Maddenin Tanecikli Yapısı

ATOM
Maddelerin, gözle görülemeyecek kadar küçük olan yapı taşlarına “atom” denir. Atom kelimesi Yunanca “bölünemez” anlamına gelen “atomos” kelimesinden gelir.
Atomlar küre şeklindedir. 
Aşağıda bazı atom modelleri verilmiştir:

Atomların yapısında atomdan daha da küçük tanecikler bulunur. Bu tanecikler; ‘proton’, ‘elektron’ ve ‘nötron’dur.

 
TARİH BOYUNCA ATOM KAVRAMI :

DEMOCRİTUS :
Maddenin küçük ve bölünemez parçacıklardan oluştuğu fikrini ortaya atan ilk kişi, Yunanlı filozof “Democritus”dur. Democritus’a göre bütün maddeler aynı tür (özdeş) atomlardan oluşuyordu. Maddelerin farklı görünmesinin sebebi, atomların farklı şekilde dizilmesiydi.

JOHN DALTON :
İngiliz bilim adamı Dalton’a göre; maddenin en küçük yapı taşı atomdur. Atomlar bölünemez. Bir maddenin bütün atomları aynıdır. Farklı maddelerin atomları da farklıdır.

J.J.THOMSON :
Atomun yapısında atomdan daha da küçük parçacıkların olduğunu keşfetti. Yaptığı çalışmalar sonucunda atomu, içinde erik parçacıkları bulunan bir pudinge benzetti.

ERNEST RUTHERFORD :
Thomson’un bulduğu küçük parçacıkların atomun içinde değil atom merkezinin (çekirdek) etrafında dolaştığını ileri sürdü. Rutherford atom için geliştirdiği modeli, Güneş’in etrafında dönen gezegenlere benzetti.

NİELS BOHR :
Danimarkalı bilim adamı Bohr, elektronların atomun çevresinde belirli yörüngeler izlediğini belirtti.


* Bugün kullanılan atom modeli “Bulut modeli”dir. Bu modele göre; atomun merkezinde (çekirdeğinde) (+) yüklü protonlar ve yüksüz nötronlar bulunur. Atom çekirdeğinin çevresinde ise (-) yüklü elektronlar sürekli hareket halindedir.
 

ELEMENTLER :

Aynı cins atomlardan oluşan saf maddelere “element” denir.
Örnekler : Demir, bakır, gümüş, altın, oksijen, hidrojen, iyot ve karbon birer elementtir.

* Farklı cins atomlar içeren maddeler, element olamaz.



BİLEŞİKLER :

Aynı tür atomlardan oluşan maddelere element dendiğini öğrendik. O halde farklı cins atomlardan oluşan maddelere ne ad verilir?

Doğada; tuz, su, sabun, şeker, alkol gibi farklı cins atomlar içeren pek çok madde vardır. Farklı cins atomlardan oluşan saf maddelere “bileşik” denir.


MOLEKÜLLER :

Birden fazla atomun bir arada bulunduğu atom gruplarına “molekül” denir.

Moleküller 2’ye ayrılır :
• Element molekülü
• Bileşik molekülü


ELEMENT MOLEKÜLLERİ :

Aynı cins atomlardan oluşan moleküllere “element molekülü” denir.

Element moleküllerine örnekler :








BİLEŞİK MOLEKÜLLERİ :

Farklı cins atomlardan oluşan moleküllere “bileşik molekülü” denir.

Bileşik moleküllerine örnekler :



FİZİKSEL VE KİMYASAL DEĞİŞMELER :

Günlük hayatımızda çeşitli etkiler sonucunda maddelerde bazı değişimler olduğunu görürüz. Örneğin bir kağıdı yaktığımızda kağıdın kül olduğunu, bir buz parçasını sıcak bir yere koyduğumuzda buzun eridiğini, annemizin çeşitli sebzeleri pişirerek yemek yaptığını hepimiz görmüşüzdür.
Maddelerde meydana gelen değişimler 2 grupta incelenebilir:
• Fiziksel değişmeler
• Kimyasal değişmeler

FİZİKSEL DEĞİŞMELER :

Maddenin yapısı değişmeden sadece dış görünüşünde meydana gelen değişmelerdir. Fiziksel değişmeler sonucunda yeni maddeler oluşmaz. Sadece maddenin renk, şekil, büyüklük gibi özellikleri değişir. Fiziksel değişmeler sonucunda maddenin kimliği değişmez.

