivitelerini de (konsantrasyonlarını) tayin etmeğe yararlar. Yalnız anyonların aktivitelerini tayin etmek için anyon çözeltisini elektrot katyonuyla, anyonun verdiği tuz bakımından doyurmak gerekir. Örneğin, klorür tayin etmek gerektiği zaman, klorür çözeltisi gümüş klorürle doyurulur. İşte gümüş elektrot gibi kendi iyonundan başka bir iyonun aktivitesini (konsantrasyonunu) de tayin etmeğe yarayan elektrotlara ikinci sınıftan elektrotlar denir. Kısaca söylemek gerekirse, az çözünen bir tuzuyla kaplanmış olan elektrotlara ikinci sınıftan elektrotlar denir.

Klorür çözeltisine daldırılarak bekletilen gümüş bir telin üzeri çok ince bir gümüş klorür tabakasıyla kaplanacağından ikinci cinsten bir elektrot olarak kullanılabilir. .Gümüş metali, klorür yanında hava oksijeniyle kolayca yükseltgenir.

İnert Elektrotlar: Altın, platin gibi elektrotlara inert elektrotlar denir. Bunlar bir metalin iki yükseltgenme basamağındaki iyonlarını ihtiva eden çözeltilere daldırılarak titrasyon yapılabilir. Ancak, iyonlar arasındaki reaksiyonun tersinir olması gerekir. Bundan başka Cr⁺², Ti⁺² gibi çok kuvvetli indirgen iyonların titrasyonu söz konusu olduğu zaman, platin elektrot kullanılmaz. Çünkü, platinin katalizörlük etkisi nedeniyle hidrojen gazı çıkar. Onun için böyle hallerde hidrojene karşı büyük aşın gerilimi olan civa elektrot kullanılmalıdır. Bu. amaçla yüzeyi civayla kaplanmış inert bir elektrot da kullanılır. Böyle elektrotların potansiyelini, söz konusu iyonun indirgenmiş halinin konsantrasyonunun, yükseltgenmiş halin konsantrasyonuna oranı tayin eder.

Membran Elektrotlar: Cam elektrotlar,elde edilir. Bir elektrot için k sabiti, aktivitesi belli bir çözelti alınıp potansiyelinin ölçülmesinden hesaplanır. Sıvı elektrotlar olmak üzere iki gruba ayrılırlar! Bunlar içinde en yaygın olanları cam elektrotlardır.

Cam Elektrotlar: Konsantrasyonları farklı iki asit çözeltisi özel olarak yapılmış ince bir cam levhayla ayrılırsa, cam levhanın iki yüzü arasında bir potansiyel farkı meydana gelir. Bu potansiyel farkı,

E = K + 0,059 log a₁/a₂

kadardır. Eşitlikteki a₁ ve a₂ çözeltilerin hidrojen iyonu aktiflikleri, K da bir sabittir. Bu eşitlikten yararlanılarak potansiyometrik olarak pH tayinleri yapılır. Bu amaçla çözeltilerden birinin aktifliği örneğin, a₂ sabit tutulur. Buna göre,

E = k + 0,059 log a₁

E = k - 0,059 pH

elde edilir. Bir elektrot için k sabiti, aktivitesi belli bir çözelti alınıp potansiyelinin ölçülmesinden hesaplanır.

Cam Elektrotlarda Gorulen Hatalar

Cam eletrotlarda görülen hatalar başlıca üçe ayrılır.

1. Asit hatası
2. Asimetri hatası
3. Alkali hatası

Asit Hatası: Asit hatası düşük pH larda görülen bir hatadır. Çözeltinin pH sı genellikle beklenenden daha düşük (Konsantrasyon büyük) çıkar. Böyle bir hataya pozitif hata denir. Bu hatanın nedeni henüz aydınlanmamıştır.

Asimetri Hatası: Cam elektrodun camından yapılmış ince bir levhayla birbirinden ayrılmış iki kaba, aynı şartlarda iki çözelti konsa ve bunlara birbirinin aynı iki referans cam elektrodu daldırılsa elektrotlar arasında, küçük de olsa bir potansiyel farkı meydana gelir. Buna asimetri hatası denir. Asimetri hatası (potansiyeli) zamanla az çok değişir. Bu hatanın nedenini açıklamak güçtür. Ama, yüzeylerdeki gerginlik farkından ileri geldiği söylenebilir. Gerginlik, camın yapımı sırasında gördüğü farklı işlemlerden ileri gelir.

Alkali Hatası: Alkali hatası, düşük hidrojen iyonu konsantrasyonunda (pH > 9) görülür. Cam elektrot pH yi daha düşük gösterir. Bunun derecesi cam elektrodun cinsine göre değişir. Alkali hatası, cam elektrodun pH sı ölçülecek çözeltiyle temasta bulunan jel tabakasındaki hidrojen iyonlarının bir kısmının yerine alkali metal katyonlarının geçmesinden ileri gelir. Bu geçme ancak hidrojen iyonu konsantrasyonunun çok düşük, alkali iyonları konsantrasyonunun büyükçe olduğu çözeltilerde gözlenir.

Potansiyometrik pH Tayini

Bir ortamda bulunan hidrojen, iyonu konsantrasyonu potansiyometrik olarak iki türlü tayin, edilir.

1. Hidrojen elektrotla
2. Cam elektrotla

Hidrojen Elektrotla Tayin: Daha önce tanımlanan bir hidrojen elektrot ve kalomel elektrotla bir ortamda bulunan hidrojen iyonu aktifliği ve dolayısıyla ortam pH sı tayin edilebilir. Ama bu metot pek pratik ve kullanışlı değildir. Çünkü, her ölçü yapmada basıncı bir atmosfer olan hidrojeni temin etmek oldukça zor bir iştir. Ayrıca permanganat, demir-III, iyot gibi yükseltgenler hidrojeni yükseltgeyerek, krom-II, titan-II gibi indirgenler de platin katalizörü yanında hidrojen iyonunu indirgeyerek bir takım yanlışlıklara yol açarlar.

Cam Elektrotla Tayin: Hidrojen, iyonu aktivitesi ve dolayısıyla pH en, iyi cam elektrotla tayin edilir. Bir cam elektrot kolaylıkla temin edilebilir ve uzun süre kullanılabilir. Böyle bir elektrotla kuvvetli yükseltgenler, kuvvetli indirgenler, gazlar (H₂S, AsH₃ gibi) ve proteinler yanında pH ölçülebilir. Hatta jel halinde bulunan ortamın bile pH sı bu metotla ölçülebilir.

Son zamanlarda geliştirilen mikro cam elektrotlarla hem damla mertebesindeki bir çözeltinin. pH sini, hem de hastaya yutturularak mide pH sını ölçmek mümkün olmuştur. Cam elektrot mideye indiği zaman kalomel elektrot ağızda tutulur.

Birlik ve Termodinamik
A. Kemal PEKKENDİR

Klasik Newton fiziğinin 20. asır Fizik alanındaki ilerlemeler sonucu kâinattaki hadiseleri izah etmede kifayetsizliği ortaya çıkmıştır. Klasik fizikten değişmez olarak kalan termodinamik kanunlardır.

