17. yüzyılda Isaac Newton “Yer’i tartma”nın – ya da Yer’in yoğunluğunu hesaplamanın – yöntemlerini önermişti. Bu yöntemlerden biri, bir dağın kütleçekimin onu düşeyden ne kadar uzağa çektiğini bulmak için bir çekül ipinin dağın her tarafındaki açısını ölçmeyi gerektiriyordu. Bu sapma, çekül doğrusu astronomik yöntemler kullanılarak hesaplanan bir düşeyle karşılaştırılarak hesaplanabilirdi. Dağın yoğunluğu ve hacmi belirlenebilse, o zaman buna bağlı olarak Yer’in yoğunluğu da belirlenebilirdi. Ne var ki, Newton’ın kendisi de, sapmanın o günün aletleriyle ölçülemeyecek kadar küçük olacağını düşündüğü için, bu düşünceye aldırış etmedi.

Chimborazo Dağı

1738’de Fransız astronom Pierre Bouguer, deneyi Ekvador’da Chimborazo’nun yamaçlarında yapmaya çalıştı. Ne var ki, hava durumu ve yükseklik sorunlara neden oldu ve Bouguer ölçümlerinin doğru olmadığını düşündü. 1772’de Nevil Maskelyne, Londra Royal Society’ye deneyin Britanya’da yapılabileceğini önerdi. Society kabul etti ve bir yerölçümcüyü uygun bir dağ seçmeye gönderdi. Maskelyne İskoçya’da Schiehallion’u seçti ve dağın her iki tarafından neredeyse dört ay gözlem yaparak geçirdi.

Schiehallion Dağı
Schiehallion, şekli simetrik ve yalıtık olduğu (bu nedenle diğer dağların kütleçekiminden daha az etkilendiği) için bu deney yeri olarak seçildi.

Kayaçların Yoğunluğu

Çekülün yıldızlara göre yönelimi, yükseklik farkından ötürü, herhangi bir kütleçekim etkisi olmasa bile, iki istasyonda farklı olmalıydı. Ne var ki, bu hesaba katıldığında bile, hala 11,6 saniyelik bir yay farkı (0,003 derecenin biraz üstünde) vardı. Maskelyne dağın şeklinin bir etüdünü ve kayaçlarının yoğunluk ölçümünü kullanıp, Schiehallion’un kütlesini çıkardı. Bütün Yer’in Schiehallion’la aynı yoğunlukta olduğunu varsayıyordu; ama çekül sapması, beklediğinin yarısından az bir ölçülen değer gösterdi. Maskelyne yoğunluk varsayımının doğru olmadığını anladı. Yer’in yoğunluğu, olasılıkla metalik bir çekirdeğe sahip olduğu için, yüzey yoğunluğundan fazlaydı. Fiilen gözlemlenen açı kullanılıp, Yer’in genel yoğunluğunun Schiehallion kayaçlarının yaklaşık iki katı olduğu çıkarıldı.

Bu sonuç, İngiliz astronom Edmond Halley’in savunduğu ve Yer’in içinin boş olduğunu söyleyen teoriyi çürüttü. Yer’in hacminden ve ortalama yoğunluğundan kütlesini çıkarmaya da olanak verdi. Maskelyne’in Yer’in genel yoğunluğu için bulduğu değer 4500 kg/m3’tü. Bugün kabul edilen değer 5,515 kg/m3’le karşılaştırıldığında, Yer’in yoğunluğunu yüzde 20’den az bir hatayla hesaplamış ve süreç içinde Newton’ın kütleçekim yasasını kanıtlamıştı.

Nevil Maskelyne Kimdir?

1732’de Londra’da doğan Nevil Maskelyne okulda astronomiye merak saldı. Cambridge Üniversitesinden mezun olup rahip olarak atandıktan sonra, 1758’de Kraliyet Derneği üyesi oldu ve 1765’ten ölünceye kadar Kraliyet Astronomu oldu.

Nevil Maskelyne

1761’de Kraliyet Derneği, Maskelyne’ı Atlantik adası St. Helena’ya Venüs geçişini gözlemlemeye gönderdi. Gezegen Güneş eğrisinden geçerken alınan ölçümler, astronomların Yer ile Güneş arasındaki mesafeyi hesaplamalarına olanak verdi. Denizdeyken boylam ölçme sorununu – o zamanın önemli bir sorunu – çözmeye de çok zaman harcadı. Yöntemi, ay ile verili bir yıldız arasındaki mesafeyi dikkatli bir biçimde ölçmeyi ve yayımlanmış cetvellere başvurmayı kapsamaktaydı.

Önemli Eserleri:

1764 – Astronomical Observations Made at the Island of St. Helena
1775 – An Account of Observations Made on the Mountain Schiehallion for Finding its Attraction

Yer’in Yoğunluğu Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1687 – Isaac Newton; Yer’in yoğunluğu ölçmek için deneyler önerdiği Principia’yı yayımlar.

1692 – Yer’in manyetik alanını açıklamaya çalışan Edmond Halley, gezegenin eşmerkezli üç boş küreden oluştuğunu öne sürer.

1738 – Pierre Bouguer, Ekvador’da bir volkan olan Chimborazo’da Newton’ın deneyini yapmaya kalkışır ve başarılı olmaz.

1798 – Henry Cavendish Yer’in yoğunluğunu hesaplamak için farklı bir yöntem kullanır ve 5448 kg/m3 olduğunu bulur.

1854 – George Biddell Airy, bir madende sarkaç kullanarak Yer’in yoğunluğunu ortaya çıkarır.

Filozoflar yüzyıllarca şimşeğin korkunç gücüne ve kehribar gibi katıların ipek kumaşa sürtülünce çıkan kıvılcımlara hayret etmişti. Kehribarın Yunanca karşılığı “elektron”du ve kıvılcımlanma olgusunun, statik elektrik olduğu anlaşıldı.

1754’te bir deneyde Benjamin Franklin bir gök gürültüsünün içine bir uçurtma uçurdu ve bu iki olgunun yakından ilişkili olduğunu gösterdi. Uçurtmanın ipine bağlı pirinç bir anahtardan kıvılcımlar çıktığını görünce, bulutların elektriklendiğini ve şimşeğin de bir elektrik biçimi olduğunu kanıtladı.

