Katalog

FİZİK K İ M Y A EĞİTİM bukuire algılama blrlml (S1M.LASCR.vs) ytizey AFM'nin çalışma prenslbinı gösteren şema Atomlararası kuvvetlerın etkisıyle bukulen kolun konumu algılama bırımı aracılığıyla belirlenîr numuzde bu yöntemlerın hemen hepsı aynı lyılıkte sonuçlar verıyor ve hangısının kullanılacağı deneycının olanakları ve deneyımlerı ıle belırlenıyor AFM ıle tabakalı malzemeler (graft ya da bor nıtrıt gıbı) dışında atomsal ayrıştırma elde edılebılmış değıl Fakat ayrıştırma sınırı 1 nm'nın bırkaç onda bırıne kadar ınmış durumda (atomsal ayrıştırma ıçın 1 A = 0 1 nm'lik bır ölçu verebılırız) Bununla bırlıkte atomustu boyutlardakı ayrıştırma ıle pek çok yalıtk'an ve bıyolojık molekul ıncelenıyor Bu çalışmalar atomsal bılgılerden çok topoğrafık sonuçlar verıyor fakat AFM kuramı oluşana kadar yapılan analızlerı bıraz dıkkatle karşılamak gerekıyor Şu sıralarda AFM kuramında en onemlı ve cıddı çalışmaları yapan gruplar Bilkent Unıversıtesi'nde ve IBM Zurih ve Almaden Araştırma Laboratuvarları'nda bulunuyor lar Bırtakım uç modellerı kullanarak uç yuzey kuvvetını taramanın fonksıyonu olarak ortaya çıktı Bu ılk hesapların umıt verıcı ol ması ve AFM ıçın geçerlı bur kuram oluşturmanın gereklılığı Bilkent IBM Zurih arasında AFM konulu bır ortak projenın hayata geçırılmesıne yol açtı IBM'nın genış parasal desteğı ıle nısan ayında başlayan çalışmaların, AFM göruntulerının anahzınde son derece yararlı olacak nıtel ve nıcel sonuçlar vermesı beklenıyor Bu şekılde AFM kuramının oluşturulmasında Turk bılım adamları da onemlt rol almış olacaklar Bir bilimin tablosu Kimya niçin hâlâ bir "umacı?" Öğrencilerin düşüncelerinde bile kimya "dehşet" çağrıştırıyor... E. Heilbronner, E. Wyss Çeviri: Doç. Zeki Tez AFM'nin Sınırı Ne? Blnnig 1987'de Munıh'te bır laboratuvar kurmaya başladı ve AFM ıle ılgılı çalışmalarını yoğunlaştırdı Onun asıl uzerınde durduğu nokta, AFM ile olçulebılecek en kuçuk kuvvetin buyukluğu ıdı Eğer bu alt sınır yeterınce ufaksa, pek çok onemlı fızıksel olayın AFM ıle gozlenebılmesı mumkun olabılırdı Bazı hesaplar ıle bunıın gerçekleşebılır olduğunu anlayınca oldukça ıddıalı bır hedef belırledı Kutle Çekim Dalgası Anteni (Gravıtatıonal Wave Antenna GWA) Nevvtondan berı bılınen kutle çekımı havaya atılan bır cısmın yere duşmesınden dunyanın guneş etrafında donmesıne kadar pek çok olay ıle ılgılıdır Modern fızığın oluşması ıle kutle çekımının de aynen elektromanyetık kuvvetler gıbı bazı dalgalar ıle yayılması gerektığı bulundu Örneğın bır su pernova oluştuğunda ortaya çıkacak kutle çekım etkılerı bu dalgalar yoluyla yayılır (ışık hızında) ve dunyaya ulaşır Bır GWA ıle bu dalgaların varlığı kanıtlanabılır ve ozellıklerı ıncelenebılır Fakat GWA elektromanyetık dalgaları algılamada kullandığımız antenlerden (örneğın evlerımızdekı TV antenlerı) çok farklı olmak zorundadır Çunku bu dalgaların enerjılerı çok daha ufaktır Kutle çekımı cısımlerın kutlelerı ıle doğru orantılı olduğundan anrak buyuk kullelı bır cısım (örneğın 5 tonluk bır alumınyum blok) bu dalgalardan belırlenebılecek bır şekılde etkılenır Pekı bu buyuk blok uzerıne etkıyen bu kuvvetı (yıne de çok çok kuçuk bır kuvvet) nasıl belırleyebılırız? Binnig'ın bu soruya yanıtı AFM ıle1 Kuvantum mekaniğine gore, her kutle çekımı dalgaları da parçacık ozellıklerı goste rıyor Bu parçacıklara gravıton denıyor (elektromanyetık dalgalar ıçın foton gıbı) Ideal anten tek gravltonları sayabılır Fakat bu parçacıkların enerjılerının çok ufak olması (tıpık olarak 10 "" joule 1 joule = 1 watt x 1 sanıye) tek tek sayılmalarını hemen hemen olanaksız kılıyor 100 gravlton etkısı