Benzer Elektrik Yüklü Parçacıklar Arasında Çekim Kuvvetleri

Söz konusu elektronlar, protonlar gibi “noktasal” parçacıklar olduğunda aynı işaretli elektrik yüklerinin birbirini ittiği, zıt işaretli elektrik yüklerinin birbirini çektiği bilinir. Ancak çok sayıda elektrik yüklü noktasal parçacığın bir araya gelmesiyle oluşan “bileşke” parçacıklarda durum farklıdır. 1980’lerin başlarından beri, aynı işaretli toplam elektrik yüküne sahip parçacıkların çok değerlikli* karşıt iyonlar (zıt elektrik yüklü iyonlar) içeren elektrolit çözeltilerde (elektrik yüklü iyonlar içeren çözeltiler) birbirini çekmesinin mümkün olduğu biliniyordu. Örneğin alüminyum klorür (AlCl₃) suda çözündüğünde +3 yüklü alüminyum (Al³⁺) ve -1 yüklü klorür (Cl^-) iyonlarına ayrışır. Cl^- iyonları için Al³⁺ iyonları çok değerlikli karşıt iyonlardır. Bir AlCl₃ çözeltisinde Cl^- iyonları arasında çekici elektriksel kuvvetler ortaya çıkabilir. Bu durumun sebebi, parçacıklardaki elektrik yüklerinin eşit dağılmaması, benzer elektrik yüklerinin parçacığın belirli bir bölgesinde yoğunlaşması, yani parçacığın polarize olmasıdır.

Geçmişte sadece tek değerlikli karşıt iyonlar içeren bir çözeltide aynı işaretli toplam elektrik yüküne sahip parçacıkların her zaman birbirini iteceği düşünülüyordu. Ancak Alexandre P. Dos Santos ve Yan Levin yakın zamanlarda Physical Review Letters’ta yayımladıkları bir makalede bu çözeltilerde de aynı işaretli elektrik yüküne sahip parçacıkların birbirini çekmesinin mümkün olduğunu gösterdi.

Tek değerlikli karşıt iyonlar içeren bir çözeltideki aynı işaretli ancak farklı büyüklükte elektrik yüklerine sahip parçacıklar arasında çekim kuvvetleri ortaya çıkıyor.

Geçmişte bu konu üzerine yapılan çalışmalarda “aynı işaretli ve aynı” büyüklükte elektrik yüklerine sahip parçacıklar göz önünde bulunduruluyordu. Son yapılan çalışmada ise araştırmacılar “aynı işaretli ancak farklı büyüklükte” elektrik yüklerine sahip parçacıklara odaklanmışlar. Kuramsal hesaplar, sadece tek değerlikli karşıt iyonlar içeren bir çözeltide, küre biçimli, aynı işaretli ancak farklı büyüklükte elektrik yüklerine sahip iki parçacık arasında çekim kuvvetleri ortaya çıkacağını gösteriyor. Bu durumun nedeni büyük elektrik yüküne sahip parçacığın etkisiyle küçük elektrik yüküne sahip parçacığın polarize olması, zıt işaretli elektrik yüklerinin yakın tarafta, aynı işaretli elektrik yüklerinin uzak tarafta birikmesi. Elde edilen sonuçla ilgili önemli bir nokta, çekim kuvvetlerinin sadece parçacıklar küre biçimli olduğunda ortaya çıkması. Bu durum ortaya çıkan sonuçta parçacıkların geometrisinin de önemli olduğu anlamına geliyor.

* Bir iyonun değerliği, kazandığı ya da kaybettiği elektron sayısını ifade eder. Örneğin (Al³⁺) 3 elektron kaybettiği için +3 değerliklidir, (Cl^-) 1 elektron kazandığı için -1 değerliklidir. Kazandığı ya da kaybettiği elektron sayısı 1 olan iyonlara tek değerlikli iyonlar,  1’den fazla olan iyonlara çok değerlikli iyonlar denir.