Benjamin Franklin uçurtma deneyi

Franklin’in çalışması, Joseph Priestley’in 1767’de The History and Present State of Electricity (Elektriğin Tarihi ve Bugünkü Durumu)‘i yayımlamasına esin kaynağı oldu. Ama 1780’de bir kurbağanın bacağının seğirmesini fark edince elektriği anlamaya doğru ilk önemli adımları atan kişi, Bologna Üniversitesinde anatomi hocası olan Luigi Galvani’ydi.

Galvani, hayvanların “hayvansal elektrik”le hareket ettiklerini söyleyen bir teoriyi araştırıyordu ve her neyse onun kanıtını bulmak için kurbağaları parçalayıp inceliyordu. Yakında statik elektrik üreten bir makine olduğunda, masada yatan kurbağa bacağının, kurbağa öleli çok olmasına rağmen, aniden seğirdiğini fark etti. Bir kurbağa bacağı, demir bir çite değen pirinç bir çengele asılınca da aynı şey oldu. Galvani; bu kanıtın, elektriğin bizzat kurbağadan geldiğine ilişkin inancını desteklediğine inandı.

Luigi Galvani

Luigi Galvani, burada ünlü kurbağa bacağı deneyini gerçekleştirirken gösteriliyor. Hayvanların, “hayvansal elektrik” dediği elektriksel bir kuvvet tarafından hareket ettirildiklerine inanıyordu.

Volta’nın Atılımı

Galvani’nin genç meslektaşı, doğa felsefesi profesörü Alessandro Volta, Galvani’nin gözlemlerine merak saldı ve başlangıçta onun teorisine inandı. Volta’nın elektrik deneyleri konusunda dikkate değer bir geçmişi vardı. 1775’te, bir deney anında elektrik kaynağı sunan bir aygıt, “elektrofor”u (modern eşdeğeri kondansatördür) icat etmişti. Aygıt, statik elektrik yükü kazandırmak için kedi kürküne sürtülen bir reçine diskten oluşuyordu. Her seferinde reçinenin üzerine metal bir disk yerleştirilir, böylece elektrik yükü aktarılıp metal disk elektriklenirdi.

Volta, Galvani’nin hayvansal elektriğinin “kanıtlanmış hakikatler arasında” olduğunu ifade etti. Ama çok geçmeden kuşkulanmaya başladı. Kancada kurbağa bacağının seğirmesine neden olan elektriğin iki farklı metalin (pirinç ile demir) birbirine değmesinden kaynaklandığı sonucuna vardı. Düşüncelerini 1792’de ve 1793’te yayımladı ve olguyu araştırmaya koyuldu.

Volta, tek bağlantılı iki farklı metalin, dilinde tuhaf bir duyum hissetmesine yetecek kadar olmasına rağmen, fazla elektrik üretmediğini gördü. Sonra tuzlu suyla birbirine bağlanan bir dizi oluşturarak etkiyi arttırma düşüncesi aklına geldi. Küçük bir bakır disk aldı, onun üzerine çinko bir disk yerleştirdi, onun üzerine tuzlu suya batırılmış bir parça karton koydu, sonra tekrar bakır disk, çinko disk, tuzlu sulu karton koydu ve sonunda bir sütun ya da baca oluşana kadar böyle devam etti. Başka bir deyişle bir pil ya da “batarya” yarattı. Tuzlu sulu kartonun amacı, metallerin birbirine değmesine izin vermeden elektrik taşımaktı.

Sonuç heyecan vericiydi. Volta’nın kaba pili yalnızca birkaç volt (ismini ondan alan elektrik birimi) elektrik üretmiş olabilir; ama iki ucu bir parça telle birleştirilince küçük bir kıvılcım çıkarmaya ve ufak bir elektrik çarpması yaşatmaya yeterliydi.

ilk pil

Volta keşfini 1799’da yaptı ve haber hızla yayıldı. Sonucu 1801’de Napolyon Bonapart’a gösterdi; ama daha önemlisi, vardığı sonuçları, Britanya’da Kraliyet Derneğinin başkanı Sir Joseph Banks’a uzun bir mektupla bildirmişti. Mektup, “Farklı türden iletken maddelerin salt temasıyla tahrik edilen elektrik üzerine” başlıklıydı ve Volta kendi aygıtını tarif eder: “Sonra, metalik parçalardan birini, örneğin gümüş bir parçayı bir masanın ya da herhangi bir tezgahın üzerine yatay olarak yerleştiriyorum ve birincisinin üzerine çinko parçayı uyduruyorum; ikincisinin üzerine de ıslatılmış disklerden birini koyuyorum; sonra bir gümüş plaka ve hemen onun üzerine bir çinko daha… böyle devam edip… devrilmeyecek kadar yüksek bir sütun oluşturuyorum.”

Alessandro Volta Napoleon

Bir elektrik zili ya da voltajı saptayan bir yarı iletken olmadığı için, Volta dedektör olarak kendi vücudunu kullandı ve elektrik çarpmasına aldırmamış göründü: “Yirmi çift parçadan (daha fazla değil) oluşan bir sütundan bütün parmağı epeyce acıtan şoklar alıyorum.” Sonra bir çizgi ya da daire şeklinde dizilmiş, tuzlu su içeren bir dizi kupadan ya da kadehten oluşan daha ayrıntılı bir aygıtı tarif eder. Her bir çift, her kupadaki sıvıya daldırılan bir parça metalle birbirine bağlanır. Bu metalin bir ucu gümüş, diğer ucu çinkodur ve bu metaller. bir kupadaki sıvıya yalnızca gümüş ve bir sonrakine yalnızca çinko batırılmak koşuluyla, herhangi bir metalin teliyle birbirine bağlanabilir ya da lehimlenebilir. Bunun daha hantal olmasına rağmen, bazı bakımlardan katı pilden daha kullanışlı olduğunu açıklar.