ÖRNEKLER :

• Buzun erimesi
• Kağıdın yırtılması
• Tebeşirin toz haline getirilmesi
• Küp şekerin ezilerek toz şeker haline getirilmesi
• Suyun donması
• Çaydanlıktaki suyun buharlaşması
• Camın buğulanması
• Akşamları gökyüzünün renginin maviden kızıla dönüşmesi
• Altından bilezik yapılması
• Odunun kırılması
• Camın kırılması
• Yemek tuzunun suda çözünmesi
• Yoğurttan ayran yapılması
• Bakırdan tencere yapılması
• Havucun rendelenmesi

KİMYASAL DEĞİŞMELER :

Maddenin iç yapısında meydana gelen değişmelerdir. Kimyasal değişmeler sonucunda maddenin kimliği değişir ve yeni maddeler oluşur. Kimyasal değişmeye uğrayan maddeler eski haline döndürülemez. 

ÖRNEKLER : 

• Kömürün yanması
• Sütten yoğurt ve peynir yapılması
• Demirin paslanması
• Meyvelerin çürümesi
• Un ve sudan hamur yapılması
• Kumdan cam yapılması
• Ekmeğin küflenmesi
• Kabartma tozunun üzerine limon sıkılması
• Canlıların ölmesi
• İnsanın sindirim ve solunum yapması
• Bitkilerin fotosentez yapması
• Üzüm suyundan sirke yapılması
• Doğalgazın yanması
• Dişlerimizin çürümesi
• Yumurtanın haşlanması
• Gümüşün açık havada zamanla kararması

NOT : Kimyasal değişmeler sonucunda hem maddenin görünümü değişir hem de yeni maddeler oluşur.

HAL DEĞİŞİM OLAYLARI

Bir maddenin dışarıdan ısı (enerji) alarak veya dışarıya ısı (enerji) vererek bir halden başka bir hale geçmesine; “hal değiştirme” denir.

KARIŞIMLAR :

Elementlerin aynı cins atomlardan, bileşiklerin ise farklı cins atomlardan oluştuğunu öğrendik. Peki, hem farklı cins atomlardan hem de farklı cins moleküllerden oluşan maddelere ne ad verilir?

Aynı cins atom veya moleküllerden oluşan maddelere “saf madde” denir. Elementler ve bileşikler saf maddelerdir.

Farklı cins atomlardan ve farklı cins moleküllerden oluşan maddelere “karışım” denir. Karışımlar saf olmayan maddelerdir.

Karışım modellerine örnekler :



KARIŞIM ÇEŞİTLERİ :

HOMOJEN KARIŞIMLAR :

Dışarıdan bakıldığında tek bir madde gibi görünen karışımlardır. Homojen karışımlara “çözelti” adı verilir.

Örnekler : Tuzlu su, şekerli su, kolonya, hava, metal para vb.

HETEROJEN KARIŞIMLAR :

Her tarafında aynı özelliği göstermeyen karışımlardır.

Örnekler : Çamurlu su, kumlu su, tebeşir tozu katılmış su, ayran, zeytinyağlı su vb.



MADDELERİN KATI, SIVI, GAZ OLARAK 
SINIFLANDIRILMASI :


Kütlesi ve hacmi olan, boşlukta yer kaplayan her şeye “madde” denir.

Çevremizde gördüğümüz maddeleri katı, sıvı ve gaz olarak sınıflandırabiliriz.


KATILARIN ÖZELLİKLERİ :

• Katı hali, maddenin en düzenli halidir.
• Katıları oluşturan tanecikler arasındaki boşluklar yok denecek kadar azdır.
• Katı tanecikleri arasındaki çekim kuvveti çok fazladır.
• Katıların belirli bir şekli ve belirli bir hacmi vardır.
• Katılar sıkıştırılamaz.



SIVILARIN ÖZELLİKLERİ :

• Sıvılar, katılara göre daha düzensizdir.
• Sıvıları oluşturan tanecikler arasındaki boşluklar, katılara göre daha fazladır.
• Sıvı tanecikleri arasındaki çekim kuvveti, katılardakine göre daha azdır.
• Sıvıların belirli bir şekli yoktur. Bulundukları kabın şeklini alırlar.
• Sıvıların belirli bir hacmi vardır.
• Sıvılar, akışkandır.
• Sıvılar çok az sıkıştırılabilir.



