Helyumun biraz tuhaf bir element olduğunu lise kimyasından hatırlıyorsunuzdur. Bir soygaz olan helyum, periyodik tablodaki en az reaktifliğe sahip elementtir. Dış kabuğunun tam dolu olması dolayısıyla helyumun diğer atomlarla etkileşime girip kararlı bileşikler oluşturamayacağı geleneksel bilim tarafından kabul görülmektedir.

Diğer soygaz elementleri yüksek basınç altında bileşik oluşturma eğilimi gösterirken, helyum ise şimdiye kadar bu yönüyle üyesi olduğu soygaz gurubundan tamamıyla ayrı davranış sergilemiştir. Ancak yaptıkları çalışmalar doğrultusunda birtakım bilim adamı, modern  kimyanın temel varsayımlarına meydan okuyarak yeni bir bileşik olarak nitelendirilebilecek kararlı bir helyum-sodyum bileşiğini oluşturmayı başardılar.

Çalışma ekibinden biri olan Utah State Üniversitesi’ndeki Ivan Popov, Gizmodo’daki Ryan F. Mandelbaum’a verdiği bir demeçte; yüksek basınç uygulanarak mutlak yapının değişeceğini ve bunu gerçekleştirmenin Dünya’nın yanı sıra Satürn gibi farklı gezegenlerde de mümkün olabileceğini dile getirerek elde ettikleri bulguların kitaplarda yazan bilgileri değiştirecek nitelikte olduğunu belirtiyor.

Helyum; evrende en bol bulunan ikinci element olmasının yanı sıra asal gazlar olarak bilinen ve altı elementten oluşan grubun bir üyesidir. Bir soygaz olması dolayısıyla, helyumun diğer elementlerle kolayca bileşik oluşturmasını önleyen ve herkesçe bilinen ‘diğer elementlerden uzak durma’ durumu söz konusudur.

Bu gazlar ‘soylu/asal’ itibarını kazanmış olmasına rağmen, bir kısmının aşırı koşullar altında tepki gösterdikleri zamanla ortaya çıkmıştır. Bu doğrultuda; nispeten reaktif olduğu düşünülen kripton, ksenon ve radon ile aşırı koşullar altında bile tepkisiz olduğu düşünülen argon, neon ve helyumu sınıflandırarak asal gazları iki gruba ayırarak incelemek mümkün olmuştur.

Geçmişte, araştırmacılarca diğer elementler ile helyumun eşleştirilmesinin yolları bulunmuş ancak bugüne kadar oluşturulan bu bileşiklerden alınan sonuçların her zaman kısa süreli olduğu görülmüştür.

Helyum atomları arasındaki etkileşimine en yaygın örneklerden biri olan Van der Waals kuvvetleri; geleneksel olarak bilinen kovalent veya iyonik bağlar gerektirmeyen çekici veya itici kuvvetlerden ibarettir.

Helyum ile diğer atomlar arasında çok zayıf Van der Waals kuvvetlerinin var olduğu bilinmekte ve son derece düşük sıcaklıklarda Van der Waals molekülleri oluşturabilmektedir. Ancak bağlanmanın çok zayıf olması dolayısıyla oluşan bileşikler uzun süre kararlılıklarını sürdüremezler.

Helyumun en dış yörüngesi, elektronlarla tamamen dolu olduğu için son derece kararlıdır ve tepkimeye girme eğilimi de çok düşüktür.  Dış kabuğunun tamamlanmış olması elektronlarını paylaşarak başka atomlarla bağlanacak başka bir yer olmadığını göstermektedir.

Evrende en çok bulunan elementlerden biri olan helyum; yıldızlar ve devasal gaz gezegenleri oluşturmakla görevlidir. Helyum, uzaydaki sıra dışı olaylar ve gezegenimizde derin farklılıkların oluşumunda rol oynarken araştırmacılar bu tuhaf davranışı açıklar nitelikteki ilk kanıtı bulmayı başardılar.

Çalışma ekibinden biri olan Utah State’li Alex Boldyrev, Phys.org sitesindeki Mary-Ann Muffoletto ile yaptığı bir röportajda, Dünya’nın merkezinde veya devasal gaz gezegenlerinde yüksek basınç altında helyumun kimyasının tamamen değiştiğini ifade etti.

Çalışmayı gerçekleştiren araştırmacılar, yüksek basınç altında kararlı bir helyum-sodyum bileşiğinin oluşabileceğini önceden belirleyebilmek için kristal bir yapıyı öngören bilgisayar modeli kullandı.

