19. yüzyılın ilk yılları, kimyada maddeye bilimsel bakışı kökten değiştiren büyük gelişmelere tanık oldu. 1803’te John Dalton her elementin, o elemente özgü atomlardan oluştuğunu öne sürdü ve atom ağırlığı kavramını kullanarak, elementlerin birbirleriyle her zaman tam sayılı oranlarda nasıl birleştiklerini açıkladı.

Jöns Jakob Berzelius bu 2000 bileşiği inceleyip bu oranları araştırdı. Bugün kullandığımız adlandırma sistemini – hidrojen için H, karbon için C gibi – icat etti ve o zaman bilinen 40 elementin atom ağırlıklarının bir listesini hazırladı. Canlı organizmaların kimyası için “organik kimya” terimini – bu terim daha sonra karbon kimyası anlamına gelecekti – icat etti. 1809’da Fransız kimyacı Joseph Louis Gay-Lussac gazların basit oranlarda nasıl birleştiklerini açıkladı ve iki yıl sonra Italyan Amedeo Avogadro eşit hacimli gazların eşit sayıda molekül içerdiğini öne sürdü. Elementlerin bileşimini düzenleyen katı kurallar bulunduğu açıktı. Atomlar ve moleküller esas olarak kimsenin doğrudan görmediği teorik kavramlar olarak kaldı; ama açıklayıcılıkları giderek artan kavramlardı.

Gecenin bir kısmını bu düşüncelerin hiç olmazsa taslaklarını kağıda geçirmekle geçirdim. Yapısal teori bu şekilde var oldu.

Friedrich August Kekulé

Her elementin atomları diğer atomlarla belirli sayıda yolla birleşebilir. Buna valans denilir. Karbon atomlarının dörtlü bir valansı vardır. Benzen moleküllerinde, karbon atomları birbirine bağanıp halkalar oluşturur, hidrojen atomları onlara bağlanır. Bu yapı Kekulé’ye kendi kuyruğunu yakalayan bir yılan gibi görünür.

Valans

1852’de atomların birbirlerine nasıl bağlandığını anlamaya yönelik ilk adımı, valans – bir elementin her atomunun bağlanabileceği atom sayısı – düşüncesini tanıtan İngiliz kimyacı Edward Frankland attı. Hidrojenin bir valansı vardır, oksijenin iki. Sonra 1858’de Britanyalı kimyacı Archibald Scott Couper, kendi kendine bağlanan karbon atomları arasında bağlanan karbon atomları arasında bağlar oluştuğunu ve moleküllerin birbirine bağlanan atom zinciri olduklarını gösterdi. Dolayısıyla, iki parça hidrojen ile bir parça oksijenden oluştuğu bilinen su, H2O ya da H-O-H (burada “-” bir bağı gösterir) olarak ifade edilebilir. Karbonun dört valansı vardır, yani dört değerliklidir; bu yüzden bir karbon atomu, metan (CH4) olduğu gibi, dört bağ oluşturabilir; metanda hidrojen atomları karbonun etrafında dört yüzlü biçimde dizilir. (Bugün kimyacılar bir bağın, iki atomun paylaştığı elektron çiftini temsil ettiğini; H, O ve C simgelerinin uygun atomun merkez kısmını temsil ettiğini düşünür.)

Couper o sırada Paris’te bir laboratuvarda çalışıyordu. Bu arada Almanya’da, Heidelberg’de Friedrich August Kekulé aynı düşünceyi öne sürüp, 1857’de karbonun dört valanslı olduğunu ve 1858’de karbon atomların birbirine bağlanabildiğini ilan etmişti. Couper’ın tebliğinin yayımlanması gecikmişti; dolayısıyla Kekulé kendi tebliğini ondan bir ay önce yayımladı ve kendi kendine bağlanan karbon atomları düşüncesinde öncelik onun oldu. Kekulé atomların arasındaki bağlara “ilginlik” (affinity) dedi ve 1859’da çıkan popüler kitabı Textbook of Organic Chemistry‘de düşüncelerini daha ayrıntılı bir biçimde açıkladı.

Ekran Aalintisi
Karbon Bileşikleri

Kimyasal tepkimelerden elde edilen kanıtlara dayalı teorik modeller çıkaran Kekulé, dört valanslı karbon atomlarının birbirine bağlanıp, başka valanslı başka atomların (hidrojen, oksijen ve klor gibi)bağlanabildiği bir “karbon iskeleti” oluşturduğunu ilan etti. Aniden organik kimya anlam kazanmaya başladı ve kimyacılar, her tür moleküle yapısal formül tahsis etti.

Metan (CH4), etan (C2H6) ve propan (C3H8) gibi basit hidrokarbonlar artık karbon atomları zinciri olarak görülüyordu; bu zincirde boş valansları hidrojien atomları doldurmaktaydı. Böyle bir bileşiğin, sözün gelişi klorla (Cl2) tepkimesi, bir ya da daha fazla hidrojen atomunun yerini klor atomunun aldığı bileşikler – klorometan ya da kloroetan gibi bileşikler – meydana getiriyordu. Bu yer değiştirmenin bir özelliği, klorun orta karbon atomuna mı yoksa uçtaki karbon atomlarından birine mi bağlandığına bağlı olarak kloropropanın iki farklı biçimde, 1-kloropropan ya da 2-kloropropan şeklinde olmasıydı. Bazı bileşiklerin, atom valanslarını doyurmak için çiftbağa ihtiyacı vardır: örneğin oksijen molekülü (O2) ve etilen molekülü (C2H4). Etilen klorla tepkimeye girer ve sonuç, yer değiştirme değil, katılma olur. Klor çift bağa eklenip 1,2 dikloroetan (C2H4Cl2) meydana getirir. Oldukça tepkin olan ve oksiasetilen kaynak hamlacında kullanılan asetilen (C2H2) ve nitrojen molekülü (N2) de dahil, bazı bileşiklerin üçlü bağı bile vardır.

