2. KİMYANIN TEMEL KANUNLARI

1. 2. KİMYANIN TEMEL KANUNLARI

2. KİMYA TEORİLERİ • Bütün teorilerde olduğu gibi kimya teorileri mutlak doğru olmayabilir. • İleride doğru olmadığı anlaşılacak bir teoriyi işlemek insanı sorumlu yapar. • Teori (faraziye), her ne kadar birtakım ön bilgilere dayansa da, temelde, tecrübe edilmemiş görüşler, iddialar demektir.

3. KİMYA KANUNLARI • Her kanunda olduğu gibi kimya kanunlarında da kanunların zihnimizde varlıkları söz konusudur. Dışla ilgili bir varlıkları söz konusu değildir. • Dışla ilgili varlıkları olsaydı, örneğin; atomun içinde hem itme hem de çekme kanunundan söz edemeyecektik; çünkü bunlar birbirine zıt kanunlardır. Aynı yerde bulunmaları hayret vericidir.

4. Bu kanunlardan söz ettiğimize göre varlıkları zihnimizdedir. • Kanunların nasıl gerçekleştiğinin anlaşılması veya kanunun bir isimle ifadesi, olayın harikalığını azaltmaz. • Kanun, kanun koyucuyu gerektirir ve kanun koyucuyu görmeden kanunları varlığın esası, meydana getiricisi saymak, şu örnekteki duruma benzer:

5. Akılsız bir adam büyük bir saraya girer. Muhteşem bir mimari eser olan sarayın çok muhteşem donatılmış olduğunu görür. Koltuk, masa, sandalye, vazo, çiçek, tablo, soba, kalorifer vb. her şey yerli yerindedir. Bu akılsız adam, böyle bir tefrişatı kimin yaptığının merakı içinde sarayın içini dolaşır, fakat kimseyi göremez. Masanın üzerinde bir kitap bulur. Kitapta, sarayın tefriş programı yazılıdır. Akılsız adam, kimseyi göremediğinden "Bu sarayı böyle güzel döşeyen, işte bu kitaptır." der.

6. Bir sarayın tefrişi, onu tarif eden kitaba verilebilir mi? • Aynı şekilde bir makinenin yapımı ve çalışması, o makinenin işletim kılavuzuna verilebilir mi? • Kanunlar; sonsuz bir kuvvetin eseridir.

7. KİMYA PROBLEMLERİ • Kimya problemleri matematikselliği öne çıkarmaktadır; bu doğru değildir.

8. ATOMDAKİ KANUNLAR • ÇEKİM (CAZİBE) KANUNU: Atomun çekirdeğinde pozitif yüklü protonlar, etrafında ise negatif yüklü elektronlar bulunmaktadır. Bu iki zıt değer birbirini çekmektedir. • MERKEZKAÇ KUVVETİ: Protonlar, etrafındaki elektronları dağılmadan çekebilmesi ve döndürebilmesi için, çekirdek maddesinin çok büyük ve ağır olması gerekmektedir.

9. ATOMDAKİ KANUNLAR • ÇEKİM (CAZİBE) KANUNU: Atomun çekirdeğinde pozitif yüklü protonlar, etrafında ise negatif yüklü elektronlar bulunmaktadır. Bu iki zıt değer birbirini çekmektedir. • MERKEZKAÇ KUVVETİ: Protonlar, etrafındaki elektronları dağılmadan çekebilmesi ve döndürebilmesi için, çekirdek maddesinin çok büyük ve ağır olması gerekmektedir.

10. Bu yüzden de protonlar, elektronlardan yüzlerce kez daha büyüktür ve ağırdır; çünkü etrafındaki elektronları dağılmadan çekebilmesi ve döndürebilmesi için protonun ağır olması gerekir. 1 elektronun ağırlığı 1 birimdir. 1 proton ondan tam 1836 defa daha ağırdır; protonun ağırlığı 1836 birimdir. Bu ağır cisim etrafında, hafif olan elektronlar çok hızlı hareket etmektedirler. Elektronlar, bu süratli dönüşleriyle yörüngede kalmaktadırlar. Her elektronun hızı farklı farklıdır.

