31 Mart 2008

spektroskopik ölçümle madde analizi...

Dikkatinizi çekti mi bilmiyorum, geçenlerde “Güneş sistemi dışındaki bir gezegende, ilk kez organik molekül keşfedildi...” diye bir haber vardı.

Zamanında her ne kadar bu konularla ilgili bir iki şey okumuş olsak da yine de tam olarak ayrıntılarını bilemediğim için hep merak etmişimdir: “Nasıl oluyor da Güneş sistemi dışındaki bir gezegende bulunan maddenin ne olduğunu taaa buradan anlayabiliyorlar?”

Bırakın Güneş sisteminin dışını ya da Güneş sisteminin kendisini, Dünya’da, yerden bir avuç toprak alsak ve içinden bir kum tanesini kenara ayırsak bunun ne maddesi olduğunu bile anlayamam.

Yani genelde içinde Silisyum, Oksijen, Karbon vs. vardır tabii ki ama bunu örnek olarak vermek için söyledim, yoksa masaya bir metal parçası koysalar ve bu ne deseler ne olduğunu nereden bilebilirim ki? Platin mi, Titanyum mu, Çinko mu, Demir mi vs...

Eh! Tabii ki bu işin bir sürü yöntemi var. Şu elemente şunu yapınca kimyasal olarak şu tepkimeyi veriyor... Yok, şu maddeyi şu sıvının içine koyuyorsun şöyle olursa şudur, böyle olursa budur vs. diye bilimsel çözümleri var.

Ama kardeşim, insan “Taaa Dünya dışında bir gezegende bulunan maddenin ne olduğunu nasıl anlıyorlar?” diye düşünmeden edemiyor.

Daha önceki bir yazımda, okuduğum “107 kimya öyküsü” isimli kitaptan bir konuyu buraya aktarmış yeri geldikçe de bu kitaptan aldığım ilginç bilgileri fırsat buldukça yazacağımı söylemiştim. İşte şimdi tam sırası. Yukarıdaki konuyu açıklayan bölümü özetleyerek sizlere aktarmak istiyorum. Meraklısı buradan buyursun, ilgisi olmayanlar başka bir yazıya geçebilir...

Alman bir fizikçi olan Kirchhoff, metal tuzlarını renksiz “Bek alevi”nin üzerine dökünce alevin farklı renkler verdiğini fark etmiş. Buna göre; Baryum yeşil, Kalsiyum kırmızı, Sodyum ise aleve sarı renk veriyormuş.

Kirchhoff bu yöntemle herhangi bir maddenin içinde hangi elementler bulunduğunun anlaşılabileceğini düşünmüş ama işler düşündüğü gibi gitmemiş. Çünkü bu yöntem sadece saf tuzlarda işe yarıyormuş. Mesela Sodyum ve Potasyum karışık haldeyse birinin aleve verdiği renk diğerinin verdiği rengin görünmesini engelleyebiliyormuş.

Bu aşamada fizikçi Bunsen devreye girmiş ve karışık renklerin ayrılıp sınıflandırılması için "Spektroskop” isimli aleti kullanmayı önermiş. ("Spektroskop” bir kaynaktan gelen ışığın içindeki renkleri ayıran prizmatik bir alettir.) Bu sayede; yakılan bir tuzun spektruma vuran ışığının, arka tarafta hep aynı yerde belirdiği saptandı.

Karışık oranlara sahip malzemeler “Bek alevi”nde yakılınca küçük miktardaki maddelerin çıkardığı renkler arada gözlenemediği için varlığı doğrulanamıyordu ama artık spektroskop sayesinde ışık ayrıştırılıp içinde hangi renkler olduğu dolayısıyla hangi maddenin var olduğu anlaşılabiliryordu.

Kirchhoff ve Bunsen, herhangi bir kimyasal elemente ait çizgilerin spektrumda her zaman aynı pozisyonda belirdiğini buldular. Sodyumun klorür, sülfat, karbonat veya nitrat olarak yakılmasının önemi yoktu; sodyum çizgilerinin yeri hep aynı kalıyordu.

Kirchhoffla Bunsen, buluşlarından aldıkları güçle yılmadan çalıştılar. Çok fazla sayıda element ve bileşiği "alevde" test ettiler. Bir süre sonra, kimyasal elementlerin spektrumda verdiği kendilerine özgü çizgileri içeren bir liste yayınladılar.

Kimyacılar artık, birçok maddenin karmaşık karışımlarını güvenle analiz edebiliyorlardı.
Böylece spektroskopik analiz (veya diğer ismiyle spektrum analizi) doğdu.

Şimdi şöyle bir mantık yürütelim; Bir maddenin içinde bulunan elementler spektrum analiziyle tespit edilebiliyor.

Öyleyse yanan bir maddeden gelen ışığa uygulayacağımız spektrum analizi bize orada yani o ışık kaynağında hangi maddeler olduğunu söyleyebilir.

1868 yılındaki Güneş tutulması sırasında iki bilim adamı (Janssen ve Lockyer) bu yöntemi uygulayarak hem Güneş’i analiz etmiş hem de yeryüzünde bilinmeyen bir elementi (Helyum) bulmuşlardı... Daha sonradan yapılan çalışmalar sayesinde 1895 yılında Helyum’un varlığı yeryüzünde de ispatlanmış ve bu madde periyodik cetvele bu yöntem sayesinde girebilmiştir.

Gezegenlerde bulunan maddeleri incelemeye imkân sağlayan bu yöntemin bulunuşuyla; bilim adamları birçok gezegeni spektrum analizi ile yakın takibe almış ve hatta Güneş sistemi dışından bile bilgi edinmemizi sağlamışlardır...

Ekstra not: Isaac Newton güneş ışınını bir cam prizmadan geçirmiş ve beyaz ışığın karmaşık olduğunu bulmuştur. Newton güneş ışığını prizmadan geçirdiğinde bir gökkuşağı gözlemlemişti. Bu gökkuşağına spektrum denir.

Peki, ışık nedir? Işık, elektromanyetik titreşim ya da dalgadır. Her dalga belirli bir uzunluğa sahiptir. Dalgaboyu, herhangi bir renk veya tonu tam olarak ifade eder.

Örneğin, kimyacı "620 milimikron dalgaboyunda kırmızı renk” der. Bu sayede, aynı rengin tonlarını "koyu kırmızı", "kırmızı", "bordo", "parlak kırmızı" (ve belki de yüzlercesini) tek tek adlandırmak zahmeti ortadan kalkar.

Herhangi bir bileşiğin rengi, soğurduğu ve geçirdiği ışınların dalgaboyuna bağlıdır.
Spektrofotometre belirli dalga boylannda ışık ışınları verir ve çeşitli maddelerin bu ışınlan nasıl soğurduğunun belirlenmesini olanaklı kılar. Spektrofotometre ile organik ve anorganik çok sayıda bileşik incelenebilir.

(kaynak: L.Vlasov – D. Trifonov; 107 Stories About Chemistry. Bu kitabın Türkçe’si
107 Kimya Öyküsü ismiyle ülkemizde de Tübitak tarafından basılmış.) Teşekkürler TÜBİTAK :)