Alessandro Volta pil

Volta, zincirin bir ucundaki kaseye elini sokup, diğer uca bağlı bir teli alnına, göz kapağına ya da burnun ucuna değdirince hissedilen tatsız duyumları ayrıntısıyla tarif eder: “Birkaç saniye bir şey hissetmem; ama sonra, telin ucuna değen kısımda başka bir duyum başlar; bu, temas noktasıyla sınırlı, keskin bir acıdır (şoksuz), bir titremedir, yalnızca devam etmekle kalmaz, o derece artar ki, kısa sürede dayanılmaz hale gelir ve devre kesilinceye kadar durmaz.”

Mektubunun Banks’a ulaşmış olması, Napolyon Savaşları devam ettiği için çok şaşırtıcıdır; ama Banks haberi ilgili herkese hemen yaydı. Birkaç hafta geçmeden Britanya’nın her tarafında insanlar elektrik bataryaları yapıyor ve elektrik akımının özelliklerini araştırıyordu. 1800’den önce bilim insanları, zor ve memnuniyet verici olmayan statik elektrikle çalışmak zorunda kalmışlardı. Volta’nın buluşu, bir dizi maddenin – sıvılar, katılar, gazlar – yüklü bir elektrik akımına nasıl tepki vereceğini anlamalarına olanak verdi.

Volta’nın buluşuyla ilgi çalışanlar arasında, William Nicholson, Anthony Carlisle ve William Cruickshank vardı; bunlar Mayıs 1800’de “otuz altı yarım kron ve buna denk çinko ve kartondan” oluşan kendi pillerini yaptılar ve akımı platin tellerden suyla dolu bir tüpe geçirdiler. Ortaya çıkan gaz kabarcıkları, iki parça hidrojen ve bir parça oksijen olarak saptandı. Henry Cavendish suyun formülünün H2O olduğunu göstermişti; ama su ilk kez elementlerine ayrıldı.

Volta’nın pili, işitme cihazlarından kamyonlara ve uçaklara kadar her şeyde kullanılan bütün modern pillerin atasıydı. Gündelik aygıtlarımızın birçoğu pil olmadan çalışmaz.

volta deneyleri

Metalleri Yeniden Sınıflandırmak

Volta’nın pili elektrik akımını incelemeyi başlatmanın ve böylece yalnızca fiziğin yeni bir dalını yaratmakla kalmayıp, modern teknolojinin gelişimini de hızla ilerletmenin yanı sıra, metallerin tamamen yeni bir kimyasal sınıflandırmasına da yol açtı; çünkü pilinde çeşitli metal çiftlerini kullanmış, bazılarının diğerlerinden daha iyi iş gördüğünü bulmuştu. Gümüş ile çinko ve bakır ile kalay kusursuz bir bileşim oluşturuyordu, ama gümüşle gümüşü ya da kalayla kalayı denediğinde, elektrik elde edemiyordu; metaller farklı olmalıydı. Metallerin, her biri bir alttakiyle temas edince pozitif olacak şekilde dizi halinde düzenlenebileceğini gösterdi. Bu elektrokimyasal dizi, o zamandan beri kimyacılar için paha biçilmez olmuştur.

Kim Haklıydı?

Volta’nın sırf Galvani’nin hipotezinden kuşku duyduğu için farklı metallerin dokunuşunu araştırmaya başlaması, bu öykünün ironik bir yanıdır. Ama Galvani tamamen haksız değildi sinirlerimiz vücuda elektriksel sinyaller gönderek çalışır; Volta’nın teorisi de tamamen doğru değildi. Elektriğin iki farklı metalin yalnızca birbirine değmesinden kaynaklandığına inandı; oysa daha sora Humphry Davy, hiçbir şeyin yoktan var olmadığını gösterdi. Elektrik üretilirken, başka bir şey tüketilmelidir. Davy bir kimyasal tepkime gerçekleştiğini öne sürdü ve bu, onun elektrikle ilgili başka önemli keşifler yapmasına yol açtı.

Alessandro Volta Kimdir?

Kuzey İtalya’da, Como’da 1745’te doğan Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta, aristokrat ve dindar bir ailede büyüdü; rahip olması bekleniyordu. Ama o statik elektrikle ilgilendi ve 1775’te “elektrofor” dediği gelişmiş bir elektrik üretme aygıtı yaptı. 1776’da Maggiore Gölü’nde atmosferdeki metanı keşfetti ve kapalı cam bir kabın içinde bir elektrik kıvılcımıyla tutuşturma yöntemiyle metanın yanmasını araştırdı.

volta metan deneyi

1779’da Volta, Pavia Üniversitesinde fizik profesörü olarak atandı ve bu görevini 40 yıl sürdürdü. Ömrünün sonuna doğru uzaktan kumandalı tabancaya öncülük etti; bununla bir elektrik akımı Como’dan Milano’ya 50 km yol alarak bir tabancayı ateşliyordu. Bu, iletişim için elektriği kullanan telgrafın habercisiydi. Elektrik gerilimi birimi volt, adını ondan alır.

Alessandro Volta batarya

Elektrik Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1754 – Benjamin Franklin, ünlü uçurtma deneyiyle şimşeğin doğal bir elektrik olduğunu kanıtlar.

1767 – Joseph Priestley statik elektrikle ilgili kapsamlı bir anlatım yayımlar.

1780 – Luigi Galvani kurbağa bacaklarıyla “hayvansal elektrik” deneyleri yapar.

1800 – İngiliz kimyacılar William Nicholson ve Anthony Carlisle, bir volta pili kullanıp, suyu iki elementine, oksijen ve hidrojene ayırır.

1807 – Humphry Davy elektrik kullanarak potasyum ve sodyum elementlerini yalıtır.

1820 – Hans Christian Orsted, manyetizma ile elektrik arasındaki bağı ortaya çıkarır.