Termodinamik I. kanununun ifadesi:
‘Bir oluşta (proses), enerji ne yaratılır ne de yok edilebilir, fakat enerji bir halden diğer bir hale dönüştürülebilir. ‘Çeşitli tür enerjilerin birbirine çevrilmesi gibi, madde de “yoğunlaştırılmış enerji’ kabul edilerek diğer tür enerjilere çevrilebilir. Bu kanunun Birliğe olan işareti ise; ısı, madde, enerji vs. herşeyin aslında “Bir Tek” olduğunu göstererek, kâinatta Yaradanın birliğini gösteren diğer birlere büyük bir katkıda bulunmasıdır. Einstein’in hayatının otuz yılı üzerinde uğraştığı ve kâinattaki her çeşit enerjiyi bire indirmeye çalıştığı “Unified Field Theory ‘(Birleşik Alan Teorisi)- aslen kâinatın yapıtaşının bir tek unsûr (esir) olduğu fikriyle tamamen muvafık düşmektedir. Einstein’in bu hakikatleri gördüğünü belirten bir sözü: “Tabiatta kudretini gösteren nihayetsiz zekânın milyonda birini, alçak gönüllüce, anlamaya çalışmak. İşte benim işim..” (MM. Etüdleri)

Termodinamik II. Kanunun Makine Sahasındaki tarifi:
“Bütün ısı makinelerinde kullanılan cisim, bir sıcaklık düşmesine m5ruz kalır. Her ısı makinesinde sarf edilen ısının bir kısmı işe dönüştüğü halde, bir kısmı gene ısı enerjisi halinde etraftan yutulmakla dağılmaktadır. Bu suretle yutulan, kullanılmayan enerji hiçbir zaman sıfır olmadığından ısı makinelerinin verimi daima % 100 den küçüktür” (Enerji ve Hayat)

Bu kanunun Kelvin ve Planck’a göre tarifi: “Tek bir reservuardan, o reservuara bir ısı dönüşü olmaksızın, daimi enerji üretemeyiz. Il. kanunla beraber “Entropi” mefhumu da işin içine girmektedir. izole bir sistem içindeki düzensizlik derecesine ‘‘entropi” adı verilir. Herhangi bir sistem kendiliğinden, daha düzensiz bir duruma varmaya meyillidir. Bir prosesde (oluşta) sistem ve çevresi düzensizlik ve rastgelelikte artış gösterir. Bu düzensizliğin ölçüsü entropidir. Bir sistemin düzensizliği artarken entropisi artar. Yolcular vapurda iken entropi düşük, karaya çıkıp dağılınca yüksektir. Oda sıcaklığında bir katının entropisi az iken, bir gazın entropisi çoktur. Yine bir balondaki gazın entropisi düşük iken balon patlayıp, gaz yayılınca entropi yüksektir.

R. Clausius (1865) ünlü sözünde:
“Die Energie der Welt stebt einem maximum zu.”

Kâinatın enerjisi sabittir, entropisi maximuma doğru gitmektedir diyerek 1. ve II. kanunları izolede etmiştir.

İzole sistemlerde mesela: (termos gibi) dış vasatla ne madde ne de enerji transferi olur. Kâinat da bir izole sistemdir. Netice olarak; Termodinamik II. kanunu kâinatla alakadar olarak: Kâinatın entropisi (bir maximuma doğru) daimi artmaktadır.

- Tâbiatta ve kâinatta cereyan eden bütün prosesler bir yönlü (one-direktıonal) ve geri dönüşsüz (irreversible) dür.

İkinci şıkla ilgili bazı misaller:
Isı her zaman sıcak cisimden soğuk cisme geçer. Sobadan odaya yayılan hararetin tekrar sobanın içine dönmesi gibi hadiseler tabiatta imkânsızdır. Elimizle çevirdiğimiz bir tekerlek bir müddet sonra duracaktır. Çünkü tekerleğin kinetik enerjisinin bir kısmı ısı enerjisine döner. Sürtünme ile devamlı enerji kaybı sonucu tekerlek durur. Hiçbir zaman kaybolan ısı enerjisinin tekrar mekanik enerji haline gelmesi ve tekerleğin dönmeye başlaması beklenemez. Yahut yanan bir kâğıt kendi kendine yeniden kâğıt haline gelmez. Akan bir nehir hiç bir zaman yukarı doğru çıkmaz. Yani kâinatın bütün hadisatı yokuş aşağı, tek yönlü ve geri dönüşsüzdür.

Bu hakikatler ışığı altında ‘Lincoln Barnett”in Evren Ve Einstein isimli eserinden bir pasaja göz gezdirelim:

Güneş yavaş; Fakat belirli bir şekilde ölüyor. Yıldızlar ölmek üzere olan közlerdir. Kâinatın her yerinde ısı, denge sıcaklığına doğru gitmektedir. Madde radyasyona dönüşüyor. Enerji boş uzaya dağılıyor. Böylece kâinat bir ısı-ölümüne, ya da teknik yönden tarif edildiği gibi, işe çevrilemeyen maximum enerjiye doğru gidiyor. Bundan birkaç milyar yıl sonra kâinat bu duruma geldiği zaman bütün tabiat faaliyetleri duracak, bütün feza aynı sıcaklıkta olacak. Hiç bir enerji kullanılamayacaktır. Çünkü bütün enerji kozmos’da eşit olarak yayılacak. Hiç bir ışık, hiçbir canlılık ve sıcaklık olmayacak. Yalnız sürekli ve önüne geçilemez bir durgunluk olacak. Zaman sona erecek, çünkü işe çevrilemeyen enerji zamanının yönünü gösterir ve rastgele olmanın bir ölçüsüdür. Kâinattaki bütün nizam yok olduğunda, rastgelelik (entropi) en yüksek seviyesine geldiğinde ve işe çevrilemeyen enerji artmadığında, sebep e netice sırası kalmadığında, kısaca, kâinat faaliyetleri durduğunda, zamanın yönü olmadığından: Zaman mefhumu kalmayacaktır. Bu sonu, -insan olarak- önlemek mümkün değildir. Çünkü termodinamiğin II. kanunu diye bilinen prensip, kâinatın esas faaliyetlerinin dönüşsüz olduğunu bildirir. Kâinat yalnız bir yönde işler. Gerçekten kâinatta görülen yada teorik yollarla varlığı belirlenen herşey, kainatın önüne geçilemez bir biçimde karanlığa ve bozulup son bulmaya doğru gittiği görüşünü desteklemektedir. Bu görüşün lüzumlu kıldığı önemli, bir felsefi netice var. Kâinat ve içindeki faaliyetler yalnız bir yönde gidiyorsa, varılan netice; her şeyin bir başlangıcı olduğudur. Bundan başka ilmi neticelerin iç ve dış sınırlarında bulunan ipuçları yaradılış için kesin bir zaman olduğu yönündedir. Kâinatın en sonunda yok olacağını gösteren bütün deliller, aynı kesinlikle, zamanın da belirli bir başlangıcı olduğunu gösterir.

Barnett’in dediği gibi güneş ve bütün yıldızların enerjiye dönüşerek maddelerinin yok olması dünyada bütün elementlerin, hususiyle radyoaktif elementleri n enerjiye dönerek yok olmaları gösteriyor ki kâinat maddesi bir gün tamamen eriyerek bitecektir. Yani, farzımuhal semavi dinler bir kıyametten bahsetmeseydi bile; ilmen, bir kıyametin kopacağına kat’iyyetle hükmedilebilirdi. Bu, maddeden enerjiye dönüş işlemi, tek yönlü ve geri dönüşsüz olduğu için tekrar enerjiden maddi kâinatın meydana gelmesi imkansızdır. İşte bu netice, yani maddenin yok olması, onun başlangıçta YOK’tan varedildiğini gösteriyor. Çünkü, ölen herşey doğmuştur ve her doğan da ölmeye mahkumdur.

Bütün bunlar, yoktan var eden Kudret’ in icraatını bizlere açıkça göstermektedir.

Bu hakikat ODTÜ’da okutulan Termodinamik kitabının yazarları “Van Wylen” ve “Sonntag” tarafından şöyle ifade edilmektedir:

“Yazarlar, Termodinamiğin II. kanununu, kâinatın ve insanın kaderini elinde tutan bir Yaratıcının ilk ve devam eden yaratma fiilinin tarifi olarak görmektedirler.”(1)

İlmin bu eski ve kuvvetli kanunları, materyalist düşüncenin temeli dahi olmadığını göstererek Tevhide (Birlik) büyük delil teşkil etmişlerdir. Kâinatın yaratılışına Termodinamik kanunlar ile bir nazar atfetmek bize Tevhid ile ilgili diğer bir delili de sunmaktadır. En modern yaratılış teorisi Büyük Patlama (Big Bang) teorisine göre:

Kâinat evvela dev bir atom şeklinde yaratılmış; sonra bu atom patlayarak bütün uzay serbest atom ve elektron tozları ile dolmuştur. Sonra da bunların sıkıştırılarak ve yoğunlaştırılarak bir araya getirilmesiyle kâinattaki cisimler teşekkül etmiştir.

