Bir Asal Gaz Olan Helyum, Elektron Alışverişi Olmaksızın Bileşik Oluşturabiliyor!

Bu yazının başlığını okuduktan sonra birçoğunuzdan itirazlar yükselmiştir. Çünkü periyodik cetvel (tablo) konusunu işlediğimiz ortaokul ya da lise yıllarından beri aklımızda asal gazların bileşik oluşturamayacağı kalmıştır. Kimi zaman öğretmenlerimiz "bazı araştırmacıların helyumun en azından teorik olarak bağ kurabileceğini düşündüğünü" söylemişse de, bunun tam olarak ne anlama geldiğini pek azımız biliriz. Yapılan bir çalışma, tepkimeye girmeye en isteksiz atom olarak bilinen helyuma bakış açımızı değiştireceğe benziyor.

Asal Gaz Nedir?

Öncelikle asal gazlara soy gazlar da denilmektedir. Asal gazlar periyodik cetvelin en son grubu olan 8A grubunda yer alırlar (İng. 0 grubu ya da 18. grup olarak geçer). Doğada altı tane asal gaz olup, grubun birinci üyesi helyumdur. Asal gazlar elektron dağılımlarındaki son enerji seviyeleri dolu olduğundan elektron alışverişlerine karşı isteksizdirler, bu yüzden de bağ yapmazlar. Elektoronegatiflikleri çok az olup, kaynama noktaları çok düşüktür. Normal sıcaklık ve basınç koşulları altında gaz halinde bulunurlar, renksiz ve kokusuzdurlar.

Wikipedia

Periyodik cetvelde hidrojenden (H) sonra gelen ve atom numarası 2 olan helyum (He), oda sıcaklığı ve basıncında tepkime aktivitesi son derece az olan bir gazdır. Sıcaklık ne kadar düşürülürse düşürülsün, katılaşamadığı bilinen tek sıvı helyumdur. Helyum o kadar hafif bir gazdır ki, atmosferden kaçıp uzaya sızabilir.

Helyum Bileşik Oluşturabiliyor!

2017 yılında bilim insanları, sodyum ve helyum atomlarından oluşan ve kristale benzeyen bileşikleri keşfetmişlerdi; ancak nasıl oluştuklarına dair açıklama getirememişlerdi. 2018 yılında başka bir araştırmacı ekip bir açıklama yaptı: Helyum, herhangi bir kimyasal bağ yapmadan, yani herhangi bir elektron alışverişinde bulunmadan diğer atomlarla birleşmeyi başarıyor!

Helyum bunu yaparken, itici yükler arasında bir tampon görevi görerek, pozitif yüklü atomları birbirinden ayırıyor. Rusya'daki Skolkovo Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nde kimyager olan ve helyum bileşiklerini keşfeden grubun lideri Artem Oganov şöyle diyor:

Bir açıklama önerdiler ve ben de beğendim. Bu modelin öngörü gücü son derece yüksek ve şu ana kadar sahip olduğumuz tüm gözlemleri de açıklıyor.

Daha önce bilim insanları helyumun diğer atomlarla birleşmesinin pek olası olmadığını düşünüyorlardı. Bunun nedeni; 2 tane protana yani 2 tane elektrona sahip olan helyum atomunun, tek enerji seviyesini dolduran bu elektronlardan vazgeçmek istememesidir. Atomlar son enerji seviyelerinin tamamen dolu olmasını isterler çünkü bu durum kararlılıklarını sağlar.

5 Mart 2018’de, Nature Communications'da yayınlanan makaleyi yazan ekibin lideri olan kimyager Maosheng Miao şunları söylüyor:

Sodyum ve helyumu bir araya getirip Dünya'nın merkezindeki gibi basınçlarla sıkıştırırsanız, sodyum helyumla reaksiyona girebilir ve kararlı bileşikler oluşturabilir.

Yeterince yüksek basınçta, sodyum atomundaki elektronlar sıkıştıralabilir ve pozitif yüklü iyonlara dönüşürler. Daha sonra iyonlar birbirlerini itmeye başlar.

Miao ve meslektaşları, helyum atomlarının sodyum iyonları arasında gelip oturduğu takdirde pozitif yükler arasındaki mesafenin artacağını ve itici enerjinin azalarak maddeyi stabilize edeceğini düşündüler. Araştırmaya dahil olmayan Cornell Üniversitesi kimyagerlerinden Roald Hoffmann bunun için “Çok akıllıca bir iş!” diyor.

Hipotezlerine dayanarak, Miao’nun ekibi her bir atomu yöneten kuantum mekanik yasaları kullanarak kapsamlı bilgisayar hesaplamaları yaptılar ve gerçekten de bu tür bileşiklerin oluşabileceğini buldular. S.U.N.Y. Buffalo Üniversitesi'nden kimyager ve ekibin bir üyesi olan Eva Zurek şöyle diyor:

Bu fikrin hesaplamalarda da doğru çıkması heyecan verici. Böylece, daha önce incelenmemiş yeni bileşikleri de tahmin edebiliriz.

Bilim insanları, helyumun magnezyum florür ve kalsiyum florür kombinasyonlarını içeren yeni bileşikleri oluşturmayı umuyorlar. Daha önce bilim insanları helyumun diğer elementlerle bağ kurmasının bir yolu olmadığını, muhtemelen Dünya'nın mantosundaki kayaların içinde hapsolamayacağını düşünüyorlardı. Oganov şöyle diyor:

Aktifliğinin en az olduğunu düşündüğümüz helyum bile aslında düşündüğümüz kadar inert (Ç.N. kimyasal olarak aktif olmayan maddeleri nitelemek için kullanılan terim) değil. Aslında kararlı bileşikler oluşturabilir ve Dünya'nın mantosunda tutunabilir.

Sonuç

Gelecekte kimyagerler, bu tür olağan dışı moleküllerin hangi koşullarda oluşabileceğini tahmin etmek için daha genel kurallar bulmak istiyorlar. Çünkü yüksek basınç altında, normal kimya yasalarının çoğu geçerli değildir. Sodyum-helyum kombinasyonunu keşfeden ekipte yer alan, Almanya'daki RWTH Aachen Üniversitesi'nden Richard Dronskowski şöyle diyor:

Bu, garip bir kimyasal bağ. Bir süre düşünürseniz eğer her şey son derece makul görünüyor; ancak başlangıçta bunu beklemiyorsunuz. Büyüleyici!