Catalog

NOBEL ÖDÜLLERİ Nobel Kimya Ödülü 1 996 Nobel Kımya ödulu, 1985 yılında yaptıkları çalışmada karbon elementının "fulleronler" dıye adlandırılan yenı formlarını keşfeden Robert F. Curl, Harold W. Kroto ve E. Smalley e verıldı Fullerenler, atomlann kapalı kabuklar şeklınde dızılmelerıyle oluşuyorlar Kabuktakı karatomu sayısı değışebılıyor, her yenı konfıgurasyon, ayrı bır fullerene karşılık gelıyor, bu keşıf sayesınde bır çok yenı karbon yapısının varlıgı anlaşıldı Oncelerı karbon elementının sadece altı krıstalın formu bılınıyordu, bunlar, ıkı cıns grafıt, ıkı cıns elmas, kaoıt ve karbon(VI) ıdı Bunların son ıkı tanesı sırasıyla 1968 ve 1972 yıllarında keşfedılmışlerdı Fullerenler, buhar halındekı karbonun durgun bır gaz atrnosferınde yoğunlaşmasıyla oluşuyorlar Gaz halındekı karbon, karbon yuzeyıne şıddetlı bır laser ışını uygulanmasıyla oluşturuluyor Açığa çıkan karbon atomları helyum gazıyla bırleştırılıyor ve sonuç olarak her bırı bırkaç atomdan bırkaçyuz atoma kadar atom ıçeren atom kumelerı ortaya çıkıyor Daha sonra bu gaz, bır vakum odasına alınıyor ve mutlak sıfırın bırkaç derece uzerın de bır sıcaklığa kadar soğutuluyor Butun bu ışlemlerın sonunda bu karbon kume lerı spektroskopı analızıne hazır hale gelıyor C60 molekülünün keşfi şan bır karışımdı, bu sayede C60 yapısı açık bır şekılde anlaşılmış oldu Bunu ız leyen yıllarda C 60, C70, C76 ve C78'ın kımyasal reaksıyonları araştırılmaya başlandı, ortaya yepyenı bır kımya branşı çıkmıştı Rastlantının zaferi Aslında fullerenler bır tesaduf eserı keşfedıldıler O yıllarda Harold W. Kroto, mıkrodalga spektroskopısıyle yıldızların atmosferlerını ve gezegenler arasındakı ortamda bulunan gaz bulutlarını ıncelı yordu, ozellıkle karbon yonunden zengın yıldızlarla ılgılenıyordu Kroto'ya gore bu yıldızların atmosferlerınde asıl yapıyı oluşturan, sıyanopolınler dıye adlandırılan ve sadece karbon ve azottan oluşan zıncırlerdı Bunları daha detaylı ıncelemek ısteyen Kroto, Rıchard Smalley ıle baglantıya geçtı Smalley, neredeyse butun maddelerı buharlaştırabılen ve "laser supersonıc cluster beam aparatus" dıye Ustte Davıd Lee, sağda üstte, Douglas Osheroff ve Robert Richardson Nobel Fizik Odülü Curl, Kroto, Smalley ve o sırada bır doktora ogrencısı olan S C O'Brıen, 1985 yılında bu deneyı on bır gun boyunca yurutmuşler Yaptıkları ayarlamalarla 60 ve 70 karbon atomu ıçeren kumeler elde etmışler 60 atomlu kumelerın (C 60) çok kararlı olduklar ortaya çıkmış, bu da molekul yapısının oldukça sımetrık olduğu anlamına gelıyor Analızlerını derınleştıren araştırmacılar, yapının 20 hekzagonal (altı kenarlı) ve 12 pentagonal (beş kenarlı) yuzey ıçeren bır kafes olduğunu ortaya çıkardılar Molekul yapısı, bu halıyle 1976 Montreal Dunya Fuarı'nda Amerıkalı mımar R. Buckminster tarafından sergılenen ]eodetık kubbe evı andırıyordu, bu nedenle de "buckminsterfulleren" dıye adlandırıldı Sozunu ettığımız bu yapıyı Avrupa Şampıyonası'nın sembolu olan futbol topuna da benzetebılırız C60'ın keşfı Nature dergısınde yayımlandı ve bılım adamlarından farklı eleştırıler aldı Hıç bır fızıkçı veya kımyacı karbonun, bılınenler dışında boyle bır sımet rık formunun var olabıleceğını aklından geçırmemıştı Curl, Kroto ve Smalley 198690 yılları arasında yaptıkları araştır malar sonucunda, elde ettıklerı yapının detaylarının doğru olması gerektığım gosterdıler 1990'da fızıkçı W. Kratschmer ve D. R. Huffman, ılk kez C60'ı oldukça ızole