Bu Reklamı Kapat
Bu Reklamı 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
3,929

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.

Bu Reklamı 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:

Bu Reklamı 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?

Bu Reklamı 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.

Okundu Olarak İşaretle
Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • İnanılmaz 12
  • Bilim Budur! 6
  • Tebrikler! 5
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 4
  • Umut Verici! 2
  • Merak Uyandırıcı! 2
  • Muhteşem! 1
  • Güldürdü 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  1. Çeviri Kaynağı: Scientific American | Arşiv Bağlantısı
Bu Reklamı 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 24/05/2022 03:36:11 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.

Bu Reklamı Kapat
Size Özel (Beta)
İçerikler
Sosyal
Ses Kaydı
Astrofotoğrafçılık
Gezegen
Yağ
Bağışıklık
Ahlak
Zeka
İnsanlık
Dağılım
Elektrik
Şempanzeler
Hastalık Kontrolü
Doğa Yasası
Bağışıklık Sistemi
Araştırma
Hematoloji
Ana Bulaşma Mekanizması
Abd
Karadelik
İmmünoloji
Canlılık Ve Cansızlık Arasındaki Farklar
Mikroevrim
Boyut
Depresyon
Manyetik Alan
Aklımdan Geçen
Komünite Seç
Aklımdan Geçen
Fark Ettim ki...
Bugün Öğrendim ki...
İşe Yarar İpucu
Bilim Haberleri
Hikaye Fikri
Başlık
Kafana takılan neler var?
Bağlantı
Gönder
Ekle
Soru Sor
Daha Fazla İçerik Göster
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 katmak için hemen buraya tıklayın.
Popüler Yazılar
30 gün
90 gün
1 yıl
EA Akademi
Evrim Ağacı Akademi (ya da kısaca EA Akademi), 2010 yılından beri ürettiğimiz makalelerden oluşan ve kendi kendinizi bilimin çeşitli dallarında eğitebileceğiniz bir çevirim içi eğitim girişimi! Evrim Ağacı Akademi'yi buraya tıklayarak görebilirsiniz. Daha fazla bilgi için buraya tıklayın.
Etkinlik & İlan
Bilim ile ilgili bir etkinlik mi düzenliyorsunuz? Yoksa bilim insanlarını veya bilimseverleri ilgilendiren bir iş, staj, çalıştay, makale çağrısı vb. bir duyurunuz mu var? Etkinlik & İlan Platformumuzda paylaşın, milyonlarca bilimsevere ulaşsın.
Podcast
Evrim Ağacı'nın birçok içeriğinin profesyonel ses sanatçıları tarafından seslendirildiğini biliyor muydunuz? Bunların hepsini Podcast Platformumuzda dinleyebilirsiniz. Ayrıca Spotify, iTunes, Google Podcast ve YouTube bağlantılarını da bir arada bulabilirsiniz.
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

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

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
Geri Bildirim Gönder
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nda reklamları 2 şekilde kapatabilirsiniz:

  1. Ücretsiz üye girişi yapmak: Sitedeki reklamların %50 kadarını kapatmak için ücretsiz bir Evrim Ağacı üyeliği açmanız ve sitemizi/uygulamamızı kullanmanız yeterli!

  2. Maddi destekçilerimiz arasına katılmak: Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, sitemizin/uygulamamızın çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, %100 reklamsız ve çok daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.

Kreosus

Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.

Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.

Patreon

Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.

Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.

YouTube

YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.

Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.

Diğer Platformlar

Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.

Giriş yapmayı unutmayın!

Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol

Devamını Oku
Evrim Ağacı Uygulamasını
İndir
Chromium Tabanlı Mobil Tarayıcılar (Chrome, Edge, Brave vb.)
İlk birkaç girişinizde zaten tarayıcınız size uygulamamızı indirmeyi önerecek. Önerideki tuşa tıklayarak uygulamamızı kurabilirsiniz. Bu öneriyi, yukarıdaki videoda görebilirsiniz. Eğer bu öneri artık gözükmüyorsa, Ayarlar/Seçenekler (⋮) ikonuna tıklayıp, Uygulamayı Yükle seçeneğini kullanabilirsiniz.
Chromium Tabanlı Masaüstü Tarayıcılar (Chrome, Edge, Brave vb.)
Yeni uygulamamızı kurmak için tarayıcı çubuğundaki kurulum tuşuna tıklayın. "Yükle" (Install) tuşuna basarak kurulumu tamamlayın. Dilerseniz, Evrim Ağacı İleri Web Uygulaması'nı görev çubuğunuza sabitleyin. Uygulama logosuna sağ tıklayıp, "Görev Çubuğuna Sabitle" seçeneğine tıklayabilirsiniz. Eğer bu seçenek gözükmüyorsa, tarayıcının Ayarlar/Seçenekler (⋮) ikonuna tıklayıp, Uygulamayı Yükle seçeneğini kullanabilirsiniz.
Safari Mobil Uygulama
Sırasıyla Paylaş -> Ana Ekrana Ekle -> Ekle tuşlarına basarak yeni mobil uygulamamızı kurabilirsiniz. Bu basamakları görmek için yukarıdaki videoyu izleyebilirsiniz.

Daha fazla bilgi almak için tıklayın

Önizleme
Görseli Kaydet
Sıfırla
Vazgeç
Ara
Alıntı Ekle
Kurallar
Komünite Kuralları
Bu komünite, fark edildiğinde ufku genişleten tespitler içindir. Yapacağınız paylaşımlar Evrim Ağacı'nın kurallarına tabidir. Ayrıca bu komünitenin ek kurallarına da uymanız gerekmektedir.
1
Formu olabildiğince eksiksiz doldurun.
Girdiğiniz sözün/alıntının kaynağı ne kadar açıksa o kadar iyi. Açıklama kısmına kitabın sayfa sayısını veya filmin saat/dakika/saniye bilgisini girebilirsiniz.
2
Anonimden kaçının.
Bazı sözler/alıntılar anonim olabilir. Fakat sözün anonimliğini doğrulamaksızın, bilmediğiniz her söze/alıntıya anonim yazmayın. Bu tür girdiler silinebilir.
3
Kaynağı araştırın ve sorgulayın.
Sayısız söz/alıntı, gerçekte o sözü hiçbir zaman söylememiş/yazmamış kişilere, hatalı bir şekilde atfediliyor. Paylaşımınızın site geneline yayılabilmesi için kaliteli kaynaklar kullanın ve kaynaklarınızı sorgulayın.
4
Ofansif ve entelektüel düşünceden uzak sözler yasaktır.
Gerilim, tersleme, tahrik, taciz, alay, dedikodu, trollük, vurdumduymazlık, duyarsızlık, ırkçılık, bağnazlık, nefret söylemi, azınlıklara saldırı, fanatizm, holiganlık, sloganlar yasaktır.
5
Sözlerinizi tırnak (") içine almayın.
Sistemimiz formatı otomatik olarak ayarlayacaktır.
Gönder
Bu Eseri Neden Tavsiye Ediyorsun?
Aşağıdaki kutuya, isimli neden tavsiye ettiğini girebilirsin. Ne kadar detaylı ve kapsamlı bir analiz yaparsan, bu eseri [OKUMAK/İZLEMEK] isteyenleri o kadar doğru ve fazla bilgilendirmiş olacaksın. Tavsiyenin faydalı bulunması halinde Evrim Ağacı kullanıcılarından daha fazla UP kazanman mümkün olacak. Tavsiyenin sadece negatif içerikte olamayacağını, eğer bu sistemi kullanıyorsan tavsiye ettiğin içeriğin pozitif taraflarından bahsetmek zorunda olduğunu lütfen unutma. Yapıcı eleştiri hakkında daha fazla bilgi almak için burayı okuyabilirsin.
Tavsiye Et