Yanar Hava

Oksijenin Keşfi

Elektrikle Üretilen Kimyasal Etkiler

Elektrik Etkisi İletken Telle Sınırlı Değildir

Efendim, Gün Gelir Bunu Vergilendirirsiniz

İngiliz bilgin John Michell, 1783’te Royal Society’de Henry Cavendish’e yazdığı bir mektupta, kütleçekimin etkisiyle ilgili düşüncelerini açıklar. Mektup 1970’lerde yeniden keşfedildi ve kara deliklere ilişkin dikkate değer bir açıklama içerdiği görüldü. Newton’ın kütleçekim yasasına göre, bir nesnenin kütleçekim kuvveti kütlesiyle birlikte artar. Michell, kütleçekimden etkilenen ışığa ne olabileceğini ele aldı. Şöyle yazıyordu: “Güneşle aynı yoğunlukta bir kürenin yarıçapı l’e 500 oranında azalsaydı, sonsuz yükseklikten ona doğru düşen bir cisim, yüzeyinde ışığınkinden daha büyük bir hız kazanırdı ve dolayısıyla, ışığın aynı kuvvet tarafından çekildiğini varsayarsak… böyle bir cisimden yayılan her ışık ona dönecek şekilde olurdu.” 1796’da Fransız matematikçi Pierre-Simon Laplace, Exposition du Systeme du Monde‘de benzer bir düşünceyle ortaya çıktı.

Ne var ki, 1915’te Albert Einstein genel görelilik üzerine yazısında kütleçekimi uzay-zaman eğrilmesinin bir sonucu olarak açıklayana kadar, kara delik düşüncesi uykuda yatacaktı. Einstein, maddenin uzay-zamanı kendi etrafına nasıl sarıp, Schwarzschild yarıçapı ya da olay ufku denilen bir bölgede kara delik meydana getirdiğini gösterdi. Madde – ışık da – kara deliğin içine girebilir, ama çıkamaz. Bu resimde ışığın hızı değişmez. Aksine, ışığın içinden geçtiği uzay değişir; ama Michell’in sezgisinin bir mekanizması vardı ve ona göre ışığın hızı, en azından azalır gibi görünürdü.

karadelik
Madde soğurulmadan önce halka şeklinde bir “yığılma diski”ndeki bir kara deliğin etrafında girdap yaparak döner. Girdap diskindeki ısı deliğin enerji – dar X-ışını demetleri olarak – yaymasına neden olur.

Teoriden Gerçekliğe

Einstein’ın kendisi de kara deliklerin gerçekte var olup olmadıklarından kuşkuluydu. Ancak 1960’larda varlıklarına ilişkin dolaysız kanıtlar arttıkça genel kabul görmeye başladılar. Bugün pek çok evrenbilimci kara deliklerin, büyük yıldızlar kendi kütleçekimleri altında çökünce oluştuklarını, daha fazla madde emdikçe büyüdüklerini ve her galaksinin merkezide dev bir kara deliğin pusuda yattığını düşünür. Kara delikler maddeyi içine çeker; Stephen Hawking’e atfen Hawking ışınımı denilen soluk kızılötesi ışınım dışında hiçbir şey kaçamaz. Kara deliğe düşen bir astronot hiçbir şey hissetmez ve olay ufkuna yaklaşırken sıradışı hiçbir şey fark etmez; ama kara deliğe doğru bir saat atsa, saat yavaşlar gibi görünür ve olay ufkuna yaklaşır ama hiçbir zaman tam ulaşmaz, yavaş yavaş gözden kaybolur.

kara delik astranot

Ne var ki, teorinin hala sorunları vardır. 2012’de fizikçi Joseph Polchinski, kuantum ölçeğinde etkilerin olay ufkunda, içine düşen astronotu yakıp kül edecek bir “ateş duvarı” yaratacağını öne sürdü. 2014’te Hawking fikrini değiştirdi ve kara deliklerin her şeye rağmen var olamayacakları sonucuna vardı.

John Michell Kimdir?

John Michell gerçek bir bilgindi. 1760’ta Cambridge Üniversitesinde jeoloji profesörü oldu, ama aynı zamanda aritmetik, geometri, teoloji, felsefe, İbranice ve Yunanca dersleri verdi. 1767’de din adamı olmak üzere emekli oldu ve kendi bilimine odaklandı.

John Michell

Michell yıldızların özelliklerine kafa yordu, depremleri ve manyetizmayı araştırdı ve Yerin yoğunluğunu ölçmek için yeni bir yöntem icat etti. “Dünyayı tartma” – hassas bir torsiyon terazisi – aygıtı yaptı; ama 1793’te kullanamadan öldü. Aygıtı arkadaşı Henry Cavendish’e bıraktı; Cavendish, deneyi 1798’de gerçekleştirdi ve şu anda kabul edilen rakama yakın bir değer elde etti. O günden bu yana, oldukça haksız bir biçimde “Cavendish deneyi” olarak anılmaktadır.

cavendish torsiyonu

Önemli Eserleri:

1767 – An Inquiry into the Probable Parallax and Magnitude of the Fixed Stars

Kara Delikler Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1686 – Isaac Newton evrensel kütleçekim yasasını formüle eder; buna göre nesneler arasındaki kütleçekimin gücü kütleleriyle orantılıdır.

1796 – Pierre-Simon Laplace kara delik olasılığıyla ilgili teoriler kurar.

1915 – Albert Einstein kütleçekimin uzay-zaman süreminin bükülmesi olduğunu gösterir; kütlesiz ışık fotonlarının kütleçekiminden etkilenmesinin nedeni bu bükülmedir.

1916 – Karl Schwarzschild olay ufkunu önerir; bu ufkun ötesinde, bir kara delikle ilgili hiçbir veri alınamaz.

1974 – Stephen Hawking, olay ufkundaki kuantum mekaniğinin kızılötesi ışınım yayacağını öngörür.

Joseph Priestley; Leeds’te papazken, evine yakın bira fabrikasını ziyaret etti. Mayalama teknesinin üzerindeki hava tabakasının sabit hava olduğu zaten bilinmekteydi. Bir mumu tekneye yaklaştırınca, köpüğün 30 cm kadar üstünde mumun söndüğünü fark etti; orada alev, yüzen sabit hava tabakasına giriyordu. Duman sabit havanın üstünde birikip, iki hava arasındaki sınırı görünür kıldı. Sabit havanın, “sıradan” havadan daha yoğun olduğu için, teknenin kenarından akıp dibe battığını da fark etti. Priestley sabit havayı soğuk suda çözündürme, bir kaptan diğerine dökme deneyleri yapınca, daha sonra gazoz çılgınlığına yol açan ferahlatıcı köpüklü bir içecek yaptığını anladı.

