Cylchgronau Cymru

Chwiliwch trwy dros 450 o deitlau a 1.2 miliwn o dudalennau

4. Datblygiad Cemegol y Bydysawd UN o ddyletswyddau cemegydd wrth drafod 'Y Creu' yw egluro, yn gyntaf, ffurfiant yr elfennau a pham nad oes ond rhyw gant ohonynt yn bod. Rhaid iddo hefyd geisio dadansoddi pam fod digonedd o rai elfennau a chyn lleied o rai eraill, cyn troi i ddilyn datblygiad y molecylau organaidd sy'n gysylltiedig ag organebau byw. Mae'n gwbl amhosibl o fewn terfynau pennod fer fel hon i unrhyw ddyn meidrol gyflwyno mwy na darlun arwynebol, ac un sydd, o reidrwydd, wedi ei liwio gan ddiddordebau arbennig yr awdur. Serch hynny, gobeithiaf gyflwyno datblygiad cemeg fel dolen gydiol rhwng y ffisegwyr a'r seryddwyr, ar y naill law, a'r daearegwyr a'r biolegwyr ar y llaw arall. Ffurfiant yr elfennau Nid oes fawr o amheuaeth mai hydrogen yw tarddiad yr holl elfennau. Clywsom eisoes ddad- leuon o blaid ac yn erbyn y ddwy ddamcaniaeth ynghylch tarddiad y bydysawd, sef y Glec Fawr a'r Cyflwr Cyson. Digonol yw cychwyn yn y bennod hon gyda seren o hydrogen; hydrogen yw'r elfen fwyaf syml a lluosog yn y bydysawd, ac mae'n cynnwys 91 o'r holl atomau ac oddeutu 75% o'r más. Mewn niwclews hydrogen ceir un proton yn unig a siars positif iddo gydag un electron negyddol yn gwibio o'i amgylch i ffurfio'r atom. Mae gan bob elfen arall adeiladwaith mwy cymhleth; er engh- raifft, mae gan niwclews Heliwm (4He) ddau broton a dau newtron sydd yn ddi-siars, a chan garbon chwe phroton a chwe newtron, ac wrth gwrs, mae electronau negyddol o'u cwmpas i gydbwyso'r siars. Mewn seren gymharol fechan, debyg i'r Haul, gyda thymheredd mewnol o tua 107 i 5 x 107°K (mae gradd K yr un faint â gradd Celciws ond bod 0 gradd C° yn gyfartal â 273°K), fe losgir hydrogen mewn adwaith niwclear fel a ganlyn 2 proton -»(p, n) + e+ + ve 2(niwc1ews (dewteriwm) (positron) (newtrino) hydrogen) (p, n) + p -»(2p, n) + y (proton) 3He (pelydr gama) 2 p, n ->(2 p, 2 n) + 2 p 4He Yn ystod y gadwyn adwaith uchod nid yn unig fe gynhyrchir ynni enfawr, sy'n cael ei allyrru o'r seren, ond hefyd fe ffurfir heliwm (4He) o hydrogen. JOHN O. WILLIAMS Ceisiaf esbonio yn fyr pam y cynhyrchir yr ynni thermoniwclear, ond yn gyntaf rhaid crybwyll dwy o reolau sylfaenol cemeg a ffiseg. Mae i bob cyfundrefn gaëdig ynni rhydd (AG) — hynny yw, gallu'r gyfundrefn honno i gyflawni gwaith defnydd- iol megis, er enghraifft, gallu'r ager poeth i yrru olwynion trên. Ond o fewn y gyfundrefn mae tuedd i'r gwahaniaethau yn yr ynni lithro tuag at gyd- bwysedd (lleiafswm yn y newid yn yr ynni trwy'r system), neu o'i ysgrifennu yn null y mathe- mategwyr AG = 0. Mewn cyfundrefn â thym- heredd cyson fe ddaw newid yn yr ynni rhydd ( AG) naill ai o newid yn yr enthalpi (cynhwysiad y gwres, AH) neu yn yr entropi (AS). Mesur yw entropi o anhrefn y gyfundrefn. Ysgrifennir hyn fel AG = 6H -T 6S (11e mae T yn cyfeirio at y tymheredd mewn °K). Os yw'r newid yn yr entropi yn fychan mae newid yn yr ynni bron yn gyfystyr â newid yn yr enthalpi, hynny yw, cynhwysiad gwres. Yr ail reol sylfaenol i'w hystyried yw hafaliad enwog Einstein sy'n dangos y berthynas rhwng ynni (E) a más (m). Ysgrifennir E = m c2 (lle mae c yn cynrychioli cyflymder golau). Cyfeiriwyd eisoes at ffurfiant niwclei yr atomau allan o brotonau gyda siars positif a newtronau sydd heb siars. Gelwii y ddau fath o ronynnau yn niwcleonau. Mae pwysau niwclews yn llai na phwysau (más) y niwcleonau a adeiledir ohonynt. O ganlyniad i hafaliad Einstein rhaid cynhyrchu ynni i gyfateb i'r gostyngiad yn y más yn y broses o gyfuno niwcleonau i ffurfio'r niwclews (AHb). Os oes Z o brotonau ac N o newtronau mewn niwclews, yna diffinir ynni rhwymo pob niwcleon fel AHb/Z + N). (Z + N) yw cyfanswm y gronynnau yn y niwclews ac felly mae'n gyfystyr â rhif atomig yr elfen sydd dan sylw, e.e. carbon-12; heliwm-4 (Ffig. 1a). Fe welir yn Ffigur 1 fod yr ynni rhwymo yn cynyddu yn sylweddol o hydrogen hyd at atomau â rhif atomig oddeutu 20. Ceir gwerthoedd cymharol gyson hyd at haearn (Fe) ond mewn elfennau gyda niwclei mawr, ac yn arbennig felly os ydynt yn fwy na phlwm (Pb), ceir lleihad yn yr ynni rhwymo. Dengys y ffigur ddwy ffaith ddiddorol. Yn gyntaf, y niwclei agosaf at haearn sydd wedi eu clymu gryfaf. Yn ail, gallwn gysoni'r posibiliadau o ryddhau ynni o adweithiau niwclear â'r duedd i'r gyfundrefn