11. Etrafta çok hızlı hareket etme, çekirdekte ise ağır bir yük yüklenme vardır. Dolayısıyla ağırlık, merkezdedir. Çekirdeğin veya merkezi tutan ağırlığın önemi büyüktür. Çekirdeğe en yakın elektron en yüksek hıza sahiptir. Çekirdekten uzaklaştıkça elektronların hızı azalır. Çekirdeğin etrafındaki elektronlar biraz yavaş dönseydi, elektronlar dağılıp gidecek ve çekirdek yok olacaktı. Bunu koca dünya çekirdeğinin müthiş bir gürültü ile infilak edip yok olması takip edecekti.

12. Elektronlar, dönmesi gerekenden biraz daha hızlı dönseydi ve elektron çekirdeğe yanaşsaydı, düzenlilik yine bozulacaktı. Bu kanunun sosyal boyutuyla ilgili şunları söyleyebiliriz: En iyisi konumumuzun gereğini yerine getirmektir. Gerekli donanımı olmadığı hâlde, olduğundan fazla gözükerek kendilerini ülkesine hizmet ediyor gibi gösterip çekirdeğe yanaşanlar, bu yanaşmanın gereği olan samimi çalışkanlığı, başka niyetleri olduğundan dolayı sergilemediklerinden, kendilerine zarar verirler.

13. Çekirdeğe yakın elektronlar daha hızlı dönerler. Bunların yakınlığı ise uzaklık sebebi olmuştur. Gerekli donanımı olduğu hâlde, kendilerinden beklenen hızı göstermeyenlerin durumu ise şöyledir: Çekirdeğin cazibesi devam ettiği, çekirdek fırlatmadığı hâlde, onlar kendiliklerinden dağılıp giderler, çekirdekten uzaklaşırlar. Burada çekirdeğin de yok olması söz konusudur ki bu çok tehlikeli ve veballi bir durumdur; çünkü insan, iradesi olan bir varlıktır.

14. Doğrusu elektron gibi insanın da kendi makamında olmasıdır. Olduğundan fazla ya da noksan görünmemelidir. Aşırı alçak gönüllülük de gururdandır. Çekirdek çok ağır yük taşır. Elektron ise çok rahatlıkla akıp gider. Elektronların çekirdekten uzaklıkları, 1 mm’nin milyonda biri kadardır. Saniyedeki hızları ise 1000 km ile 15 000 km arasında değişir. Bu hızdaki elektronlar, çekirdek etrafında minicik yollarında saniyede milyarlarca defa tur atarlar.

15. Elektronların dönüş hızı her atomda farklı farklıdır. Hızlarını hiç kesmeden dönerler. Merkezkaç kuvvet bu dönüşle oluşur. • İTME (DAFİA) KUVVETİ: Aynı yükler birbirini iter. Çekirdekte birden fazla proton bulunursa bunlar, pozitif yüklü, yani aynı yüklü oldukları için birbirlerini iterler. Hidrojen hariç bütün atom çekirdeklerinde birden fazla proton bulunur. Elektronlar da, negatif yüklü, yani aynı yüklü oldukları için birbirlerini iterler.

16. NÜKLEER KUVVET (BAĞLANMA ENERJİSİ): Çekirdekteki nötronlar, protonların birbirlerini itmelerini önleyerek bağlayıcı rol oynarlar. Bu da protonlar, nötronsuz bir arada bulunamazlar demektir. Bunun tersi de söz konusudur; nötronlar da her zaman protonlara muhtaçtırlar; çünkü onlar da tek başlarına kaldıkları zaman 13 dakikada yarısı bozulmaya uğrayarak proton ve elektron çıkartırlar. Nükleer kuvveti kavramak için nötronların özelliklerini görelim:

17. Çekirdekteki nötronlar, elektrik bakımından yüksüzdür. Yüksüz oldukları için bir madde içinde uzun yol alabilirler. Bu ağır parçalar, ağırlıklarına göre süratlenirler. Hızları, ışık hızından saniyede birkaç km’ye kadar değişir. Nötronların bazıları çok ağırdır; bu ağırlıklarından dolayı öyle hız kazanabilirler ki, en kesif maddelerin bile bir tarafından girip öbür tarafından çıkarlar.

