DOĞA BİLİMLERİKimya

Kar Tanelerinin Benzersiz Şekillerinin Arka Planındaki Bilim

Dünyanın en temel malzemelerinden birisi olan kristaller görüntüleri ve oluşum biçimleri ile antik çağlardan beri insanları büyülemektedir. 17. yüzyılın başlarında, Alman gökbilimci Johannes Kepler kristallerin sıradışı şekillerinin oluşum nedenlerini merak etti. Özellikle kar tanelerinin neden her zaman altıgen biçiminde olduğunu sordu? 1611 yıllarda kaleme aldığı bir makalesinde kar kristallerinin altılı simetri şekillerinden bahsetti. Ancak kar tanelerinin gizeminin çözülebilmesi için aradan dört yüzyıl geçecekti. Bunun için 1912’de X-ışını kristalografisinin icad edilmesi gerekliydi.

Aslında 18. yüzyılda botanikçi René Just Haüy kristal şekillerin oluşumunun maddenin yapıtaşı olan atomlar ile olan bağlantısını fark etmiş ve detaylarını, Kristalografi biliminin başlangıcı kabul edilen 1801’de mineraloji üzerine yazdığı kitabında ele almıştı. Atom ölçeğinde kristallerin şekilleri genellikle kristal kafesteki en küçük tekrar eden atom kümesinin biçimini yansıtır. Sıradan kaya tuzu (sodyum klorür) için bu küme küp şeklindedir. Kalsiyum karbonat bileşiğinin bir mineral formu olan kalsit ise eşkenar dörtgen şekilli yüzlere sahiptir.

Kar taneleri ise kristallerin desen oluşturma potansiyelini bizlere en keyifli haliyle gösterir. Su, donarken buz kristalleri haline gelir. Kar kristalleri çıplak gözle fark edilemese de yakından incelendiğinde muazzam bir simetri ve fraktal oluşumları barındıran, donmuş su molekülleridir.

Bir Su Molekülü Nasıl Oluşur?

Kar tanelerinin hepsinin simetrik ve altı köşeli olduğunu biliyoruz. Günümüzde bunun nedeninin onun yapı taşları olan su molekülleri ile ilişkili olduğunu ve su moleküllerinin bir araya geldiklerinde son derece karmaşık davranışlar sergileyebildiklerini de biliyoruz. Bir su molekülü, tek bir oksijen atomuna 104,5 derecelik bir açıyla bağlı iki hidrojen atomundan oluşur.

Kar Tanelerinin Benzersiz Şekillerinin Arka Planındaki Bilim

Kimyanın temel özelliklerinden birisi elektronların atomlar arasında paylaşılmasıdır. Bunun sonucunda kimyasal bağlar ortaya çıkar. Bu yapıda da iki hidrojen atomu, tek elektronlarını bir oksijen atomuyla paylaşır. 104.5 derecenin nedeni ise oksijen atomunun dış seviyesinde var olan diğer iki çift elektronun varlığıdır. Su molekülüne kendine özgü şeklini ve birçok olağandışı özelliğini verende budur.

Su molekülü, elektriksel olarak nötrdür, ancak elektronların eşit olmayan dağılımı, onu kutupsal bir molekül haline getirir yani bu molekülün negatif bir ucu ve pozitif bir ucu vardır. Suyun kutupluluğunun önemli bir sonucu, su moleküllerinin birbirine yapışmayı sevmesidir. Su moleküllerinin negatif yüklü oksijen uçları, diğer su moleküllerinin pozitif yüklü hidrojen uçlarını çeker ve bir hidrojen bağı olarak bilinen şey yoluyla birbirine bağlanırlar.

Altıgen Formun Oluşumu

Kar Tanelerinin Benzersiz Şekillerinin Arka Planındaki Bilim

Sıcaklık düştüğünde, su molekülleri arasındaki kimyasal çekim hareket kabiliyetlerini ortadan kaldırır ve birbirlerine yapışmaya başlarlar. Sonunda, her köşesinde bir su molekülü olan bir altıgen biçimli bir form alırlar. Bu, istikrarlı bağlar oluşturmanın en etkili yoludur. Bu form ısı düşük kaldığı sürece yapısını korur. Bu altı su molekülü, bir kar tanesinin temelini oluşturur. Her kar tanesi atmosferde – farklı sıcaklıklar, rüzgar ve nem yoluyla – benzersiz bir yolculuk yaptığından, standart kar tanesi diye bir şey yoktur. Hepsinin tek benzerliği altıgen forma sahip olmalarıdır.

Tüm bu kar taneleri toprağa ulaştığında ya hemen eriyecek ya da sıkışmaya ve devamında kristalleşmeye başlayacaktır. Bu durum özellikle sıcaklık karı eritecek kadar bir miktar yükseldiğinde ve hemen yine düştüğünde meydana gelir. Bu yeniden donma olayı sinterleme olarak bilinir. Bir bardak sudaki buz küpleri, su ve buz arasındaki sıcaklık farkından dolayı aynı sebeple belli bir zaman sonra birbirine yapışmaktadır.

BUNU BİLİYOR MUYDUNUZ?

Kar yağarken çevremiz bize daha sessizmiş gibi gözükür ve aslında bu durum bir yanılsama değildir. Yeni yağmış kar tanelerinin yüzeyinin gözenekli yapısı karın ses dalgalarını soğurmasına imkân verir. 

Yaşadığınız yere bir daha kar yağdığında kardan adam yapmanın ve kızakla kaymanın yanı sıra kar tanelerini daha dikkatlice izlemenizi öneriyoruz. Keşfedilmeyi bekleyen farklı şekillerde daha nice kar tanesi vardır belki de etrafınızda…

Göz atmak isterseniz:

Kaynak: Jay Ingram; The Science of Why: Answers to Questions About the World Around Us

Matematiksel

Sibel Çağlar

7 yıl Kadıköy Anadolu Lisesinin devamında lisans eğitimimi Marmara Üniversitesi İng. Matematik öğretmenliği üzerine tamamladım. Devamında 20 yıl çeşitli özel eğitim kurumlarında matematik öğretmenliği ve eğitim koordinatörlüğü yaptım. 2015 yılında matematiksel.org web sitesini kurdum. Amacım bilime ilgiyi arttırmak, bilimin özellikle matematiğin zihin açıcı yönünü açığa koymaktı. Yolumuz daha uzun ve zorlu ancak en azından deniyoruz.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu