naif
Moderatör
Elementler nasıl meydana geldi, Elementler Nasıl elde edilir, Elementlerin Oluşumu
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 olduğuna, diğer elementlerin bu çekirdeklerin kaynaşmasıyla oluştuğuna işaret ediyor. Hatta helyumun da hidrojenden…
Bu nasıl olurki?… 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 (10-15m), güçlü kuvvet kancasını atıp, yayı kilitler (bknz. 4 temel kuvvet). Çekirdekler kaynaşmış olur. Hatta bu sırada, enerji de açığa çıkar ve toplam kütle azalır (bknz. madde). 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?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 Kelvin’ sıcaklığa karşılık gelmekte. Dünya’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 izotoplarıda var (bknz. nükleer). Bunların bazıları kararsız, sürekli bozunuyor. 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 yaklaştırılmaları gerekir. Halbuki, yörüngelerdeki elektron bulutlarının eksi, çekirdeklerdeki protonların da artı yükleri birbirini itmektedir. Elektronların itme kuvveti, atomların, örneğin yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılıp tümüyle iyonlaştırılarak 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.
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 olduğuna, diğer elementlerin bu çekirdeklerin kaynaşmasıyla oluştuğuna işaret ediyor. Hatta helyumun da hidrojenden…
Bu nasıl olurki?… 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 (10-15m), güçlü kuvvet kancasını atıp, yayı kilitler (bknz. 4 temel kuvvet). Çekirdekler kaynaşmış olur. Hatta bu sırada, enerji de açığa çıkar ve toplam kütle azalır (bknz. madde). 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?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 Kelvin’ sıcaklığa karşılık gelmekte. Dünya’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 izotoplarıda var (bknz. nükleer). Bunların bazıları kararsız, sürekli bozunuyor. 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 yaklaştırılmaları gerekir. Halbuki, yörüngelerdeki elektron bulutlarının eksi, çekirdeklerdeki protonların da artı yükleri birbirini itmektedir. Elektronların itme kuvveti, atomların, örneğin yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılıp tümüyle iyonlaştırılarak 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.