Bu ancak bir şekilde mümkündür: Bir kısım molekülün, rastgele hareketleri esnasında hepsinin birden bir merkeze doğru hareket etmesi hali... Böyle bir hadisenin içinde bulunduğumuz odada vukua geldiğini düşünürsek, hava molekülleri bir noktaya toplanacak, bir araya gelecek ve odanın geri kalan kısmı havasız bir boşluk olacaktır. (2)

Bir odada havanın bir noktada toplanması ne derece imkansız ise Kainatta yayılmış eloktronların yahut esir maddesinin de kendi kendine toplanıp kümeleşmesi, yıldızlar ve nebulalar meydana getirmesi 0 derecede imkansızdır. Ama madem görüyoruz ki bu imkansız olay meydana gelmiş, o zaman bunu, ezeli ilim ve kudretin dışında, hangi maddi ve sınırlı güce ve gelişigüzelliği içinde bocalayan hangi kör kuvvete bağlayabiliriz?

_____________________

(1) Fundamentals of Classical Thermodynamics - Van Wylen - Sonntag
(2) Evren Ve Einstein - Lincoln Barnett

Atomda Fisyon Olayı
F. KAÇAR

Yavaş yavaş atomun parçalanmasına doğru ilmi gelişmeler ve teknik buluşlar ilerlemiş, her yükseliş bu mevzuda bir sonrasına basamak olmuştur. Fisyon hadisesini anlamamız için bazı nükleer temel kaideleri bilmemiz gerekir.

Nükleer sahadaki gelişmelerin temel taşı olan tarihi bazı önemli buluşlar vardır, bunlar:

1869 Elementlerin periyodik sistemini formülasyonu.
1896 Radyooktivitenin keşfi
1911 Nükleer Atom Fiziği başlangıcı
1929 Siklotronun keşfi
1932 Nötronun keşfi
1934 Suni Radyoaktiftiğin keşfi.

Bu büyük buluşlar takriben 1938 yılında başlayan seri haldeki deneylere yol açmıştır. Deneylerde laboratuar nötron kaynakları, siklotronlar, parçacık hızlandırıcılar ve nükleer reaktörler ile nükleer transmutasyonlar yapılarak insanoğlu ilk defa olarak yeni kimyevi elementleri yapabilme imkânına kavuşmuştur. Böylece eski devirlerde kimyacıların bir elementi diğer bir elemente değiştirebilme rüyaları gerçekleşmiştir.

Atom çekirdeği, birbirine çok şiddetli kuvvetlerle bağlı olan nötron ve protonları ihtiva eder. Atom çekirdeğinin muhteviyatım değiştirmek için içindeki nötron ve proton sayılarını değiştirmek icap eder.

Bu iş çekirdeğin radyoaktiflik denilen kendi kendine (bozunması) ile olabildiği gibi suni olarak çekirdeğe nötronlar veya protonlar ilave ederek de değişiklikler yapılabilir. Fisyon hadisesi de bu cümledendir. Çekirdek fisyonu (bölünmesi); bir ağır atom çekirdeğinin nötron ve gamma ışını yayarak yaklaşık olarak eşit kütleli iki (seyrek olarak daha fazla) parçaya bölünmesi hadisesidir.

Nötron 1932’de Chadwich tarafından keşfedildiği zaman fizikçiler bu yeni parçacığı elektriki tesirlerden tamamen uzak, çekirdeği bombardıman edebilecek bir mermi olarak ele aldılar. Bombardıman esnasında genel olarak çekirdekler bu nötronları soğurur ve veya parçacıklar neşreder; böylece farklı çekirdekler haline gelirler. Fisyon (parçalanma) adını verdiğimiz hadisede radyoaktif madde (mesela U235 çekirdeği) suni olarak radyoaktif bozunmaya uğratılmaktadır. U235 çekirdeğine dışarıdan bir nötron gönderilip çarpışmaları neticesinde, nisbeten kararsız iki atom elde edilecektir. Bu durumuyla çekirdeğin uğrayacağı değişiklikler sadece veya parçacığı neşrederek dengeye kavuşmak olmaz. Yeni şekliyle 92U235 atomu yaklaşık eşit iki parçaya bölünür. İki ayrı atom çekirdeği halini alır. Bu reaksiyona fisyon hadisesi denir. Fisyonun olduğu anda elde edilen ve bir kinetik enerjiye malik olup radyoaktif olan fisyon parçaları negatif elektron yayarak bir sıra radyoaktif değişmeden sonra kararlı hale geçerler.

Yeni elde edilen iki çekirdeğin protonlarının toplamı, uranyumun orijinal sayısı olan 92 atom sayısını tamamlamaktadır. En çok rastlanan yeni çekirdekler 36 numaralı Kripton ile 56 numaralı Baryum atomudur. Bu, fısyon olayının yaklaşık denklemi şöyledir:

96u235+on2 56Ba140+36Kr93+(2 ila 3)on1 +200 Mev


200 Mev bir tek çekirdeğin fısyonundan açığa çıkan enerjidir. 1 g, U235 in fisyonundan açığa çıkan enerjiyi hesaplayacak olursak 2x107 K. cal/gr. dır. O halde 1 gr. Uranyum fisyonundan 20 milyon kilo kalorilik enerji açığa çıkarılabilmektedir. En iyi kaliteli kömürün kilogram başına yanına ısısı 8000 K.kal olduğuna göre 1 kg.ı,U235in fisyonundan çıkarılan enerji

2.1010 = 2,5106 kg =2500 ton

8000 ton, kömürün enerjisine denktir. Buradan Uranyumun ne kadar büyük bir enerji kaynağı olduğu görülür. Bize düşen bu enerjiyi insanlığın zararına değil faydasına çevirmektir. Uranyum bir enerji barajı olarak düşünülebilir. Bu çok büyük su kütlesin sahip bir barajın suyunu yapacağımız yollarla zarar verdirmeden kullanmaya benzer.

Bölünme hadisesi burada sona ermez. Böyle ağır bir çekirdeğin fisyonu neticesinde çok büyük bir enerji ile beraber, birkaç serbest nötron da neşredilir. Çıkan her nötron uygun bir moderatör (yavaşlatıcı) ile yavaşlatılarak diğer bir çekirdeği fisyona uğratıp daha fazla enerji ve nötron açığa çıkmasına sebep olur, Hızlı nötronların 92U235 tarafından kolayca soğurulmamaları yüzünden bir moderatöre ihtiyaç duyulmuştur, fisyon tecrübelerinden iki önemli netice elde edilmiştir.

1-) Uranyumun bölünmesinden, fazla miktarda enerjinin açığa çıktığı,
2-) Araştırmacılar her fisyondan ortalama 2,5 nötronun elde edildiğini bulmuşlardır.

Bu buluş zincirleme reaksiyonun temelini teşkil eder. Zincirleme reaksiyon, fisyona uğrayabilen bir maddenin bir noktasında fisyon başladıktan sonra bunun çekirdekten çekirdeğe geçerek bütün çekirdeklerin fisyona uğramasıdır.

Böylece bu tip zincir reaksiyonunu elde etmek için yapılması gereken şey, kâfi miktarda uranyumu (grafit gibi bir modaratörle uygun bir şekilde karıştırılarak) bir yere yığmak ve böylece açığa çıkan notronların, kaçmaya fırsat bulamadan başka bir U235 çekirdeği tarafından soğurulmasını sağlamaktır.

Bu çekirdek reaksiyonu (fisyonu) özelliğinden faydalanarak, reaktörler yapılmıştır,İlk reaktör 1942 yılında Enrico Fermi tarafından idare edilen bir grup ilim adamı tarafından Şikago üniversitesinde yapılmıştır.

Atomdan salınan radyasyonlar ve çeşitli çekirdek olayları atomun sonsuz küçük ve insanoğlunun gözünden saklı esrarengiz dünyasından gelen habercilerdir. İlim adamları usanmadan gayretle bu nimetleri iyi değerlendirdiler ve atomun sır kalmış yapısının çoğunu izah ettiler. Tabiatın yaratılışından beri var olan fakat insanın henüz anlıyabildiği bu sinyaller modern atom teorilerinin geliştirilmesinde bilim adamlarının şaşırtmaz yol göstericileri olmuştur.