Ama benzen bir bilmece olarak kaldı. Formülünün C6H6 olduğu anlaşıldı; ama asetilenle eşit sayıda karbon ve hidrojen atomlarına sahip olmasına rağmen, asetilenden çok daha az tepkindir. Yüksek tepkinli olmayan doğrusal bir yapı geliştirmek, gerçek bir muammaydı. Açıkçası çift bağ olmalıydı, ama nasıl dizildikleri bir sırdı. Dahası, benzen klorla katılarak (etilen gibi) değil, yer değiştirerek tepkimeye girer: Bir klor atomu bir hidrojen atomunun yerini alır. Benzenin hidrojen atomlarından birinin yerini bir klor atomu alınca, sonuç yalnızca tek bileşik olur: C6H5Cl, klorobenzen. Öyle görünüyordu ki, klor atomu herhangi bir karbon atomuna bağlandığına göre bütün karbon atomları eşdeğerdi.

Benzen Halkaları

Benzenin yapısına ilişkin bilmecenin çözümü, 1865’te bir rüyada Kekulé’ye malum oldu. Çözüm, karbon atomlarının oluşturduğu bir halkaydı; her birine bir hidrojen atomunun bağlandığı altı atomun hepsinin eşit olduğu bir halka. Yani klorobenzende klor, halkanın etrafında herhangi bir yere bağlanabilirdi.

Bu teoriye bir destek de, klorun hidrojenin yerini iki kez alıp diklorobenzeni (C6H4Cl) meydana getirmesiyle geldi. Eğer benzen, bütün karbon atomları eşit altı üyeli bir halkaysa, bu bileşiğin üç ayrı biçimi ya da “izomeri” olmalıdır – iki klor atomu bitişik karbon atomları üzerinde, başka bir karbonla ayrılmış karbon atomları üzerinde ya da halkanın karşıt uçlarında olabilirdi. İşin böyle olduğu anlaşıldı ve üç izomere sırasıyla orta-, meta- ve para- diklorobenzen adı verildi.

Bir hexabenzocoronene molekülünün bu görüntüsü, bir atomsal kuvvet mikroskopu kullanılarak elde edildi. Çapı 1,4 nanometredir ve farklı uzunlukta karbon-karbon bağlarını gösterir.
Simetri Kurmak

Benzen halkasının gözlemlenen simetrisi konusunda hala çözülmemiş bir sır vardı. Her karbon atomu dört valansını doyurmak için, diğer atomlarla dört bağı olmalıdır. Yani, hepsinin “yedek” bir bağı vardı. Kekulé ilk önce, halkanın etrafındaki almaşık tek ve çift bağları çizdi; ama halkanın simetrik olması gerektiği anlaşılınca, molekülün iki yapı arasında kararsız kaldığını öne sürdü.

Elektron 1896’ya kadar keşfedilmedi. Bağların elektron paylaşımıyla oluştuğu düşüncesini, Amerikalı kimyacı G. N. Wilson 1916’da önerdi. 1930’larda Linus Pauling kuantum mekaniğini kullanarak, benzen halkasındaki altı yedek elektronun çift bağlara yerleşmediğini, halkanın etrafına yayıldığını ve karbon atomları arasında eşit paylaşıldığını, bu nedenle karbon-karbon bağların tek ya da çift değil, 1,5 olduğunu açıkladı. Benzen molekülünün yapısına ilişkin bilmeceyi çözmek için fiziğin bu yeni düşüncelerine ihtiyaç vardı.

Esin Rüyası

Kekulé’nin rüyasını anlatımı, esin kıvılcımına ilişkin en çok anılan kişisel anlatımdır. Anlaşılan hipnogojik bir durumdaydı – uykuya dalmanın eşiğinde: Bu durumda gerçekler ile imgelem iç içe geçer. Bunu Halbschlaf, yani yarı-uyku olarak tarif etti. Aslında bu türden iki ayakta uyumayı tarif eder: İlki, olasılıkla 1855’te Güney Londra’da Clapham Road’a doğru giden bir otobüsün tepesinde. “Atomlar gözlerimin önünde kıpırdıyorlardı. Bu küçük parçacıkları hareket halinde hep görmüştüm, ama hareket tarzlarını anlamayı başaramamıştım. Bugün iki küçük atomun ne kadar sık kaynaşıp bir çift oluşturduğunu, büyüklerin küçükleri nasıl yuttuğunu ve daha büyüklerin üç, hatta dört küçük atomu bağladığını gördüm.”

İkinci olay Belçika’da, Ghent’teki çalışma odasında gerçekleşti; olasılıkla kendi kuyruğunu ısıran yılan simgesinden esinlendi: “Benzen halkası teorisinde de aynı şey oldu… Sandalyeyi şömineye çevirdim ve baygın bir durumdaydım… atomlar gözlerimin önünde kıpırdıyordu… Uzun sıralar, çoğu zaman daha yoğun bağlantılı; her şey hareket halinde, yılan gibi kıvrılıyor ve dönüyor. O da ne? Yılanlardan biri kendi kuyruğunu yakaladı ve bu görüntü gözlerimin önünde alay edercesine dönüp durdu.”

Kekulé'nin Rüyası

Kekulé benzen halkaları teorisini formüle ettiği anı rüya benzeri bir görüm olarak tarif etti; burada bir ejderha olarak tasvir edilen eski ouroboros simgesinde olduğu gibi kendi kuyruğunu ısıran bir yılan gördü.

