Elementlerin Oluşumu

2
8324

Merhaba arkadaşlar bu yazımızda sizlere elementlerin oluşumu hakkında bilgiler vereceğiz. Hücre yapısının kütlece %65-90’ı sudan oluşuyor; iki hidrojen, bir oksijen. Karbon, organik yaşamın belkemiği. Oksijen soluyoruz, ağırlığımızın %65’i oksijen. Dünyada yılda 1 milyar ton demir cehveri üretilmekte. Altın çok pahalı bir metal, uranyum nükleer yakıt olarak kullanılıyor: Nasıl oluşmuş bu elementler? Nereden gelmişler?

Bu sorunun yanıtını aramak üzere yola çıkarken, önce elementlerin doğadaki bolluk oranlarına, en yakınımızdan başlayarak bir göz atmakta yarar var. Tarihsel süreç de böyleydi zaten. Bolluk oranını, sayısal oran veya kütle oranı olmak üzere, iki şekilde belirtmek mümkün. Bu ikisi, atomların kütle farkından dolayı aynı olmuyor. Örneğin, sudaki hidrojenin oksijene oranla bolluğu; sayısal olarak 2’ye 1 lehine iken, kütlesel olarak aleyhinedir. Aksi belirtilmedikçe, oranlar sayısal…

Yerkabuğunun üst kısmını oluşturan elementler arasında, hidrojen bol. Atom numarası arttıkça; önce azalma, sonra çoğalma var. Lityum, berilyum ve bor; oldukça nadir. En bol elementler, oksijen ve silikon.

Tevekkeli, kabuk çoğunlukla silikat kayaçlardan oluşmakta. Sonra karbon ve demir geliyor. Yılda 1 milyar ton demir cevheri bu sayede üretilmekte. ‘Nadir’ toprak elementleri, aslında nadir değil; krom, nikel, bakır gibi çokça üretilen sanayi metallerinden bile bol. En düşük oranlı tulyum ve lutesyum dahi, altından 200 misli daha fazla. Bolluk oranlarının grafiğinde, asal gazlar görülmüyor. Bunun nedeni, yörünge kabukları dolu olduğundan, kimyasal tepkimelere girmeye eğilimlerinin olmaması. Atmosferde olmaları lazım. Yerkabuğunda sadece, ağır radyoaktif elementlerin bozunmasıyla, eser miktarlarda oluşuyorlar.

Okyanus suları ve atmosferdeki oranlar, kabuğunkinden farklı. Oksijen, bu ikisinde de bol. Kimyasal tepkimelere girmeye çok meraklı olan bu elementin atmosferdeki varlığı, yaşam süreçlerinin bir sonucu; fotosentezle sürekli üretiliyor olması. Aksi halde, bir zamanlar olmadığı gibi, atmosferde bulunmazdı. Hidrojen, yeryüzünün aksine, atmosferde çok az. Bunun nedeni, elementlerin en hafifi olduğundan, dünyanın oluşumu sırasında hakim olan yüksek sıcaklıklarda, yerçekiminden kurtulacak hızlara ulaşıp boşluğa kaçabilmiş olması.

Bu oranlar canlı organizmaların kimyasal bileşimiyle kıyaslandığında, yaşamın elementler tablosundan kendine uygun olanları çekip kullandığı açık. Örneğin insan vücudunun kütlece %99’u sadece altı elementten; oksijen, karbon, hidrojen, nitrojen, kalsiyum ve fosfordan oluşuyor.

elementlerin oluşumu

Dünya elementlerin dağılımı açısından, genelin temsili değil. Ne de olsa kayaç bir gezegen. Jüpiter ve Satürn gibi gaz devlerinde durum farklı. Güneş’te ve diğer yıldızlarda da öyle. Nitekim, gök cisimlerinin ışıma tayflarına bakılıp yüzey sıcaklıkları, tayftaki soğurma çizgilerinden hareketle de kimyasal bileşimleri belirlenebilmekte. Gökadamız Samanyolu bu tekniklerle incelendiğinde, görülen manzara şöyle: Hidrojenin bolluk oranı, açık ara önde. Sonra helyum geliyor. Lityum, berilyum ve boronda, yine açık bir düşüş var.Dağılımın bundan sonraki genel özelliği, atom numarası arttıkça bolluk oranlarının azalması. Yalnız, proton sayısı çift olan elementler, tek sayılı bitişik komşularından daha bol. Diğer gökadalar da incelendiğinde, benzer dağılımlar elde ediliyor. Sonuç; evrenin kütlece %75’i hidrojen, %23 kadarı helyumdan oluşmakta. Gökbilimciler hidrojen ve helyumdan daha ağır olan elementleri ‘metal’ olarak nitelendirirler. Tüm metallerin, yani doğadaki, hidrojen ve helyum dışındaki 90 elementin toplam bolluğu %2’den az. Bu durum, evrendeki hammaddenin hidrojen ve helyum çekirdekleri olduğu na, diğer elementlerin bu çekirdeklerin kaynaşmasıyla oluştuğuna işaret ediyor. Hatta helyumun da hidrojenden… Bu nasıl olur?

