Evrim Ağacı
Reklamı Kapat

Kar Tanesi Nasıl Oluşur? Kar Taneleri Neden Hep Altı Kenarlıdır?

Fizik ve Kimya, Kar Tanelerinin "Eşsiz" Olduğu İddia Edilen Geometrisini Açıklayabilir!

Kar Tanesi Nasıl Oluşur? Kar Taneleri Neden Hep Altı Kenarlıdır?
Tavsiye Makale
Reklamı Kapat

Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

Bütün kar tanelerinin altı kenarı olduğu herkesçe bilinen bir gerçektir. Google’ınsa bugüne kadar çizdiği temalı logolarında (Doodle’larda) en az iki kez sekiz kenarlı kar tanesi kullanma nedeni ise merak konusudur. Bilim insanlarının bütün kar tanelerinin altı kenarı olduğundan nasıl bu kadar emin oldukları ise bir başka merak konusudur.

Bütün kar tanelerini inceledik mi? Tabii ki hayır, ancak bu durumun açıklaması iki sözcükte yatmaktadır: hidrojen bağı. Hidrojen bağının moleküller arası kuvveti sayesinde bütün kar tanelerinin altı kenarı vardır, ayrıca bildiğimiz şekliyle yaşamı hidrojen bağı mümkün kılmaktadır. Bu nedenle önemli bir bağdır.

Bununla birlikte su moleküllerinin yapısını anlamadan hidrojen bağını tam olarak anlayamazsınız. Su, çok basit bir molekül gibi görünür ve bir oksijen atomu ile ona bağlı iki hidrojen atomundan oluşur. Hidrojen atomları, oksijen atomuna birbirinden tam olarak 104,5 derece uzaklıkta olacak şekilde bağlanır (1). Neden tam bu açı?

Bir oksijen atomu toplam sekiz elektrona sahiptir. Bunlardan ikisi, atomun çekirdeğine en yakın kabuktaki mevcut noktaları kaplar. Kalan altı elektron atomun en dıştaki (değerlik) elektron kabuğuna gönderilir. Ancak bu kabuk aslında sekiz elektron alabileceğinden iki nokta boş kalır. Bir hidrojen atomu ise tek elektron kabuğunda bir adet elektrona sahiptir, bu kabukta iki elektron için yer olduğundan bir yer boş kalır.

Hidrojen ve Oksijen Atomları
Hidrojen ve Oksijen Atomları

Oksijenin iki boş yeri, hidrojenin de bir boş yeri olduğu için oksijen, boş yerlerini iki hidrojen atomuyla paylaşabilir. Her iki hidrojen atomu tek elektronlarını oksijenle paylaşır, oksijen de her bir hidrojen atomuyla bir elektron paylaşır. Bununla birlikte oksijenin kalan dört elektronu bu paylaşım düzeninin dışında kalır. Elektronlar çiftler halinde bulunmayı tercih ettiklerinden paylaşılmayan bu dört elektron iki çift oluşturur.

Yalnız başına duran bu iki çift ile her biri bir hidrojenle paylaşılan diğer iki elektron, su molekülünün dörtyüzlü (tetrahedron) (üçgen tabanlı piramit) şeklini oluşturur, bu dörtyüzlüde oksijen çekirdeğinden çıkan dört bağlantı bulunur. Bu bağlantıların ikisi, her biri iki elektron (elektron çiftleri) içeren elektron bulutlarıdır, diğer iki bağlantı ise oksijen ve hidrojen yörüngelerinde birlikte dolanan iki elektronlu hidrojen atomlarıdır. Düzgün bir dörtyüzlüde bütün bağlantılar birbirinden 109,5 derece uzaklıkta olmalıdır. Ancak su molekülünde hidrojen atomları birbirinden 104,5 derece uzaklıktadır, çünkü çift halindeki iki elektron bulutu daha fazla yere sahip olmak ister ve hidrojen atomlarıyla paylaşılan elektronları birbirine daha yakın olmaya zorlar.