edılmış bır şekılde elde ettı ler Bunu, ıkı grafıt çubuğu helyum gazı ortamında yakıp, organık bır solvent yo luyla karbonu yogunlaştırarak başardılar Elde ettıklerı şey C60 ve C70'den olu sveç Krallık Bılımler Akademısı 1996 Nobel Fızık Odulu'nu helyum3'te uktunakışkanhk bulan (1972) David M. Lee (Cornell Unıv., ABD), Douglas D.b Osheroff (Ştanford Unıv , ABD) ve Robert C. Richardson (Cornell Unıv , ABD) arasında paylaştırdı Hollandalı fızıkçı H. KammerlinghOnnes'ın yuzyılımızın başında once helyumu 263'C sıcaklıkta sıvılaştırdıktan sonra bu sıcaklıklara kadar soğuttuğu cıvanın "ustunıletken" olduğunu, yanı elektrık akımına hıç dırenç gostermedıgını bulmuştu 1930 yıllarında ıse sıvılaştırılmış helyum4'un, 271CC sıcaklıkta Curl, yanda, Ustte solda Kroto ve Smalley "ustunakışkan" oldugu ortaya çıkmıştı (P. Kapitza, SSCB) llerleyen yıllarda ıncelıyordu hem ustunıletkenlıgın hem de ustunaGaz halınde bulunan atomlar yoğunlakışkanlıgın kuramsal açıklamaları yapıldı şarak yığınları oluşturduklarında sadece Bu açıklamalar temelde helyum 4'un bır çeşıt yığın oluşmuyor, çeşıtlı mıktar"bozon" karakterınde olmasına dayanır larda atom ıçeren bır suru yığın oluşuyor, Metallerde elektrık ıletımını sağlayan fakat bunların arasından bırı baskın oluelektronlar olagan sıcaklıklarda "fermıyor. Baskın olan yığınlardakı atomlann yon" olduklarından ustunıletkenlık gos sayısı "sıhırlı sayı" dıye adlandırılıyor Bu, termezler Ancak, çok duşuk sıcaklıklarnukleer fızıkte de kullanılan bır terım da metal atomlarının dızılı bulundukları Smalley'ın laboratuvarında karbon bu krıstal orgunun bazı ozellıklerı, bır arada harlaşması konusunda bırlıkte çalışmaya olmasalar bıle elektronların çıftler halınbaşlayan Kroto, Smalley ve Curl, baş de davranmalarına, yanı artık bozon nılangıçta Kroto'nun yıldız atmosferı konutelıqı edınmelerıne yol açar Işte ustunısunu ıncelerken sıhırlı sayıyı sureklı ola letkenlıgın dogmasının temel sebebı bu rak 60 ve 70 olarak bulmaya başladılar dur Bu olayların ışık ıçın de bır karşılığı Araştırmalarını sadece bu karbon kom vardır Lazer Çunku ışık tanecıklerı de pozısyonu uzerınde derınleştırınce Cnılebılen fotonlar da bırer bozondurlar 60'ın yapısının uzun bır zıncır değıl, ol Bu olayların temelınde, bozon denılen dukça sımetrık bır kabuk yapısına sahıp parçacıkların bellı koşullar altında bırbırolabıleceğı fıkrını ortaya çıkardılar lerını hep aynı fızıklel ozellıklere (hız, Daha sonrakı araştırmalar C 60'ın yaenerjı kutuplanma vb ) sahıp olmaya vaş reaksıyonlar oluşturan bır yapı olzorlayarak son derece uyumlu bırer "suduğunu ortaya çıkardı Sadece C 60 ru" oluşturma eğılımınde olmaları yatar degıl, 4080 arasındakı butun çıft sayılarFermıyonlar ıse, bunun tamamıyla tersıda atom ıçeren yapıların da çok yavaş ne, aynı ozellıklerı taşıyorlarsa ıkısı bıle reaksıyonlara gırdıklerı fark edıldı Bu da bır araya gelemez Bu, "suruye katılma", soz konusu yapıların kafes şeklınde ol daha doğrusu "suruden ayrılmama" nıması gerektıgını gosterıyordu, kafes telıgı o kadar kuvvetlıdır kı, bulundukları yapısı fıkrı Euler kuralına da uyuyordu ortamdan gelen ufak tefek durtuklemeEuler kuralına gore n, 22'deıı buyuk bır lerle bozulup dagılmazlar Boylece de çıft sayı olmak uzere, n kenarlı herhangı helyum4'un her turlu ıç ve dış surtunbır polıgon ıçın, 12 pentagon ve (n 2)/20 meye aldırmayan ustunakışkanlıgı ıle orhekzagon kullanılarak en az bır polıhednogm rıvanın, ıçındekı