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

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.

1799’da elektrik bataryasının icadı, tamamen yeni bilimsel araştırma alanları açtı. Danimarka’da Hans Christian Orsted elektrik ile manyetizma arasında bir bağlantıyı tesadüfen keşfetti. Londra Royal Institution’da (Kraliyet Enstitüsü) Michael Faraday manyetik alanların şeklini kafasında canlandırdı ve dünyanın ilk elektrik motorunu icat etti. İskoçya’da James Clerk Maxwell, Faraday’ın düşüncelerini aldı ve elektromanyetizmanın karmaşık matematiğini oraya çıkardı.

Michael Faraday

Görünmezi Görmek

Elektromanyetik dalgaların görünmez biçimleri, ne oldukları bilinmeden ya da davranışlarını düzenleyen yasalar ortaya çıkarılmadan keşfedildi. Britanya’da, Bath’da çalışan Alman astronom William Herschel günışığının çeşitli renklerini ayırıp sıcaklıklarını araştırmak için bir prizma kullandı; termometresinin, görünür spektrumun kırmızı ucunun ötesinde daha yüksek bir sıcaklık gösterdiğini fark etti. Herschel kızılötesi ışınıma rastlamıştı ve ertesi yıl morötesi ışınım keşfedildi. Spektrumda görünür ışıktan fazlası oluğunu kanıtlandı. Aynı şekilde daha sonra Wilhelm Conrad Röntgen Almanya’daki laboratuvarında X-ışınlarını tesadüfen keşfetti. İngiliz hekim Thomas Young, ışığın gerçekte bir dalga mı yoksa bir parçacık mı olduğunu belirlemek için akıllı bir çiftyarık deneyi tasarladı. Dalga girişiminin keşfi, tartışmayı halletmiş gibi görünüyordu. Prag’da Avusturyalı fizikçi Christian Andreas Doppler, ışığın çeşitli frekanslarda bir spektrumu olan bir dalga olduğu düşüncesinden yararlanarak çift yıldızların rengini açıklayıp, şimdi Doppler Etkisi olarak bilinen olguyu açıklığa kavuşturdu. Bu arada Paris’te Fransız fizikçiler Hippolyte Fizeau ve Leon Foucault ışığın hızını ölçtü ve suyun içinde, havada olduğundan daha yavaş yol aldığını gösterdi.

Doppler Etkisi

Kimyasal Değişmeler

İngiliz meteorolog John Dalton atom ağırlığının kimyacılar için önemli bir kavram olabileceğini tereddütlü bir biçimde öne sürdü ve birkaç atomun ağırlığını hesaplamaya kalkıştı. On beş yıl sonra İsveçli kimyacı Jöns Jakob Berzelius daha tam bir atom ağırlıkları listesi hazırladı. Onun öğrencisi Alman kimyacı Friedrich Wöhler inorganik bir tuzu organik bir bileşiğe dönüştürdü ve canlı kimyasının ayrı kurallara göre çalıştığı düşüncesini çürüttü. Paris’te Louis Pasteur, yaşamın kendiliğinden yaratılmadığını gösterdi. Yeni düşüncelerin esin kaynağı çeşitliydi. Benzen molekülünün yapısı, Alman kimyacı August Kekule’nin yatmaya giderken aklına geldi; Rus kimyacı Dimitri Mendeleyev elementlerin periyodik tablosu sorununu halletmek için bir deste oyun kağıdı kullandı. Marie Curie polonyumu ve radyumu yalıtıp, hem kimya hem fizik alanında Nobel ödülü kazan ilk kişi oldu.