İki hidrojeni, çekirdeklerini kaynaştırmak amacıyla birbirine yaklaştırmaya çalıştığımızda, elektronları birbirini iter. Bu engeli atomları ısıtıp iyonlaştırmak suretiyle aradan kaldırmak, görece kolay. Gereken sıcaklıklar 5-6 bin Kelvin düzeyinde ve dünyamızda bu sıcaklıklar, belki bir zamanlar vardı. Ancak, çıplak protonları dahi birbirine yaklaştırmak için, artı yükleri birbirini ittiğinden, üzerlerinde kuvvet uygulamamız gerekir. Adeta bir yayı sıkıştırmakta, enerji harcayarak üzerinde iş yapmaktayızdır. Harcadığımız enerji, ‘yay’ın potansiyel enerjisinde birikir. Çekirdekleri, güçlü kuvvet kalıntılarının etkin olabileceği kısa mesafelere, metrenin milyonda birinin milyarda birine kadar yaklaştırdığımızda (10-15 m), güçlü kuvvet kancasını atıp, yayı kilitler. Çekirdekler kaynaşmış olur. Hatta bu sırada, enerji de açığa çıkar ve toplam kütle azalır. Yani sanki kanca takılırken bir de ‘patlama’ gerçekleşmiştir. Bu enerji, başka çekirdekleri kaynaştırmakta kullanılabilir. Acaba yayı başlangıçta yeterince sıkıştırmak için ne kadar enerji harcamamız gerekir?

elementlerin oluşumu nedir

İki proton arasındaki itme engelini aşıp, güçlü çekimin menziline sokmak için gereken enerji miktarı, bildiğimiz kalorinin on binde birinin milyarda biri kadar; proton başına bunun yarısı. Protonları yükleri sayesinde bir elektrik alanında hızlandırıp, kafa kafaya çarpıştırarak kaynaştırmaya çalışmak mümkün. Nitekim, buna benzer deneyler, maddenin yapısını araştırmak için kullanılan hızlandırıcılarda yapılıyor. Ancak, doğada hızlandırıcılar yok. Gerçi yüksek sıcaklıklar var. Ama proton başına enerji, yaklaşık 5 ‘milyar Kel-vin’ sıcaklığa karşılık gelmekte. Dün-ya’da böyle yüksek sıcaklıkları oluşturacak bilinen hiçbir mekanizma yok. Bilindiği kadarıyla geçmişte de olmadı. Öte yandan, her elemente ait tek bir çekirdek yerine, değişen sayılarda izotopları da var (bknz. doğal izotoplar). Bunların bazıları kararsız, sürekli bo-zunuyor. İzotopların elementlere göre çok daha kalabalık olan görüntüsüne bakıldığında; fırtınalı süreçlerle ve gelişigüzel bir şekilde üretilmiş olmaları gerekmekte. Dünyamızdaki elementler, başka yerlerde oluştuktan sonra buraya gelmiş olmalılar.

Toparlayacak olursak; kuramsal olarak, demirden küçük herhangi iki çekirdeğin kaynaşması, ürünün yine demirden küçük bir çekirdek olması kaydıyla, enerji açığa çıkarır. Ancak, çekirdeklerin kaynaşması için, güçlü kuvvetin kısa menziline kadar yaklaştırmaları gerekir. Halbuki, yörüngelerdeki elektron bulutlarının eksi, çekirdeklerdeki protonların da artı yükleri birbirini itmektedir. Elektronların itme kuvveti, atomların, örneğin yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılıp tümüyle iyonlaştrılarak plazma haline getirilmesiyle aşılabilir. Atomun boyutu çekirdeğinkinin 10.000 katı olduğuna göre, çekirdeklerin birbirine yaklaşma imkanı büyük oranda arttırılmış olur. Fakat bu durumda da hala, protonların itme kuvvetinin, kaynaşma sağlanana kadar yenilmesi gerekmektedir. Çekirdekler arasındaki, elektrostatik itme kuvvetinden kaynaklanan potansiyel enerji tümseğine ‘Coulomb engeli’ denir. Bu engel, proton sayısı arttıkça yükselir. Dolayısıyla, en az sayıda proton içeren çekirdeklerin görece kolay kaynaşması beklenir.

Bu yazımızda sizlere elementlerin oluşumu hakkında bilgi verdik. Diğer yazımızda görüşmek üzere.

Kaynaktubitak
Paylaşır mısınız?
Önceki İçerikRL Devresi Nedir
Sonraki İçerikManyetik Alanda Enerji
Elif Yaldız
Merhaba ben Elif Yaldız, bir süre Türkiye de Elektrik ve Elektronik Mühendisliği üzerine eğitim aldıktan sonra, hayat serüvenime yurt dışında Enerji Sistemleri Mühendisliği üzerine devam ettirmeye karar verdim. Burada sizlerle bilgi alış verişinde bulunmaktan memnuniyet duyuyorum.

2 Yorum

Düşünceleriniz Nedir?