ATOM Bölüm 7

Bu hafta… Atomun yapısı ve atom modelleri Çekirdek (nükleer) reaksiyonları /değişimleri Fizyon (ayrışma) ve Füzyon (kaynaşma) Nükleer enerji Nükleer reaktörler Atom bombası Radyoaktivite ve radyoaktif ışınlar

Atomun Yapısı Hakkındaki Görüşler Tüm objelerin temel yapı taşı atom olmasından dolayı bilim adamları atom konusuna yıllardan beri ilgi duymakta ve bu ilgi günümüzde de güncelliğini korumaktadır. Madde ile ilgili ilk tanımlar M.Ö 500 yıllarında Yunanlı filozoflar Leucippus ve onun öğrencisi olan Democritus tarafından yapılmıştır. Madde, görülemez ve bölünemez parçacıklardan oluşmuştur. Bu parçacıklar maddenin özelliğini taşıyan en küçük yapı taşıdır. Maddeler arasındaki farklılıklar bu parçacıkların farklılıklarından kaynaklanır. Bu parçacıklara Yunanca’da bölünemez anlamına gelen Atomos adı vermiştir.

Atomun Yapısı Hakkındaki Görüşler Aristo maddenin sonsuza kadar bölünebileceğini bu nedenle de atom diye bir kavramın tanımlanmasına ihtiyaç olmadığını iddia etmiştir. 17. yüzyıldan sonra Galileo ve Newton’un bilimsel çalışmaları, Aristo’nun düşüncelerini sarsmaya başlamıştır. Mikroskopla çalışmalar yapan Robert Hooke kristal yapılı maddelerin şekillerinin oluşmasında çok küçük parçacıkların dizilmelerinin etkin olduğunu iddia etti. Hooke’un çalışmalarını Huygens’in araştırmaları desteklemiştir.

Dalton Atom Modeli İlk bilimsel yaklaşım Dalton tarafından ortaya atıldı ve atomla ilgili ilk modeli geliştirdi. Kütlenin korunumu, sabit kütle oranının varlığı, katlı oran yasası gibi yasaları yorumladı ve bunların ancak atomun varlığıyla olabileceğini gösterdi.

Dalton Atom Modeli Dalton’un modeline göre; Madde,atom denilen içleri dolu bölünemeyen taneciklerden oluşmuştur. Farklı elementlerin atomları tamamen birbirinden farklıdır. Atomların birleşmeleri sonunda moleküller oluşur.

Thomson Atom Modeli Helmholtz’un atomun içerisinde varsaydığı elektrik atomuna George Stoney elektron adını vermiştir. Thomson atom modelinde maddenin pozitif ve negatif yüklerden oluşuğunu söylemiştir.Üzümlü kek modeli de denilmektedir.

Rutherford Atom Modeli Ernest çalışmalarında atomun boşluklu yapıda olduğunu ve kütlesinin çoğunun çekirdek adı verilen bir yerde yoğunlaştığını gösterdi. Etrafında belirli yörüngelerde dolanan elektronlar vardır. Elektronun neden çekirdeğe düşmediğine cevap bulunamamıştır.

Bohr Atom Modeli Elektronun neden çekirdeğe düşmediğine cevap Niels Bohr’dan gelmiştir. Elektronların çekirdekten herhangi bir uzaklıkta tek bir yörüngede değil, belirli yörüngelerde olduğunu belirtmiştir.

Bohr Atom Modeli Bir elektronun bulunduğu yer sahip olduğu enerjiye bağlıdır. Bu enerji düzeyleri çekirdeğe yakın olandan uzağa doğru 1, 2, 3, … gibi numaralarla gösterilir. Enerji düzeylerinin enerjisi çekirdeğe yaklaştıkça azalır, uzaklaştıkça artar.

Atomun Yapısı Hakkındaki Görüşler Katot tüplerinin keşfiyle atomların gözle görülmeyen daha küçük parçacıklardan oluştuğu anlaşılmıştır. Atomun parçalanabilen, içinde çekirdek denilen bir bölümü bulunan, etrafında belirli bir uzaklıkta elektronların dolandığı bir yapıda olduğu büyük ölçüde anlaşılmıştır. Yapılan araştırmalarla, elektronların değil nötronların atom çekirdeğini oluşturduğu anlaşıldı.