Bu seviyede varlık âleminin yapı taşı ve enerjinin kaynağı olan atomun insanoğlu nazarında kıymeti daha çok artmıştır. Boy- ece insanlık bu küçük âlemlerle kendi büyük âlemini kurma yolunda bilmedikleri bir noktaya doğru ciddi bir yarışa geçmiş ve gördüğümüz seviyeye ulaşmıştır. Temennimiz bütün ilmî çalışmaların insanlığın faydasına dönük olmasıdır.

Atomlar
Dr. Muvaffak AYVAZ
Kimyadaki her yeni keşif, atomlar âleminde her gün bir yeni meçhul karşımıza çıkarmaktadır. Profesör Feynman, «Lectures on Physics» adlı kitabının girişinde «Öğrendiğimiz her yeni şey, bizi yeni baştan cehalete gömmektedir.» diyor. Maddi âlemin inceliklerini keşfetmek için yola çıkan insanoğlunun bilgi dairesinin çapı büyüdükçe, bu dairenin etrafında- ki bilinmeyenlerle temas sathı büyüyecek ve bilmediklerimiz çoğalacaktır. Uzun zaman geçerliliğini kabul ettiğimiz kanunlar günün birinde değişikliğe uğrayıp bambaşka şekilde karşımıza çıkmaktadır. Mesela maddenin en küçük parçası olup parçalanamaz manasında: “Atom” diye isimlendirilen tanecikler bugün 200 çeşit parçacık ihtiva eden bir aile olarak karşımızdadır. Buna benzer birçok meselenin rafa kaldırılıp yerlerine yenilerinin ikame edildiği zamanımızda, bu şekildeki bir giriş, geçerliliğini kaybetmiş nazariye sahiplerini küçümseme neticesine götürmemelidir. Bulunan yeni neticelere aslında eski metotlar kullanılarak ulaşılmıştır. Onun için hakiki ilim erbabı kendisine bu yolu açan kimselere medyundur, sayini hürmetle alkışlar.

Atomlarla alakalı malumatımızda da yer yer bu hakikatin göz önünde bulundurulması gerekir.

Kimyevi usullerle kendinden daha basitine dönüştürülemeyen maddelere «element» adı verilir. Toprak, su, hava ve ateşten ibaret olan «Anasır-ı Erbaa» -dört element tarifi milattan öncelere uzanır. Bundan farklı şimdiki element tarifinin ise yaklaşık 200 senelik mazisi vardır. 19. yüzyıl başlarında 10 element bilinirken bu sayı 20. yüzyıl başlarında 90 a çıkmıştı. Bugün ise tabiatta mevcut 92 elemente ilaveten birçok suni element te keşfedilmiş bulunmaktadır. Bir elementin kendi hususiyetini taşıyan en küçük parçasına atom demiştik. Bu isim artık bugün sadece bir «âlem» olarak kullanılmaktadır. Zira atom parçalanmış ve o minnacık zerredeki enerji, pek çok hayırlı maksatlar için kullanıldığı gibi, yüz binden fazla insanın öldürülmesi için de kullanılmıştır.

Atom öyle küçük bir zerredir ki, bir litre suda bulunan su molekülleri (İki hidrojen ve bir oksijen atomundan meydana gelen atom bileşiği) işaretlenip dünyamızda bulunan bütün sıvılarla tamamen karıştırılsa idi ve sonra da herhangi bir yerden tekrar bir litre su alınsa idi işte bu bir litre su içinde yine işaretlenmiş moleküllerin 5000 tanesini bulmak mümkün olacaktı. İşte her bir minnacık atom küçüklüğüyle beraber bu muazzam enerjisini etrafına zarar vermeden muhafazası, bir emir tahtında hareket ettiğini göstermiyor mu?

Küçüklüğünü bu şekilde tasvir etmeye çalıştığımız atom tamamen kesif bir madde değildir. İçi hemen tamamen boştur. Esas kütle, merkezi teşkil eden kısımda toplanmıştır. Kürevî zarfı meydana getiren ve «çekirdek»i teşkil eden ana merkezi tanecikler «proton» ve «nötron»lardan 1836- 39 kere daha hafif olan «elektron» adlı tanecikler olmaksızın 1000 litrelik suyun çıplak atom çekirdeklerini dar bir yere sıkıştırmak mümkün olsaydı, kenar uzunluğu ancak bir milimetrenin beşte biri olan bir zar elde edilirdi. Bunun ağırlığı da bir ton olurdu. Aynı şekilde dünyayı meydana getiren atomların elektron kabukları çıksa 12742 kilometre çaplı dünyamız 42 metrelik çapa büzülecekti. Kütlesinde de sadece %1 lik bir azalma olacaktı. İşte bu kadar küçük bir atom çekirdeğinin kendisinden kat kat küçük elektronları kendisine göre muazzam uzaklıklardan teshir edip etrafında «meczup mevlevi» gibi döndürmesi de düşünen akıllara hayret veren bir başka husustur.

Çekirdekle elektronlar arasındaki mesafeyi daha iyi kavrayabilmek için bir atom 70 bin kişilik bir stadyum kadar büyütülse çekirdek bu sahanın orta noktasındaki bir pire kadar olup elektronların stadyumun çevresinde dolaştıkları görülecekti. Stadyum ortasında küçük bir hacimdeki pirenin, bütün bir stadyumun kütlesini taşıdığını idrak etmek daha da güçtür.

En büyük âlemden atom partiküllerine kadar baş döndürücü ahenk ne muazzam, gönül hayretinden yerlere kapanmak istiyor.

Termodinamik Entropi Madde ve Hayat
Mak. Müh. Metin AVCIOĞLU

Termodinamik, ısı ile diğer enerji şekilleri arasındaki bağıntıları tetkik eden bir ilimdir. Mesela, ısının mekanik enerjiye döndürülmesinin bir uygulaması olan içten yanmalı motorlar, termodinamik ilminin sahası içine girer. ' Muayyen bir işi elde etmek için sisteme ne kadar ısı verilmesi veya çıkarılması gerektiğinin hesap usulleri, termodinamik ilminde verilir.

Termodinamiğin temel kanunlarından birincisini Helmotz; "Isı, bir enerji nev'idir ve enerjinin diğer şekillerine çevrilebilir " şeklinde ifade etmiştir.

1824 senesinde Sadi Carnot, kendisinden evvel Watt tarafından icat edilmiş olan buhar makinasının verimini arttırmaya çalıştı. Carnot, (bu makinada) su buharı yerine civa buharı kullanılırsa, verimin artacağına inanmaktaydı. Çalışmaları sonunda, buhar makinasının veriminin makinada iş gören maddeye tabi olmadığı neticesine vardı. Ve makinanın veriminin, çalışmakta olduğu iki sınır sıcaklığa (dış vasatın ve buharın sıcaklığı) bağlı olduğunu buldu.

Bu çalışmalardan elde edilen neticelere göre, termodinamiğin ikinci kanunu şöyle ifade edilebilir: "Isı, sıcak bir yerden daha soğuk bir yere doğru kendiliğinden akar. Akan ısı miktarının bir kısmını işe çevirme imkanı mevcuttur." Veya Clausius'un ifadesiyle: "Dışarıdan iş almadan soğuk kaynaktan ısı alarak, sıcak kaynağa ısı taşımak mümkün değildir."

Entropi: Entropi ısı enerjisinin bir faktörüdür. Termodinamiğin ikinci kanununun matematiki ifadesinde bir çarpan durumundadır. Entropi enerji birimleriyle ifade edilir. (Kcal/Kg.K). Ve maddenin hususi bir enerjisi sayılabilir. Bir sistemde ısı mübadelesi oldukça, sistemin entropisinde de bir değişiklik olacaktır. Bir sistem ısı aldıkça entropisi artar. Aynı şekilde ısı verdikçe entropisi azalır.