18. Nötronlar bu süratle, 30 cm kalınlığındaki demir ve kurşundan bile geçebilirler. Ancak atom çekirdeğiyle çarpışmalarında enerjilerini kaybederler. Kuş havada ne kadar rahat uçuyor veya balık denizde ne kadar rahat yüzüyorsa, nötronlar da o hız sayesinde o kadar rahat hareket ederler. Bu özellikleri taşıyan nötronlar, çekirdek içinde, enerjilerini, protonları bir arada tutmak için kullanırlar.

19. Hidrojen hariç bütün atom çekirdeklerinde, mutlaka nükleer enerji bulunur. Hidrojen atomunun çekirdeğinde proton 1 adet olduğundan, hem nötrona hem de nükleer enerjiye ihtiyaç yoktur. Einstein, çekirdekteki nükleer enerjiyi E=mc2 formülü ile açıklar. Formüldeki m maddenin kütlesi, c ışık hızı, E ise enerjidir. Nükleer reaksiyonlarda, atom numarası ve kütle numarası korunmaktadır; bu durum kütlenin korunduğu anlamına gelmez. Nükleer reaksiyonlarda kütle kaybı olur.

20. Hidrojen dışındaki bütün atomların, bir tartılan kütlesi bir de hesap edilen kütlesi vardır. Tartılan kütle, mutlak surette her zaman daha az çıkmaktadır. Bu azalan miktar kadar madde, daha ilk oluşumda, hidrojen hariç tüm atomların çekirdeğinde, enerjiye dönüşmüştür. İşte bu enerji, nükleer enerjidir. Olay, saatin kurulup bırakılması gibi de değildir: Protonların birbirlerini itmemeleri için başlangıçta maddenin enerjiye dönüşmesiyle başlayan görevi, nötronlar her an sürdürmektedirler.

21. ZIT SPİNDEN DOLAYI ORTAYA ÇIKAN, ELEKTRONLARI BİR ARADA TUTMAKLA GÖREVLİ KANUN: Hidrojen hariç, bütün atomlarda birden fazla elektron vardır. Elektronlar, negatif yüklü, yani aynı yüklü oldukları için birbirlerini iterler. Bu durumda her iki elektrondan birisinin saat yönünde, diğerinin ise saat yönünün tersi istikamette dönmesi; elektronların birbirlerini itmelerini önleyerek bir arada kalmalarında rol oynar. Zıt spin, farklı yönde dönüş demektir.

22. ELEKTRONLARDAN ENERJİSİ DÜŞÜK OLAN MI YOKSA YÜKSEK OLAN MI HIZLI DÖNER? • 7 enerji düzeyi vardır. Çekirdeğe en yakın olan 1. enerji düzeyi, en uzak olan da 7. enerji düzeyidir. • 1. enerji düzeyinden 7. enerji düzeyine doğru enerji düzeylerinin enerjisi fazlalaşır.

23. 1. enerji düzeyinin enerjisi en az; 7. enerji düzeyinin enerjisi en çoktur. Çekirdeğe yakın elektronlar daha hızlı, çekirdeğe uzak elektronlar ise daha yavaş dönerler. • Herhangi bir atomun üst enerji düzeyindeki elektronların enerjisi daha fazladır. Buna rağmen diğerlerine göre daha yavaş dönerler. Elektronun hızı ile enerji düzeyinin enerjisi ters orantılıdır; bu iki konu birbiriyle karıştırılmamalıdır.

24. Kimyasal bağ, en üst düzeydeki elektronların bir kısmı ile meydana getirilir.

25. EVRENDEKİ KANUNLARIN DEĞİŞMEDİĞİ GÖRÜLMEKTEDİR • En büyük âlemdeki en büyük sistemlerdeki itme ve çekme kanunları ile en küçük atom parçacıklarındaki kanunlar aynıdır. Eğer bu tür kanunlar değişseydi, hiçbir ilim inkişaf edemez ve kanunlar belirli, kararlı olamadığından hiçbir formülden, sabit sayıdan vb. hususlardan bahsedilemezdi.

26. İlimlerin meydana gelmesi, bu değişmez kananlar vasıtasıyla olmaktadır.

27. GÜNEŞ SİSTEMİ İLE ATOM ARASINDAKİ BENZERLİKLERBir kısım kürelerin güneşin etrafında peykler hâlinde sürekli dönmeleri gibi elektronlar da atom çekirdeğinin etrafında hareket etmekte ve dönmektedirler.