safsızlıklara rağron uretılebılır Dığer bır deyışle 12 pen men dırenç dogurmayan ustunıletkenllğı tagon ve bırden fazla hekzagonla (veya ortaya çıkar hıç hekzagon kullanmayarak) bır polıhedHelyum4'un bozonluğu, "4" sayısıyla ron uretılebılır Yanı karbon elementının yakından ılgılıdır Bır helyum4 atomunneredeyse sonsuz ayrı formu vardır da, her bırı bırer fermıyon olan 2 notron, Kroto, Nobel odulunu aldıklarını oğren2 proton (2+2=4) ve de 2 elektron buludıklerı gunun haydtının en mutlu gunu ol nur Toplam sayı "çıft" olduğundan bu dugunu belırtıyor Sussex Unıverbırleşım bır bozon olarak davranır. Hel sıtesı'nden Harold W Kroto, Rıce Unıver yum3 ıse tnotron, 2 proton (1+2=3) ve sıtesı'nden Robert F Curl Jr ve Rıchard 2 elektrondan oluşmuştur; "tek" sayılı Smalley'e odullerı olan 1.12 mılyon dolar, bırleşımler ıse fermıyon olurlar Şımdı, Alfred Nobel'ın olumunun 100 yılında (10 yukarıda elektronlar ıçın soylenen çıftAralık 1996) Stockholm'de duzenlenecek lenme eğer helyum3 ıçın de olabılırse torende verılecek. sonuç "çıft" sayıda fermıyondan oluşan bozonlar olacağından bunun da ustuna Derleven Sımm Özeren adlandırılan bır cıhaz tasarlamıştı Bu cıhaz, rnateryalı plazma halıne getırerek, ortaya çıkan, atomlar ve molekullerden oluşan, mıkrobkopık makroskopık olçok arasında yer alan yığınları ıncelemeye yarıyordu Unlu bır fızıksel kımyacı olan Smalley, Robert C Curl ıle bu aletı kullanarak metal atomlarından oluşan yığınları Ustunakışkanlıgın ikinci örneğine ödiil R. Önnir Akvüz I kışkanlık gosterebıleceğı beklenebılır Ancak elektrık akımı oluşturan elektron lar hep bır metal ıçınde bulunmakta ve ustunıletkenlığe yol açan çıftlenmenın oluşuna krıstal orgunun de yardımı olmaktayken, tumuyle kendı kendıne olan sıvı helyum3'te böylesıne oluşumların ortaya çıkmasının çok daha zor olması beklenır Gerçekten, aslında olmasından 1960'larda umut kesılen ve 1970'lerın başında bambaşka bır olayın ıncelenmesı sırasında rastlantıyla farkına varılan helyum3 çıftlenmelerı, mutlak sıfırın ( 273, 15°C) ancak 0,002°C ustunde oluşmaktadır (helyum4 ıçın 2,7'C, ustunılet kenlık ıçın ıse onlarca "C ustunde) Aynı sebeplerle ustunakışkan helyum3'un, helyum4'e gore çok daha farklı ve karışık ozellıklerı bulunmaktadır Yukarıda sozu edılen "ustun" nıtelık olaylarının genel olarak çok ılgınç bır or Şekil bir örneğin içindeki sıvı helyum 3 ve katı helyum 3 buzu karışımının basıncını gosterıyor. Once ıç basınç 40 dakika yükseltilmiş daha sonra iç basınç düşürülmüştur. Ave B eğrisınin eğımindekı ve ortaya çıkan ısıdakı degışımlere dikkat. tak yanları vardır. Kuantum mekanıksel ozellıkler, genellıkle doğada atommolekul boyutlarından otede kendını pek gostermezken, bu olgular "gozle gorulur, elle tutulur" boyutlarda karşımıza çıkmakta ve kuantum mekanığı kullanıl madan anlaşılıp açıklanmalarına da hıç olanak bulunmamaktadır öte yandan helyum3 ustunakışkanlığının çeşıtlı koşullar altında ıncelenmesının evrende kozmık cısımlerın oluşumuna ışık tutacağı umulmaktadır Bu durumu, buyuk patlamadan hemen sonra her bakımdarl turdeş ve sımetrık olan evrende daha sonra gıderek gokadaların olu şumuna olanak sağlayacak olan bu anı faz değışmelerının, helyum 3'te ustuna kışkanlığı doğuran evredeğışmesıne benzer bır kurama dayanmasıdır Sozu geçen "evredeğışmesı" terımı çok gızemlı bır soz değıldır, orneğın suyun donması ya da kaynayıp buharlaşması bırer evre değışmesıdır * Boğaziçi Universıtesi 501 9