Günlük tecrübelerimiz bize gösterir ki ısı; muhtelif ısı kaynaklarından, çeşitli yollarla alçak sıcaklık bölgelerine geçer. (Termodinamiğin ikinci kanunu). Bunun neticesinde ısı kaynaklarının sıcaklıkları müsavi (eşit) hale gelir. Kainatın her tarafında bu ameliye olmaktadır. Yani kainatta birçok güneş (ısı kaynağı) vardır. Bunlar, termodinamiğin ikinci kanununa göre, etraflarına devamlı ısı yayarlar. Yani kainat, (bir sistem olarak) devamlı ısı almaktadır. Dolayısıyla kainatın entropisi daima artar. Ve "Kainatın entropisi, bir maksimum değere doğru çoğalıyor." denir. Yani bir gün kainatta sıcaklık müsavi hale gelecektir. Kainatta sıcaklık müsavi olduğu zaman potansiyel bir enerji olsa bile hayat olmayacaktır. Çünkü hayat, birbirine zıt kutupların varlığı ile devam eder. Rüzgarın esmesi, yağmurun yağması, hayatın devamı, farklı ısı kaynaklarına bağlıdır.

Madem ki maddi hayat birgün tamamen bitecektir. Acaba maddenin bir başlangıcı var mıdır? Yoksa madde ezeli midir? Bazı kimseler maddenin ezeli olduğunu iddia ediyorlar. Yani maddenin bir Yaratıcı tarafından yaratıldığına inanmıyorlar

Eğer madde ezeli ise elektronların hareket hali için, iki durum söz konusudur: "Elektronlar ya duruyordu sonradan harekete başladı" veya "ezelden beri hareket halindeydi". Yani bir şey, ya hareket halindedir veya sabittir.

Elektronların "bidayette durdukları sonradan harekete başladıkları" iddia edilemez. Çünkü elektronlar, başlangıçta duruyor idiyseler; çekirdek tarafından (zıt kutuplu oldukları için) çekilirler. Çekirdek tarafından çekilen elektronların tekrar serbest kalıp, kendi yörüngelerinde dönmeleri (hareketleri) mümkün değildir. Elektronları çekirdek tarafından çekilmiş bir atomun büyüklüğü (hacmi), yaklaşık çekirdeğinin hacmi kadar olacaktı. Bu duruma göre dünyamızı düşünürsek, ağırlığı aynı kalmakla beraber, hacmi bir futbol topundan daha büyük olmayacaktı. Elektronlar serbest olmadığından, hiçbir kimyevi reaksiyonun meydana gelmesi de düşünülemez. Dolayısıyla "hayattan" da bahsedilemez.

İkinci şık: "Elektronlar ezelden beri hareket halindedir." Eğer elektronlar ezelden beri hareket halinde olsalardı, termodinamiğin ikinci kanununa göre kâinattaki sıcaklık müsavi seviyeye şimdiye kadar çoktan gelmiş olmalıydı. Çünkü kâinatta cereyan eden hertürlü hadiseyi ancak elektronların hareketiyle izah edebilmekteyiz. Yani madde ezeli olsaydı; ileride olmasını beklediğimiz hadiseler, şimdiye kadar çoktan olmuş olacaktı. Çünkü ezel; başlangıcı olmayan, (bilinmeyen) bir sonsuzluk demektir.

Güneşimizin çapı, dünyamızın çapının 109 katıdır. Isı ve ışık kaynağımız olan güneşte her saniye 564 milyon ton hidrojen helyuma dönüşür. Bu reaksiyon sonucu kütlesinden 4 milyon ton kaybeder (enerjiye dönüşür). Eğer madde ezeli olmuş olsaydı, güneşimiz şimdiye kadar çoktan kütlesini kaybedip sönmüş olacaktı. Öyleyse madde ezeli değildir. Ezeli değilse onu bir Yaratan vardır.

Nadir Bir Element Helyum
Ali Kılıç
Helyum denilince, belki de çoğu insanın aklına çocukların neşe kaynağı olan uçan balonlar gelir, ancak bu hafif gazın ciddi yönleri de mevcuttur. Helyum, kriyojeniksten (canlıları dondurarak saklama) kaynak işlemlerine kadar birçok bilimsel ve teknolojik uygulamada kullanılır.

Helyum, dünyadaki en mahdut elementlerden birisidir. Sadece ABD ve Kanada’daki, az sayıda doğal gaz kuyusunda, kullanıma uygun konsantrasyonlarda bulunur. Ancak Amerikan Kongresi ve şu anki hükümet, bu gazın israf edilircesine kullanılmasına göz yummaktadır. Amerika’daki bilimsel araştırma merkezlerinden bir kısmı, ekonomik ve teknolojik açıdan dar görüşlülük arz eden bu politikayı eleştirmektedir. Pittsburg Üniversitesi’nden Edward Gerjuoy ise, meselenin ahlaki boyuluna dikkat çekerek, ‘Gelecek nesiller için çok kıymetli bir maddenin, bugünkü nesiller tarafından israf edilmesi çok yanlış bir girişimdir” demektedir. Helyum, yeryüzünün iç katmanlarında yer alan radyoaktif elementler tarafından neşredilen alfa parçacıklarından yaratılır. Bu parçacıklar, hetyum atomlarının çekirdeklerini oluştururlar. İnsanların ihtiyaçlarına karşılık, İlahi bir kader programıyla kendilerine ihsan edilen nimetlerden biri olan helyum, milyonlarca yıl süren bir serüvenden sonra yeraltı rezervuarlarında toplanmıştır. Eğer böyle bir İlahi takdirle helyum atomları, bu tür “depo”larda toplanmasaydı, bu gazdan istifade etmemiz de mümkün olmayacaktı.

Her yıl belli şirketler, yaklaşık 10 milyon metreküp helyum çıkarmaktadır. Doğal gaz yandığında hemen hemen aynı miktarda helyum atmosfere karışmaktadır. Bu gaz kullanıldıktan sonra havadan tekrar alınması için çok büyük enerji ve sermaye gereklidir.

1960’lı yıllarda helyumun stratejik öneminin farkına varan ABD hükümeti, Texas Amarillo yakınlarındaki Cliffside gaz sahasında, bir rezerv deposu yapılmasını kararlaştırdı. Ancak daha sonra Kongre, depolanan bütün helyumun satılması için çalışma başlattı.

Colorado Üniversitesi’nde fizikçi olarak görev yapan Gordon Dunn, helyuma yapılan bu “saldırı”nın, onun kıymetini bilmemekten kaynaklandığını belirtmektedir. Bu gazın yaklaşık dörtte biri sıvılaştırılarak tıp, fizik ve astronomi ile ilgili, çok düşük sıcaklıklar gerektiren deneylerde kullanılır. Başka hiçbir element, sıvı helyumun sahip olduğu bu düşük sıcaklık derecesine ulaşamaz. Çoğu süper iletken de ancak böyle bir derecede fonksiyon gösterebilmektedir. Balonlarda, kaynak işlemlerinde ve çok saf üretim tekniklerinde de helyumdan istifade edilir.

Şu anda helyum talebi, senede % 10 nisbetinde artmaktadır. 2015 yılından önce mevcut helyumun çoğunun tükeneceği tahmin edilmektedir. Bu gaza alternatif madde veya tekniklerin keşfedilebileceği ihtimaline rağmen, mevcut imkanların insanlık yararına optimum şekilde değerlendirilmesi her zamanki dileğimizdir.

Atomların Hareketinin Perde Arkası
Salih ADEM
Yüzyılımızın meşhur fizikçilerinden Richard P. Feynman, korkunç bir afet sonucu insanlığın şimdiye kadar ürettiği bütün bilgi ve teknolojinin bir anda yok olacağı bir felâketle karşılaşmamız durumunda, gelecek kuşaklara yalnızca bir cümlelik bir bilgi aktarma imkânına sahip olsaydık, bu hakkımızı en akıllıca nasıl kullanabileceğimiz sorusunu sormakta ve şu cevabı vermektedir:

"Bütün maddeler, birbirlerine çok yaklaştıklarında birbirini iten, belli bir mesafeden sonra ise aralarındaki uzaklıkla ters orantılı olarak birbirini çeken atom dediğimiz çok çok küçük parçacıklardan yapılmıştır."