28. Güneşin etrafında dönen gezegenleri, atom çekirdeğinin etrafında dönen elektronlara benzetebiliriz. Bu dönüş hiç şaşırmadan ve nizamı bozmadan olmaktadır. Güneş sistemi ile atom arasındaki bu benzerlik, kâinatın her zerresinde görülen birliği sembolize eder.

29. Güneşin büyüklüğüne nazaran dünya ile olan uzaklık mesafesi ne ise, atom çekirdeğinin küçüklüğüne nazaran elektronlar arasındaki uzaklık mesafesi de aynıdır.Elektronların hızı, çekirdeğe olan uzaklıklarına göre değişir. Güneşe en yakın gezegen en fazla hıza sahip olduğu gibi çekirdeğe en yakın elektron da en yüksek hıza sahiptir.

30. Elektronların öz kütlesi, çekirdeğe olan uzaklıklarına göre değişir. Güneşe en yakın gezegen en fazla öz kütleye sahip olduğu gibi çekirdeğe en yakın elektron da en büyük öz kütleye sahiptir. Dünyada en çok bulunan element demirdir. Güneşe bizden daha yakın olan gezegenlerin öz kütlesi demirden fazladır. Güneşe bizden daha uzak olan gezegenlerin öz kütlesi ise demirden azdır.

31. BOHR (1885–1962)’UN RÜYASI, GÜNEŞ SİSTEMİ İLE ATOMUN YAPISI ARASINDA BENZERLİK DÜŞÜNMESİNE VESİLE OLDU • Niels Bohr, Danimarkalı bilim adamıdır. • 1922 yılında Nobel ödülü almıştır.

32. Bu rüya Bohr’un güneş sistemi ile atomun yapısı arasında benzerlik düşünmesine vesile olmuştur. • Bohr’un rüyası şöyleydi: “Bohr, güneşin kızgın gazlarla dolu merkezinde duruyordu. Gezegenler de ince ipliklerle bağlı oldukları güneşin etrafında dönüyorlardı. Her gezegen Bohr’un yanından geçerken bir düdük çalıyordu. Sonra kızgın gazlar soğuyup katılaştı.”

33. GÜNEŞ SİSTEMİ İLE ATOM ARASINDAKİ BENZERLİĞİ BOHR’UN RÜYADA KEŞFİ BİR ANDA ULAŞILAN BAŞARIDIR • İlmî çalışmalarda başarıya ulaşmada iki yol vardır: • Birincisi; düşünmek, ezberlemek, fikri çalıştırmaktır. Bu; zamanla olanıdır.

34. İkincisi; sezgi adını verdiğimiz bir anda ulaşılan başarıdır. Bu da iki kısımdır: Birisi gayret gösterme sonucunda ilhamla olanı diğeri de o branşta çalışmadan ilhamla olanıdır. • Gayret gösterme sonucunda ilhamla olanı, çalışma ve tecrübe ile ama çalışma sonucu değil de farklı bir zamanda ele geçer. Bohr’un güneş sistemi ile atomun yapısı arasındaki benzerliği rüyada keşfetmesi buna örnektir.

35. Bir anda ulaşılan başarının ikincisi, o branşta çalışmadan gelen ilhamdır. Herkes potansiyel olarak buna açık var edilmiştir. Bu yolda; peygamberler, doğruluktan şaşmayan akıl sahipleri ve temiz duygu, temiz düşünce taşıyan kalp sahipleri vardır. Bu başarı; mevhibeiilahiye olarak verilir.

36. Atomun çekirdeği ile elektronları arasındaki mesafe ve münasebet, âdeta güneş manzumesinin bir minyatürü gibi küçük bir güneş sistemini andırmaktadır. Hendrik Antoon Lorentz* (1853–1928) * Atom üzerinde çalıştı. Bu çalışmaları 1902 yılında Nobel ödülüne layık görüldü.

37. ELEKTRON BULUTU • Elektronlar, çekirdek etrafında dönerken bulut görünümü oluştururlar. • Elektron bulutunun görevi, çekirdeği korumaktır.

38. Elektronlar, çekirdek etrafında hızlı dönerken bir bulut görünümü arz ederler. James Chadwick* (Ceymıs Çeedvik) (1891–1974) * İngiliz atom fizikçisi ve kimyacısı, atomda elektronların dönüşünde bulut modelini keşfetti, nötronu buldu, 1935 yılında Nobel fizik ödülünü aldı.

