Paylaşım Yap
Tüm Reklamları Kapat
Tüm Reklamları Kapat

Cıva, Oda Sıcaklığında Neden Sıvıdır? Cevap: Özel Görelilik Teorisi!

Cıva, Oda Sıcaklığında Neden Sıvıdır? Cevap: Özel Görelilik Teorisi! sagligim.gov.tr
Sıvı Cıva
5 dakika
7,262
Tüm Reklamları Kapat

Paul Dirac'ın kuantum mekaniğini Einstein'ın Özel Görelilik Teorisi ile bir araya getirerek göreli kuantum mekaniğini oluşturması 20. yüzyılın biliminin en büyük anlarından biridir. Dirac'ın teorisi; elektron dönüşünü ve pozitronu tahmin etmek, atomik çarpışmaları analiz etmek ve kuantum elektrodinamiğindeki devrime öncülük etmek gibi birçok iş yaptı, ama aynı zamanda kimya için çok önemli yansımaları oldu. Ne var ki kimyadaki çoğu problemi çözmek için göreliliğin ihmal edilebileceğinin ortaya çıkmasıyla birlikte, bu yansımalar birkaç on yıl daha gündeme gelmedi. Kimyasal bağların bulunması, moleküllerin termodinamik özelliklerinin ve kimyasal tepkime hızlarının tahmin edilmesi, kimyasal proteinleri bir arada tutan moleküler gücün anlaşılması gibi problemlerin hepsi, kimyagerlerin göreliliği göz ardı etmesine rağmen çözülebildi.

Tek bir problem dışında hepsi, tabii ki. Antik çağlardan beri her çocuğun sormuş olduğu bir soru: "Cıva neden oda sıcaklığında sıvı haldedir?" Bu özelliğe sahip tek metal olan cıva, yüzyıllar boyunca insanları büyülemiştir. Yerçekimi ile akan, madeni paralara ağırlığını veren, diğer metalleri adeta sihirli bir şekilde çözebilen ve bir araya toplanıp kaldırılmaya direnen, ışıltılı bir madde. Bir termometrenin içinde kalibre edildiğinde sağlığımıza katkı sağlayabilen, bir dokuda biriktiğinde ise ölümcül olabilen bir madde. Ancak cıva hakkında en küçük bir bilgisi olan herkesin aşina olduğu tek özelliği, oda sıcaklığında sıvı halde olmasıdır.

Tüm Reklamları Kapat

Peki neden? Görüşüne göre, bazen bilimdeki en temel gözlemlerin bile, karmaşık ama bir o kadar da ilginç açıklamaları olabiliyor, bu da o durumlardan bir tanesi. Neyse ki bu durumun çok da karışık olmayan bir açıklaması var ve Angewandte Chemie dergisinde yayınlanan bir makale, bunu eksiksiz ve tatmin edici bir şekilde anlatıyor.[1]

Cıvanın Kimyasal Temelleri

Ama öncelikle temellere geri dönelim: Cıva bir metaldir, dolayısıyla altın, çinko ve kadmiyum gibi diğer metallerle birlikte periyodik tablonun orta kısmında bulunur:

Tüm Reklamları Kapat

Cıva
Cıva
Periodum

Hatta cıva, çinko ve kadmiyum ile aynı grupta bulunmasına rağmen onlardan son derece farklıdır. Çinko ve kadmiyum oda sıcaklığında sıvı halde değildirler ve cıvadan farklı bir şekilde kristalleşirler. Ayrıca cıva periyodik tabloda altının hemen yanında bulunur, ama özellikleri tamamen birbirinden farklıdır.