Gerçekten de yukarıda ifadesini bulan bu biricik cümlede, insanoğlunun yüzyıllar süren gayretleri sonucu ortaya çıkarılmış muazzam bir bilgi içeriği mevcuttur. Bu bilgiden yola çıkarak katıların niçin sert olduğunu, suyun soğukta niçin donduğunu, ısıtılan maddelerin niçin genleştiğini ve daha pek çok şeyi ilk bakışta anlayabiliriz. Bir adım ileri giderek bu itme ve çekmenin ayrıntılarına girersek, yani hangi formüllere göre cereyan ettiğini anlarsak, etrafımızdaki hemen hemen her hâdisenin hangi şartlar altında nasıl geliştiğini veya gelişeceğini bilebilir, hatta pek çok olayı henüz gerçekleşmeden tahmin edebiliriz. Bunun ötesinde, eşyanın işleyiş şeklini bildiğimizde hayatımızı kolaylaştıracak, işlerimizi hızlandıracak ve daha çok bilgiye daha kısa zamanda ulaşmamızı sağlayacak makine ve cihazlar yapabiliriz.

İşte günümüz itibariyle atom çekirdeklerinden galaksi kümelerine kadar olan boyutlarda cereyan eden oluşum ve gelişimlerin temel kanunlarını büyük bir hassasiyetle bilmekteyiz. Fakat bu, bahsettiğimiz aralıkta karşımıza çıkan her fenomenin (olgu) mekanizmasını Çözdüğümüz anlamına gelmiyor. Bunun temel sebebi ise parçaların birbirleriyle çeşitli ilişkiler kurarak biraraya geldiği karmaşık sistemlerde, yeni organizasyon prensiplerinin ortaya çıkmasıdır. Dolayısıyla parçalarda olmayan özellikler, bu parçaların oluşturduğu sistemlerde bulunabilmektedir. Bir su molekülünün ıslak veya akışkan olduğundan söz edilemez, ama su moleküllerinden oluşan bir su kütlesi için bu ifadeleri rahatlıkla kullanabiliyoruz. Ayrıca bu özelliklerin nasıl olacağını önceden kestirmek de kolay değildir. Meselâ bir su molekülünün bütün özelliklerini bilsek bile, suyun kaç derecede donacağını bilemeyebiliriz. Ya da beynimizi oluşturan sinir hücrelerinin tek tek bütün özelliklerini öğrensek de beynin nasıl çalıştığını anlayamayabiliyoruz.

Enzimler, proteinler, hücre organelleri ve hücre zarı arasındaki akıllan durduracak is birliğinin 'hayata hizmet etmeleri, hücreyi sınırlayan zar üzerindeki özel alıcı molekül¬lerin dizaynı ve hücre zarının secici geçir¬gen özelliŞ gibi moleküier biyolojinin en kompleks konularını akılsız ve şuursuz atomlara izafe etmek, onların kaldıramaya¬cağı bir yükü alız omuzlarına yüklemekle ortaya çkacak zorluğu birçok fizikçi görmü; ve itiraf etmişlerdir.

Bu problem, niçin fizikten başka bilimlerin de bulunduğunu açıklamaktadır. Bütün nesneler atomlardan oluşuyorsa, atomların nasıl etkileştiğini keşfedersek herşeyi anlamış oluruz sonucu mantıklı gibi görünse de meşhur cümlemizde geçen "atomların çok çok küçük olması" bunu neredeyse imkânsızlaştırmaktadır. 60 tane karbon atomunun bir futbol topu şeklinde birleşerek oluşturduğu C 60 molekülünün yapısı tamamen bu atomlar arasındaki etkileşim kuvvetleri tarafından belirlenmesine rağmen, bunun hesaplanması günümüzün hızlı bilgisayarlarında günler alabilmektedir. Binlerce atomdan oluşan DNA ve protein gibi dev moleküllerin üç boyutlu yapısını önceden tahmin etmek ise halihazırda mümkün değildir. Kaldı ki bahsettiklerimiz tamamen statik durumdaki yapı belirlemeleridir. DNA protein veya protein protein etkileşimlerinin dinamik olarak hesaplanması çok daha fazla bilgisayar gücü ve zamanı gerektirmektedir. Yaşayan en basit canlılardan olan E. coli bakterisinde 3.000 çeşit protein kendi aralarında ve onları sentezleyen DNA molekülleriyle karmaşık geribesleme (feedback) tipi etkileşimleri de içeren muazzam bir zincirleme reaksiyon ağıyla (network) etkileşmektedir. Böyle bir hücrenin zarından yaklaşık 100.000 atom içeren küçük bir kesit aldığımızda, buradaki protein ve lipoproteinlerin hücre içi / dışı /arası madde alış verişini nasıl kontrol ettiğini anlamak için yapılan bir atom-atom simulasyonunda (yani atomların birbirleriyle etkileşimlerini basitleştirip bilgisayara girerek sistemin zaman içindeki gelişimini ve değişimini hesaplama süreci) gerçek dünyada bir nanosaniye (saniyenin milyarda biri) süren bir olay yaklaşık iki ayda he-saplanabilmektedir. Tabiî ki bir nanosaniyede gerçekleşen olaylar bize bu hücrenin içine suyun nasıl alındığını, ya da bir kalsiyum pompasının hangi mekanizmayla kalsiyumları geçirip magnezyum iyonlarını geçirmediğini görmemize imkân vermemektedir. Böyle bir fonksiyonun tam olarak anlaşılıp hücre zarının geçirgenliğinin atomlararası etkileşimler cinsinden belirlenebilmesi için ya bir milyon kat fazla beklememiz (yaklaşık. 200.000 sene) ya da bilgisayarların hızını bir milyon kat artırmamız gerekmektedir. Her iki ihtimal de oldukça uzun süreceğinden, bunu beklemek yerine böyle karmaşık sistemleri incelerken atomik düzeye inilmeden birtakım pratik işleyiş kuralları (prosedürler) bulunarak nispeten yüzeysel teoriler geliştirilmeye çalışılmaktadır. Bahsettiğimiz problemde hücre zarını inceleme sürecinde biyologlar çeşitli deneyler tasarlayarak hücreleri farklı kimyasal ortamlara koymakta ve ortamdaki belirli molekülleri bir şekilde "boyayarak" madde alışverişinin prensiplerini deneysel olarak keşfetmeye çalışmaktadırlar.

Halihazırdaki durum itibariyle pek çok molekülün yapısı, hangi moleküllerle reaksiyon vereceği, ne gibi ürünlerin çıkacağı ile ilgili birçok kimyasal bilgi ve kanunlar, atomların etkileşimini tarif eden kuantum fiziğinden bilgisayar hesaplarıyla elde edilebilmektedir. Büyük ve karmaşık moleküllerin ışıkla etkileşimi, uzun zincir moleküllerin (polimerler) fiziksel ve kimyasal özellikleri ve yeni moleküllerin nasıl sentezleneceği gibi konularda hâlâ deneysel yöntemlere ve kimyacıların pratik kurallarına bağlıyız. Fakat prensip olarak bu problemleri de zamanı geldiğinde atomların etkileşimi cinsinden çözebileceğimiz rahatlıkla söylenebilir.