39. HEİSENBERG BELİRSİZLİK İLKESİ • Bulut içinde elektronlar, her an herhangi bir yerde bulunabilme özelliğine sahiptir. Buna Heisenberg belirsizlik ilkesi denir.

40. Elektronlar, çekirdeğin etrafında hızlı döndüklerinden her an, herhangi bir yerde bulunma özelliği gösterirler. Werner Karl Heisenberg* (1901–1976) * Heisenberg belirsizlik ilkesini ortaya koyan Alman kimyacı, 1932’de Nobel ödülü aldı.

41. MEVLEVİ GİBİ DÖNENLER • Elektronlar • Akyuvarlar • Uydular • Gezegenler • Diğerleri

42. ATOMDA VE YILDIZLARDA AYNI KANUN GEÇERLİDİR

43. KÜTLESEL ÇEKİM KUVVETİ: Gezegenlerdeki kanundur. m1 x m2 F= G r2 • COULOMB (KULOMB) ÇEKİM KUVVETİ: Atomdaki kanundur. q1 x q2 F= k r2

44. G ve k sabit sayıdır. F, çekim kuvvetidir; birimi Newton (N)’dur. r, uzaklıktır. m gezegenlerin kütlesi, q ise elektron ve protonun yüküdür. • En büyük âlemdeki en büyük sistemlerdeki itme ve çekme kanunları ile en küçük atom parçacıklarındaki kanunlar aynıdır. Eğer bu tür kanunlar değişseydi, hiçbir ilim inkişaf edemez ve kanunlar belirli, kararlı olamadığından hiçbir formülden, sabit sayıdan vb. hususlardan bahsedilemezdi.

45. İlimlerin meydana gelmesi, bu değişmez kananlar vasıtasıyla olmaktadır. • Gezegenlerdeki ve atomdaki kanunun adı değişmiştir, ama aynı kanundur.

46. SABİT ORANLAR KANUNU • Oksijen, nefes içinde kana temas ettiğinde kimyasal aşktan dolayı kanı kirleten karbonu kendine çeker. İkisi birleşir. CO2 oluşur. Bu birleşme gerçekleştiğinde hem karbonun hem de oksijenin tamamı da birleşmiştir. Karbondan da oksijenden de her ikisinden de arta kalan madde kalmamıştır (sabit oranlar kanunu). • C + O2 →CO2 + ısı

47. Örneğin; kanı kirleten 1 mol karbon varsa 1 mol de oksijene gereksinim vardır. • Bu mikro düzeyde de böyledir. Örneğin; 1 adet karbon atomu ve 1 adet oksijen molekülü dahi arta kalmama kaydıyla bu iş hayatımız boyunca devam eder. Böylece yaşamın sağlıkla devamı temin edilir. • Kanı kirleten karbon elementinin tamamının ne kadar oksijenle reaksiyona girmesi gerekiyorsa o kadar oksijeni solunumla alıyoruz.

48. KİMYA KANUNLARINDAN SAPIŞIN SEBEPLERİ • Âdetin harikalığını göstermek içindir. • Alışılmışlık perdesini yırtmak içindir. • Dikkatimizi toplayıp bakışımızı sebepten başka tarafa çevirmek içindir. • Tanrı, evrendeki her kanuna bir istisna koymuştur ki, insanlar, bu kanunlara takılıp onların gerisindeki asıl Yaratıcı'yı unutmasınlar.

49. Su gibi bazı maddeler; çok önemli olduklarından, yeknesaklık kaidesine girmemek için, çok yönlerden farklı kanunlara tabidir. • Böylece istisna kanunların ortaya çıkışının sebebi anlaşılmış olur.

50. SUDAKİ FARKLI KANUNLAR • Suyun benzeri olan moleküllerde hidrojen bağından hiç söz edilmezken, suda hidrojen bağı vardır. Bu sayede suyun kaynama noktasının –80 °C olması beklenirken, +100 °C olmuştur. • Buz molekülleri arasındaki uzaklık, su molekülleri arasındaki uzaklığa göre % 11 oranında daha fazladır. Bu, buza mahsus özel bir durumdur.