GAZLARIN ÖZELLİKLERİ :


• Gaz hali, maddenin en düzensiz halidir.
• Gazları oluşturan tanecikler arasındaki boşluklar çok fazladır.
• Gazları oluşturan tanecikler arasındaki çekim kuvveti çok azdır.
• Gazların belirli bir şekli yoktur. Bulundukları kabın şeklini alırlar.
• Gazların belirli bir hacmi yoktur. Bulundukları kabın hacmini alırlar.
• Gazlar, uçucudur.
• Gazlar rahatlıkla sıkıştırılabilir.

MADDENİN HALLERİ


Öğretmenim söyledi
Atomlar çok küçükmüş
Çok büyük zorluklarla
Geçerek bölünürmüş


Birde maddeler varmış
3 halde bağlanırmış
Bak birisi katıymış
En düzenlisi oymuş

Birde sıvılar varmış
Atomu biraz ayrıymış
Kabın şeklini alırmış
Soğuk olunca donarmış

Gazlara çok örnek var
Ayrıdır onda otomlar
Özgürce dolaşırmış
Gazlardaki atomlar

Biraz farklıymış ama
Birbirine dönermiş
Onlar hep arkadaşmış
Birbirini severmiş

Bir birine özenip
Katı olur donarlar
Sıvı olur coşarlar
Gaz olur hep oynarlar

Isıdan güç alırlar
Bunu en çok gaz yapar
Katı ve sıvıda yapar ama
Ondan biraz az yapar

Sıkıştırılmış gazlar
Katıları kıskanırmış
Gazlar hep hava atar
Sıvılar dona kalırmış

Maddenin En Küçük Yapıtaşı mı?

Atom

Atom nedir? "Maddenin en küçük yapıtaşı! Peki, "madde" nedir? Elle tutup gözle gördüğümüz her şey! Aslında, doğru olmasına doğru bu yanıtların hepsi ama biraz eksik... Örneğin ben bir maddeyim; yani benim de en küçük yapıtaşım atomlar. Yani atom denen minik "yaratıklar"dan oluştum. Aynı şekilde yediğimiz elma, oturduğumuz sandalye, yazı yazdığımız kalem ve hatta onun mürekkebi, içtiğimiz su, soluduğumuz hava... Bunların hepsi madde ve hepsi de atomlardan oluşmuş. Peki nedir bu atom? Etrafımızda gördüğümüz tüm maddelerden sorumlu bu "minik" nesneler neye benzer? Herşeyden önemlisi, acaba onların da yapıtaşları var mı?