Friedrich August Kekulé Kimdir?

Friedrich August Kekulé

Kendisine August diyen Friedrich August Kekulé, şimdi Almanya’nın Hesse eyaletinde bulunan Darmstadt’ta 7 Eylül 1829’da doğdu. Giessen Üniversitesindeyken mimarlık okumayı bırakıp, Justus von Liebig’in derslerini dinledikten sonra kimyaya yöneldi. Sonunda Bonn Üniversitesinde kimya profesörü oldu.

1057’de ve ertesi yıl Kekulé, karbonun dört valansı, basit organik moleküllerde bağlanma ve benzenin yapısı üzerine bir dizi yazı yayımladı; bu yayınlar onu, moleküler yapı teorisinin baş mimarı yaptı. 1895’te Kaiser II. Wilhelm tarafından soyluluk unvanı verildi ve August Kekulé von Stradonitz oldu. Kimya dalında ilk beş Nobel ödülünün üçünü onun öğrencileri aldı.

Önemli Eserleri:
1859 – Textbook of Organic Chemistry
1887 – The Chemistry of Benzene Derivatives or Aromatic Substances

Katı bir madde ısıtılırsa sıvıya, sıvı ısıtılırsa gaza dönüşür. Örneğin, buzu ısıtırsak da sıvı hale geçer, su olur. Suyu ısıtırsak gaz hale geçer, su buharı elde ederiz. Peki, gaz ısıtılırsa ne olur? Madde, katı, sıvı ve gazın ötesinde plazmaya, yani iyonlaşmış gaza dönüşür. Bilimadamları plazmayı 1920’lerde keşfettiler ve maddenin dördüncü hali olarak kabul ettiler.

maddenin halleri

Plazmayı anlamak için önce maddenin atom yapısını iyi öğrenmek gerekir. Maddenin atomlardan oluştuğunu biliyoruz. Atomlar da bir çekirdek ve bu çekirdeğin çevresinde dönen elektronlardan oluşur. Çekirdeğin iki atomaltı parçacığı vardır: proton ve nötron. Nötronların elektrik yükü yoktur. Protonlar artı (+), elektronlar eksi (-) yüklüdür. Mıknatıslarda zıt kutuplar birbirini çeker, değil mi? Benzer şekilde protonlar da çekirdek çevresinde dönen elektronları çekerler. Yoksa, elektronlar dönmenin etkisiyle uzaklaşıp giderlerdi. Bir atomda bulunan proton ve elektron sayıları eşittir. Böyle bir atom yüksüzdür. Ama atomlar elektron kazanabilir ya da kaybedebilir. Bu durumda iyonlaşırlar. Bir anda kimya biliminin içine daldık, ama bunları bilmek önemli. Çünkü maddenin plazma halinde atomlar serbest elektronlar ve iyonlara ayrışır. Maddeyi bu hale getiren yüksek sıcaklık, yüksek voltaj ya da yüksek basınçtır. Milyonlarca derecedeki bir sıcaklık, çekirdek çevresinde dolanan elektronları hızlandırır. Elektronlar öyle hızlanır ki, protonların çekim etkisinden kurtulurlar.

plazma

Bunları anlamak zor olabilir. Çünkü plazma çevremizde sıklıkla görebileceğimiz bir madde hali değil. Yine de farkında olmadan plazmayla ilgili bir şeyler duymuş ya da görmüş olabilirsiniz! Sözgelimi, floresan lamba! Yanan bir floresan lambanın içinde maddenin plazma hali bulunur. Lambayı açmak için elektrik düğmesine bastığınızda yüksek elektrik voltajı uygularsınız. Elektrik, ince uzun tüpte akarken tüpün içindeki gazın atomlarını uyarır ve yükler. Bu da lamba içinde plazma, dolayısıyla ışık oluşmasına neden olur. Diğer bir plazma örneği, neon lambalardır. Benzer şekilde elektrik, neon atomlarını yükler ve bir tüpün içindeki gaz plazmaya dönüşür. Peki, yıldırımlara ne dersiniz? Fırtınalı havalarda gördüğünüz yıldırımlar da çevrelerindeki havanın plazma haline gelmesine neden olur. Atmosferin yoğun radyasyona uğrayan manyetosfer katmanında oluşan “kuzey ışıklarını” biliyor musunuz? Güneş rüzgarlarıyla uzaya savrulan yüklü parçacıklar, Dünya’nın manyetik alanına yakalanır. Burada yakalanan parçacıklar, manyetik alan boyunca ilerler ve bir bölümü kutup bölgelerinde atmosfere girer. Bu parçacıklar, oksijen ve azot atomlarıyla çarpışır ve elektronları uzaklaştırarak uyarılmış düzeylerde iyon oluştururlar. Bu iyonlar, floresan ya da neon lambalarda olduğu gibi ışınım yapar. Bu kendine özgü, olağanüstü güzellikteki ışınıma “kuzey ışıkları” (aurora) denir. İşte, bu ışıkların kaynağı plazmadır. Alaska, İskoçya ya da Norveç’in kuzeyi gibi bölgelerde havanın açık olduğu bazı gecelerde kuzey ışıklarını görmek olasıdır.