Kimya derslerinden dört farklı atomik orbital çeşidinin bulunduğunu hatırlayın: s, p, d ve f orbitalleri. Bu orbitaller, farklı kuantım sayıları ve farklı şekilleriyle birbirinden ayırt edilirler. Metaller, çok sayıda ve dolu d orbitaline sahip olmalarıyla karakterize edilir. Ayrıca, dolu orbitaller, özel bir stabilitenin varlığını ima eder. Cıvayı komşularından ayırt eden tek olgu, en dıştakı 6s atomik orbitalinin dolu olmasıdır. Bu, o yörüngedeki elektronlarının mutlu bir şekilde birbirleriyle eşleştikleri ve komşu cıva atomlarıyla paylaşılmaya isteksiz oldukları anlamına gelir.

Cıvanın elektron konfigürasyonu
Cıvanın elektron konfigürasyonu
Vecteezy

Görelilik teorisinin devreye girdiği yer, cıvadaki elektronların kütlelerinde ve atom yarıçaplarında meydana gelen, ve derin etkileri olan, küçük değişikleri de hesaba katmasıdır.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Özel Görelilik Teorisi, Cıvayı Sıvı Yapıyor!

Özel göreliliğe göre, bir nesnenin hızı ışık hızına yaklaştıkça, görünen kütlesi de artar. Niels Bohr'un atom yapısı teorisinden, bir elektronun hızının, o elementin atom numarasıyla orantılı olduğunu biliyoruz. Hidrojen (atom numarası 1) gibi hafif elementler için elektron hızı, ışık hızına kıyasla önemsizdir, dolayısıyla görelilik ihmal edilebilir. Ancak cıvanın (atom numarası 80) 1s elektronunda bu etki önemli bir hale gelir. Elektron, ışık hızının yaklaşık %58'ine ulaşır, kütlesi ise, dinlenme halindeki kütlesinin 1.23 katına ulaşır. Artık göreliliğe ihtiyacımız vardır.

Bohr'un teorisinde bir elektron yörüngesinin yarıçapı kütle ile ters orantılı olduğu için, bu kütle artışı, yörünge yarıçapının %23 küçülmesine sebep olur. Bu küçülme, çok sayıda değişikliğe sebep olur: Öncelikle, küçülmeden dolayı çekirdek ve elektronlar arasında daha güçlü bir çekim oluşur. Bu çekim, en dıştaki 6s orbitali dahil bütün orbitalleri etkiler. Daha dağınık olan d ve f orbitallerinin s elektronlarını korumakta yetersiz kalması, bu etkinin katlanarak artmasına sebep olur. Bu küçülme, 6s orbitalinin dolu olmasıyla birleştiğinde, cıvayı en dıştaki elektronlarını paylaşarak diğer cıva atomlarıyla güçlü bağlar kurmaya gerçekten çok isteksiz bir hale getirir.

Encyclopedia Britannica

Cıvanın Moleküler Etkileşimleri

Küçük kümelerdeki cıva atomları arasındaki bağlar, genellikle elektron paylaşımının değil, komşu atomlarda meydana gelen yerel yük değişimleri sonucu oluşan zayıf Van der Waals kuvvetlerinin sonucudur.

Ancak bütün bunlar bir varsayımdı, birinin elementteki her bir elektronu göreli olarak ele alarak hesaplamaları titizlikle yapması ve ilgili özellikleri hesaplaması gerekiyordu. Bu durumda ilgili özellik, katıdan sıvıya geçiş gibi faz geçişleri sırasında değeri çarpıcı bir şekilde değişen ısı sığasıydı.

Eldeki soru basitti: En modern hesaplamaları kullanarak, ısı sığasındaki ani bir değişimi kullanarak cıvanın erime noktasını hesaplayabilir miyiz?