Böylece hidrojen ve oksijenin kovalent bir bağ oluşturduğunu, yani elektronlarını paylaştıklarını öğrenmiş olduk. Ama ayrıca oksijenin o elektronuna daha sıkı tutunmak istediğini, yani paylaşımın tam eşit olmadığını da söylemeliyiz. Oksijen, elektronuna daha kuvvetli tutunur ve negatif yükü hidrojenlerden uzaklaştırıp kendisine doğru çeker. Bunun sonucunda hafifçe negatif bir oksijen ve hafifçe pozitif hidrojenler oluşur.

Her hidrojenle bağlandığı yerin tam karşısında olmak üzere, oksijenin negatif yüklendiği iki alan vardır. Su molekülleri, bu hafif yüklü alanları kullanarak diğer moleküllerle oldukça kuvvetli bir bağ oluşturur, bu bağa hidrojen bağı denir. Hidrojen içeren her molekül, diğer moleküllerle bu tür bir bağ oluşturamazken böyle eşit olmayan bir paylaşım içindeki hidrojen içeren moleküller bu bağı oluşturabilir.

Su moleküllerinin diğer su moleküllerine bağlantısında, oksijenin hafifçe negatif iki alanından her biri diğer su molekülündeki hafifçe pozitif bir hidrojenle bağlanır. Hafifçe yüklü dört alanın hepsi hidrojen bağıyla diğer su moleküllerine bağlandığında bir dörtyüzlü (dört yüzlü piramit) şekli ortaya çıkar.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Bu bağlar suyu olağandışı bir madde yapar. Sıcaklık düşüp de su katılaşmaya başladığında hidrojen bağı önemini göstermeye başlar ve buz kristallerinin şeklini belirler. Her su molekülünün başka dört su molekülüyle dörtyüzlü bir düzende bağlandığını öğrenmiş oldunuz.

Su donarken bu dörtyüzlüler birbirine yaklaşır ve altı halkalı ve altıgen biçimli bir yapıda kristalleşir. Bu yapının nasıl oluştuğunu görmek için görsele bakınız. Altıgenin her noktası, bir oksijen atomu; her kenarı, bir oksijene bağlı bir hidrojendir. Su donma sıcaklığına yaklaşırken su molekülleri bu dörtyüzlü düzende kristalleşmeye devam eder.

Fakat su, diğer maddelerden farklı bir şey yapar. Donmaya yaklaştıkça büzülmeye devam etmek yerine, yaklaşık 4 ile 0 santigrat derece arasında, moleküllerin hareketi soğumayla birlikte yavaşladığı ve hidrojen bağları, molekülleri birbirinden olabildiğince uzaklaştırdığı için, yavaşça genişler. Bu, dirsekleri bükük insanların el ele tutuştuğu ve sonra yavaşça birbirinden en uzak mesafede olacak şekilde kollarını tümüyle uzatarak düzleştirdiği bir halkaya benzer. Su molekülleri bunu yaptığında altıgen yapı genişleyerek daha da büyük bir altıgen yapıya dönüşür.

Bu sürecin sonunda altı kenarlı kar tanesi oluşur; yani büyük, muhteşem bir buz kristali. Buz kristalleri, mineral kaya kristallerine benzer. Gördüğünüz makroskobik (büyük) şekil, mikroskobik moleküler kristal yapı tarafından belirlenir. Buz altıgen bir kristal yapıya sahiptir, kar tanesi de altıgen bir yapıya sahiptir. Sodyum klorür, diğer adıyla yemek tuzu, kübik bir moleküler yapıya sahiptir, yemeğinize serptiğiniz tuz kristalleri kübik bir şekle sahiptir:

Hidrojen bağının altı kenarlı kar tanelerini oluşturması ilginçtir (Duyuyor musun Google?), ancak bu bağın güzel kar tanelerinden çok daha önemli sonuçları vardır. Suyun sıvıdan gaza dönüşmesi sırasında bu hidrojen bağların kırılması çok fazla ısı gerektirir, bu nedenle suyun kaynama noktası benzer diğer moleküllerinkinden çok daha yüksektir. Benzer molekülleri baz alırsak, suyun kaynama noktası, 100 santigrat derece (212 fahrenhayt derece) yerine yaklaşık -80 santigrat derece (-176 fahrenhayt derece) olmalıydı.