Birçok insan, Güneş ve gezegenler arasında uzayın boş olduğunu düşünür. Oysa Güneş, yıldızlar, gökadalar, yıldızlar arası ve gökadalar arası uzayda da plazma bulunur. Bilimadamları, görünür evrendeki maddenin % 99’unun plazma olduğunu tahmin ediyorlar. Görünür evren diyorlar; çünkü evrenin kütlesinin % 90’ının “karanlık madde”, yani bileşimi ya da hali hakkında hiçbir şey bilmediğimiz bir biçimde olduğunu düşünüyorlar. Tüm bunlar ne anlama gelir? Gökadaları düşünmek zor olabilir. Biz Güneş Sistemi’ni düşünelim. Güneş, bir yıldız ve şu anda milyonlarca derece sıcaklıkta bir gaz topu değil mi? Yüksek sıcaklıkta gazların iyonlaşarak plazmaya dönüştüğünü hatırlayın. Gerçekten Güneş’in korona adı verilen en dış tabakasında yüksek sıcaklıktan dolayı atomlar elektonlarını kaybetmiş durumdadır. Peki, Güneş plazma haldedir; ya gezegenler arası boşluğa plazma nereden gelir? Elbette Güneş rüzgarlarından! Güneş rüzgarları, plazmanın koronadan akmasıyla oluşur.

Plazmanın günlük yaşamımızdaki yerini de merak edebilirsiniz. Belki de plazma TV’leri duymuşsunuzdur. Yüksek aydınlatma verimiyle lambalarla, yarı iletkenlerin üretimiyle bilgisayar, TV ve elektronik eşyalarla plazma teknolojisi evlerimize girmeye başlıyor. Elektronik çip yapımı, elmas yapımı, radar ve füzyon araştırmalarına kadar birçok alanda plazmanın adı geçiyor. Plazma, tıpta da kullanım alanı buluyor; çünkü mikrop öldürücü etkisi var. NASA’da bilimadamları, plazma roket motorları geliştirmeye çalışıyorlar. Uzmanlar, plazma roket motorlarıyla uzay gezilerinin daha kısa ve masrafsız olacağını, hatta Mars’a insanlı uçuşun böyle bir motorla gerçekleşebileceğini düşünüyorlar. Endüstride de kaplama, temizleme, aşındırma, kesme, eritmeden tutun, kimyasal olarak maddeleri değiştirme işlemlerine kadar her alanda kullanılıyor, deneniyor, araştırılıyor. Plazmanın birçok değişik alanda kullanılmaya çalışılmasının bir nedeni de iyi bir iletken, dolayısıyla elektrik ve manyetik alanlara yanıt veren etkili bir radyasyon kaynağı olması. Uzmanlar, bu kaynağın nükleer kaza riski olmadığını da ekliyorlar. İyi, etkin ve doğru kullanılırsa plazma, yeni alanlarda da yaşamımıza girebilecek ucuz bir enerji kaynağı olacak gibi gözüküyor.

19. yüzyılın ortasına gelindiğinde atomlar ve moleküller kimyada temel düşünce haline gelmişti ve pek çok bilim insanı, elementlerin ve bileşiklerin kimliği ve davranışı bakımından çok önemli olduklarını biliyorlardı. Çok azı fizikte yerleri olduğunu düşünüyordu; ama 1880’lerde Avusturyalı fizikçi Ludwig Boltzmann gazların kinetik teorisini geliştirip, atomları ve molekülleri de fiziğin merkezine yerleştirdi.

18. yüzyılın başında İsviçreli fizikçi Daniel Bernoulli, gazların hareket eden çok sayıda molekülden oluştuğunu ortaya atmıştı. Bu moleküllerin etkisi, basıncı, kinetik enerjileri (hareket enerjileri) ısı yaratır. 1840’larda ve 1850’lerde bilim insanları, gazların özelliklerinin sayısız parçacığın ortalama hareketini yansıttığını anlamaya başlamıştı.

1859’da James Clerk Maxwell moleküllerin hızını ve çarpışmadan önce ne kadar yol aldıklarını hesapladı ve sıcaklığın, moleküllerin ortalama hızının bir ölçüsü olduğunu gösterdi.

İstatistiğin Önemi

Boltzmann, istatistiğin ne kadar önemli olduğunu açığa çıkardı. Maddenin özelliklerinin, hareketin temel yasaları ile istatistiksel olasılık kurallarının bir bileşimi olduğunu gösterdi. Bu ilkeden yola çıkarak, şimdi Boltzmann Sabiti denilen bir sayı hesaplayıp, bir gazın basıncını ve hacmini moleküllerinin sayısıyla ve enerjisiyle ilişkilendiren bir formül ortaya koydu.

Moleküler Hareket Hakkında Tarihsel Görüşler

1738 – Daniel Bernoulli; gazların hareket eden moleküllerden oluştuğunu ortaya atar.

1827 – İskoç botanikçi Robert Brown; polenin sudaki hareketini tanımlar; bu, Brown Devinimi olarak anılır.

1845 – İskoç fizikçi John James Waterston; enerjinin gaz molekülleri arasında istatistiksel kurallara uygun nasıl hareket ettiğini açıklar.

1857 – James Clerk Maxwell; moleküllerin ortalama hızını ve çarpışmalar arasındaki ortalama mesafeyi hesaplar.

1905 – Albert Einstein, Brown devinimini matematiksel olarak analiz ederek, molekül etkisinin sonucu olduğunu gösterir.

Alessandro Volta’nın pili buluşundan esinlenen kimyacılar kuşağının öncü ışığı İsveçli Jöns Jakob Berzelius bir dizi deney yapıp, elektriğin kimyasallar üzerindeki etkisine baktı. 1819’da yayımlanan, Elekrokimyasal İkicilik (Düalizm) denilen ve bileşiklerin karşıt elektrik yüklü elementlerin bir araya gelmesiyle yaratıldığını öne süren bir teori geliştirdi. 1803’te Berzelius bir maden sahibiyle birlikte çalışıp, bir volta pili yapmış ve elektriğin tuzları nasıl ayırdığını görmüştü. Alkali metaller ile alkalin topraklar pilin negatif kutbuna; oksijen, asitler ve oksitlenmiş maddeler pozitif kutbuna göç etti. Tuzlu bileşiklerin pozitif yüklü bazik bir oksit ile negatif yüklü asidik bir oksiti birleştirdiği sonucuna vardı.

