Dr. Yavuz Örnek

Dr. Yavuz Örnek

Akademisyen gözü

Nükleer yoldan altın elde edilmesi

02 Ekim 2020 - 10:45

Simya ilmi geçmişte yüksek teknolojiyi haber veriyor. Bütün atomlar bir çekirdek ve etrafında dönen elektronlardan oluşur. Altın, gümüş, bakır, demir gibi maddelere element diyoruz. Her elementin eksi yüklü elektron sayısı ve çekirdeğindeki artı yüklü proton sayısı birbirine eşittir. Yani yükler dengededir. Buna atom numarası da denir. Bir atomun atom ağırlığı çekirdeğinin ağırlığına yani proton ve nötronların toplam ağırlığına eşittir. Elektronlar hesaba katılmaz.

*****
Aynı bir element farklı sayıda nötronları olabilir. Yani ağırlığı farklı birçok element vardır. Fakat atomun cinsi değişmez. Ağırlığı değişir. Misal demirin 26 protonu ve 26 elektronu vardır. Bir demir atomunun çekirdeğinde 28 nötron, başka demir çekirdeklerinde 30, 31 ve 32 nötron vardır. Bunların hepsi demirdir. Çünkü proton sayısı değişmedi. Bunlara demir atomunun izotopları diyoruz. Nötron sayısı değişmekle atomun kimyasal özelliği değişmez. Her alanda kullanılan bütün demir ürünlerinin içinde farklı ağırlıkta demir vardır. Ama biz onları hiç hayal etmeyiz. Başka pek çok demir izotopu vardır. Fakat onlar uranyum, toryum gibi kararsızdırlar. Dışarı alfa, beta ve çok tehlikeli olan gama ışını verirler. Bütün elementlerin kararsız izotopları elde edilebilmektedir. Kararsız atomlar kendiliğinden kararlı hale de başka atoma da dönerler. Bazı atomlar hariç elementin atom ağırlığı arttıkça izotop sayısı da artar. Fakat nükleer laboratuvarlarda tabiatta olmayan izotoplar elde edilmektedir. Misal uranyumun yüzden fazla kararsız izotopu vardır. Proton sayısı atomun kimliğidir. Bir atomun çekirdeğinde proton sayısı değişince elementin kimliği değişir.

*****
Elektronlar için farklı bir durum vardır. Bir atomun çevresinden bir elektron saniyenin küçük bir kesrinde kopabilir fakat hemen geri döner. Bu olaydan ışın ve ışık oluşur. Mikrodalga, UV, X-ışınları bu yolla oluşur. Çok kısa bir süre de olsa elektron atomun çevresinden ayrılınca atom artı yük kazanır. Atomun yedi yörüngesinin her birinin alacağı elektron sayısı bellidir. Birinci yörüngede maksimum iki elektron, ikinci yörüngede 8 gibi. Elektronlar yedi farklı tabakada elips şeklindeki bir yörüngede dönerler. Fakat bu dönüşleri uzay cisimlerinin dönüşü gibi değildir. Bir elektron dönerken atomun bütün çevresini tarar. Yani sadece bir düzlemde dönmez. İşte kimyacılar atomların dış yörüngelerindeki elektronların hareketinden oluşan olaylarla ilgilenirler, buna kimyasal olay denir. Kimyacılar çok elektronu olan atomların iç tabakadaki elektronları ile ilgilenmezler. Bunlarla fizikçiler ilgilenir. Atom çekirdeği ile de yalnız fizikçiler ilgilenir. Fakat bu iki bilim dalı bilimsel çalışmalarda bazen birbirine muhtaçtır.

*****
Kimyasal reaksiyonlarda elektron alış verişi veya elektron ortak kullanımı ile sonsuz evet sonsuz sayıda madde elde etmek mümkündür. Kimyanın sonu yoktur. Atom çekirdeğinde olan değişimler kimya değildir. “Atomistik ve çekirdek kimyası” diye ders açılıyor. Biz de aldık. Bu kimya değildir, fiziktir. Şunu önemle ifade edeyim ki kimyasal reaksiyonlarla atomların cinsi asla değişmez. Kimyasal reaksiyonların çekirdeğe etkisi sıfırdır. Isıtmakla, kaynatmakla element değişmez. Şeker ise kömür olur ama içindeki karbonun çekirdekleri yangını hissetmez, görmez, duymaz.

*****
Bir dağ bulutlara kadar çıkarılsa ve bırakılsa yere çakıldığında yeterli miktarda milyonlarca derecede ısı oluşmazsa çekirdeklere hiçbir şey olmaz, atomlar ezilmez ve çekirdekler birbirine girmez. Çekirdekler parçacık bombardımanı, yüksek ısı ve basınç altında değişime uğrarlar. Fakat yeterli şartlar oluşursa tabi ki çarpışma bunların üçünü de yapabilir. Bir cümlede reaksiyon kelimesi geçiyorsa o kimyadır denemez. Nükleer reaksiyonlar bilinmeden önce reaksiyonun manası kimyasal olaylardı. Ama şimdi nükleer reaksiyonlar da var. Bunları fizikçiler yapar.

