Popüler Kimya Deneyinin Sırrı Aydınlatıldı
Bir parça sodyum metalini suya atarsanız şiddetli bir patlamaya tanık olabilirsiniz. Okullardaki en ilgi çekici kimya deneylerinden biri olan bu tepkimenin temel olarak nasıl gerçekleştiğini biliyoruz.
Periyodik tablonun birinci grubunda yer alan alkali metaller suyla temas ettiklerinde, şiddetli bir şekilde tepkimeye girerler. Bu sırada ısı, hidrojen ve başka tepkime ürünleri açığa çıkar. Hidrojen yanıcı bir gazdır ve açığa çıkan ısı hidrojenin alev alarak patlamasına sebep olur. Ancak Çek Cumhuriyeti Bilimler Akademisi ve Braunschweig Teknik Üniversitesi’nden bilim insanları alkali metallerin suyla tepkimesinde gerçekleşen şiddetli patlamanın farklı bir nedenle tetiklendiğini düşünüyor.
Kimyasal bir tepkimede patlamanın meydana gelebilmesi için tepkimeye giren maddelerin homojen bir şekilde karışması gerekir. Çünkü kimyasal tepkime maddelerin birbirlerine temas ettiği ara yüzeyde gerçekleşir. Alkali metallerin suyla tepkimesinde böyle bir durum olmamasına rağmen neden böylesine şiddetli bir patlamanın meydana geldiği sorusu araştırmacıların ilgisini çekti. Çünkü tepkimenin ilk aşamalarında açığa çıkan ısı nedeniyle oluşan su buharının ve hidrojen gazının metal ile suyun birbirine temas etmesini, dolayısıyla tepkimenin devam etmesini engellemesi gerekirdi.
Nature Chemistry dergisinde yayımlanan araştırmada bilim insanları alkali metallerin suyla tepkimesinin mekanizmasını ayrıntılı bir şekilde inceleyebilmek için, saniyede 10.000 kare görüntü kaydedebilen yüksek hızlı kameralar kullanarak, sıvı haldeki sodyum-potasyum alaşımı suya atıldığında neler olduğunu kaydetti. Görüntüler incelendiğinde alaşım suyun içine düştükten sadece 300 mikrosaniye (mikrosaniye saniyenin milyonda biridir) sonra metal alaşımının suyun içinde sivri uçlu metal çıkıntıları oluşturduğu gözlendi. Bu çıkıntılar alaşımın, suyla temas eden yüzey alanının artmasına neden olarak, hızlı bir şekilde tepkimeye girmesine imkân veriyor. Peki, bu yapının oluşmasını tetikleyen nedir?
Periyodik tablonun birinci grubunda yer alan alkali metaller tepkimeye girmeye hayli istekli elementlerdir. Çünkü en son enerji seviyesindeki bir değerlik elektronlarını vererek elektron dizilişlerini soygazlara benzetmeye çalışırlar. Bu nedenle alkali metaller doğada saf halde çok nadir bulunur. Alkali metallerin suyla tepkimesi bir indirgenme-yükseltgenme tepkimesidir yani alkali metal atomu ile su arasında elektron alışverişi olur. Metal atomu bir elektronunu suya vererek artı yüklü iyona dönüşürken, sudaki hidrojen bu elektronu alarak hidrojen gazını oluşturur. Alaşım, yüzeyindeki elektronlarını vermiş artı yüklü metal atomlarının birbirlerini itmesinden dolayı, hayli kararsız bir yapıdadır. Yüklerin birbirlerini itmesi alaşımın patlayarak dışa doğru sivri çıkıntılar oluşturmasına neden olur.
Uzun yıllardır bilinen ve kimyanın temel tepkimelerinden biri olan alkali metallerin suyla olan tepkimesinin ayrıntılarının yüksek hızlı görüntüleme yöntemleri ile aydınlatılmış olması ise hayli ilginç. Bu gelişme birçok yeni ve farklı yöntemin yeni keşiflerin yapılmasında kullanılabileceğini gösteriyor.