Berzelius düalist teorisini geliştirip, bileşiklerin, bileşen parçalar arasında karşıt elektrik yükünün çekimiyle birbirine bağlandığını öne sürdü. Bu teori, daha sonra yanlış olduğu gösterilmesine rağmen, kimyasal bağlara ilişkin araştırmaları tetikledi. 1916’da elektriksel bağlanmanın “iyonik” bağlanma olarak gerçekleştiği; yani atomların elektron kazanarak ya da kaybederek birbirini karşılıklı olarak çeken yüklü atomlar ya da iyonlar haline geldikleri anlaşıldı. Aslında bu, bir bileşikte atomların bağlanma yollarından yalnızca biriydi – biri de, elektronların atomlar arasında paylaşıldığı kovalent bağdır.

Kimyasal Bileşikler Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1704 – Isaac Newton atomların bir kuvvet tarafından birbirine bağlandığını öne sürer.

1800 – Alessandro Volta iki farkı metali yan yana koymanın elektrik üretebildiğini gösterir ve böylece ilk pili yaratır.

1807 – Humphry Davy tuzları elektrolizle ayırarak sodyumu ve diğer metal elementleri keşfeder.

1857-58 – August Kekule ve diğerleri valans – bir atomun oluşturabildiği bağ sayısı – düşüncesini geliştirir.

1916 – ABD’li kimyacı Gilbert Newton Lewis elektronların paylaşıldığı kovalent bağ düşüncesinin öne sürerken, Alman fizikçi Walther Kossel iyonik bağlar düşüncesini önerir.

18. yüzyılın sonuna doğru bilim insanları dünyanın bir dizi temel maddeden ya da kimyasal elementten oluştuğunu anlamaya başlamıştı. Ama hiç kimse bir elementin ne olduğundan emin değildi. İngiliz meteorolog John Dalton hava durumuna ilişkin incelemelerinde, her elementin kendine özgü benzersiz, özdeş atomlardan oluştuğunu ve bir elementi ayırt eden ve tanımlayan şeyin bu özel atom olduğunu gördü. Dalton kimyanın temelini attı. Atom düşüncesinin tarihi eski Yunanistan’a kadar geri gider; ama hep bütün atomların özdeş oldukları varsayılmıştı. Dalton’ın farkı, her elementin farklı atomlardan oluştuğunu anlamış olmasıydı. O zaman bilinen elementleri – hidrojen, oksijen ve nitrojen dahil – oluşturan atomları “katı, tek parça halinde, sert, içine girilmez, hareketli parçacıklar” olarak tarif etti.

Dalton Atom Modeli 2

Elementler birbirleriyle birleşip sabit oranlı bileşikler oluşturur.
– Bu sabit oranlar her bir elementin atomlarının göreli ağırlığına bağlı olmalıdır.
– Bu nedenle bir elementin atom ağırlığı, bir bileşiğe giren her elementin ağırlığından hesaplanabilir.
Elementler tablosu nihai parçacıkların ağırlığını temel alır.

Dalton’ın düşünceleri, havanın su emme miktarını hava basıncının nasıl belirlediğini araştırırken ortaya çıktı. Havanın farklı gazların bir karışımı olduğuna inanmaya başladı. Deney yaparken, verili miktarda saf oksijenin aynı miktarda saf nitrojenden daha az su buharı tuttuğunu gözlemledi ve bundan, oksijen atomlarının nitrojen atomlarından daha büyük ve daha ağır olduğu sonucunu çıkardı.

Dalton Atom Modeli

Ağırlık Önemlidir

Dalton farklı elementlerin atomlarının ağırlıklarına göre ayırt edilebileceğini anladı. İki ya da daha fazla elementin atomlarının ya da “nihai parçacıklarının” birleşip çok basit oranlı bileşikler oluşturduklarını gördü ve bu şekilde, bir bileşiğe giren her elementin ağırlığıyla her atomun ağırlığını çıkarabilirdi. Çok hızlı bir biçimde o zaman bilinen her elementin atom ağırlığını ortaya çıkardı.

Atom Modelleri Nedir Özellikleri Nelerdir.

Dalton’a göre hidrojen en hafif gazdı, bu nedenle onun atom ağırlığını 1 olarak belirledi. Suda hidrojenle birleşen oksijenin ağırlığından ötürü, oksijenin atom ağırlığını 7 olarak belirledi. Ne var ki, Dalton’un yönteminde bir kusur vardı; çünkü aynı elementin atomlarının birleşebileceğini fark etmedi. Bir atom bileşiğinde – bir molekülde – her elementten yalnızca bir atom olduğunu varsaydı. Ama Dalton’un çalışması bilim insanlarını doğru yola sokmuştu ve on yıl içinde İtalyan fizikçi Amedeo Avogadro bir moleküler oran sistemi geliştirip, atom ağırlıklarını doğru bir biçimde hesapladı. Yine de Dalton’un teorisinin temel düşüncesinin – her elementin kendine özgür benzersiz büyüklükte atomları olduğu düşüncesi – doğru olduğu anlaşıldı.

Dalton’nun tablosu farklı elementlerin simgelerini ve atom ağırlıklarını gösterir. Dalton, meteoroloji üzerinden, hava ve su parçacıklarının neden birbirine karışabildiğini kendine sorarak atom teorisine ulaştı.