Sonrasında, fiziksel olarak daha önce görülmemiş bir bileşik olan Na2He’u oluşturdular. Helyum ve sodyum atomları bir elmas örs hücresi içerisinde atmosferik basıncın yaklaşık 1,1 milyon katı büyüklükteki bir basınca maruz bırakılarak çalışmalar sürdürüldü.

Ayrıca Boldyrev; “Elde edilen bulgular doğrultusunda o kadar beklenmedik sonuçlara ulaşıldı ki, bu bilgilerin yayınlanmasını sağlayacak bilim adamları ve editörleri ikna edebilmek için yaklaşık iki yıl kadar mücadele edildi.” diyor.

Elde ettikleri sonuçlara dayanarak araştırma ekibi, 10 milyon kat daha fazla basınç altında kararlı bir Na2He bileşiği oluşturmak üzere sodyumun helyum gazı ile kolayca bağlanabileceğini öngörmekte; ancak bu öngörülerin şaşırtıcı kısmı ise oluşan bileşiği bir arada tutacak herhangi bir kimyasal bağın var olmadığının bilinmesidir.

Çin’in Nankai Üniversitesi’nde bulunan araştırmacılardan biri olan Xiao Dong’un ifadesine göre; helyum atomları aslında herhangi bir kimyasal bağ oluşturma eğilimine sahip değildir. Ancak helyumun varlığı sodyum atomları ile arasında kimyasal etkileşimlere sebep olacağından, elektronları yapıda bulunan kübik boşluklar içerisinde lokalize olmaya zorlar. Böylece malzeme izole hale gelmiş olur.

Söz konusu oluşturulan Na2He bileşiğinin kristal yapısı aşağıdaki gibidir. Mor renkle gösterilen sodyum ve yeşil renkle gösterilen helyum atomlarının bir araya gelmesiyle bileşiğin katı formu gösterilmiş ve atomlar arasındaki boşluklardaki kırmızı renkler ise elektronları simgelemektedir.

Popov’a göre; helyum ve sodyum arasında iyonik ve kovalent bağlarda olduğu gibi gerçek bir bağ oluşumu söz konusu olmamakta ancak helyumun oluşturulan yapıyı dengede tuttuğunu ve dolayısıyla helyum atomlarının ortamdan uzaklaştırılması ile yapının stabil olamayacağını belirtmektedir.

Oluşturulan bileşik ile ilgili birkaç tasarım örneği daha mevcuttur. Aşağıda gösterildiği gibi soldaki şekilde pembe renk ile sodyum ve beyaz renk ile helyum simgelenmekte; sağda ise sodyum ve helyum atomları gri renkli küplerle simgelenerek elektronlar ise kırmızı renkle belirtilmiştir.

Son zamanlardaki kimyacılar, dünyanın ilk metalik hidrojen örneğini oluşturmuş ayrıca altı bağ içeren bir karbon molekülü önererek uzun süredir bilinegelen kuralları bozacak yönde keşifler yapmışlardır.

Ancak bu tür keşiflerin geleneksel bilime meydan okuması dolayısıyla elde edilen bulguların bağımsız bir şekilde yayınlanması çoğu kez şüpheyle karşılanmaktadır.

Bu çalışmaların doğruluğunun araştırılması ve bilim dünyasında neler olup bittiğini anlayabilmek için daha fazla deneysel çalışmanın yapılması gerekmektedir. Yeni girdiğimiz 2017 yılı, hali hazırda eskiden beri bilinegelen kimya üzerine yapılan varsayımlarının çoğunun test edileceği bir yıl olacak gibi görünüyor. Dolayısıyla yapılacak araştırma çalışmaları sonrasında ne gibi sonuçlara ulaşılacağını görmek için hepimiz sabırsızlanıyoruz.

Ayrıca, kararlı helyum-sodyum bileşiği üzerine gerçekleştirilen bu çalışmaya ait sonuçlar Nature Chemistry’de yayınlanan bir makalede mevcuttur.

Kaynak : sciencealert.com

İnovatif Kimya Dergisi aylık olarak çıkan bir e-dergidir. Kimya ve Kimya Sektörü ile ilgili yazılar yazılmaktadır.
×
İnovatif Kimya Dergisi aylık olarak çıkan bir e-dergidir. Kimya ve Kimya Sektörü ile ilgili yazılar yazılmaktadır.