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

Güneş’in neden sıcak olduğu sorusu binlerce yıldan beri insanların kafasını meşgul etmiştir.

Güneş

Çok eski zamanlarda insanlar Güneş’in yanan bir kömür yığını olduğunu düşünmüştür, fakat günümüzde Güneş’in büyük oranda hidrojenden meydana geldiğini ve kömür gibi yanmadığını biliyoruz. Güneş’in merkezindeki hidrojen o kadar fazla sıkışır ki, bu parçacıklar birbirine yapışarak helyum adını verdiğimiz bir başka gaza dönüşür.

Bu parçacıkların sıkışması sonucunda, Güneş’in parlak ve sıcak olmasını sağlayan enerjinin açığa çıktığını ilk çözen Albert Einstein’dı. Güneş’in merkezinde sıcaklık 15 milyon santigrat dereceyken, yüzeyindeki sıcaklık çok daha düşük olup 5700 santigrat derecedir. Su, 100 santigrat derecede buharlaştığına göre, Güneş’in ne kadar sıcak olduğunu varın siz tahmin edin.

Güneş Katmanları

Günümüzde, uzaydaki teleskoplar yardımıyla Güneş’i ayrıntılı olarak inceleyebiliyor, Güneş’in şaşırtıcı derecede sıcak (1 milyon santigrat derece), hatta yüzeyinden çok daha sıcak bir atmosferi olduğunu anlıyoruz. Güneş’in yüzeyinden kaynaklanan ısı bu denli sıcak bir atmosfer yaratamayacağına göre, sözünü ettiğim durum gerçekten de şaşırtıcı.

Atmosferdeki sıcak gazlar, X ışınları ve morötesi ışıkta çok parlak gözükür. X ışınları ve morötesi ışığı görebilen uzay teleskopları, atmosferin, bu gazlar arasından geçen çok yoğun manyetik alanlar sayesinde bu denli sıcak olduğunu anlamamızı sağlamıştır. Güneş Dinamikleri Gözlemevi, SOHO ve Hinode gibi uzay araçları sayesinde, bu manyetik alanların sürekli hareket halinde olduğunu, dalgalar halinde yayıldığını ve meydana gelen güç patlamalarının Güneş’in atmosferindeki gazları 1 milyon santigrat dereceye kadar ısıttığını biliyoruz.

Portekizli kaşif Ferdinand Macellan’ın yelken açıp, boşluğa düşmeden dünyanın etrafını dolandığı 1519 yılından beri Dünya’nın yuvarlak olduğunu biliyoruz. Sonrasında elbette Dünya’yı uzaydan da gördük; önce uydular aracılığıyla, sonra da uzaya giden insanlar sayesinde.

1961 yılında Yuri Gagarin, 108 dakikalık bir yolculukla Dünya etrafında uçan ilk insan oldu. Bunu izleyen 10 yıl içinde toplam 24 astronot Ay’a gitti ve oradan, yani 400 bin kilometre öteden baktıklarında, yaşadıkları yuva olan mavi gezegeni kendi gözleriyle görebildiler.

Dünya, Ay ve insansız uzay araçlarıyla güneş sistemimizde incelediğimiz her gezegen yuvarlak, yani küreseldir.

Gezegenler

Bütün gezegenlerin neden yuvarlak olduğunu anlamak için, zaman içinde geriye gitmemiz gerek. Dünya ve Güneş’in henüz var olmadığı zamanlara. Kendimizi uzayda, bir gaz ve toz bulutunun üzerinde sürüklenirken buluyoruz. Bu bulut gerçekten de çok büyük. Öyle uçsuz bucaksız ki nerede başlayıp nerede bittiğini göremiyoruz. Büyük oranda hidrojen ve helyum gazlarından oluşmuş; birkaç başka element ve kimyasal bileşik daha içeriyor.

Şimdi zamanı yeniden ileriye doğru sarmaya başlıyoruz; bulutun içinde bir şok dalgasının yayıldığını görüyoruz. Şok dalgası, ömrünün sonuna gelen yakın bir yıldızın patlaması sonucunda gelişti. Dalga bulutun içinden geçen toz ve gazları sıkıştırıyor, karıştırıyor ve ardında girdap gibi dönen geniş alanlar bırakarak ilerliyor.

Bu dönüp duran gaz ve toz bölgeleri, çevrelerini saran alandan biraz daha yoğun ve bu alanlar giderek daha fazla maddeyi kendine doğru çekmeye başlıyor. Oluşan bu çekim kuvvetine yerçekimi diyoruz. Kendi etrafında dönen bu yığınlar büyüdükçe çekim gücü de artıyor. Hızla büyüyorlar, bazıları çarpışarak birbirine doğru çekiliyor ve dönen daha da büyük yığınlar oluşturuyorlar. Her birinin merkezinde, bütün yönlere doğru eşit çekim uygulayan ve giderek artan yerçekimi kuvvetleri, bu genç gezegenlerin küresel bir şekil almasını sağlıyor.

Üzerinde yaşadığınız gezegenden de gayet iyi bildiğiniz gibi, gezegenler düz yüzeyli küreler değildir. Dünya yüzeyi, üzerindeki dağlar ve vadilerden ötürü girintili çıkıntılıdır. Ama şunu da fark etmiş olmalısınız ki, uzaya kadar uzanan dağlar yok. Merkeze doğru her yönde eşit çekim gücü gösteren yerçekimi kuvveti, haddinden fazla büyüyen dağların Dünya’nın sıcak, ağdalı iç kesimlerine doğru batmasını sağlayarak gezegeni daha düzgün bir küre olarak tutuyor.

Hemen hemen küresel demek daha doğru olur aslında. Dünya’nın boyutlarının modern yöntemlerle ölçümü, gezegenimizin aslında tam da küre şeklinde olmadığını göstermiştir. Bir gezegenin kendi etrafında dönmesi, ekvatorun yerçekiminin etkisinden biraz olsun kurtulmasını sağlar ve onu alttan üstten hafif basık bir küreye dönüştürür. Dünya için konuşacak olursak, ekvatordan geçen çap; kutuplar arası çaptan 40 kilometre uzundur.

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.

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.