John Dalton Kimdir?

İngiltere’de Lake District’te 1766’da Quaker bir ailede doğan John Dalton, 15 yaşından itibaren düzenli hava durumu gözlemleri yaptı. Bunlar birçok önemli içgörü edinmesini sağladı (atmosfer neminin hava soğuyunca yağmura dönüştüğünü görmesi gibi). Dalton meteorolojik araştırmaları dışında, kardeşiyle paylaştıkları bir durumdan da büyülendi: renk körlüğü. Bu konuyla ilgili bilimsel tebliği, 1817’de başkanlığına seçildiği Manchester Edebiyat ve Felsefe Derneğine kabul edilmesini sağladı. Bu dernek için, atom teorisiyle ilgili olanlar da dahil yüzlerce bilimsel yazı yazdı. Atom teorisi hızla kabul gördü ve Dalton sağlığında bir şöhret oldu. 1844’te Manchester’da cenaze törenine 40.000’den fazla kişi katıldı.

John Dalton

Önemli Eserleri:
1805 – Experimental Enquiry into the Proportion of the Several Gases or Elastic Fluids, Constituting the Atmosphere (Atmosferi Oluşturan Çeşitli Gazların ya da Elastik Sıvıların Oranları Üzerine Deneysel İnceleme)
1808 – 1827 – New System of Chemical Philosophy (Yeni Kimya Felsefesi Sistemi)

Atom Modelleri

Elementler Hakkında Tarihsel Gelişmeler

MS yaklaşık 400 – Demokritos, dünyanın bölünmez parçacıklardan oluştuğunu öne sürer.

MS 8. yüzyıl – İranlı bilgin Cabir bin Hayyan elementleri metal olanlar ve olmayanlar şeklinde sınıflandırır.

1794 – Joseph Proust; bileşiklerin, her zaman aynı oranda birleşen elementlerden oluştuğunu gösterir.

1811 – Amedeo Avogadro, eşit miktarda farklı gazın eşit sayıda molekül içerdiğini gösterir.

1869 – Dimitri Mendeleyev, elementleri atom ağırlıklarına göre sergileyen bir periyodik tablo çizer.

1897 – Joseph John Thomson elektronu keşfederek, olası en küçük parçacığın atom olmadığını gösterir.

Fransız kimyacı Joseph Proust 1794’te yayımladığı Sabit Oranlar Yasası, elementler nasıl birleşirse birleşsin, bir bileşikte her elementin oranının her zaman aynı olduğunu gösterir. Bu teori, elementlerle ilgili bu dönemde ortaya çıkıp modern kimyanın temelini oluşturan temel düşüncelerden biriydi.

Joseph Proust

Proust keşfini yaparken, Fransız kimyacılığında Antoine Lavoisier’in öncülük ettiği, ağırlıkların, oranların ve yüzdelerin dikkatli ölçülmesini savunan bir eğilime uygun davranıyordu. Proust, metal oksitlerinde metallerin oksijenle birleşme yüzdelerini inceledi. Metal oksitler oluştuğunda, metal ve oksijen oranının sabit olduğu sonucuna vardı. Aynı metal farklı bir oranda oksijenle birleştiğinde, farklı özelliklere sahip farklı bir bileşik oluşturuyordu.

elementler

Herkes Proust’la hemfikir değildi; ama 1811’de İsveçli kimyacı Jöns Jakob Berzelius, Proust’un teorisinin, John Dalton’ın elementlere ilişkin yeni atom teorisine – her elementin kendi benzersiz atomlarından oluştuğunu söyleyen teori – uygun olduğunu anladı. Bir bileşik her zaman aynı atomların bileşiminden oluşuyorsa, elementlerin her zaman sabit oranlarda birleştiğini söyleyen Proust’un savı doğru olmalı. Bu, bugün kimyanın temel yasalarından biri kabul edilir.

element tablosu

Elementler Hakkında Tarihsel Görüşler

MÖ 400 – Yunan düşünür Demokritos, dünyanın nihayetinde bölünmez küçük parçacıklardan – atomlar – oluştuğunu öne sürer.

1759 – İngiliz kimyacı Robert Dossie, “doygunluk oranı” dediği doğru oranda oldukları zaman maddelerin birleştiğini savunur.

1787 – Antoine Lavoisier ve Claude Louis Berthollet, kimyasal bileşikleri modern adlandırma sistemini tasarlar.

1805 – John Dalton; elementlerin, birleşerek bileşikleri oluşturan, tikel bir kütlenin atomlarından oluştuğunu gösterir.

1811 – İtalyan kimyacı Amedeo Avogadro, atomlar ile atomların oluşturduğu molekülleri ayrı tutar.

Antonie van Leeuwenhoek Hollanda’da, Delft’te bir manifaturacının üstündeki evinden pek çıkmadı. Ama arka odasında kendi başına çalışarak tamamen yeni bir dünya keşfetti. İnsan spermi, kan hücreleri ve en önemlisi bakteriler de dahil, daha önce görülmemiş mikroskobik yaşam dünyası.

Antonie van Leeuwenhoek 1

17. yüzyıldan önce çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük yaşamın varlığını kimse zannetmiyordu. Olası en küçük yaşam formunun pire olduğu sanılıyordu. Sonra 1600 civarında, daha fazla büyümelerini sağlamak için iki gözlük camını bir araya getiren Felemenkli gözlükçüler mikroskobu icat etti.