Sonra buzun yüzdüğü gerçeği de var ki bu, suyun katın hâlinin sıvı hâlinden daha az yoğun olduğu anlamına gelir. Bir maddenin katı hâlinin su hâlinden daha az yoğun olması oldukça olağandışıdır. Fakat sıcaklık 0 santigrat dereceye yaklaşırken, bu hidrojen bağlar suyu oldukça açık, altıgen bir kristal yapıya bürünmeye zorladığından moleküller, daha yüksek sıcaklıklardaki kadar birbirine yakın bir durumda olmaz.

El ele tutuşan ve kollarını dümdüz uzatarak birbirinden mümkün olduğunca uzakta duran insanları düşününüz. Bu insanlar, birbirine çarparak dans etmeye (slam dancing yapmaya) başlarlarsa tuttukları elleri ayrılır, böylece birbirine daha çok yaklaşabilirler. Sıcaklık 4 santigrat derecenin üzerine çıktığında su molekülleri de benzer bir davranış gösterir. Buz eridiğinde hidrojen bağların bir kısmı kırılır, böylece su molekülleri birbirine yaklaşabilir. Buzdaki birbirinden uzak su molekülleri, sıvı suyun birbirine yakın moleküllerinden daha az yoğun bir madde oluşturur, dolayısıyla buz, sıvı suda yüzer.

Suyun bu özelliği, Dünya’daki yaşamın ayrılmaz bir parçasıdır. Bir tatlı su gölü donmaya başladığında buz, suyun üzerinde yüzerek alttaki suyu yalıtır (izole eder) ve suyun donmasını engeller. Göldeki balıklar, bitkiler ve diğer canlılar koruyucu ve yalıtıcı buz tabakasının altında yaşamaya devam eder. Eğer buz batacak olsaydı, bu mavi gezegen 4,5 milyar yıllık ömründeki derin donma süreleri boyunca buzlaşmış ve yaşanması mümkün olmayan bir yere dönüşürdü. Oysa buzun yüzmesi, Dünya’nın okyanuslarında yaşamın geliştiği mükemmel bir kuvöz olmasını sağlamıştır. Ve bütün bunların hepsi, oksijenin elektronlarına biraz daha fazla tutunmak istemesinden kaynaklanır.

Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Tebrikler! 3
  • Muhteşem! 1
  • Bilim Budur! 0
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 0
  • Güldürdü 0
  • İnanılmaz 0
  • Umut Verici! 0
  • Merak Uyandırıcı! 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  • R. H. Petrucci, et al. (2002). General Chemistry: Principles And Modern Application. Yayınevi: Pearson.

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 27/10/2020 07:06:59 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/4133

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.

Reklamı Kapat
Güncel
Karma
Agora
Kafatası
Gazetecilik
Toplum
Renk
Astrofotoğrafçılık
Deri
Uçma
Böcek
Anne
Yaşam
Primatlar
Sars Virüsü
Madde
Kedigiller
Mantık
Kedi
Hematoloji
Goril
Tüy
Yavru
Fare
Popülasyon
Sinaps
Eğilim
İnsan Evrimi
Daha Fazla İçerik Göster
Daha Fazla İçerik Göster
Reklamı Kapat
Reklamsız Deneyim

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, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, 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 üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

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
“Bilim, bilgi ile cehalet arasındaki cephede çalışır. Bilmediğimiz şeyler olduğunu kabul etmekten korkmayız. Bunda utanılacak bir şey yok. Utanılması gereken, tüm cevaplara sahipmişiz gibi davranmaktır.”
Neil deGrasse Tyson
Geri Bildirim Gönder