Doğa Adil Midir? Kimyadaki Sihirli Sayılar ve Muggle Elementler
Bir grubun diğerine karşı ezici bir hakimiyeti olmasına rağmen, elementlerin dünyasında her şey yolunda gidiyordu. Ya da öyle gözüküyordu. Ta ki 1949 yılına kadar. O yıl Maria Goeppert Mayer adında bir bilim insanı, bazı elementlerin diğerlerinden daha çok ön plana çıkmasının sebebini bilimsel olarak açıkladı: Bazıları SİHİRLİYDİ!
Doğa Adil Midir? Yeryüzündeki Elementlerin Oranları
Yerkabuğunun içeriğine baktığımızda bir grubun diğerlerine karşı ezici üstünlüğünü görürüz. Hidrojenden demire kadar olan elementler, yani ilk 26 element, yerkabuğunun ağırlıkça %99.7’sini oluşturur. Diğer tüm elementler ise ağırlıkça yalnızca binde üçlük bir yer bulabilirler. Acaba bu 26 element, kendi arasında sihirli olanlar ve “muggle” olanlar olarak ayrılıyor olabilir mi?
İlk 26 elementin neden daha sık bulunduğunu merak ediyorsanız “Elementler Nereden Gelir?” yazımızı okumanızı tavsiye ederiz.
Bunun dışında yeryüzü elementler kendi aralarında bolluk derecelerine göre şöyle sıralanır:
Alüminyum %7.4
Demir %4.2
Kalsiyum %3.3
Sodyum %2.4
Potasyum %2.35
Magnezyum %2.35
Hidrojen %1
Titanyum %0.6
Gezegenimizdeki en bol on kimyasal element işte bu şekilde sıralanır.
Yeryüzünün en nadir elementi ise astatindir. Tüm yerkabuğunda yalnızca 69 miligram olduğu düşünülmektedir.
Neden Oksijen Bu Kadar Fazla?
Oksijenin yeryüzünün neredeyse yarısını kaplıyor olması kafalarda soru işareti yaratır. “Elementler Nereden Gelir?” yazısında da bahsettiğimiz gibi, büyük patlamadan sonra hidrojen ve helyum oluşmuştu. Ardından üçüncü element olan lityum oluşmuştu. Doğada en çok bulunan 1. element H, 2. element He iken 3. element Li yerine Oksijendir. Bunun sebebini sorgulayan Maria Goeppert Mayer, stabil elementleri inceleyerek aralarında bir bağlantı yakalamaya çalışmıştır. Bu düşüncesini matematiğe döktüğünde sihirli bir sonuca ulaşmıştır. Bu sihir 2, 8, 20, 28, 50, 52 gibi atom numaralarında gerçekleşir.
Bu Sayıları Sihirli Yapan Şey Nedir?
Evet, şimdi işin biraz daha bilim kısmına giriyoruz. Fakat, bu kısma geçmeden önce atom hakkında ön bilgiye ihtiyacımız var. Lisedeki kimya derslerinden de hatırlayabilirsiniz. Atomlar elektron, proton ve nötronlardan oluşur. Merkezde, yani çekirdekte, elektronlar bulunur ve bu elektronlar çekirdek etrafında döner. Fakat her elektron aynı yörüngede dönmez.
Karnınızın doyduğu bir zamanı düşünün. O zaman sizin en sakin (veya stabil) olduğunuz andır. Hatta, çoğu zaman, yemekten sonra hiçbir şey yapmak istemeyiz ve uzanırız. Bu durum, “ağırlık çöktü”, “uyku bastırdı” gibi sözlerle günlük dile de yansır. İşte bu sayılara ulaşan atomlar da tam böyledir. Tamamen dolu olan atomlar, yani soygazlar, çok stabil oldukları için hiçbir maddeyle tepkimeye girmek istemezler.
Açken Sen, Sen Değilsin!