1665’te İngiliz bilim insanı Robert Hooke, bir mikroskopla baktığı bir dilim mantarda gördüğü küçük canlı hücrelerin ilk çizimlerini yaptı. Kendi gözleriyle göremedikleri bir yerde yaşam aramak, Hooke’un ve zamanın diğer mikroskopçularının aklına gelmedi. Leeuwenhoek ise, merceklerini yaşam yokmuş gibi görünen yerlere, özellikle de sıvılara çevirdi. Yağmur damlalarını, diş plağını, dışkıyı, spermi, kanı ve daha bir yığın şeyi inceledi. Leeuwenhoek mikroskobik yaşamın zenginliğini burada, görünürde cansız maddelerde keşfetti.

Leeuwenhoek sperm
Leeuwenhoek’in insan spermi çizimleri ilk kez 1719’da yayımlandığında, semende yüzen bu kadar küçük “hayvancıkların” bulunabileceğini birçok kişi kabul etmedi.

Hooke’tan farklı olarak Leeuwenhoek, iki mercekli “bileşik” bir mikroskop değil, yüksek kaliteli tek mercek – aslında büyüteç – kullandı. O sırada bu tür basit mikroskoplarla daha berrak resimler üretmek daha kolaydı. Bileşik mikroskoplarla 30 kattan fazla büyütmek, görüntü bulanıklaştığı için, olanaksızdı. Leeuwenhoek kendi tek mercekli mikroskoplarını yaptı ve yıllar içinde tekniğini geliştirdikten sonra, görüntüyü 200 kattan fazla büyütmeyi başardı. Onun mikroskopları yalnızca birkaç milimetre genişliğinde ince merceklerden oluşan küçük aygıtlardı. İncelenecek malzeme örneği merceğin bir yüzündeki bir iğnenin üzerine yerleştiriliyor ve Leeuwenhoek merceğin diğer yüzüne gözünü yaklaştırıyordu.

Leeuwenhoek mikroskobu

Tek Hücreli Yaşam

Leeuwenhoek başlangıçta sıradışı bir şey bulmadı; sonra 1674’te, göl suyundan alınan bir örnekte insanın saç kılından küçük minik yaratıklar gördüğünü bildirdi. Bunlar, şimdi protist olarak bilinen basit yaşam formlarının bir örneği olan yeşil alg Spirogyra‘ydı. Leeuwenhoek bu küçük yaratıklara “hayvancık” dedi. Ekim 1676’da su damlalarında daha da küçük tek hücreli bakteriler keşfetti. Ertesi yıl kendi semeninin şimdi sperm dediğimiz küçük yaratıklarla nasıl kaynadığını tarif etti. Semendeki hayvancıklar, suda bulduğu yaratıklardan farklı olarak, özdeşti. Baktığı binlercesinden her birinin aynı ince kuyruğu ve aynı küçük kafası vardı, başka bir şeyleri yoktu ve semenin içinde iribaşlar gibi yüzdüklerini görebiliyordu.

sperm mikroskop

Leeuwenhoek, Londra’da Kraliyet Derneğine yazdığı yüzlerce mektupla bulgularını rapor etti. Bulgularını yayımladığı halde, mercek yapım tekniklerini gizli tuttu. Küçük merceklerini ince cam iplikleri kaynaştırarak yapmış olabilir, ama emin değiliz.

Antonie van Leeuwenhoek Kimdir?

Bir sepetçinin oğlu olan Antonie van Leeuwenhoek 1632’de Delft’te doğdu. Amcasının tuhafiyesinde çalıştıktan sonra, 20 yaşında kendi manifatura dükkanını açtı ve uzun ömrünün sonuna kadar orada kaldı.

Leeuwenhoek

Leeuwenhoek’in işi, bir mikroskopçu olarak hobisini sürdürmesine olanak verdi; Robert Hooke’un Micrographia’sının bir kopyasını da görmüş olabileceği Londra’yı 1668’de ziyaret ettikten sonra bu hobiyi edinmişti. 1673’ten itibaren bulgularını mektuplarla Kraliyet Derneğine bildirdi; tarihte Kraliyet Derneğine en fazla rapor yazan kişi oldu. Kraliyet Derneği başlangıçta amatörün raporlarına kuşkuyla baktı; ama Hooke, onun birçok deneyini tekrarladı ve keşiflerini doğruladı. Leeuwenhoek, birçoğu özel nesneleri görmek için tasarlanmış 500’den fazla mikroskop yaptı.

Önemli Eserleri:

1673 – Letter 1, Leeuwenhoek’s First Letter To The Royal Society
1676 – Letter 18, Revealing His Discovery Of Bacteria

Mikroskobun Keşfi ve Değişimleri

MÖ 2000 – Çinli bilim insanları çok küçük şeyleri görmek için cam merceklerden ve su dolu bir tüpten oluşan bir su mikroskobu yapar.

1267 – İngiliz filozof Roger Bacon, teleskop ve mikroskop düşüncesini öne sürer.

1600’lü yıllar – Mikroskop Hollanda’da icat edilir.

1665 – Robert Hooke canlı hücreleri gözlemler ve Micrographia’yı yayımlar.

1841 – İsviçreli anatomici Albert von Kölliker, her sperm ve yumurtanın çekirdekli bir hücre olduğunu bulgular.

1951 – Alman fizikçi Erwin Wilhelm Müller alan etkili mikroskobu icat eder ve atomları ilk kez görür.