– Prisetley’in keşfettiği gibi oksijen “sabit hava” dan (karbondioksit) ayrıdır.
Oksijen yanmaz, bu nedenle ateş öğesi filojiston içeremez.
Oksijen filojistonsuz havadır.
– Ama Lavoisier diğer gazların ve malzemelerin oksijende kolaylıkla yandıklarını gösterir.
– O halde yanma, oksijenle birleşme sürecidir.
Filojiston yoktur.

Oksijeni Ayırmak

1 Ağustos 1774’te Priestley yeni gazını – şimdi oksijen (O2) olarak bildiğimiz – günışığı ve bir büyüteçle ısıtarak sızdırmaz bir cam kaptaki cıva oksitten yalıttı. Daha sonra bu yeni gazın fareyi sıradan havadan daha uzun süre canlı tuttuğunu, solunmasının hoş ve sıradan havadan daha dinçleştirici olduğunu, yakıt olarak yaktığı çeşitli maddelerin yanmasını desteklediğini keşfetti. Bitkilerin gündüzleri bu gazı ürettiğini de gösterdi, fotosentez dediğimiz sürecin ilk işareti. Ne var ki, o sırada yanmanın, bir yakıttan filojiston denilen gizemli bir malzemenin ayrılmasını gerektirdiği sanılıyordu. Bu yeni gaz yanmadığı ve bu nedenle filojiston içermemesi gerektiği için, ona “filojistonsuz hava” dedi.

oksijen

Priestley o sırada başka gazlar da yalıttı; ama sonra bir Avrupa turuna çıktı ve ertesi yılın sonuna kadar sonuçlarını yayımlamadı. İsveçli kimyacı Carl Wilhelm Scheele, Priestley’den iki yıl önce oksijen hazırlamıştı, ama 1777’e kadar sonuçlarını yayımlamadı. Bu arada Paris’te Antoine Lavoisier, Scheele’nin çalışmasından haberdar oldu, Priestley’den bilgi aldı ve hemen kendi oksijenini yaptı. Yanma ve solunum üzerine yaptığı deneyler, yanmanın filojistonun serbest kalma süreci değil, oksijenle birleşme süreci olduğunu kanıtladı. Solunumda havadan emilen oksijen glikozla tepkimeye girer ve karbondioksit, su ve enerji çıkarır. Yeni gazın bazı maddelerle – kükürt, fosfor ve nitrojen gibi – tepkimeye girip asit ürettiğini keşfedince, yeni gaza oksijen, yani “asit yapıcı” adını verdi.

Joseph Priestley gaz deneyi
Priestley’in gaz deneyleri için kullandığı aygıt, keşifleriyle ilgili kitabında yer alır. Ön tarafta bir fare kavanozun altında oksijende tutuluyor; sağ tarafta bitki bir tüpte oksijen salıyor.

Joseph Priestley Kimdir?

Yorkshire’de bir çiftlikte doğan Joseph Priestley muhalif bir Hristiyan olarak büyüdü, ömrü boyunca yoğun bir biçimde dindar ve politik davrandı. Priestley 1770’lerin başında Leeds’te yaşarken gazlara ilgi duydu; ama en iyi çalışmalarını, Shelburne Kontu’nun kütüphanecisi olarak Wiltshire’a taşındıktan sonra yaptı. İşleri hafifti ve araştırma yapmaya bol vakti vardı. Daha sonra kontla arası açıldı – siyasal görüşleri çok radikal olmuş olabilir – ve 1780’de Birmingham’a taşındı. Orada, özgür düşüncelilerden, mühendislerden ve sanayicilerden oluşan gayri resmi ama nüfuzlu bir gruba, Lunar Society’e katıldı. Priestley’in Fransız Devrimini desteklemesi sevilmemesine neden oldu. 1791’de evi ve laboratuvarı yakıldı; Londra’ya ve ardından Amerika’ya taşınmak zorunda kaldı. Pennsylvania’ya yerleşti ve 1804’te orada öldü.

papaz ana

Önemli Eserleri:
1767 – The History and Present State of Electricity (Elektriğin Tarihi ve Bugünkü Durumu)
1774-77 – Experiments and Observations on Different Kinds of Air (Çeşitli Gazlar Üstüne Deneyler ve Gözlemler) 6 Cilt

Gazlar Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1754 – Joseph Black ilk gazı, karbondioksiti yalıtır.

1766 – Henry Cavendish hidrojeni hazırlar.

1772 – Carl Scheele, Priestley’den iki yıl önce üçüncü bir gazı, oksijeni yalıtır, ama 1777’e kadar bulgularını yayımlamaz.

1774 – Paris’te Priestley, yeni gazlar meydana getiren ve vardığı sonuçları Mayıs 1775’te yayımlayan Antoine Lavoisier’e yöntemini gösterir.

1779 – Lavoisier gaza “oksijen” adını verir.

1783 – Cenevre’nin Schweppes Şirketi, Priestley’in icat ettiği gazozu yapmaya başlar 1877 İsviçreli kimyacı Raoul Pictet, roket yakıtında, sanayide ve tıpta kullanılacak sıvı oksijen üretir.

1754’te Joseph Black, bizim şimdi karbondioksit (CO2) dediğimiz şeyi “sabit hava” olarak tarif etmişti. Bir gazı saptayan ilk bilim insanı olmanın yanı sıra, çeşitli “hava” türlerinin, yani gazların varlığını da gösterdi.

On iki yıl sonra Henry Cavendish adlı İngiliz bilim insanı, çinko, demir ve kalay gibi metallerin “asitlerdeki çözeltiyle yanar hava ürettiklerini” Londra’da Kraliyet Derneğine bildirdi. Bu yeni gaza, sıradan ya da “sabit hava” dan farklı olarak kolay yandığı için “yanar hava” dedi. Bugün biz ona hidrojen (H2) diyoruz. Bu, saptanan ikinci gaz ve yalıtılan ilk gaz elementti. Cavendish, çinko-asit karışımının tepkime sırasındaki ağırlık kaybını ölçerek ve çıkan bütün gazları bir torbada toplayıp tartarak – önce gazla dolu sonra boş – bir gaz örneğinin ağırlığını ölçmeye koyuldu. Gazın hacmini bildiği için yoğunluğunu hesaplayabilirdi. Yanar havanın, sıradan havadan 11 kat daha az yoğun olduğunu buldu.