Atomun Yapısı Hakkındaki Görüşler Modern atom teorisine göre; Atom ortada bulunan pozitif yüklü çekirdekle, etrafındaki negatif yüklü elektronlardan oluşmuştur. Çekirdekte proton ve nötronlar vardır. Protonların sayısı çekirdeğin yükünü verir. Kütle no= proton + nötron

Atomun Yapısı Hakkındaki Görüşler Çekirdekteki proton sayısına atom numarası denir. Protonlar elementin türünü ve özelliklerini belirleyen faktördür. Elektronlar nötron ve protonların neredeyse iki binde biri büyüklüğe sahip parçacıklardır. Protonlarla eşit sayıda elektron bulunur ve her elektron her bir protonun taşıdığı artı yüke eşit eksi yük taşır. Atom nötrdür. İzotop: Aynı elementin farklı nötron sayılarına sahip atomlarına denir.

ÇEKİRDEK DÖNÜŞÜMLERİ Atomların elektron sayılarının değişmesi onların temel yapısını değiştirmez, sadece bazı kimyasal özelliklerinin değişmesine neden olur. Günümüzde atomun yapısının bozulabileceğini gösteren çalışmalar mevcuttur. Çekirdekteki protonların sayısını değiştirmek bir elementi başka bir elemente dönüştürür. Nükleer enerjinin bilinen iki üretim türü vardır: Fizyon (çekirdek bölünmesi) Füzyon (çekirdek kaynaşması)

Tartışalım… Atom modellerinin gelişim sürecini dikkate aldığımızda, daha önce gördüğümüz bilimin doğası ve özelliklerinden hangileri hakkında bize örnek teşkil edebilir?

Fizyon Deşiğimleri Kararsız büyük çekirdeklerin daha küçük ve nispeten daha kararlı küçük çekirdeklere (atomlara) bölünmesine denir.

Fizyon Deşiğimleri Fizyon değişimi esnasında çok küçüm miktarda bir kütle kaybı yaşanmakta ve bu kayıp yüksek miktarda enerji açığa çıkarmaktadır. Bu parçalanma esnasında birkaç serbest nötron da dışarı salınır. Bu nötronlar diğer Uranyum çekirdeklerine çarparak parçalanmalarına sebep olur. Böylece zincirleme bir reaksiyon oluşur.

Füzyon (Çekirdek Kaynaşması) Küçük çekirdeklerin birleşerek büyük (atom no ve kütle no) çekirdekler oluşturması olayıdır. Bu olay doğal olarak, maddenin plazma halde bulunduğu, Güneş gibi yıldızlarda gerçekleşir. Fizyona göre çok daha fazla enerji açığa çıkarır ve radyoaktif etkileri daha azdır. Hidrojen bombasında füzyon değişmeleri gerçekleşmektedir.

Ne düşünüyorsunuz? Kimyasal reaksiyonlar ile nükleer reaksiyonlar arasında nasıl bir fark mevcuttur?

ATOM BOMBASI Bir atom bombasında meydana gelen olay fizyon reaksiyonunun çok kısa sürede gerçekleştirilmesidir. Fizyon tipi çekirdek bölünmesine dayalı olan atom bombalarında yüksek zenginlikte Uranyum ve Plütonyum kullanılır.

ATOM BOMBASI Bomba ateşleneceği zaman bu parçalar bir araya gelip bir küre oluşturmaktadır. Bu parçaların küre şeklinde birleşmesini sağlamak için dinamit kullanılır. Önce dinamit patlatılır. Bu patlama sonucunda nükleer kütle bir araya gelir ve asıl patlama gerçekleşir.

ATOM BOMBASI Atom bombası ile ilgili ilk çalışmalar 1942 yılında Robert J. Oppenheimer öncülüğünde başlatıldı. İlk atom bombası 2. dünya savaşı sırasında Amerika tarafından Japonya’nın Hiroşima kentine atıldı. Patlamada ilk etki gözleri kör eden bir ışık saçması ve 300.000 oC’lik sıcak rüzgar etkisiyle etraftaki her şeyin yanmasıdır. 2. atom bombası ise ilkinden 3 gün sonra Nagasiki’ye atıldı. Bu patlamalar sonucunda birçok insan öldü.

