Önce Serkan kimya ödevi için geldi ve sordu:
“Alüminyum ve demirin yoğunlukları neden öyle farklı. Demir atomu alüminyum atomundan yaklaşık iki kat daha ağır ama yoğunluğu neredeyse üç katı. Bu farkı açıklayınız.”
Birkaç gün sonra da Ümit kendisine aldığım kimya kitabını okurken aklına takılan bir şey için geldi:
“Kitapta kurşun cıvadan hafiftir diyor ama periyodik sistemde kurşun cıvadan sonra geliyor, yani daha ağır. Nasıl olur da kurşun cıvanın üzerinde yüzer?”
Periyodik cetveli Ümit gibi ezbere bilmediğimden hemen internetten baktım. Tabii ki haklıydı. Bu sefer Serkan’a anlatırken yaptığım hatayı tekrarlamak istemiyordum. Formül alıp sayıları yerine koyarak yoğunlukları bulmak kolay.
\(\rho=n\cdot{\frac{A_r\cdot{u}}{a^3}}\)
\(n\): her hücrede kaç atom olduğunu belirtiyor. Elemente göre değişiyor, çünkü krital yapıları farklı.
\(A_r\): Elementin atom ağırlığı, genellikle periyodik cetvellerde veriliyor
\(u\): atomik kütle birimi = \(1.660539040\cdot{10^{-17}} kg\)
\(a\): kafes sabiti.
Bunları kağıt üzerinde çizimlerle anlatmak işe yaramamıştı, bu sefer başka bir deneme yapayım dedim.
İlk önce yoğunluğu kısaca tanımladım. Maddenin bir santimetreküpünün kütlesi. Sonra bir santimetreküpte ne kadar kütle olduğunu adım adım anlatmaya çalıştım. Atomların kristal içinde çeşitli şekillerdeki kafesler içinde yan yana üst üste dizili olduğunu filan söyledim. Sonra bir santimetreküpe kaç tane kafes sığacağına baktık. Şansıma, özellikle Serkan’ın örneklerinde, kristal yapıları küp şeklinde kafeslerden oluşuyordu. Cıva uygunsuz bir örnekti ama bunu laf oyunlarıyla geçiştirmeyi başardım. Ödevde zaten özellikle küp şeklinde kafes yapıları seçilmiş. Bu durumda kafes sabiti denen değer bu küpün bir kenarının uzunluğu oluyor. Bir santimetreyi bu mesafeye bölünce bir boyutta kaç tane kafes olduğunu buluyoruz. Bu sonucun küpünü aldığımızda üç boyutta toplam kaç kafes olduğunu buluyoruz. Yukarıdaki formülde kesirin altındaki ifade bunun için var.
Bir santimetreküpte toplam kaç atom olduğunu bulmak için bir kafeste kaç atom olduğunu bulmak yeterli. Konuşmalarımızda en zor kısım da bu oldu. Çocuklarda ya üç boyutlu düşünme zorluğu var ya da bu yaşta normal bir durum. Serkan’a çizerek anlatmıştım ama Ümit’e küpler alarak denedim. Yine de zor. Küpün köşesindeki bir atomun o kafes için 1/8 atom ettiğini görmek çok zor geldi. Bunun üzerine daha iyi modeller yapmayı düşündüm.
İlk modelleri kürdanlarla yaptım ama bu çok zor geldi. Küpün tabanını ve üstünü tam kare halinde üstüste getirmek çok zor geldi.
Bundan sonra bir hobi dükkanından ince 2×2 mm proflli ıhlamur çubuklar aldım. Bunları kare ya da benim durumumda dikdörtgen (bütün parçaları eşit uzunlukta kesip taktığım için) şeklinde birleştirmek çok daha kolay oldu. Kafesin kenarlarını az tutkalla yapıştırmak yetti. Köşelerdeki atomları da top şeklindeki sentetik köpük malzemesinden kolayca kesip yine tutkalla yapıştrdım. Bu şekilde sadece köşelerde atomlar olan kristal kafesini çabucak yapabildim. Bu kristal şöyle oldu.
Ardından da küpün yüzlerinde de atomlar olan başka bir kafes modelini yaptım. Yüzlerdeki yarım atomları köşegenleri birleştirdiğim beyaz dikiş iplerine tutkalla yapıştırdım. Bu modeli de aşağıdaki fotoğrafta görebilirsiniz.
Son olarak temel modellerden küpün merkezinde bir atom olan model kaldı. Onu da zaman bulunca deneyeceğim.
Ek: Sonunda planladığım son modeli de yaptım. Bunun için ilk denemelerde yapmış olduğum kürdan kafesi kullandım, bu yüzden kenarlar biraz yamuk ama yeterli. Merkezdeki topu kafesin içine koyduktan sonra bir iğne ile ipi önce köşedeki bir atomdan sonra merkezdeki toptan en sonunda da karşı köşedeki atomdan geçirip tutkalla yapıştırdım. Bu işlemi iki köşegen için yapınca merkezdeki atom da yeterince iyi duruyor. İğne ile delik açarken elime bir şey olmasın diye kalın ve sivri olmayan bir iğne kullandım ama bu durumda da atomları yaptığım malzeme zedelendi. Sağ alt köşedeki atomun yüzeyindeki ipin çıktığı yerdeki tümsek bu zedelenmeden kaynaklandı.