Marie Curie

Geçmişin İpuçları

Yüzyıl, yaşam anlayışında bir devrimden başka bir şey görmedi. İngiltere’nin güney kıyısında Mary Anning, kayalıklardan kazıp çıkardığı soyu tükenmiş yaratıkların bir dizi fosilini belgeledi. Hemen ardından Richard Owen, bir zamanlar gezegende dolaşan “korkunç kertenkeleleri” tarif etmek için “dinozor” sözcüğünü uydurdu. İsviçreli jeolog Louis Agassiz, Yer’in büyük bölümünün bir zamanlar buzla kaplı olduğunu öne sürüp, Yer’in tarihi boyunca çok farklı koşullar yaşadığı düşüncesini daha da geliştirdi. Alexander von Humboldt disiplinlerarası içgörülerden yararlanıp, doğadaki bağlantıları açığa çıkardı ve ekoloji incelemelerini başlattı. Fransa’da Jean-Baptiste Lamarck bir evrim teorisinin ana hatlarını çizdi; yanılgıya düşerek, edinilmiş özelliklerin aktarılmasının evrimin itici gücü oluğuna inandı. Sonra 1850’lerde İngiliz doğa bilimciler Alfred Russel Wallace ve Charles Darwin’in aklına, doğal seçilimle evrim düşüncesi geldi. Thomas Henry Huxley kuşların dinozorlardan evrilmiş olabileceğini gösterdi ve evrimi destekleyen kanıtlar arttı. Bu arada, Gregor Mendel adlı Almanca konuşan Silezya’lı papaz binlerce bezelye bitkisini inceleyerek genetiğin temel yasalarını ortaya çıkardı. Mendel’in çalışması birkaç on yıl ihmal edilecekti, ama yeniden keşfedilmesi doğal seçilimin genetik mekanizmasını sağlayacaktı.

Gregor Mendel
1900’de İngiliz fizikçi William Thomson’in şöyle dediği iddia edilir: “Artık fizikte keşfedilecek yeni bir şey yoktur. Geriye kalan tek şey, giderek daha kesin ölçümdür.”
William Thomson

İlerleme Yüzyılı 1800 – 1900

1800 – Astronom William Herschel kızılötesi ışınımı keşfeder.

1803 – John Dalton, atom ağırlığı düşüncesini sunar.

1811 – Lyme Regis kayalıklarında Mary Anning bilinen ilk ihtiyozor iskeletini bulur.

1820 – Hans Christian Orsted, bir akım devresi açıldığında yakındaki bir pusula ibresinin titreştiğini keşfeder.

1821 – Michael Faraday elektrik motorunun arkasındaki ilkeyi keşfeder.

1837 – Louis Agassiz buz çağını tasvir eder.

1842 – Christian Doppler çift yıldızların neden renkli olduğunu açıklar.

1845 – Alman kaşif Alexander von Humboldt, ekoloji düşüncesini sunar.

1859 – Charles Darwin, Türlerin Kökeni‘nde evrim teorisini açıklar.

1859 – Louis Pasteur yaşamın kendiliğinden oluşumunu çürütür.

1865 – August Kekule benzen molekülünün kimyasal yapısını açıklar.

1866 – Gregor Mendel bezelye genetiği üzerine çalışmasını yayımlar.

1869 – Dimitri Mendeleyev elementlerin periyodik tablosunu hazırlar.

1873 – James Clerk Maxwell, elektromanyetizma yasalarını yayımlar.

1895 – Wilhelm Röntgen X-ışınlarını keşfeder.

1898 – Marie Curie radyoaktif polonyumu yalıtır.

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.

1700’de sürekli yüzey rüzgarlarının, yani alizelerin, 30° Kuzey enlemi ile ekvator çizgisi arasında kuzeydoğu yönünden estiği biliniyordu. Galileo, Yer’in batıya doğru dönüşünün, tropikal kuşakta onu havanın “önüne” geçirdiğini, bu yüzden rüzgarların doğudan geldiğini öne sürmüştü. Daha sonra İngiliz astronom Edmond Halley, ekvator üzerinde en yüksek derecede olan Güneş ısısının havanın yükselmesine neden olduğunu ve yükselen havanın yerini, daha yüksek enlemlerden esen rüzgarların aldığını anladı.

