Abone Ol

Nisan ayı yazımızda kimya biliminin temel sabitlerinden biri olan Avogadro sayısını ve ısı bilimindeki yerini inceleyeceğiz. Şu an gayet olağan ve herkes tarafından bilinen bir sayı gibi dursa da bu sayının/sabitin bulunması ve bilim dünyasındaki yerini alması bir hayli uzun ve çetrefilli bir süreç olmuştur.

Konumuza Avogadro sayısının tanımı ile başlayalım: Avogadro sayısı, herhangi bir maddenin bir molünde bulunan parçacıkların sayısını ifade eder. Eğer bu madde bir element ise Avogadro sayısı atom sayısı, bir bileşik ise molekül sayısı anlamına gelir. Bu tanımı yaparken karşımıza çıkan mol kavramına da açıklık getirmemiz gerekiyor. Gündelik hayatta 12 tane yerine bir düzine, 10 tane yerine bir deste demeyi tercih ettiğimiz gibi maddeleri teker teker ifade etmek yerine toplu olarak ifade etmeye çalışıyoruz. Bu noktadan yola çıkarak kimya bilimindeki mol kavramını da benzer şekilde açıklayabiliriz. Eğer elimizde Avogadro sayısı kadar tanecik varsa bu madde 1 moldür deriz. Tersten söylersek bir maddeden 1 mol kadar aldığımızda bu madde Avogadro sayısı kadar tanecik (molekül veya atom) içermektedir.

Avogadro sayısı özellikle entropi, entalpi ve Gibbs serbest enerjisi gibi çeşitli termodinamik özeliklerin hesaplanmasında çok önemlidir. Dolayısıyla ısı bilimi için de temel sabitlerden birisi olarak kabul edilmektedir. Avogadro sayısı kullanılarak gaz sabiti R ve Faraday sabiti F hesaplanmaktadır.

Bu açıklamanın ardından Avogadro sayısının nasıl bulunduğunu ve tarih boyunca nasıl değiştiğini inceleyebiliriz. İlk olarak o dönemde kimya biliminin durumuna ve bilimsel gelişmelere bakalım. 19. yüzyılın başlarında kimya bilimi yeni yeni tam bir bilim dalı olmaya başlamıştı. Daha önceki yazılarımızda da değindiğimiz gibi bu yıllarda Robert Boyle, Jacques Charles, Amontons ve Gay-Lussac gibi birçok bilim insanı kimyasal reaksiyonlar ve gazların davranışı ile ilgili çalışmalar yapmış ve teoriler geliştirmiştir. Ayrıca 1803 yılında İngiliz bilim insanı John Dalton, atom teorisini ortaya atarak bu alandaki ilerlemenin önünü açmıştır. Dalton, teorisinde bir elementin daha küçük parçalara ayrılamayan temel taneciklerden (atom) oluştuğunu, bu taneciklerin her element için farklı olduğunu belirtmiştir.

1811 yılına gelindiğinde Amedeo Avogadro yayımladığı makalesinde eşit sıcaklık ve basınçta iki farklı gaz eşit hacimlerde eşit sayıda molekül içerir hipotezini sundu. Bu önemli hipotez o zamanlar geniş çapta kabul görmedi, çünkü bilim camiası hala atom ve molekül kavramını anlamaya ve taşları yerine oturtmaya çalışıyordu. Avogadro’nun çalışması ve makalesi, 1860 yılında Karlsruhe Konferansı’nda Stanislao Cannizarro tarafından tekrar sunulana kadar neredeyse tamamen göz ardı edildi. Cannizarro, sunumunda Avogadro’nun hipotezi ile atomların kütlelerinin belirlenebileceğini gösterdi. Bu konferans sonrasında “sabit basınçta ve sıcaklıkta bir gazın hacmi, gazın miktarıyla doğru orantılı olarak artar” şeklinde açıklanabilecek Avogadro yasası kabul gördü.

Amedeo Avogadro ile ilgili de çok kısa bilgi verelim: 1776 yılında İtalya’nın Torino şehrinde doğdu ve ilk mesleği avukatlıktı. Daha sonraki yıllarda fizik ve matematik alanında çalışmaya başladı. Avogadro sayısı her ne kadar Amedeo Avogadro’nun adı ile anılsa da Avogadro ne 1811 yılındaki makalesinde ne de sonraki yıllarda sabit bir sayıdan bahsetmemiştir. Zira o yıllarda mol kavramı henüz tanımlanmamıştır!

Peki Avogadro sayısının değerini ilk kez kim hesapladı? Avogadro sayısının ilk değerine Avusturyalı bilim insanı Johann Josef Loschmidt tarafından 1865 yılında ulaşıldı. Loschmidt, standart sıcaklık ve basınçta bir santimetreküp gazdaki parçacık sayısını tahmin etmek için kinetik gaz teorisini kullandı ve 2,6867773×10²⁵/mol değerine ulaştı. Bulunan bu değer, o yıllarda henüz Avogadro sayısı olarak adlandırılmamıştı. Avogadro sayısı terimini ilk kez kullanan Fransız fizikçi Jean Baptiste Perrin oldu. 1909 yılında yayımladığı makalesinde bu kavramdan bahsederek değerine yönelik bir tahminde bulundu. Sonraki yıllarda birçok bilim insanı mol kavramı ve Avogadro sayısı hakkında çalıştı ve sayıyı tespit etmeye uğraştı. Yıllar içinde birçok kez değeri değişen sabit en son 2019 yılında güncellendi. 2019 yılında düzenlenen konferans sonrası Uluslararası Ağırlık ve Ölçü Bürosu sabitin değerini 6,02214076×10²³/mol olarak duyurdu. Sayıya baktığımızda büyüklüğü hakkında bir fikre varmak oldukça zor gibi duruyor, değil mi? Zira, bu sayı o kadar büyüktür ki boyutunu anlatabilmek için bugüne kadar birçok açıklama yapılmıştır. Bunlardan bir tanesini burada da paylaşalım; insan ömrünün 100 yıl olduğu ve 1 insanın 1 saniyede 1 sayı artırarak dünyadaki 8 milyar insanın yaşamları boyunca birlikte sayı saydığını kabul edersek 2,5×10¹⁹ değerine ulaşırız ve hala Avogadro sayısının çok uzağında kalırız. 

Son olarak bir konuya daha açıklık getirelim. Sabitin ilk sayısal değerini Loschmidt belirlemesine rağmen sabite Avogadro sayısı adı verilmiştir. Amedeo Avogadro, sabitin tanımını ve değerini belirlememesine rağmen bu konunda çalışan ilk bilim insanlarından biri olmasından dolayı zaman içinde sabite Avogadro sayısı adı verilmesine karar verilmiştir. Bazı bilim insanları bu konuda Loschmidt’in hakkının yendiğini düşünmektedir! Haksız da değiller gibi…

Süleyman Kavas

ÜNTES Pazarlama ve İş Geliştirme Müdürü