İşte burada tehlikeli yanlışlara düşmemek ve düşürmemek için zahiri, yüzeysel bakış açılarından sıyrılıp olayları mânâ boyutunu da göz önünde bulundurarak değerlendirmeliyiz. Belki de günümüz biliminin hakikati arama sevdasıyla yola çıkıp hakikatten büsbütün uzaklaşması, insanlık itibariyle manevî duyularımızda oluşan arızalardan kaynaklanmaktadır. Gerçekten de vicdan sahibi birinin şu durumu nasıl yorumlayacağı kayda değer: Acaba etrafımızda gördüğümüz olaylarda atomların hareketi esas olup ortaya çıkan estetik formlar (gök cisimlerinin küreselliği, bal peteğinin altıgen olması, dağların, ırmakların, ağaçların, yaprakların ve çiçeklerin sanatlı görünümleri, vs.), lezzetli meyveler, faydalı gıdalar ve bunları görüp hisseden şuur sahibi canlılar ikincil ve tesadüfi oluşumlar mı; yoksa atomlar ve hareketleri Örneklerini saydığımız şu güzel tabloların, harika sanat eserlerinin ve bütün bunları değerlendirme konumundaki insanoğlunun ahenk içinde oluşturduğu bir büyük sahnenin dekor malzemeleri mi? Büyük bir şairin kaleminden dökülen kelimelerle vücuda gelen mükemmel bir şiirin oluşum sebebini kalemin hareketine veya kaleme etki eden kuvvetlere bağlamak ne kadar tuhaf geliyorsa, kâinatta temaşa ettiğimiz enfes tabloların ve hikmetli işleyişin atomların hareketinden kaynaklandığını düşünmek de en az o kadar muhal görünmektedir. Burada yanlış anlaşılmaması gereken nokta, fizikî sebeplerin ve kanunlu bir işleyişin inkâr edilmediği, ancak bu gibi şeylerin sonuç vermekte yetersiz kaldıkları ve kalacaklarıdır. Yani olayların maddî işleyişe ve kanunlara bağlı olması bu dünyadaki birçok durumda gerek şart olabilir, ama hiçbir zaman yeter şart olamaz. Daha açık söylersek, bir meyvenin oluşumu plânlı ve programlı işleyen birtakım reaksiyonların sonucunda gerçekleşmektedir ama ne bu reaksiyonlarda rol alan atom ve moleküllerin, ne de dışarıdan etkileyen hava. su, rüzgâr ve güneş gibi etkenlerin bir meyveyi İmal etmeye güçleri yetmez.

Canlının genetik şifresini taşıyan dev DNA molekülünü teşkil eden atomlar ve daha büyük moleküllerin anlaşıp, kafa kafaya vererek cansız madde ile canlılık arasındaki uçurumu kapatmak üzere biraraya geldiklerini iddia etmek ile, bir otomobilin vida ve motor aksamının tesadüfen birara¬ya gelerek otomobili oluşturduğunu söylemek arasında, mantık yanlşği açsından herhangi bir fark görebiliyor musunuz?

Bu büyük iddiayı rahatlıkla ortaya atabilmemize, pek çok bilim adamının "matematiğin doğal bilimlerdeki esrarengiz etkinliği" adını verdiği şu muazzam hakikat temel oluşturmaktadır: "Kâinat öyle bir şekilde işlemektedir ki, herhangi bir atomun hareketi diğer bütün atomların konumuna ve hareketine matematiksel bir kesinlikle bağlıdır. "Kâinatın niçin belirli kanunlara göre işlediği zaten bir muamma iken bu kanunların herşeyi birbirine matematiksel bir tarzda bağlaması çok daha anlaşılmaz bir problem olarak ortaya çıkmaktadır. Aslında bu problem olayların nasıl cereyan ettiğini tarif eden bilimin değil, bu bilginin üzerine herşeyin atomlar tarafından yapıldığını bina etmeye çalışan felsefelerin problemidir. Şöyle açıklayalım; herhangi bir olayı ele alıp bilimsel açıklamaların yol göstericiliğinde temeline kadar indiğimizde hep aynı soru ile karşı karşıya kalacağız: "Bu atom niçin şöyle değil de böyle hareket etti?" Bu noktadan sonra ise bilimin yapabileceği tek şey, çeşitli ip uçları sunarak cevabı bize bırakmak olacaktır.

Meselâ biyologların, canlıların enerji deposu olarak kabul ettikleri ATP (Adenin Tri Phosphate) molekülünün sentezlenmesi olayını ele alalım. Hemen hemen her canlının enerji gerektiren kimyasal sentez, hareket, vs. gibi fonksiyonları için bu molekül görev almaktadır. Şimdi, parmağımızı hareket ettirmek için gerekli enerjinin nasıl sağlandığı sorusuna, kas hücrelerinde üretilen ATP ile cevap vermenin ne kadar tutarlı olduğunu irdeleyelim. Bu molekülün sentezlenmesi enerji gerektirdiği için, öncelikle hücredeki bir kısım H+ iyonu mitokondrinin zarından aktif taşımayla geçirilerek belli bir bölgede yoğunlaştırılmakta, daha sonra da sağlanan potansiyel farkı tıpkı bir pil gibi kullanılarak ATP sentezlenmektedir. İyonların zarın içinden potansiyel farkına rağmen geçebilmesi için birtakım hidrojen pompalan kullanılmaktadır. Sonuçta bu pompalar, çok sayıda atomdan meydana gelmiş karmaşık protein molekülleri olduğundan, bu atomların oluşturduğu elektriksel kuvvetlerle H+ iyonları bir taraftan çekilip diğer tarafa geçirilmektedir. Fakat bir taraftan gelip karşıya çekilen bir H+ iyonunu, yani bir protonu düşünürsek, bu proton diğer atomlarm kendisine uyguladığı toplam kuvvete göre hareket etmektedir. Acaba bu proton kendisini etkileyen (esasında kâinattaki tüm atomlar fakat pratikte) binlerce, bazen milyonlarca atomun konumunu her an bilip, mevcut fizik kanunlarına göre kendisine etkiyen kuvveti hesaplayıp bunun neticesinde gerekli olan doğru hareketi matematiksel bir hassasiyetle gerçekleştirebilir mi? Yazımızın başında da bahsettiğimiz gibi böyle bir hareketin bir nanosaniyelik bir kısmının hesaplanması süper bilgisayarlarda aylar sürerken zavallı protonun bu hesabı anında ve hatasız tek başına yapabilmesi nasıl mümkün olabilir?

Şimdi ise bir hücrede her saniye milyonlarca ATP'nin sentezlendiğini ve parmağımızın bir hareketinde trilyonlarca hücrenin görev aldığını düşünelim. Bu işlerin yürümesi esnasında yapılması gereken hesapların altından kâinat büyüklüğünde bir bilgisayar dahi kalkamayacaktır. Kaldı ki kâinatta her an galaksilerin dönmesinden yıldızların patlamasına, kuşların uçmasından balinaların zıplamasına kadar zahiren sonsuz sanat, batınen de sonsuz ilim gerektiren sayısız olay vuku bulmaktadır.

Bu mülâhazalar ışığında eşya ve hâdiselere yeniden baktığımızda, her türlü fiilin mutlak Alim, Kadir, Hakîm, Hayy ve Kayyum olan Allahu Zülcelâl tarafından bizzat yaratıldığını, atomların hareketinin bu yaratmaya bir perde olacak şekilde değişmeyen kanunlarla devam ettirildiğini göreceğiz. Böylece bir sineğin kendi başına uçabilmesi için kuantum fiziği, biyokimya ve aerodinamik kanunlarını bilip en azından içindeki ve yakın çevresindeki trilyonlarca atoma uygulatması gerektiğini anlayıp, sineğin beynindeki uçma merkezinin nasıl işlediğini keşfeden bir nörobiyolog bunu "Sineklerin Manevra Kabiliyetlerinin Sırrı Çözüldü" başlığı altında bir bilimsel makalede yayınladığında bıyık altından gülüp geçeceğiz. Ya da bir elmayı yerken bunun elma ağacındaki birtakım reaksiyonlarla oluştuğunu söyleyen bir arkadaşımıza, esasında Allahu Teâla'nın bize elma yedirmek için o ağaçtaki atomları ve molekülleri Âdetullah dediğimiz kanunlarıyla hareket ettirmesinin arkasında bir sanat eseri üretiyor gibi kudret kalemini oynatarak o meyvenin nakışlarını çizdiğini anlatacak ve Rahmeti Sonsuz'dan gelen bu çok kıymetli ve özel hediye karşısında teşekkür edememenin ezikliğini duyacağız.

Çözünürlük Dengesine Etki Eden Faktörler 

         Çözünürlük dengesi fiziksel bir denge olmasına rağmen kimyasal denge de olduğu gibi bazı faktörlerin etkisi ile değişebilir. Bu faktörler;

Çözücünün türü
Sıcaklık
Ortak iyon varlığı
Yabancı maddelerin varlığı 

şeklinde sıralanabilir.

a. Çözücünün Türünün Etkisi :

         Daha önceden “Benzer benzeri çözer” ifadesini kullanmıştır. Çözücünün bir maddeyi çözüp çözemeyeceği deneyle bulunabilir. Böylece çözünme üzerinde etkisinin olup olmadığı anlaşılır. Örneğin iyot katısının çeşitli çözücülerdeki çözünürlüğü için yapılan deneyde  aşağıdaki denkleme göre çözünme değerleri bulunmuştur.

