Yüz senelik deneyin nasıl meydana geldiği bilim insanları tarafından çözüldü. Parlak mavi bir amonyak çözeltisine elektron eklemesi sonucunda bronza dönüşmesi uzun zamandır akıllarda bir soru işareti bırakan bir deneydi.
Yeni araştırmalar sonucunda bu deneyin bir anı bir reaksiyon sonucu değil de belirli bir süreç sonucu oluştuğunu gösteriyor.
Southern California Üniversitesi kimya bölümünde doktora yapan ve araştırmada da bulunan Ryan McMullen: Burada başardığımız şey aslında çözeltileri geniş bir yelpazede test edilen mikrojet tekniğine verdiği tepkileri görmek oldu.
Bu teknik neredeyse kıl kadar ince bir dalganın vakumdan çözeltiye gönderilmesidir ve ilk daha önce hiç parlak bir sıvı üzerinde denenmemişti. McMullen’a göre bu keşif ilerleyen zamanlarda organik kimyada yeni tür reaksiyonların bulunmasına öncülük edebilir.
Metal nedir?
Metaller çok çeşitlidirler. Örneğin lityum, havada süzülecek kadar hafiftir. Bazıları ise kurşun ve Osmiyum gibi çok yoğundur. Bazıları çok düşük ısılarda eriyebilir. Örneğin civa – 38.3 derece de bile eriyebilir. Genel olarak metallerin ortak noktası moleküllerin işi dolayısıyla hareketinin duraksama noktasına geldiği mutlak sıfırda elektrik iletebiliyor olmalarıdır.
Pekala o zaman metal olmayanları metale nasıl dönüştürebiliriz?
Araştırmacılar bu soruyu sıvı amonyağa metal ekleyerek cevapladı.
Çek Bilim Akademisi, Fritz Haber Enstitüsü ve Max Planck Topluluğu ve ayrıca Japonya ve Fransa’dan bir çok araştırmacının da katıldığı bir takım tarafından yapılan deneyde.
İlk olarak araştırmacılar oda sıcaklığındaki amonyağın derecesini – 33’e düşürerek yoğunlaşmasını sağlanıyor.
Daha sonra sodyum, potasyum veya lityum alkali metallerinden (alkali metaller daha çok sıvılar ile etkileşimde patlayıcı tepki vermeleri ile bilinirler) herhangi biri ekleniyor.
Sonucu aslında tahmin edilebilen bu deneyin sonucunda amonyağın metalden çektiği elektronlar amonyak molekülleri arasında kaldı ve bunun sonucunda araştırmacıların incelemek istediği solvatlanmış (çözünen iyon veya moleküllerin çözücü molekülleri ile oluşturduğu iyonik kompleks) elektronlar oluştu. Düşük yoğunlukta sonuç mavi, metal olmayan bir sıvı iken solvatlanmış elektronlar yoğunlaştıkça çözelti bronza dönüşmeye başladı.
Bir sonraki adım ise solvatlanmış elektronların farklı yoğunluklardaki tepkimelerini görmekti. Bu süreç çok ince bir aralıktan aynı anda olacak şekilde yüksek enerjili x ışınlarına maruz bırakılması ile yapılmaktaydı.
Solvatlanmış elektronları enerji ile dolduran x ışınları sıvı amonyak molekülleri arasında sıkışan elektronların bu moleküllerle olan bağını kırmasına yetecek kadar enerji açığa çıkartmakta ve bu sayede araştırmacılar sıkışan elektronu çıkartmak için gerekli enerjiyi ölçebilecekti.
Birch Reaksiyonları
Araştırmacıların yüksek yoğunlukta ki solvatlanmış elektronlarda farkettikleri ise yoğunluk ne kadar yüksek olursa açığa çıkan enerji de bir o kadar enerji açığa çıkaran metale benziyordu. Peki bu tam olarak ne demek? Şöyle açıklayalım. McMullen:
Eğer bir elektronu sıvı amonyak moleküllerinden serbest bırakmak için gerekli enerjiyi grafiğe dökersek, metaller genel olarak bu grafikte “Fermi Seviyesi’ne” denk gelmektedir. Bu enerji seviyesini grafikte bir dağa benzetebiliriz.
Yoğunluğu arttırdığınız zaman ortaya çıkan aralık bir metalin karakteristik özelliklerine ciddi anlamda yakın bir aralığa sahip. Bu sonuçların çok ilginç olmasında ki başka bir sebepte alkali metal ve amonyak ile oluşturulan metale benzer sıvının temel fizik seviyesinde bir metal olmasıydı.
Düşük yoğunluklu solvatlanmış elektronların kullanıldığı reaksiyonlara “Birch Reaksiyonları” denilir.
Bu reaksiyonda elektronlar aromatik bağlara bağlanır. Bu tarz reaksiyonlar ilk olarak 1950 yıllarında doğum kontrol hapı üretiminde kullanılmıştır.
Solvatlanmış elektronların yüksek yoğunluklarda nasıl çalıştığını anlayarak araştırmacılar yeni kimyasal reaksiyonlar bulabilirler. Bu sebeple solvatlanmış elektronların farklı davranması için onları farklı enerjilere mağruz bırakabiliriz.
McMullen: Eğer elektronları yerlerinden biraz oynatabilirseniz ve bu onları farklı bağlar kurmaya zorlarsa normal şartlar altında asla yaşanmayacak reaksiyonlar elde edebilirsiniz.
Arastrmacılar sonuçlarını Journal Science dergisinde paylaşmışlardır.
Yusuf Can KILIÇ