2000 yıl boyunca çok az kişi, Aristoteles’in dışsal bir kuvvet nesneleri hareket halinde tutar ve ağır nesneler hafiflerden daha hızlı düşer iddiasına meydan okudu. Ancak 17. yüzyılda İtalyan astronom ve matematikçi Galileo Galilei, bu düşüncelerin test edilmesi gerektiğinde ısrar etti. Nesnelerin nasıl ve neden hareket ettiklerini ve durduklarını test etmek için deneyler tasarladı. Eylemsizlik ilkesini – nesneler devimin değişikliğine direnir ve harekete başlamak, hızlanmak ya da yavaşlamak için bir kuvvete ihtiyaç duyar – ortaya koyan ilk kişiydi. Galileo nesnelerin düşme sürelerini ölçerek bütün nesneler için düşme hızının aynı olduğunu gösterdi ve yavaşlamada sürtünmenin oynadığı rolü fark etti.

Galileo Galilei

– Kütleleri farklı olan nesneler, farklı hızlarda düşüyor gibi görünür.

– Hareket eden bütün nesneler hava direncinden etkilenir.

Hava direnci olmasa bütün nesneler aynı hızda düşer.

Düşen bir cisim düzgün hızlanır.

Galileo 1630’lerde elde bulunan donanımla, serbest düşen nesnelerin hızını ya da ivmesini doğrudan ölçemezdi. İki rampadan top yuvarlayarak, topun rampanın dibindeki hızının rampanın dikliğine değil, başlangıçtaki yüksekliğine bağlı olduğunu ve eğim ne kadar dik olursa olsun, bir topun her zaman başladığı yüksekliğe çıkacağı gösterdi.

Galileo diğer deneylerini 5 metre uzunluğunda, sürtünmeyi azaltan pürüzsüz bir malzemeyle kaplı bir rampada gerçekleştirdi. Zamanı ölçmek için, dibinde küçük bir boru bulunan büyük bir su kabı kullandı. Ölçüm yaptığı zaman aralığı süresince suyu topladı ve topladığı suyu tarttı. Topu rampanın farklı noktalarından bırakarak, kat edilen mesafenin geçen zamanın karesine bağlı olduğunu gösterdi.

galileo deneyleri

Galileo’nun vardığı sonuç şuydu: Bütün cisimler boşlukta aynı hızda düşer. Daha büyük bir kütlenin çekim kuvveti daha büyüktür, ama aynı zamanda daha büyük kütlenin hızlanmak için daha büyük bir kuvvete ihtiyacı vardır. İki etki birbirini götürür; bu nedenle başka bir kuvvetin yokluğunda bütün düşen nesneler aynı oranda hızlanır. Gündelik yaşamda farklı şeylerin farklı hızlarda düştüklerini görürüz; çünkü hava direnci etkisi, büyüklüklerine ve şekillerine bağlı olarak nesneleri farklı oranlarda yavaşlatır. Aynı büyüklükte bir plaj topu ile bir bowling topu başlangıçta aynı oranda hızlanır. Bir kez hareket ettikten sonra, üzerilerinde aynı miktarda hava direnci etkili olur; ama bu kuvvetin büyüklüğü plaj topunda daha fazla olacak, bu yüzden plaj topu daha fazla yavaşlayacaktır.

Galileo’nun teorileri dikkatli gözlemlerle ve ölçülebilir deneylerle test etme ısrarı, onun İbnü’l Heysem gibi, modern bilimin kurucularından biri olduğunun işaretidir. Hareket ve kuvvetle ilgili düşünceleri, 50 yıl sonra Newton’ın hareket yasalarının yolunu açtı ve atomlardan galaksilere kadar Evren’deki hareket anlayışımızın temelini oluşturur.

Galileo Galilei kimdir

Galileo Galilei Kimdir?

Galileo Pisa’da doğdu, ama daha sonra ailesiyle birlikte Floransa’ya taşındı. 1581’de tıp okumak için Pisa Üniversitesine yazıldı, sonra matematik ve doğa felsefesi okumaya karar verdi. Bilimin birçok alanında araştırma yaptı ve herhalde en çok, Jüpiter’in dört büyük uydusunu (hala Galileo uyduları denilir) keşfetmesiyle ünlüdür. Galileo’nun gözlemleri onu, o sırada Roma Katolik Kilisesinin öğretilerine aykırı olan Güneş-merkezli Güneş Sistemini desteklemesine yol açtı. 1633’te yargılandı, bu ve diğer düşüncelerinden vazgeçmesi emredildi. Ömrünün sonuna kadar devam eden ev hapsine mahkum edildi. Ev hapsindeyken kinematik (hareket bilimi) üzerine çalışmalarını özetleyen bir kitap yazdı.

Önemli Eserleri:

1623 – Ayarcı

1632 – İki Büyük Dünya Sistemi Hakkında Diyalog

1638 – İki Yeni Bilim Üzerine Diyaloglar

pisa deneyi

Düşen Cisimler Hakkında Önemli Gelişmeler

MÖ 4. yüzyıl – Aristoteles kuvvet ve hareketle ilgili düşünceler geliştirir, ama bunları deneysel olarak test etmez.

1020 – İranlı bilgin İbn Sina, hareket eden nesnelerin, ancak hava direnci gibi dışsal faktörlerin yavaşlattığı asli “hıza” sahip olduklarını yazar.

1586 – Felemenk mühendis Simon Stevin, ağırlıkları farklı iki kurşun topun aynı hızda düştüklerini göstermek için topları Delft’te bir kilisenin kulesinden aşağıya bırakır.

1687 – Isaac Newton’ın Principia’sı kendi hareket yasalarını formüle eder.

1971 – ABD’Li astronot Dave Scott, sürüklenmeye neden olan atmosfer neredeyse bulunmayan Ay’da bir çekiç ile bir tüyün aynı hızda düştüğünü göstererek Galileo’nun düşen cisimlerle ilgili düşüncelerini kanıtlar.