Aslına bakarsanız, bu sorular yüzyıllar öncesinden de sorulmuş. Hatta "atom" sözcüğünün ilk ortaya çıkışı İ.Ö. 460 yılına kadar uzanıyor. O dönemde yaşamış Demokritus adlı bir filozof, bir elmayı örnek vererek atomu ve anlamını açıklamış: Bir elma alın ve onu ikiye bölün. Sonra bu yarım elmalardan birini tekrar ikiye bölün ve böylece sürdürün... Demokritus'a göre, bu şekilde yarım parçaları bölmeye devam ederseniz, sonunda öyle bir an gelecek ki, artık bölemeyeceğiniz kadar küçük bir parça elde edeceksiniz (ama bıçağınız kesemediği için değil, bölmek mümkün olmadığı için!). İşte, bölünmesi olanaksız bu parçaya Demokritus Yunanca'da 'bölünemez" anlamına gelen "atomos" adını vermiş. 
Demokritus, bu kavramı ortaya atmış atmasına ama bunu o dönemin diğer bilim adamlarına inandıramamış. Özellikle de dönemin en büyük filozofu Aristo'ya. Zaten Aristo reddedince, bir bildiği vardır diye diğerleri de inanmamış. Hatta Demokritus öldükten yüzyıllar sonra bile kimse atomdan bahsetmemiş. 
Ta ki, 2000 yıl kadar sonraya, yani 1800'li yılların başına kadar. Bilim adamları maddenin doğasını anlamaya yönelik çalışmaları sırasında ister istemez bu minik parçacıklarla karşılaşmışlar. İngiliz bilim adamı Dalton, deneyleri sırasında, maddeyi oluşturan ama yapısını tanımlayamadığı bu temel ögelere ilişkin ilk kanıtları elde etmiş. Ondan sonra da keşifler ardı sıra devam etmiş. 
Atomun varlığı kanıtlandıktan sonra da, yapısını anlamaya yönelik bir çok kuram ortaya atılmış. Bunlardan ilki J. J. Thomson adlı bir İngiliz fizikçi'den geliyor.
Thomson, 1897 yılında atomun bir parçası olan eksi yüklü elektronları keşfetmiş. Thomson'a göre atomun içinde eksi yüklü elektronları dengeleyecek artı yüklü parçacıklar olması gerekiyordu. Thomson, atomu bir "üzümlü kek"e benzetmişti: Üzümler eksi yüklü elektronlar, kekin diğer kısımları ise artı yüklü madde. 
Bundan daha doğru bir modeli, 1911 yılında atomun içinde artı yüklü bir çekirdeğin olması gerektiğini keşfeden Ernest Rutherford geliştirmiş. Rutherford'un atom modeli, Güneş Sistemi'mizin yapısına benziyor. Ortada Güneş, yani artı yüklü çekirdek ve çevresinde dolanan gezegenler, yani eksi yüklü elektronlar. Rutherford'un bu modeline göre çekirdek atomun çok küçük bir parçası: Örneğin atomun boyutunu Dünya kadar büyütsek bile içindeki çekirdek en fazla bir futbol stadyumu kadar kalıyordu. Rutherford daha da 
önemli bir adım atarak, çekirdek içinde artı yüklü parçacıkları yani protonları keşfetmiş ve protonların elektronlardan 1836 kez daha ağır 
olduğunu bulmuş. 
Fakat bu model de bazı kuramsal sorunlar çıkarmış. 1912 yılında Danimarkalı fizikçi Niels Bohr, bu kuramsal sorunları çözecek bir model oluşturmuş. Bohr'un atom modelinde, yine ortada artı yüklü bir çekirdek, fakat sadece belli yörüngelerde dolanabilen eksi yüklü elektronlar var. Bundan sonraki gelişmeler, Bohr'un atom modelini düzeltmeye yönelik. Bu gelişmelerden biri, çekirdekte artı yüklü proton dışında, yüksüz "nötron" adı verilen parçacıkların da olduğu. Nötronları da 1932 yılında, James Chadwick, kendisinin yaptığı derme çatma bir detektörle keşfetmiş. 
Atomun tam bir modelini oluşturmadaki en önemli yöntem, Kuantum Mekaniği adı verilen fizik dalının gelişmesiyle oldu. Bugünkü bilgilerimizin tamamı bu fizik dalının gelişmesiyle elde edildi. Artık bugün atom ve yapısı hakkında epeyce bilgiye sahibiz. Kuantum kuramına göre, atom, artı yüklü bir çekirdek ve etrafında dalga gibi de hareket edebilen elektronların bulutundan oluşan minik bir "nesne"...