Hadi şimdi de, tam dolu olmayan diğer atomları ise, acıkmış halimiz olarak düşünelim. Çoğu zaman daha sinirli, agresif bir insan haline gelip etrafımıza çatmaya başlarız. Bu atomlar da açlıklarını giderebilmek için sürekli bir arayış içinde bulunurlar, bu yüzden pek stabil değildirler.
Tamam, tok elementler stabil. Bunu anladık. Ama, herkes de aynı şeyleri yiyerek açlığını bastıramaz ki. Yabancı dizilerde sık sık gördüğümüz gibi, genç başrol kahvaltıda iki lokma yedikten hemen sonra portakal suyunun yarısını içer ve doyduğunu söyleyip kalkar. Başka biri ise ballı reçelli bir kahvaltıda iki ekmeği bitirince kendini doymuş hisseder. Bu kişilerin mide büyüklüklerinin farklı olduğu aşikardır.
Görsel Kaynağı: Science with Pizzi (Değiştirilmiş)
İşte atomların da kapasiteleri (mide büyüklükleri) farklıdır. Bu katmanlara kabuk adı verilir ve her zaman belli elektron sayılarıyla sınırlandırılır. 2, 8, 8, 18 şeklinde devam eder. Tam doygunluk halindeki elementler soygazlardır.
Helyum = 2
Neon = 2 + 8 = 10
Argon = 2 + 8 + 8 = 18
Şeklinde devam eder. Bu belli sayılardaki dağılıma “elektron kabuk modeli” veya “atom modeli” adı verilir
Sihirli Olanlar ve Daha Da Sihirli Olanlar
Şimdi gelelim sihirli sayıların sebebine. Yukarıdaki “elektron kabuk modeli”nin bir benzerinin proton ve nötronlar için de olduğunu düşünelim. Yani aynı şekilde belli sayılarla sınırlandırılmış kabuklardan oluşan bir çekirdek. İşte “çekirdek kabuk modeli” bize temelde bunu söyler.
Bu soğan zarları gibi iç içe hayal edebileceğimiz bu kabukların dolması için gerekli proton ve nötron sayıları da bize “sihirli sayılar”ı verir. Bu sayılar şu şekildedir: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126.
Bazı elementler vardır ki bunlar sihir dünyasındaki “mürver asa”ya sahiptirler. Bunların hem protonları hem de nötronları sihirli sayı olduğu için iki kat güce erişirler.
Helyum: 2 protonu ve 2 nötronu vardır.
Oksijen: 8 proton, 8 nötron
Kalsiyum: 20 proton, 20 nötron
Kurşun: 82 proton, 126 nötron
Bu sonuç da bize, neden oksijenin yeryüzünde ve evrende bu kadar çok olduğunu açıklar. Ayrıca, kalsiyumun da bedenimizde diğer “muggle” elementlere göre hatırı sayılır bir oranda bulunması da tesadüf değil yalnızca sihirdir!
Kaynakça ve İleri Okuma
Kean, S. (2011). The disappearing spoon and other true tales of madness, love, and the history of the world from the periodic table of the elements. Black Swan.
The Nobel prize: Women who changed SCIENCE: Maria Goeppert Mayer. The official website of the Nobel Prize – NobelPrize.org. (n.d.). https://www.nobelprize.org/womenwhochangedscience/stories/maria-goeppert-mayer.
Vlasov, L. N., & Trifonov, D. N. (1977). 107 Stories about chemistry. Mir Publishers.
Wikimedia Foundation. (2021, July 12). Nuclear shell model. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_shell_model.
YouTube. (2019, January 13). Shell model of nucleus. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=Rd0CJje59bE.
Kaynak gösterilmeyen görseller, Canva Pro aracılığıyla telif hakkı ödenerek kullanılmaktadır.
Bize Destek Olmak İster Misiniz?
- Dilerseniz Patreon hesabımız üzerinden bize aylık veya tek seferlik bağış yaparak destekte bulunabilirsiniz.
- Daha detaylı bilgi almak için “Bize Destek Olabilirsiniz!” sayfamızı inceleyebilirsiniz!
