Einstein yine haklı çıktı! Kimyanın yıllardır öğretilen kuralı değişiyor

Brown University'deki bilim insanları, Einstein'ın görelilik teorisinin ağır elementlerde atomların üçlü kimyasal bağ oluşturma biçimini değiştirdiğine dair doğrudan deneysel kanıt ortaya koydu. Bulgular, nesiller boyunca kimya derslerinde öğretilen bağlanma modeline meydan okuyor.

Science dergisinde yayımlanan çalışma, elektronları göreli etkilerden güçlü biçimde etkilenen ağır bir element olan bizmutla karbonun yer aldığı deneylere dayanıyor. Çalışmanın sorumlu yazarı ve Brown University kimya profesörü Lai-Sheng Wang, göreliliğin ağır elementlerde önemli olduğu fikrinin 1970'lerden beri bilindiğini, ancak elde edilen sonuçların ağır elementlerdeki kimyasal bağlanmaya ilişkin doğrudan spektroskopik kanıt sunduğunu söyledi.

Görelilik kimyasal bağları değiştiriyor

Kimyasal bağlar, atomlar elektronlarını paylaştığında oluşuyor ve pozitif yüklü çekirdekleri bir arada tutan çekim meydana geliyor. Üçlü bağın geleneksel tanımında paylaşılan üç elektron çifti, bir sigma bağı ile iki pi bağı oluşturuyor. Sigma bağı çekirdekleri birleştiren eksen boyunca doğrudan örtüşmeyle oluşurken pi bağları bu eksenin iki tarafına uzanan elektron yoğunluğunu içeriyor.

Bu düzen, daha hafif elementleri içeren birçok bağı doğru biçimde açıklıyor. Ancak daha ağır atomlarda çekirdeğin güçlü pozitif yükü, bazı elektronların göreli etkilerin önem kazandığı hızlarda hareket etmesine neden oluyor. Bu etkiler, elektronun spinini yörüngesel hareketine bağlayan spin-yörünge eşleşmesini güçlendiriyor ve elektronların bağlanmaya katılma biçimini değiştiriyor.

Wang, sigma ve pi bağları arasındaki sınırın ağır elementlerde bulanıklaştığını belirterek hâlâ üç bağ bulunduğunu, ancak bunların kesin biçimde sigma ya da pi bağı olarak sınıflandırılamayacağını söyledi.

Deneyler farklı bir üçlü bağı ortaya koydu

Bu etkiyi incelemek için Wang ile çalışan Brown University doktora öğrencileri Deniz Kahraman ve Jie Hui, karbon ve bizmut içeren moleküller üretti. Araştırmacılar molekülleri mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara kadar soğuttu. Ardından elektronları dışarı çıkarmak için ışık kullanan ve bağlanma güçlerini belirlemek üzere elektronların enerjisini ölçen fotoelektron spektroskopisi tekniğiyle molekülleri inceledi.