figure 4 global cellsedit2

1735’te İngiliz fizikçi George Hadley ticaret rüzgarları ilgili teorisini yayımladı. Güneş’in havanın yükselmesine neden olduğunu kabul ediyordu; ama ekvatora yakın yükselen hava rüzgarların doğudan değil, yalnızca kuzeyden ve güneyden ekvatora doğru esmesine neden olurdu. Hava Yer’le birlikte döndüğü için, 30° kuzeyden ekvatora doğru hareket eden havanın doğuya doğru kendi momentumu olurdu. Ama Yer’in yüzeyi ekvatorda, yüksek enlemlerde olduğundan daha hızlı döner; bu yüzden yüzey hızı havanın hızından fazla olur ve rüzgarların ekvatora yaklaştıkça daha fazla doğudan geldiği anlaşılır.

globe hadleycell

Hadley’in düşüncesi rüzgar örüntülerini anlamı yolunda bir adımdı, ama yanlışlar içeriyordu. Rüzgarın yön değiştirmesinin anahtarı, rüzgarın doğrusal (düz çizgi) momentumunun değil, açısal momentumunun (dönmesine neden olan) korunmasındadır.

hadleycell

Rüzgarlar Hakkında Tarihsel Gelişmeler

1616 – Galileo Galilei Yer’in döndüğünün kanıtı olarak ticaret rüzgarlarını gösterir.

1686 – Edmond Halley, gökyüzünde batıya doğru yol alan Güneş’in havanın yükselmesine ve doğudan esen rüzgarla yer değiştirmesine neden olduğunu öne sürer.

1793 – John Dalton, Hadley’in teorisini destekleyen Meteorological Observations and Essays‘ı (Meteorolojik Gözlemler ve Yazılar) yayımlar.

1835 – Gustave Coriolis; Hadley’in düşüncelerini geliştirip, rüzgarın yönünü değiştiren “bileşik bir merkezkaç kuvveti” tarif eder.

1856 – Amerikalı meteorolog William Ferrel, alçak basınç merkezine çekilen havanın günbatısı rüzgarlarını yarattığı orta enlemlerde (30-60°) bir dönüş hücresi saptar.

Maddenin doğası, birçok antik Yunan düşünürü ilgilendirmiştir. Sıvı suyu, katı buzu ve gazlı sisi gören Miletoslu Thales, her şeyin sudan yapılmış olması gerektiğine inandı. Aristoteles’e göre “-Bütün şeylerin besini nemdir ve sıcak bile, ıslaktan yaratılmıştır ve ıslakla yaşar.” Thales’ten iki kuşak sonra yazan Anaksimenes dünyanın havadan meydana geldiğini öne sürdü: Hava yoğunlaşınca sis, sonra yağmur ve en sonunda da taş üretir.

Sicilya adasında Akragas’ta [Agrigento] doğan Empedokles daha karmaşık bir teori geliştirdi: Her şey dört kökten – element sözcüğünü kullanmadı – oluşur, yani toprak, hava, ateş ve su. Bu köklerin birleşmesi sıcaklık ve ıslaklık gibi nitelikler üretip toprağı, taşı, bütün bitki ve hayvanları meydana getirir. Başlangıçta dört kök, merkezcil kuvvet sevginin bir arada tuttuğu kusursuz bir küre oluşturmaktaydı. Ama zaman içinde kavga, merkezcil kuvvet, kökleri ayırmaya başladı. Empedokles’e göre sevgi ve kavga evreni şekillendiren iki kuvvettir. Bu dünyada kavga ağır basma eğilimindedir, hayatın bu kadar zor olmasının nedeni budur.

dört kök

Bu görece basit teori, 17. yüzyılda modern kimya gelişene kadar, çok az düzeltmeyle Avrupa düşüncesine – “dört vücut sıvısı”na işaret eden – egemen oldu.

ateş hava su toprak

Empedokles maddenin dört kökünü iki karşıt çift olarak görür: birleşip gördüğümüz her şeyi meydana getiren ateş/su ve hava/toprak.

empedokles

Dört Element Hakkında Tarihçe

MÖ 585 – Thales bütün dünyanın sudan yapıldığını öne sürer.