Tüm Reklamları Kapat

Angewandte Chemie dergisinde yayınlanan makalede; Yeni Zelandalı, Alman ve Fransız kimyagerler, bugüne kadarki en eksiksiz sonucu elde ettiler. Cıvanın erimesini, kuantum moleküler dinamiklerini kullanarak, Schrödinger denklemini çözerek, kuantum mekaniğinden kuvvetleri ve hızları hesaplayarak ve atomik kümelerin rastgele farklı yönelimleri örneklemesine izin vererek simüle ettiler. Hesaplamaları önce göreliliği dahil etmeden ve daha sonra dahil ederek gerçekleştirdiler - ve sonuçlar netti: Görelilik hesaba dahil edildiğinde, cıvanın erime noktası, deneyle mükemmel bir uyum içinde ve ısı sığasındaki ani bir değişiklikle birlikte 355 Kelvin'den 250 Kelvin'e düşmüştü.

Özel Görelilik, Kimyaya Işık Tutuyor!

Bu özel teorinin açıkladığı tek şey cıvanın neden oda sıcaklığında sıvı halde olduğu değildir. Aynı zamanda altının neden sarı olduğunu veya gümüşün neden beyaz olduğunu da açıklar. Bu durumda, yörüngelerin bölünmesi ve 6s orbitalinin daha düşük olan enerjisi, altının mavi ışığı soğurmasına ve sarı ile kırmızı ışık yaymasına neden olur. Gümüşte 6s seviyesi daha yüksek olduğundan, bir elektronu uyarmak için gereken enerji, spektrumda görünür bölge yerine morötesi bölgeye denk gelir. Sonuç olarak gümüş, spektrumun görünür bölgesinde renklerden yoksun olarak görünür.

Bu Makaleyi Alıntıla
Okundu Olarak İşaretle
46
0
  • Paylaş
  • Alıntıla
  • Alıntıları Göster
Paylaş
Sonra Oku
Notlarım
Yazdır / PDF Olarak Kaydet
Bize Ulaş
Yukarı Zıpla

İçeriklerimizin bilimsel gerçekleri doğru bir şekilde yansıtması için en üst düzey çabayı gösteriyoruz. Gözünüze doğru gelmeyen bir şey varsa, mümkünse güvenilir kaynaklarınızla birlikte bize ulaşın!

Bu içeriğimizle ilgili bir sorunuz mu var? Buraya tıklayarak sorabilirsiniz.

Soru & Cevap Platformuna Git
Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • İnanılmaz 21
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 14
  • Bilim Budur! 10
  • Tebrikler! 9
  • Umut Verici! 4
  • Merak Uyandırıcı! 4
  • Muhteşem! 3
  • Güldürdü 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  1. Çeviri Kaynağı: Scientific American | Arşiv Bağlantısı
Tüm Reklamları Kapat

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 28/03/2024 19:17:17 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/11665