ATOM BOMBASI Atılan bu iki bombanın etkisi daha sonraki yıllarda da devam etmiştir. İnsanlar farkında olmadan yüksek miktarda radyasyon aldılar. Bunun neticesinde birçok insan ya öldü ya da sakat çocukların doğmasına yol açtı. Yaşanan bu durum o güne kadar insanlığın düşünmediği bir durumu ortaya çıkardı. Teknolojik gelişmelerin canlıya ne tür zararlar verebileceği olgusu düşünülmeye başlandı.

NÜKLEER ENERJİ Enerji kaynaklarına bağımlılık, her geçen gün artmaktadır. Enerjiye olan bu bağımlılık büyük mücadeleleri sahne olmaktadır. Alternatif enerji kaynakları keşfedilmeye çalışmaktadır. Nükleer enerji de bu çabalarının bir neticesidir.

NÜKLEER ENERJİ: Nükleer Reaktörler Temel olarak fizyon değişimi sonucu açığa çıkan nükleer enerji (ısı enerjisi) nükleer santrallerde elektrik enerjisine çevrilir. Bu ısı enerjisi bir soğutucu vasıtasıyla çekilerek kinetik enerjiye ve daha sonra da jeneratör sisteminde elektrik enerjisine dönüştürülür.

Nükleer Santrallerin Çalışma Prensibi

Komşumuz Bulgaristan’daki Nükleer Santral http://www.kznpp.org/index.php?lang=en

NÜKLEER GÜVENLİK Nükleer santrallerde nükleer tepkimeler sonunda meydan gelen radyoaktif maddelerin doğaya zarar vermeden saklanması ve bu santrallerde meydana gelen kazalar en büyük sorunlar olarak karşımıza çıkmaktadır. Nükleer reaktörler insanoğlunun yaptığı en güvenli makinelerden biridir. Nükleer santraller gerek normal çalışma koşullarında gerekse olası bir kaza durumunda çevreye en az zarar verecek şekilde özel güvenlik önlemleri ile tasarlanmışlardır.

NÜKLEER GÜVENLİK Nükleer santrallerin daha güvenilir olmasını sağlayan bazı önlemler şu şekildedir; Bu önlemlerden birincisi yakıttır. Uranyum dioksit seramiktir ve sızdırmazlık özelliğine sahiptir. Bu nedenle radyoaktif maddeler seramik yakıt içinden dışarıya çok zor sızabilirler.

NÜKLEER GÜVENLİK İkinci önlem ise seramik yakıtını saran ve basınca dayanıklı olan metal gömlektir. Alınan bu önlemlere rağmen gerçekleşebilecek bir kaza durumunda devreye giren ve yedeği olan kaza kontrol sistemleri vardır. Bugüne kadar çevreye zarar verebilecek nitelikte 3 nükleer santral kazası meydana gelmiştir. 1957 yılında İskoçya’da Windscale kazası 1979 yılında ABD’de Three Mile Island kazası 1986 yılında Ukrayna’da Çernobil kazası 2011 yılında Fukişima –Japonya’da deprem ve tsunami sonrası ortaya çıkan kaza

Çernobil’in nedenleri Bunca önleme rağmen Çernobil faciasına neden olan faktörler; Orada yapılan deneysel çalışmalar sonucunda reaktörde meydana gelen ani güç artışı, Santral tasarımında reaktörü çevrelemesi gereken bir beton koruyucu kabuğunun bulunmaması

Fukuşima Soğutucu pompaların deprem etkisiyle çalışmaması ve yedek güç ünitesinin tsunami suları altında devre dışı kalması

Tartışalım Nükleer enerjiyi kullanmalı mıyız? Neden?

Radyoaktivite Çevremizde bulunan elementlerin çoğu kararlı çekirdeklere sahiptir ancak atom numaraları (çekirdeklerindeki proton sayıları) 85 üzerinde olan Toryum (90); Uranyum (92); Plütonyum (94) gibi bazı elementler ışın ve parçacık yayınlayarak kararlı hale geçmek isterler. Bu esnada alfa ve beta parçacıkları ve gama ışınları yayarlar. Radyoaktivite ve radyoaktif maddeler tıpta teşhis için ya da jeoloji/tarih gibi alanlarda yaş belirleme için kullanılır. Röntgen ışınları da yine tıpta kullanılmaktadır.