MÖ 535 – Anaksimenes her şeyin, suyun ve taşın da kaynağı olan havadan oluştuğunu düşünür.

MÖ 400 – Yunan düşünür Demokritos, dünyanın nihayetinde bölünmez küçük parçacıklardan -atomlar- oluştuğunu söyler.

MS 1661 – Sceptical Chymist, eserinde Robert Boyle, bir element tanımı verir.

MS 1808 – John Dalton’ın atom teorisi, her elementin kütleleri farklı atomlara sahip olduğunu ifade eder.

MS 1869 – Dimitri Mendeleyev elementleri ortak özelliklerine göre gruplar halinde düzenleyen bir periyodik tablo önerir.

dört unsur

Bilim, sürekli bir hakikat arayışıdır. Evrenin nasıl çalıştığını keşfetmek için en eski uygarlıklardan beri süre gelen bir mücadeledir. İtici gücünü insanın merakından alan bilim, akıl yürütmeye, gözleme ve deneye dayanmaktadır. Eski yunan filozoflarının en ünlüsü olan Aristoteles bilimsel konularda yazılar yazdı ve sonradan gelen birçok çalışmanın temellerini attı. İyi bir doğa gözlemcisiydi; ama tamamen düşünceye ve muhakemeye dayandı, deney yapmadı. Bu nedenle birçok şeyi yanlış anladı. Örneğin büyük nesnelerin küçük nesnelerden daha hızlı düştüğünü ve bir nesnenin ağırlığı başka bir nesnenin iki katıysa, iki kat daha hızlı düşeceğini öne sürdü. Bu yanlış olmasına rağmen, İtalyan astronom Galileo Galilei 1590’da bu düşünceyi çürütene kadar hiç kimse ondan kuşkulanmadı. Bugün iyi bir bilim insanının ampirik kanıtlara yaslanması gerektiği aleni olabilir, ama her zaman öyle değildi.

Bilimsel Yöntem

Bilimsel süreç için mantıksal bir sistemi, ilk kez 17. yüzyılda İngiliz filozof Francis Bacon öne sürdü. 600 yıl önce Arap bilim insanı İbn-i Heysem’in çalışmalarına dayanan ve çok geçmeden Fransız filozof Rene Descartes tarafından güçlendirilen Bacon’ın bilimsel yöntemi, bilim insanlarının gözlem yapmasını, olup biteni açıklayan bir teori oluşturmasını ve teorinin işe yarayıp yaramadığını görmek için bir deney gerçekleştirmek gerektirir. Doğru gibi görünürse, sonuçlar akran değerlendirmesine gönderilebilir; burada, aynı ya da benzer alanda çalışan insanlar, yanlışları tek tek bulup çıkarmaya, böylece teoriyi çürütmeye ya da sonuçlarının doğru olduğundan emin olmak için deneyi tekrarlamaya davet edilir. Test edilebilir bir hipotez öne sürmek ya da kestirimde bulunmak her zaman yararlıdır. 1682 kuyruklu yıldızını gözlemleyen İngiliz astronom Edmond Halley, 1531 ve 1607’de kayıtlara geçen kuyruklu yıldızlara benzediğini fark etti ve üçüncünün aynı nesle, güneşin yörüngesinde olduğunu öne sürdü. 1758’de geri geleceğini ön gördü ve son anda da olsa haklı çıktı – 25 Aralık günü fark edildi. Bugün o kuyruklu yıldız, Halley Kuyruklu Yıldızı olarak biliniyor. Astronomlar deney yapmadıkları için, kanıtlar ancak gözlemle elde edilebilir.

Deneyler bir teoriyi test edebilir ya da tamamen spekülatif olabilir. Yeni Zelanda doğumlu fizikçi Ernest Rutherford, bunun bir top mermisinin pelur kağıdından sekmesi gibi bir şey olduğunu söyledi- ve bu, onu atomun yapısı konusunda yeni bir düşünceye götürdü.

Bilim insanı yeni bir mekanizma ya da teori önerirken sonuçla ilgili bir öngörüde bulunabilirse, deney daha zorlu olurdu.Deney öngörülen sonuçları verirse, bilim insanı teorisini destekleyen kanıtlara sahip olur. Yine de bilim, 20.yüzyıl bilim felsefecisi Karl Popper’ın işaret ettiği gibi, bir teorinin doğru olduğunu asla kanıtlayamaz, şeylerin yalnızca yanlışlığını kanıtlayabilir. Öngörülen yanıtları veren her deney destekleyici kanıttır; ama başarısız olan tek bir deney, bütün teoriyi çökertebilir.

Yer-merkezli Evren, dört vücut sıvısı, ateş-element filojiston ve esir denilen gizemli bir ortam gibi yüzyıllardır savunulan kavramların yanlışlığı kanıtlandı ve yerlerini yeni teoriler aldı. Bunlar da yalnızca teoridir ve çürütülebilir, birçok durumda destekleyici kanıtlara bakılırsa, ihtimal dışı olmasına rağmen.

Düşüncelerin İlerlemesi

Bilim nadiren sade, mantıksal adımlarla ilerler. Birbirinden bağımsız çalışan bilim insanları eş zamanlı keşifler yapabilirler, ama neredeyse her ilerleme, önceki çalışmalara ve teorilere bir ölçüde dayanır. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, LHC, olarak bilinen devasa aygıtı yapmanın tek nedeni, 40 yıl önce, 1964’te varlığı öngörülen Higgs parçacığını aramaktı. Bu öngörü, atomun yapısına ilişkin Rutherford’a kadar geri giden on yılların teorik çalışmalarına ve Danimarkalı fizikçi Niels Bohr’un 1920’lerdeki çalışmasına dayanıyordu, bu çalışmalar da 1897’de elektronun keşfedilmesine, o da 1869’da katodun keşfine dayanmaktaydı. Vakum pompasi ve 1799’da icat edilen pil olmasıydı bunların hiçbiri olamazdı böylece zincir on yıllarca ve yüzyıllarca geriye gider. Büyük İngiliz fizikçi Isaac Newton’ın ünlü bir sözü vardır: “Daha uzağı gördümse, devlerin omuzlarında durduğum içindir.” Öncelikle Galileo’yu kast ediyordu, ama İbn-i Heysem’in Kitabu’l-Menazır’ının bir kopyasını da görmüş olabilir.

İlk Bilim İnsanları

Bilimsel bir bakışı olan ilk filozoflar, MÖ 5. ve 6. yüzyıllarda eski Yunan dünyasında aktifti. Miletoslu Thales, MÖ 585’te bir Güneş tutulmasını öngördü; Pythagoras, 50 yıl sonra bugünkü Güney İtalya’da bir matematik okulu kurdu ve Ksenophanes, bir dağda deniz kabukları bulduktan sonra, bütün Yer’in bir zamanlar denizle kaplı olması gerektiği sonucuna vardı.

MÖ 4. yüzyılda Sicilya’da Empedokles, toprak, hava, ateş ve suyun “her şeyin dört kökü” olduğunu iddia etti. Taraftarlarını volkanik Etna Dağı’nın kraterine götürdü ve anlaşılan, ölümsüz olduğunu göstermek için, kraterin içine atladı. Sonuç olarak onu bugün hatırlıyoruz.

1200 base image 4.1424268652

Yıldız Gözlemcileri

Bu arada Hindistan’da, Çin’de ve Akdeniz’de insanlar, gök cisimlerinin hareketlerini anlamaya çalışıyordu. Yıldız haritaları yaptılar – kısmen navigasyon yardımcı olsun diye, yıldızlara ve yıldız gruplarına ad verdiler. Birkaç yıldızın, “sabit yıldızlara” göre düzensiz bir yol izlediğini de fark ettiler. Yunanlar, bu gezici yıldızlara “gezegen” dedi. Çinliler, MÖ 240’ta Halley kuyruklu yıldızını ve 1054’te şimdi Yengeç Bulutsusu olarak bilinen bir süper novayı fark ettiler.