ıle 5 tonluk alumınyum blokun yer değıştırmesı 10 10 nm (10 1 9 m) cıvarında olacak Bu yer değıştırme de son derece ozel teknıklerle uretılmış bır AFM nın algılama sınırı ıçınde bulunuyor Ilk bakışta ınanılmaz gorunen bu olçum sınırı kurumsal olarak belırlendı Blnnig ve arkadaşları çevreden, ısıl uyarımlar dan, elektronık devrelerden ve dığer temel fızıksel olaylardan kaynaklanacak gurultunun 510 gravlton enerjısı cıvanna duşurulebıleceğını ve bırkaç yuz gravitonluk bır dalga paketının gozlenmesının mumkun olabıleceğını soyluyorlar Şımdı STM ve AFM uzerınde çalışmalar yapan tum araştırmacılar bu deneyın sonuçlarını beklıyorlar Çekım fızığınde oluşabılecek ılgı yanında asıl merak edılen konu bu kadar basıt prensıplere dayanan STM AFM ıkılısının gucunun sınırının behrlenmesı U çak kazalarından ve köpru yıkılmalarından çok ender olarak "sorumlu tutulan" fızık ve matematık gıbı bılımlerın yanı sıra, ' kimya", şarabı sulandırma sahtekârlığından çevre kırlılığıne kadar sorumsuzlukların şamar oğlanı durumundadır 1979 yılında isvıçre'dekı Cenevre Unıversıtesı, zengın unıversıte laboratuvarlarından bırıne sahıp clan kendı kimya okulunun kuruluşunun 100 yılını kutladı Alışılmış kutlamalar, konuşmalar ve kollokyumların yanı sıra oğretım uyelerı, Cenevre Lısesı öğrencılerını, "kimya" konusunu resımlı olarak kendılerıne sunmalan ıçın okula davet ettıler Burada 50'ye yakın resım sergılendı Cenevre bır sanayı kentı değılse ve de burada kimya sanayıı hâkım bır rol oynamıyorsa da bu konu ılgıyle karşılandı işledığı konu ve yapım tarzı açısından ılgınç resımler vardı AFM Kuramı: Yukarıda AFM göruntulerının analızının STM'ye gore daha kolay olduğundan bahsetmıştık Gerçekte bu analız yalnızca yaklaşık bır yontemdır Yapılması gereken, STM'de olduğu gıbı bır elektronık yapı hesabı ve buradan da uç ıle yuzey arasındakı kuvvetın bulunmasıdır AFM ıçın her ıkı elektrodu da ıçeren hesapların yapılması gerektığınden, tam doğru çozum aslında çok daha zordur Omeğın grafıt yuzeyınde elde edılen ve atomsal ayrıştırma olarak nıtelenen bazı goruntulerın, atomlara değıl de bırım hucrelere karşılık geldığı, boyle zor hesaplarla anlaşılabılmış ve AFM sonuçlarının değerlendırılmesınde çok dıkkatlı olunması gerektığı ortaya çıkmıştır AFM'nin tam kuramının STM'den daha zor olması her ıkı mıkroskopta kullanılan etkıleşımlerın doğası ıle ılgılıdır STM'de uç, yuzeyden yeterınce uzaktaysa (genelde duru.m budur) başıt tunelleme hesapları goruntulerı ve anlamlarını verır Oysa atomlararası kuvvetler değışık uzaklıklarda farklı davranışlar gösterırler Uzaklık fazla ıse ıkı atomun elektronlarının bağlanma ısteklerı ıle çekıcı kuvvet, ufak uzaklıklarda ıse artı yuklu çekırdeklerın bırbırıne çok yaklaşmasında dolayı ıtıcı kuvvet baskındır Bu ıkı kuvvetın toplamı atomlararası uzaklığın fonksıyonu olarak, buyukluğu ve yönu değışen bır kuv.vet verır AFM'de uç ve yuzeyın her atomu ıçın bu kuvvetlerın bulunup toplanması gerektığı duşunulurse, boyle bır hesabın neden çok fazla bılgısayar zamanı gerektırdığı ve yayımlanmış pek az sonuç olduğu anlaşılır Deneylerde de bazen çekıcı bazen de ttıcı kuvvetlerle çalışılmakta ve çıkan sonuçlar aynı yaklaşık yontemle ıncelenmektedır Bu yontemın son derece yanlış sonuçlara yol açabılmesı olasıdır Henuz tam doğru ya da bellı yaklaşımlar ıçerısınde ıstenılen doğrulukta sonuçlar verebılen genel bır AFM kuramı bulunabılmış değıl Bu nedenle elde edılen göruntulenn tam neye karşılık geldığı her zaman anlaşılamıyor Deneysel olarak elde edılen goruntulerın yaklaşık topoğrafyayı vermesı, yuzey fızığı ve teknolojısı alanında yapılan