****
Proton sayıları atomların kimliğidir dedik. Altının atom çekirdeğinde 79 tane proton vardır. Bilinen kırk kadar kararsız izotopu elde edilmiştir. Yani laboratuvarlarda ağırlığı farklı kırk kadar altın elde etmek mümkündür. Bunlardan yalnız 118 tane nötronu olan tabiatta bulunur. Atom ağırlığı 197 dir. Yani elimizdeki altının atom ağırlığı demirdeki gibi farklı ağırlıklardan oluşan atomlardan müteşekkil değildir.  

*****
Eğer biz nükleer bir yolla bir atomun çekirdeğindeki proton sayısını 79 yaparsak o atom artık altın atomudur. Peki, bu nasıl yapılır. Tabi ki bu altın kararlı olmayabilir. Kendiliğinden bozunup başka elemente döner. Civanın atom çekirdeğinde 80 tane proton vardır yani altındakinden bir fazla. Bu protonlardan birini söküp aldığımız zaman civa altına dönüşür. Platinin çekirdeğinde 78 tane proton vardır. Eğer platinin çekirdeğine bir proton eklersek altına dönüşür.

*****
Atom çekirdeklerindeki proton veya nötron sayısını değiştirmek, ekleyip azaltmak nükleer reaksiyonlarla yapılır. Altın ve pek çok element nükleer yolla elde edilebilmektedir. Tabi bunun için milyarlarca dolara kurulan çok pahalı nükleer reaktörler gerekiyor.  1941’de yapılan bir nükleer reaksiyon ile civadan radyoaktif altın elde edildi. Nükleer reaksiyonla altın elde etmenin en mantıklı bilimsel yolu civanın ağırlığı 196 olan izotopunu kullanmaktır. Tabiattaki civanın %0.15 kadarı bu izotoptur. Yedi kararlı civa izotopundan biridir. Civa-196 izotopu yavaş nötronlarla bombardıman edildiğinde kararlı altına dönüşür.

****
Yine civa-198 izotopu hızlı nötronlarla bombardıman edildiğinde bir protonu azalarak altın-197’ye yani kararlı altına dönüşür. Yavaş nötronlar yakalanırken hızlı nötronlar proton veya nötron koparırlar, çekirdeği parçalarlar, atom bombasına dönüştürebilirler. Tabi ki her çekirdek nötronla bombardıman edilmekle atom bombası oluşmaz. Öyle olsaydı Avrupa’da ve Amerika’da pek çok kez kazara atom bombası patlardı. 27 farklı civa izotopu kendiliğinden bozunarak kararsız altına dönüşmektedir. Yalnız civa-197 izotopu kendiliğinden bozunarak kararlı altına dönüşmektedir. Fakat bu izotopu elde etmek zordur. Talyum-197 kendiliğinden civa-197’ye dönüşmektedir. Bu da kendiliğinden kararlı altına dönüşmektedir. O halde talyum-197 altın elde etmek için bir kaynaktır. Peki, talyum-197’yi nasıl elde ederiz. Kurşun-197 bozunarak talyum-197’yi vermektedir. Bizmut-197 bozunarak kurşun-197’yi vermektedir. Fakat bunlar tabiatta bulunmamaktadır. Her ne kadar kararsız atomların dönüşümü ile altın elde etmek mümkünse de ekonomik bir hammadde kaynağı bulunmadığı için bugün için başka atomlardan altın elde etmek söz konusu olamaz. Civa-197 nükleer reaksiyonlarla ekonomik olarak elde edilirse altın elde etmek ekonomik olur.

*****
1980 yılında bilim insanı Glenn Seaborg Lawrence Berkeley Laboratuvarında bizmuttan altın elde etti. Fakat gramı milyarlarca dolarları bulabilir. Niçin simyacılar başka atomlardan altın elde etmeye çalışmışlar acaba. Kanaatimce kendilerinden binlerce yıl önce yüksek bir teknoloji vardı. Onlar belki civadan altın elde ettiler. Bu haber nakille binlerce yıl sonraya intikal etti. Sonra gelenler teknoloji kullanmadan bunun mümkün olduğunu zannettiler. Hiçbir zaman da başaramadılar. Simya ilmi bir bakımdan velilerin kerametlerini bir bakımdan da Deli Dumrulları hatırlatıyor.
Simya ilmi geçmişte yüksek teknolojilerin varlığına bir senettir.
Neticeyi kelam, Civan'dan akıl al ama Civa'dan altını unut azizim.

 

YORUMLAR

  • 0 Yorum