Bir Toz Zerresi Neden Yerinde Duramaz? Brown Hareketinin Görünmez Düzeni

Bir bardak suya baktığınızda sakinlik görürsünüz. Oysa yeterince küçülebilseydiniz, kendinizi durmaksızın çarpışan moleküllerin ortasında bulurdunuz. Bu görünmez kalabalığın arasına bırakılan küçük bir parçacık, sarhoş bir gezgin gibi sağa sola savrulur. Ne hedefi vardır ne de takip ettiği düzgün bir rota. İşte Brown hareketi, durağan görünen dünyanın içindeki bu sürekli telaştır. Üstelik rastlantının nasıl ölçülebilir bir düzene dönüştüğünü gösteren etkileyici bir örnektir.

Mikroskop altında başlayan bilmece

Botanikçi Robert Brown, 1827 yılında suda asılı duran polenlerden çıkan küçük parçacıkları incelerken tuhaf bir hareket fark etti. Parçacıklar sürekli, düzensiz ve kesintili biçimde yer değiştiriyordu. İlk akla gelen açıklama, bunun yaşamla ilgili olmasıydı. Fakat Brown, cansız maddelerin küçük parçacıklarında da aynı davranışı gözlemledi. Demek ki mikroskobun altında dans eden şey, canlılığın özel bir numarası değildi. Daha temel bir fiziksel mekanizma iş başındaydı.

Moleküler Süreçler

Kimyasal reaksiyon süreci, geçiş durumu olarak bilinen kesin engeli aşmayı içerir. Reaksiyona girenlerin henüz ürünler haline gelmediği bu noktada, söz konusu maddeler ne biri, ne de diğeridirler. Eski bağların kimi kopmakta ve yenileri oluşmaktadır. Bu kritik noktayı aşmak için gereken enerjiye Gibbs enerjisi denir. Bir molekül reaksiyona girmeden önce, onu belirli bir noktada geçiş durumuna getirecek miktarda enerjiye ihtiyaç duyar.

Normal sıcaklıklarda, reaksiyona giren moleküllerin sadece küçük bir kısmı yeterli enerjiye sahiptir. Sıcaklık yükseldiğinde, bu enerjiye sahip olan moleküllerin oranı da artar. Bu nedenle ısıtma kimyasal reaksiyonları hızlandırmanın bir yoludur. Sanayide yaygın olarak kullanıldığı gibi, katalizör kullanılarak sürece katkıda bulunmak da mümkündür. Her ne kadar gerçekleşmeye devam etseler de, birçok süreç katalizörler olmadan ekonomik olmayacak kadar yavaş işler. Katalizörler süreçte yer alan maddelerin bileşimini değiştiremeyecekleri gibi, bu maddelerin Gibbs enerjilerini de değiştiremezler, ama bunların arasında daha kolay yollar açarlar.