Beytü’l-Hikmet

MS 8. yüzyılda Abbasi halifesi, yeni başkenti Bağdat’ta muhteşem bir kütüphane olan bilgelik evi Beytü’l-Hikme’yi açtı. Bu, İslam bilim ve teknolojisinin hızlı ilerlemesine ilham verdi. Yıldızların konumunu kullanan bir navigasyon aleti olan usturlabın yanı sıra, çok sayıda zeka işi mekanik alet icat edildi. Simya gelişti ve damıtma gibi tekikler ortaya çıktı. Kütüphanedeki alimler Yunanistan’dan ve Hindistan’dan pek çok önemli kitabı toplayıp Arapçaya çevirdi. Batı, kadim eserleri bunların sayesinde daha sonra yeniden keşfetti. Hindistan’dan alınan Arap “rakamlarını” -sıfır dahil- öğrendi.

Modern Bilimin Doğuşu

Batı dünyasında Kilisenin bilimsel hakikat üzerindeki tekeli zayıflamaya başlarken, 1543 yılı çığır açıcı iki kitabın yayımlanmasına tanık oldu. Belçikalı anatomici Andreas Vesalius, insan cesetlerinde yaptığı diseksiyonlari muhteşem görsellerle açıklayan De Humani Corporis Fabrica‘yı çıkardı. Aynı yıl Polonyalı hekim Nicolaus Copernicus, Evrenin merkezinin Güneş olduğunu ifade edip, bin yıl önce İskenderiyeli Ptolemaios’un oluşturduğu Yer-merkezli modeli altüst eden De Revolutionibus Orbium Coelestium‘u yayımladı.

1600’de İngiliz hekim William Gilbert De Magnete’ye yayımladı; burada Yer’in kendisi bir mıknatıs olduğu için pusula ibresinin kuzeyi gösterdiğini açıkladı. Yerkürenin merkez çekirdeğinin demirden olduğunu bile öne sürdü. 1623’te başka bir İngiliz hekim, William Harvey, kalbin nasıl bir pompa gibi çalışıp kanı bütün vücuda ilettiğini ilk kez açıkladı ve böylece, 1400 yıl geriye, Yunan-Romalı hekim Galenos’a kadar geri giden önceki teorileri geçersizleştirdi. 1660’larda Anglo-İrlandalı kimyacı Robert Boyle, kimyasal bir elementi tanımladığı The Sceptical Chymist de aralarında olmak üzere bir dizi kitap çıkardı. Bu, kimyanin, mistik simyadan ayrı bir bilim olarak doğuşunun işaretiydi.

Bir süre Boyle’un asistanlığını yapan Robert Hooke, 1665’te ilk çok satan bilimsel eser Micrographia‘yı çıkardı. Pire ve sinek gözü gibi konuların katlanıp açılır görselleri daha önce hiç kimsenin görmediği mikroskobik bir dünyayı herkese açtı. Sonra 1687’de, birçok kişinin tüm zamanların en önemli bilim kitabı olarak gördüğü eser, Isaac Newton’ın kısaca Principia olarak bilinen Philosophiae Naturalis Principia Mathematica’sı geldi. Newton’ın hareket yasaları ve evresel çekim ilkesi klasik fiziğin temelini oluşturur.