Henry Cavendish deneyleri

Düşük yoğunluklu gazın keşfi, havadan daha hafif olan uçan balonlara yol açtı. 1763’te Fransa’da mucit Jacques Charles ilk hidrojen balonunu uçurdu ve iki haftadan daha kısa bir süre sonra Montgolfier Kardeşler ilk insanlı sıcak-hava balonunu uçurdu.

hidrojen balonu
İlk hidrojen balonunun esin kaynağı Cavendish’ti ve büyük bir kalabalık tarafından alkışlandı. Günümüzde patlayıcı hidrojen yerine helyum kullanır.

Patlayıcı Keşifler

Cavendish kendi gazının ölçülmüş örnekleri ile bilinen hacimlerde havayı şişelerde karıştırdı ve şişelerin kapakların açıp, yakılmış kağıt parçalarıyla karışımları tutuşturdu. Bir birim hidrojen ile dokuz birim hava karışımında yavaş, sakin bir yanma olduğunu; hidrojen miktarının artmasıyla birlikte karışımın artan bir şiddetle patladığını; ama %100 hidrojenin tutuşmadığını gördü. Simyadan kalan ve yanma sırasında ateş benzeri bir elementin (“filojiston”) serbest kaldığını ifade eden köhne bir fikir, Cavendish’in düşüncesini sakatlamaktaydı. Bununla birlikte, deneylerinde ve raporlarında titizdi: “Öyle görünüyor ki, 423 ölçü yanar hava 1000 ölçü sıradan havayı filojistonlaştırmaya neredeyse yeter; patlamadan sonra kalan havanın miktarı, kullanılan sıradan havanın beşte dördünden biraz fazladır. Yanar havanın neredeyse tamamı ile sıradan havanın yaklaşık beşte birinin… yoğunlaşıp camı sıvayan çiğe dönüştüğü… sonucuna varabiliriz.”

Suyu Tanımlamak

Cavendish “filojistonlaştırma” terimini kullanmasına rağmen, çıkan tek yeni malzemenin su olduğunu kanıtlamayı başardı ve iki ölçek yanar havanın bir ölçek oksijenle birleştiği sonucunu çıkardı. Başka bir deyişle, suyun bileşimin H2O olduğunu gösterdi. Bulgularını Joseph Priestley’e bildirmesine rağmen, Cavendish sonuçları yayınlama konusunda o kadar çekingendi ki, arkadaşı İskoç mühendis James Watt 1763’te formülü ilan eden ilk kişi oldu. Bilime birçok katkısı arasında Cavendish havanın bileşimini de “dört parça filojistonlaşmış havayla (nitrojen) karıştırılmış bir parça filojistonsuzlaşmış hava (oksijen)” olarak hesapladı. Bu iki gazın Yer atmosferinin %99’unu oluşturduğunu bugün biliyoruz.

gazlar

Henry Cavendish Kimdir?

18. yüzyıl kimyasının ve fiziğinin en garip ve en parlak öncülerinden biri olan Hanry Cavendish 1731’de Fransa Nice’de doğdu. Her iki dedesi de düktü ve çok zengindi. Cambridge Üniversitesinde okuduktan sonra, Londra’daki evinde tek başına yaşadı ve çalıştı. Çok az konuşan ve kadınlardan utanan bir kişiydi; hizmetçilerine not bırakarak yemek siparişlerini verdiği söyleniyordu.

Henry Cavendish

Cavendish yaklaşık 40 yıl boyunca Kraliyet Derneğinin toplantılarına katıldı ve Royal Institution’da Humphry Davy’e yardım etti. Kimya ve elektrik alanında önemli özgün araştırmalar yaptı, ısının doğasını doğru bir biçimde tarif etti ve Yer’in yoğunluğunu ölçtü ya da halkın dediği şekliyle, “dünyayı tarttı“. 1810’da öldü. 1874’te Cambridge Üniversitesi, yeni fizik laboratuvarına onun adını verdi.

1661 – Robert Boyle bir element tanımlayıp, modern kimyanın temellerini atar.

1754 – Joseph Black, “sabit hava” dediği bir gazı, karbondioksiti saptar.

1772-75 – Joseph Priestley ve (ondan bağımsız) İsveçli Carl Wilhelm Scheele oksijeni yalıtır; onları gaza adını veren Antoine Lavoisier izler. Priestley de nitrik oksidi, azot oksidi ve hidrojen kloridi keşfeder, oksijen soluma ve gazoz yapma deneyleri gerçekleştirir.

1799 – Humphry Davy, azot oksidin ameliyatta bir anestetik olarak yararlı olabildiğini öne sürer.

1844 – Amerikalı dişçi Horace Wells anestezi için ilk kez azot oksit kullanır.

Glasgow Üniversitesinde ve daha sonra Edinburgh’da tıp profesörü olan Joseph Black, kimya dersleri de verdi. Önemli bir araştırmacı bilim insanı olmasına rağmen, vardığı sonuçları nadiren yayımladı, onun yerine derslerinde duyurdu; öğrencileri, yeni bilimin en ön saflarındaydı. Black’in bazı öğrencileri, işlerini yürütmenin maliyetleriyle ilgilenen İskoç viskisi damıtıcılarının oğullarıydı. Yaptıkları tek şey sıvıyı kaynatıp buharı yoğunlaştırmak olduğu halde, viski damıtmanın neden bu kadar pahalı olduğunu soruyorlardı.