Atomdan Öte Köy Var Mı? 
Aslında, atomlar her ne kadar maddenin yapıtaşları olarak tanımlansa da, gördüğümüz gibi onların da daha küçük yapıtaşları var. Demokritus'un elma örneğinde bir bıçak değil de, günümüzün modern mikroskoplarını kullandığımızı düşünelim. Tabii ki, elmayı keserek değil, büyüterek yapabiliriz bunu. Elmanın bir parçasının görüntüsünü mikroskop altında büyütelim. Önce elmanın detaylarına, daha büyütmeye devam edersek molekül adını verdiğimiz atom gruplarına ulaşırız. Moleküller, iki ya da daha fazla atomun "kimyasal bağ" adı verilen işlemle biraraya gelmesi sonucu oluşur. İşte, madde dediğimiz nesnelerin katı (elma gibi), sıvı (su gibi) veya gaz (hava gibi) olmasını sağlayan şey, bu moleküllerin biraraya geliş biçimi. Moleküller birbirleriyle çok sıkı sıkıya bağlanmış ve yerlerinden kıpırdayamıyorlarsa madde katı halde; atomlar, kopmamak şartıyla birbirleri etrafında hareket edebiliyorlarsa sıvı halde; atomların oluşturduğu moleküller serbestçe hareket edebiliyorlarsa gaz halinde oluyor. 
Demek ki, biraz daha büyütürsek atomlara ulaşacağız. Tanımımız gereği, atomlar madde değil. Çünkü madde olabilmesi için en azından katı, sıvı veya gaz halinde olabilmeli. Fakat, bu hallerden birisi için kimyasal bir bağa, yani en az iki atoma gereksinim var. Dolayısıyla tek başına bir atom ne katı, ne sıvı, ne de gaz yani ne de madde. Ancak biraraya gelirlerse madde oluşturuyorlar. Bu anlamıyla maddenin yapıtaşı! Atomu, mikroskobumuzda büyütmeye devam ettiğimizde (aslında bunu yapabilecek mikroskoplar yok, fakat bilim adamları başka işlemlerle bunu yapabiliyorlar. Biz yine de yapabildiğimizi varsayalım) başta da söylediğimiz gibi, Güneş Sistemi'ne benzer bir yapıyla karşılaşıyoruz. Ortada bir çekirdek ve etrafında dolanan elektronlar. Elektron bulutundan geçip içeri dalıyoruz ve merkezde yer alan çekirdeği görüyoruz. Büyütmeye devam ediyoruz ve çekirdeğin içine bakıyoruz. Burada nötron ve protonlarla karşılaşıyoruz. 
Elektronlar eksi yüklü ve hafif, protonlar artı yüklü ve ağır, nötronlar ise yüksüz ve ağır parçacıklar. Yük ve kütle gibi kavramlar atomları birbirinden ayırdetmekte kullanılıyor. Çünkü çok sayıda atom var ve bunların hepsinin, elektron, proton ve nötron sayıları farklı. Bir atomdaki elektronların sayısı, o atomun atom numarasını (AN) veriyor, bu sayı aynı zamanda o atomun çekirdeğindeki proton sayısına da eşit. Proton ve nötron sayılarının toplamı ise atomun kütle numarasını (KN) veriyor. Örneğin en basit yapıya sahip atomlardan biri olan helyumun atom numarası 2 ve kütle numarası 4 (yani 2 proton, 2 elektron ve 2 nötronu var) ve ⁴He₂ şeklinde simgeleniyor.  Havada bulunan oksijen atomunun ise atom numarası 8 ve kütle numarası 16 vb... 
Daha sonuna gelmedik. Son bir gayretle proton ve nötronun da içine bakıyoruz ve orada da daha temel parçacıklar görüyoruz. Bunlara da "kuark" adı veriliyor. İşte, maddenin içine yolculuğumuzun "şimdilik" son durağı burasıymış gibi görünüyor. Buradan daha ileri gitmemiz mümkün değil. 
Artık bir sonuç çıkarabiliriz: Maddenin en küçük yapıtaşı kuarklar. Kuarklar bir araya gelerek proton ve nötronları, bunlar ve elektronlar biraraya gelerek atomları, atomlar molekülleri, moleküller de maddeyi (elma örneği gibi) oluşturuyor. 
Gördüğümüz kadarıyla atomdan öteye köy var, yani kuarklar! Peki kuarklardan öteye? Bunu henüz bilemiyoruz. Ancak bu, hiç bilemeyeceğimiz anlamına gelmiyor. Demokritus'tan bugüne katettiğimiz yol, bilimin, her alanda olduğu gibi, maddenin temel yapısını anlamada da bize vereceği daha pek çok şey olduğunun bir göstergesi.

Hava saf madde değildir. Bir maddenin saf madde olması için tek bir elementten oluşması gerekir. Fakat havada oksijen,karbondioksit,çeşitli kirletici gazlar(kükürt ve karbon bileşikleri) , nem gibi birçok farklı madde bulunur. Bu yüzden hava saf değildir. Karışımdır.

Isı, ışık, ses madde midir?

Isı , maddeyi oluşturan atom veya molekül gibi parçacıkların ortalama kinetik enerjilerinde bağıl bir enerji türü olup, madde değildir. Nasıl ki hareket halindeki bir topun kinetik enerjisi, topun madde yapısından bağımsız bir unsur ise, ısı da öyle... Işık , parçacık davranışı foton adıyla etiketlenen ve durağan kütlesi sıfır olan elektromanyetik dalgalar tarafından taşınan enerji biçimi olup, keza madde değildir. Nasıl ki, elektrik ve manyetik alanlar madde parçacıklarından oluşmuyorsa, ışık da öyle... Ses , hava veya bir başka gazın moleküllerininin, ortalama kinetik enerjilerindeki ve buna paralel olarak basıncındaki değişimlerin dalgalanmalarından oluşur. Nasıl ki, birim yüzey alanı başına kuvveti temsil eden basınç, madde olmayıp, maddeyi oluşturan parçacıkların yol açtığı bir etki ise, ses de öyle...