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Tüm Reklamları Kapat
Keşfet
Akış
İçerikler
Gündem
Hızlı
Gezegen
Egzersiz
Yangın
Kuantum Fiziği
Diyet
Mavi
Antibiyotik
Balina
Evrim Tarihi
Genetik Değişim
İngiltere
Şiddet
Tür
Türlerin Kökeni
Hayatta Kalma
Gebelik
Doğal
Biyocoğrafya
Radyoaktif
Oyun
Astrofizik
Buz
İyi
Damar
Aklımdan Geçen
Komünite Seç
Aklımdan Geçen
Fark Ettim ki...
Bugün Öğrendim ki...
İşe Yarar İpucu
Bilim Haberleri
Hikaye Fikri
Video Konu Önerisi
Başlık
Gündem
Bugün bilimseverlerle ne paylaşmak istersin?
Bağlantı
Kurallar
Komünite Kuralları
Bu komünite, aklınızdan geçen düşünceleri Evrim Ağacı ailesiyle paylaşabilmeniz içindir. Yapacağınız paylaşımlar Evrim Ağacı'nın kurallarına tabidir. Ayrıca bu komünitenin ek kurallarına da uymanız gerekmektedir.
1
Bilim kimliğinizi önceleyin.
Evrim Ağacı bir bilim platformudur. Dolayısıyla aklınızdan geçen her şeyden ziyade, bilim veya yaşamla ilgili olabilecek düşüncelerinizle ilgileniyoruz.
2
Propaganda ve baskı amaçlı kullanmayın.
Herkesin aklından her şey geçebilir; fakat bu platformun amacı, insanların belli ideolojiler için propaganda yapmaları veya başkaları üzerinde baskı kurma amacıyla geliştirilmemiştir. Paylaştığınız fikirlerin değer kattığından emin olun.
3
Gerilim yaratmayın.
Gerilim, tersleme, tahrik, taciz, alay, dedikodu, trollük, vurdumduymazlık, duyarsızlık, ırkçılık, bağnazlık, nefret söylemi, azınlıklara saldırı, fanatizm, holiganlık, sloganlar yasaktır.
4
Değer katın; hassas konulardan ve öznel yoruma açık alanlardan uzak durun.
Bu komünitenin amacı okurlara hayatla ilgili keyifli farkındalıklar yaşatabilmektir. Din, politika, spor, aktüel konular gibi anlık tepkilere neden olabilecek konulardaki tespitlerden kaçının. Ayrıca aklınızdan geçenlerin Türkiye’deki bilim komünitesine değer katması beklenmektedir.
5
Cevap hakkı doğurmayın.
Bu platformda cevap veya yorum sistemi bulunmamaktadır. Dolayısıyla aklınızdan geçenlerin, tespit edilebilir kişilere cevap hakkı doğurmadığından emin olun.
Ekle
Soru Sor
Sosyal
Yeniler
Daha Fazla İçerik Göster
Popüler Yazılar
30 gün
90 gün
1 yıl
Evrim Ağacı'na Destek Ol

Evrim Ağacı'nın %100 okur destekli bir bilim platformu olduğunu biliyor muydunuz? Evrim Ağacı'nın maddi destekçileri arasına katılarak Türkiye'de bilimin yayılmasına güç katın.

Evrim Ağacı'nı Takip Et!
Yazı Geçmişi
Okuma Geçmişi
Notlarım
İlerleme Durumunu Güncelle
Okudum
Sonra Oku
Not Ekle
Kaldığım Yeri İşaretle
Göz Attım

Evrim Ağacı tarafından otomatik olarak takip edilen işlemleri istediğin zaman durdurabilirsin.
[Site ayalarına git...]

Filtrele
Listele
Bu yazıdaki hareketlerin
Devamını Göster
Filtrele
Listele
Tüm Okuma Geçmişin
Devamını Göster
0/10000
Bu Makaleyi Alıntıla
Evrim Ağacı Formatı
APA7
MLA9
Chicago
A. Jogalekar, et al. Cıva, Oda Sıcaklığında Neden Sıvıdır? Cevap: Özel Görelilik Teorisi!. (5 Mayıs 2022). Alındığı Tarih: 28 Mart 2024. Alındığı Yer: https://evrimagaci.org/s/11665
Jogalekar, A., Aktan, M., Bakırcı, Ç. M. (2022, May 05). Cıva, Oda Sıcaklığında Neden Sıvıdır? Cevap: Özel Görelilik Teorisi!. Evrim Ağacı. Retrieved March 28, 2024. from https://evrimagaci.org/s/11665
A. Jogalekar, et al. “Cıva, Oda Sıcaklığında Neden Sıvıdır? Cevap: Özel Görelilik Teorisi!.” Edited by Çağrı Mert Bakırcı. Translated by Murat Aktan, Evrim Ağacı, 05 May. 2022, https://evrimagaci.org/s/11665.
Jogalekar, Ashutosh. Aktan, Murat. Bakırcı, Çağrı Mert. “Cıva, Oda Sıcaklığında Neden Sıvıdır? Cevap: Özel Görelilik Teorisi!.” Edited by Çağrı Mert Bakırcı. Translated by Murat Aktan. Evrim Ağacı, May 05, 2022. https://evrimagaci.org/s/11665.
ve seni takip ediyor

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close