         Bu üç çözelti için de maksimum düzensizlik eğilimi çözünmenin lehine, minimum enerji eğilimi çözünmenin aleyhinedir. Entalpi değerlerine bakarak iyot molekülü ile en iyi etkileşimde bulunan çözücünün etil alkol olduğu söylenebilir. İyot, suda çözünmez, karbontetraklorürde ise az çözünür. Bu durumda yandaki şekilde görüldüğü gibi iki farklı fazdan oluşan bir karışım oluşur. 

         İyodun çeşitli çözücülerdeki çözünürlükleri şu şeklide verilebilir. 

Suda              : S= 0,001 M

CCl₄’de           : S= 0,120 M

Alkolde          : S= 0,840 M 

b. Sıcaklığın Etkisi :

         İyonik bileşiklerin sudaki çözünürlüğü sıcaklığa bağlı olarak değişir. Çözünme olaylarında bir denge kurulduğuna göre, denge de sıcaklıkla değişir.  Le Chatelier ilkesine göre denge halindeki bir çözünürlük sistemi ekzotermik olduğunda sıcaklığının yükseltilmesi halinde sistem bu etki azaltabilmek için tekrar çökme yönünde hareket edecektir. Aynı şekilde endotermik bir dengede ise, sıcaklığın yükseltilmesi çözünme yönünde etkili olacaktır. Örneğin, CaCl₂ katısının sudaki çözünürlüğü ekzotermiktir. Bu katının konulduğu bir çözeltinin sıcaklığı artırılacak olursa, iyon haline geçen Ca²⁺ iyonları ile Cl^- iyonları tekrar bu dışarıdan verilen enerjiyi absorbe ederek yeni bağların oluşumunda kullanarak CaCl₂ katısını oluşturur ve böylece çökme gözlenir. Başka bir madde olarak NH₄Cl katısının sudaki çözünürlüğü endotermiktir. Bu katı ile oluşturulan karışımın sıcaklığı artırılırsa, çözünme artar ve verilen ısı ile katı iyonlarına daha çok ayrışır. Böylece, sıcaklık çözünme yönünde harekete neden olur. Yandaki şekilde bazı maddelerin çözünürlüğünün sıcaklıkla değişlimi görülmektedir. 

c. Ortak İyon Etkisi :

         Saf suda az çözünen bir katı madde, yapısındaki iyonlardan birini içeren bir başka çözelti içerisinde, saf sudaki çözünme miktarından daha az çözünür. Bu duruma “Ortak iyon etkisi” denir. 
Örneğin, AgBr tuzu suda az çözünür. Çözündüğü miktara bağlı olarak da çözeltiye Ag⁺ ve Br^- iyonlarını verir. Eğer, KBr tuzu içeren bir çözelti içerisine AgBr tuzu atılır ve çözünmesi istenirse, AgBr, saf sudakinden daha az Ag⁺ ve Br^- iyonlarını verecektir. Bunun başlıca nedeni, çözücü moleküllerinin daha önceden doyurulmuş olması ve az çözünen tuzun kristal örgüsünü kırmaya yetecek serbest moleküllerin az olması ve enerjinin de azalmasıdır. Bu durumu bir örnek problem ile açıklamak daha kolaydır. 

Örnek :

         Pb(OH)₂’in belli bir sıcaklıktaki çözünürlük çarpımı 4x10^-15’dir. Buna göre Pb(OH)₂’in;
a) Saf sudaki çözünürlüğünü hesaplayınız
b) 0,1 M’lık Pb)NO₃)₂ çözeltisindeki çözünürlüğünü hesaplayınız
c) 0,1 M’lık NaOH çözeltisindeki çözünürlüğü hesaplayınız. 
c) Üç çözünürlüğü karşılaştırınız

Çözüm : Pb(OH)₂’in çözünürlüğü “s” olsun.

a) Pb(OH)_2(k) Pb²⁺_(suda)  +  2OH^-_(suda)  olduğuna göre;   [Pb²⁺]=s  ve [OH^-]=2s olur.

         Çözünürlük çarpımı ifadesinden K_çç= [Pb²⁺][OH^-]² yazılır. Çözünürlükleri yerine yazılırsa;

         K_çç=(s)(2s)²  = 4s³  = 4x10^-15 olduğundan  s= 1x10^-5 bulunur.

b) 0,1 M Pb(NO₃)₂ çözeltisinde [Pb²⁺]=0,1 M olarak bulunur. Pb(OH)₂’ in çözünmesiyle ortama bir miktar da buradan Pb²⁺  iyonu gelir. Buna göre ortamdaki [Pb²⁺]=0,1 + s   kadar olacaktır. K_çç= [Pb²⁺][OH^-]²  bağıntısından K_çç=(0,1+ s)(2s)²  yazılır. 0,1 M yanında az çözünen tuzdan gelen “s” miktarı çok az olduğundan ihmal edilirse; K_çç=(0,1)(2s)²  = 4x10^-15 olur ve 

 M bulunur. 

c) 0,1 M NaOH çözeltisinde [OH^-]=0,1 M olarak bulunur. Pb(OH)₂’ in çözünmesiyle ortama bir miktar da buradan OH^-  iyonu gelir. Buna göre ortamdaki [OH^-]=0,1 + 2s   kadar olacaktır. K_çç= [Pb²⁺][OH^-]²  bağıntısından K_çç=(s)(0,1+ 2s)²  yazılır. 0,1 M yanında az çözünen tuzdan gelen “2s” miktarı çok az olduğundan ihmal edilirse; K_çç=(s)(0,1)²  = 4x10^-15 olur ve 

 M olur. 

d) Üç çözünürlük değeri karşılaştırıldığında s_a > s_b >s_c olur. Buna göre, 0,1 M Pb(NO₃)₂ çözeltisindeki çözünürlük saf suya göre 100 kat daha az, 0,1 M NaOH çözeltisindeki çözünürlük saf suya göre 250 milyon kat daha azdır. Bunun nedeni mol katsayıları olduğu görülebilir. 

d. Yabancı Maddelerin Etkisi :

         Az çözünen bir bileşiğin çözeltisinde, çözünen maddelerin iyonlarından başka iyonların varlığı da tuzun çözünürlük dengesine etki eder. Örneğin, Ca(OH)₂ az çözünen bir maddedir. 

                     Ca(OH)_2(k) Ca²⁺_(suda)   +  2OH^-_(suda)

Eğer Ca(OH)₂’in doymuş çözeltisine HCl çözeltisi eklenirse Ca(OH)₂’in çözünürlüğü artar. Çünkü, HCl gazı aşağıdaki gibi iyonlaşır.

                     HCl_(g) H⁺_(suda)   +  Cl^-_(suda) 

Ortamdaki H⁺ iyonları Ca(OH)₂’den gelen OH^- iyonlarıyla birleşerek H₂O_(s) moleküllerini oluşturur ve dolayısıyla Ca(OH)₂’in çözünmesine destek oluşturur. 

Yapay elementler sunlardir:
atom numarasi uranyumunkinden daha büyük olan (yani >92) elementler, diger deyisle "transuranyum" elementleri,
Teknesyum (43) (tuhaf bir istisnadir ama tarihin derinliklerinde kalmis bir gizemi vardir bu elementin, yapay olarak ilk sentezlenmis element olarak bilinir ama aslinda öyle degildir, ayri bir yazi konusudur bu),
Prometiyum (61),
Astatin (85) ve
Fransiyum (87)

(parantez icindekiler atom numaralari)

Yapay elementler, degisik yollarla sentezlenebilirler. Bunlardan biri, uranyum ya da plutonyum gibi atom numarasi yüksek olan atomlari nötron ya da alfa parcacigi bombardimanina maruz birakmaktir.

ya da iki elementin birbiriyle birlestirilmesidir. (füzyon).