Kaynamayla İlgili Yeni Bir Düşünce

1761’de Black ısının sıvılar üzerindeki etkisini araştırdı ve bir çaydanlık su sobanın üzerinde ısıtılırsa, sıcaklığın 100°C’ye ulaşana kadar sürekli arttığını keşfetti. O zaman su kaynamaya başlar, ama suya hala ısı girmesine rağmen sıcaklık artmaz. Black, suyu buhara dönüştürmek – ya da modern terimlerle, moleküllere onları sıvı içinde bir arada tutan bağlardan kurtulmalarına yetecek kadar enerji vermek – için, ısıya ihtiyaç olduğunu anladı. Bu ısı sıcaklığı değiştirmez ve kaybolur gibi görünür bu yüzden Black gizil ısı dedi. Daha doğrusu bu, suyun buharlaşmasının gizil ısısıdır. Bu keşif, termodinamik biliminin – ısıyı, ısının enerjiyle ilişkisini ve mekanik iş yapmak için ısı enerjisini harekete dönüştürmeyi inceleyen bilim – başlangıcı oldu.

su buharı

Suyun alışılmamış ölçüde yüksek bir gizil ısısı vardır; yani sıvı su uzun süre kaynadıktan sonra tamamı gaza dönüşür. Sebze pişirmede buharının bu kadar etkili olmasının, bu kadar etkili olmasının, buharın korkunç bir haşlama gücüne sahip olmasının ve ısıtma sistemlerinde kullanılmasının nedeni budur.

Buzu Eritmek

Suyu buhara dönüştürmek için ısıyı ihtiyaç olduğu gibi, buzu suya dönüştürmek için de ısıya ihtiyaç vardır. Eriyen buzun gizil ısısı, buzun bir içkiyi soğutacağı anlamına gelir. Buzu eritmek ısıyı gerektirir ve bu ısı, buzun içinde yüzdüğü ve soğuttuğu içkiden elde edilir.

Black bütün bunları imbikçilere açıkladı; ama para tasarruf etmelerine yardım edemedi. Buhar motorlarının neden bu kadar verimli olduklarını anlamaya çalışan meslektaşı James Watt’a da açıkladı. Daha sonra Watt, piston ve silindiri soğutmadan buharı yoğunlaştıran ayrı yoğunlaştırıcı düşüncesini ortaya attı. Bu düşünce buhar motorunu çok daha verimli bir makine, Watt’ı da zengin bir kişi haline getirdi.

Burada Black, Glasgow’daki atölyesinde mühendis James Watt’ı ziyaret ederken gösteriliyor. Watt, buharlı aletlerinden birini tanıtıyor.
Joseph Black james watt

Joseph Black Kimdir

Fransa’da Bordeaux’da doğan Joseph Black, Glasgow ve Edinburgh üniversitelerinde tıp okudu; profesörünün laboratuvarında kimyasal deneyler yaptı. 1754’te doktora tezinde Black, tebeşir (kalsiyum karbonat) ısıtılıp sönmemiş kireç (kalsiyum oksit) haline getirilince, genellikle inanıldığı gibi ateşten yakıcı bir ilke almadığını, aksine ağırlık kaybettiğini gösterdi. Black, hiçbir sıvı ya da katı üretilmediği için, bu kaybın bir gaz olması gerektiğini anladı ve tebeşirde sabitlenen bir hava (gaz) olduğu için ona “sabit hava” dedi. Sabit havanın (şimdi karbondioksit olarak bildiğimiz) soluduğumuz gazlar arasında olduğunu da gösterdi.

Joseph Black a

1756’dan itibaren Glasgow’da tıp profesörüyken Black, ısı konusunda dönüm noktası olan araştırmasını yaptı. Ulaştığı sonuçları yayımlamamasına rağmen, öğrencileri bulgularını yaydı. 1776’da Edinburgh’a taşındıktan sonra, araştırma yapmayı bırakıp ders vermeye ve – Sanayi Devrimi hız kazanırken – İskoçya sanayisinde ve tarımında kimya temelli yenilikler konusunda tavsiyelerde bulunmaya odaklandı.

1661 – Robert Boyle gazları yalıtmaya öncülük eder.

1750’ler – Joseph Black kimyasal tepkimelerden önce ve sonra malzemeleri tartar – ilk nicel kimya – ve karbondioksiti keşfeder.

1766 – Henry Cavendish hidrojeni yalıtır.

1774 – Joseph Priestley oksijeni ve diğer gazları yalıtır.

1798 – Amerika doğumlu İngiliz fizikçi Benjamin Thompson, ısının parçacıkların hareketiyle üretildiğini öne sürer.

1845 – James Prescott Joule devinimin ısıya dönüşmesini inceler ve ısının mekanik eşdeğerini ölçüp, verili bir mekanik iş miktarının aynı miktarda ısı ürettiğini söyler.

17. yüzyılın sonunda Isaac Newton hareket ve kütleçekim yasalarını saptayarak, bilimi her zamankinden daha kesin ve matematiksel hale getirdi. Çeşitli alanlarda bilim insanları Evren’i yöneten temel ilkeleri tanımladı ve bilimsel araştırmanın çeşitli kolları giderek daha fazla uzmanlaştı.

Universum small

Akışkan Dinamiği

1720’lerde İngiliz din adamı Stephen Hales bitkilerle bir dizi deney yaparak kök basıncını – bitkilerin sapı bu sayede yükselir – keşfetti ve laboratuvarda gaz toplama aygıtını, pnömatik hazneyi icat etti; bu aygıtın daha sonra havanın bileşenlerini saptamada yararlı olduğu anlaşıldı. İsviçreli matematikçi bir ailenin en parlak üyesi olan Daniel Bernoulli, Bernoulli denklemini formüle – bir akışkan hareket edince basıncı düşer – etti. Bu, kan basıncını ölçmesini olanaklı kıldı. Bu, aynı zamanda uçakların uçmasına olanak veren ilkedir de.