çalışmalar ıçın oldukça yeterlı ve çekıcı bır unsur, Oğrencıler kimya deyınce zehir ve ölumu anımsıyorlar spıkerı bır futbol takımının adını "Schalke 04" dıyeceğıne 'Schalke 07" dıye verdığınde ışınden olabılır Ama başka bır splker oksıjen ve azotun patlayıcı karışımından (') ya da yuksek derecede zehırlı sodyum klorur gazından (i) soz etse, bılgıçlık yaptığına hukmedılerek geçıştırılır Matematık ve fızık öğrencılerı ve de bazı oğretmenler kımyayı duşuk bır bılım basamağı olarak görmektedırler Onlara gore lıse duzeyınde kimya, mantıksal tumdengelımlı ve kolay kavranabılır özellık taşımakta ve boy lelıkle de bırlıkte duşunen oğrencıler ıçın çekıcı olan bır tablo yaratmamaktadır Son on yılda orta ve yuksekoğretımdekı kimya derslerınde kurama ağırlık verme yö nunde belırgın bır donuş olmuştur (buna paralel olarak okul matematığınde kendınden geçmışçesıne bır bıçımselcılık yönunde eğılım olmuştur, bu bağlamda yuksekokul me zunları en basıt odevlerı bıle çözememekte dırler) Öğrencılerımız kimya dersınde atomun ya pısını, elektron yapılarını molekul yorungemsılerını, guç olduğu bılınmekte olan entropı ve serbest entalpı gıbı kavramları, fızık dersınde ıse bır mıktar kaldıraç yasası ve klasık sarkaç ve de ayrıca kuantum fızığının temel kavramlarını oğrenmektedırler Bu konuda belırlı ders kıtapları suçsuz değıldır Bunlarda aşırı bır olçude, sankı uzun ıncelemeler sonucu zamana bağlı olarak Schrödınger denklemını çözer gıbı baryum sulfatın sulfırık asıt ıçınde çozunup çozunemeyeceğı ışlenmektedır Kuşkusuz lısedekı bır kimya dersının gorevı oğrencıyl kimya araştırmasına hazırlamak değıl, ona gereklı en az bılgılerı ıletmek ve ılerde kımyayı öğrenım dalı olarak seçtığınde bır bılım olarak kımyayı yadırgatmamaktır Kimya konusunda adımını yenı atan bır genç buyuk bır mutlulukla koku bombalarını amatorce ımal etmek, nobet ( nebat) şekerı krıstallendırmek, rakı damıtmak ve gızlı murekkebı ısıtarak gorunur hale getırmek ıster Benzer bır konu, bır sanayı kentı olan Basel'de ışlendı Lıse duzeyınde farklı yapılı okullardan çeşıtlı yaş gruplarında oğrencıler seçılerek, bunlardan 'kimya" konusunu resımlemelerı ıstendı ve bunun sonucunda 151 resım toplandı Bu resımlerden bazılarında olu kafası ve ıskeletlerle bezenmış olarak Frankensteın tıpı fantastık laboratuvarların gosterımlerı bazılarında ıse tehdıt edıcı bıçımde bılımkurgu turu sahneler yer almaktaydı Ayrıca patlama şımşek, yıldırım ve hava kırlılığını yansıtan renklı bulutlar resımlerı susluyordu Bu resımlerın çoğunda doğal çevrenın yıkımı ışlenıyordu Örneğın bırınde tanınmış kimya fabrıkalarından 'Vıta"dan çıkan bır bulutun sımgesel bır şekılde zehırledığı ölu ötdcu kuşlar vardı Başka bır resımde zehırlı dumanlar çıkaran bır kimya fabrıkası ıçınde dışarı doğru ağlayarak çıkan, sıralar halınde sağlıklı dağlık bölgelere doğru yuruyen çocuklar resımlendı Hava ve su kırlenmesı çokça ışlendı Bazı resımlerde kımyasal araştırma merkezlerındekı hayvan deneylerı konu edıldı Bazılarında atom enerjısı ve nukleer santral kazaları ele alındı Çoğu resımlerde ortak olarak sureklı bır şekılde ölum sımgelerı (tabut ve kafatası gibı) ya da zehır kullanımını oneren etıketler ışlenmıştı Ozunde çocukların "kimya" konusunda kendı yaşamlarını ya da yakınlarından edındıklerı çok az olumsuz yanlar vardır Resımlerde ışlenen olumsuz kanıların buyuk kısmı başka kaynaklardan oluşmaktadır "Kimya", en kuçuk bır kazayı bıle abartılı şekılde verecek denlı, sansasyon gazetecılığının en çok işledığı konulardan bırıdır Buralarda verılen haberler çoğu zaman eleştırel bılgı suz gecınden geçınlmeden verılmektedır Bır TV