0 15db78 2a6ec649 XL

Daha sonra gizil ısı teorisini formüle edecek olan İskoç kimyacı Joseph Black 1754’te, kalsiyum karbonatın bozunması ve “sabit hava”nın, yani karbondioksitin oluşması üzerine dikkate değer bir doktora tezi üretti. Bu tez, kimyasal araştırma ve keşif alanında zincirleme bir tepkimenin kıvılcımını çaktı. İngiltere’de münzevi deha Henry Cavendish hidrojen gazını yalıttı ve suyun iki parça hidrojen ile bir parça oksijenden oluştuğunu kanıtladı. Muhallif papaz Joseph Priestley oksijeni ve başka birçok yeni gazı yalıttı. Felemenkli Jan Ingenhousz, Priestley’in bıraktığı yerden devam etti ve yeşil bitkilerin gün ışığında oksijen, karanlıkta karbondioksit saldıklarını gösterdi. Bu arada Fransa’da Antoine Lavoisier karbon, kükürt ve fosfor dahil, birçok elementin oksijenle birleşerek yandığını ve bugün bizim oksit dediğimiz şeyi oluşturduğunu gösterip, yanıcı malzemelerin yanmalarını sağlayan ve filojiston denilen bir madde içerdiğine ilişkin teoriyi çürüttü. (Ne yazık ki, Fransız devrimciler Lavoisier’i giyotine gönderecekti.)

1793’te Fransız kimyacı Joseph Proust, kimyasal elementlerin neredeyse her zaman belirli oranlarda birleştiklerini keşfetti. Bu, basit bileşiklerin formüllerini çıkarma yönünde yaşamsal bir adımdı.

Yer Bilimleri

Terazinin diğer ucuna Yer süreçlerine ilişkin bilgi büyük ilerlemeler kaydediyordu. Amerika’da Benjamin Franklin, şimşeğin bir elektrik biçimi olduğunu kanıtlamak için tehlikeli bir deney yapmanın dışında, Gulf Stream araştırmalarıyla büyük ölçekli okyanus akıntılarının varlığını kanıtladı. İngiliz hukukçu ve amatör meteorolog George Hadley, ticaret rüzgarlarını Yer’in dönüşüyle ilişki içinde açıklayan kısa bir kitapçık yayımlarken; Newton’ın bir düşüncesine sarılan Nevil Maskelyne, bir İskoç dağının kütleçekimini ölçmek için ağır hava koşullarında birkaç ay kamp kurdu. Bunu yaparken Yer’in yoğunluğunu ortaya çıkardı. James Hutton İskoçya’da çiftlik miras aldıktan sonra jeolojiyle ilgilenmeye başladı ve Yer’in daha önce sanılandan daha yaşlı olduğunu ortaya çıkardı.

1200 base image 4.1424268652

Yaşamı Anlamak

Bilim insanları Yer’in aşırı yaşını öğrenince, yaşamın nasıl başladığına ve evrildiğine ilişkin yeni düşünceler ortaya çıkmaya başladı. Zamanının ötesinde Fransız yazar, doğa bilimci ve matematikçi Georges-Louis Leclerc, diğer adıyla Comte de Buffon, modern evrim teorisi yönünde ilk adımları attı. Alman teolog Christian Sprengel ömrünün çoğunu bitkilerle böceklerin etkileşimini inceleyerek geçirdi ve erdişi çiçeklerin erkek ve dişi organları farklı zamanlarda çıkardıklarını, dolayısıyla kendi kendilerini döllemediklerini açıkladı. İngiliz rahip Thomas Robert Malthus dikkatini demografiye verdi ve nüfus arttıkça felaket öngören An Essay on the Principle of Population’ı (Nüfus Artışı Hakkında Araştırma) yazdı. Malthus’un kötümserliğinin yersiz olduğu (şimdiye kadar) anlaşıldı; ama kontrol edilmezse nüfus artışının kaynakları aşacağı düşüncesi, daha sonra Charles Darwin’i etkileyecekti.

DigiRev

Yüzyılın sonunda İtalyan fizikçi Alessandro Volta, izleyen on yıllarda ilerlemeleri hızlandıracak elektrik bataryasını icat ederek yeni bir dünyanın kapısını açtı. 18. yüzyıl boyunca öyle bir ilerleme olmuştu ki, İngiliz filozof William Whewell, filozoftan farklı yeni bir mesleğin yaratılmasına önerdi: “Genel olarak bilimle uğraşan birini tarif etmek için bir ada çok ihtiyacımız var. Ben bilim insanı deme eğilimindeyim.”

Genişleyen Ufuklar 1700 – 1800

1727 – İngiliz din adamı Stephen Hales kök basıncını gösteren Vegetable Staticks‘i yayımlar.

1735 – İsveçli botanikçi Carl Linnaeus flora ve fauna sınıflandırmasının başlangıcı olan Systema Naturae‘yi yayımlar.

1735 – George Hadley on yıllarca meçhul kalan kısa bir kitapçıkta ticaret rüzgarlarının davranışlarını açıklar.

1738 – Daniel Bernoulli gazların kinetik teorisinin temelini atan Hydrodynamica‘yı yayımlar.

1749 – Georges-Louis Leclerc, Histoire Naturelle‘nin ilk cildini yayımlar.

1754 – Joseph Black’in karbonatlar üzerine doktora tezi, nicel kimyada öncü eserdir.

1766 – Henry Cavendish, çinkoyu asitle tepkimeye sokarak hidrojen ya da yanar hava yapar.

1770 – Amerikalı diplomat ve bilim insanı Benjamin Franklin, Gulf Stream akıntısının bir haritasını yayımlar.

1774 – Joseph Priestley bir büyüteç ve Güneş ışığı kullanıp cıva oksidi ısıtarak oksijen meydana getirir, buna filojistonsuz hava der.

1774 – Antoine Lavoisier, Priestley’den tekniği öğrendikten sonra, aynı gazı meydana getirir ve adına oksijen der.

1774 – Nevil Maskelyne, bir dağın kütleçekimini ölçerek Yer’in yoğunluğunu hesaplar.

1779 – Jan Ingenhousz yeşil bitkilerin gündüz dışarıya oksijen verdiklerini keşfeder; bu, fotosentezdir.

1788 – James Hutton Yer’in yaşıyla ilgili teorisini yayımlar.

1793 – Christian Sprengel, tozlaşma üzerine kitabında bitki cinselliğini tasvir eder.

1798 – Thomas Robert Malthus insan nüfusu üzerine, daha sonra Charles Darwin ve Alfred Russel Wallace’ı etkileyen ilk denemesini çıkarır.

1799 – Alessandro Volta elektrik bataryasını icat eder.