Elementler, Atomlar, Evrim

18. yüzyılda Fransız kimyacı Antoine Lavoisier yanmada oksijenin rolünü keşfedip, eski filojiston teorisini itibarsızlaştırdı. Kısa sürede bir sürü yeni gaz ve özellikleri araştırıldı. Atmosferdeki gazlarla ilgili düşünce, İngiliz meteorolog John Dalton’ın her elementin benzersiz atomlardan oluştuğunu öne sürüp, atom ağırlıkları düşüncesini önermesine yol açtı. Sonra Alman kimyacı August Kekulé moleküler yapının temelini geliştirirken, Rus mucit Dimitri Mendeleyev, ilk genel kabul gören periyodik tabloyu oluşturdu.

1799’da İtalya’da Alessandro Volta’nın elektrik bataryasını icat etmesi yeni bilim alanları açtı; Danimarkalı fizikçi Hans Christian Orsted ve İngiliz çağdaşı Michael Faraday bu alana girip, yeni elementler ve elektromanyetizmayı keşfetti ve bu da, elektrikli motorun icat edilmesine yol açtı. Bu arada, klasik fiziğin düşünceleri atmosfere, yıldızlara, ışığın hızına ve ısının doğasına uygulandı; bunlar da gelişip, termodinamik bilimine yol açtı.

Kaya tabakalarını inceleyen jeologlar Yer’in geçmişini yeniden inşa etmeye başladılar. Soyu tükenmiş yaratıkların kalıntıları çıkmaya başladıkça, paleontoloji moda oldu. Eğitimsiz İngiliz genç kız Mary Anning, dünyaca ünlü fosil kalıntı derleyicisi oldu. Dinozorlarla birlikte, en ünlüsü İngiliz doğa bilimci Charles Darwin’den olmak üzere evrim düşünceleri, yaşamın kökeni ve ekolojisi üzerine yeni teoriler geldi.

bilim tarihi

Belirsizlik ve Sonsuzluk

Yirminci yüzyılın başında Albert Einstein adlı genç bir Alman kendi görelilik teorisini önerip, klasik fiziği sarstı ve mutlak zaman ve mekan düşüncesine son verdi. Yeni atom modelleri önerildi; ışığın hem bir parçacık hem bir dalga olarak hareket ettiği gösterildi; başka bir Alman, Werner Heisenberg, Evren’in belirsiz olduğunu gösterdi.

Bununla birlikte, son yüzyılın en etkileyici gelişmesi, teknik ilerlemelerin bilimin daha önce olduğundan daha hızlı ilerlemesini olanaklı kılması, artan bir kesinlikte birbirini izleyen düşünceler oldu. Daha güçlü parçacık çarpıştırıcıları, maddenin yeni temel birimlerini açığa çıkardı. Daha güçlü teleskoplar Evren’in genişlemekte olduğunu ve bir Büyük Patlamayla başladığını gösterdi. Kara delikler düşüncesi kök salmaya başladı. Anlaşılan, her neyseler kara madde ve kara enerji Evren’i dolduruyordu ve astronomlar yeni dünyalar -uzak yıldızların yörüngesinde, bazılarında yaşam bile olabilen gezegenler- keşfetmeye başladılar. İngiliz matematikçi Alan Turing evrensel hesap makinesini düşündü ve 50 yıl içinde kişisel bilgisayarlarımız, dünya çapında ağımız ve akıllı telefonlarımız oldu.

Yaşamın Sırları

Biyolojide, kromozomların kalıtımın temeli olduğu gösterildi ve DNA’nın kimyasal yapısının şifresi çözüldü. Bu durum 40 yıl sonra insan genom projesine yol açtı, göz korkutucu bir iş gibi görünüyordu, ama bilgisayar yardımıyla, ilerledikçe daha da hızlandı. DNA dizileme, artık neredeyse rutin bir laboratuvar işlemidir; gen terapisi umut olmaktan çıkıp, gerçekliğe dönüştü ve ilk memeli klonlandı.

Bugünün bilim insanları bu ve diğer başarıların üzerine başarı katarken, durmak bilmeyen hakikat arayışı devam ediyor. Öyle görünüyor ki, her zaman sorular yanıtlardan fazla olacak ve gelecekteki keşifler de kesinlikle şaşırtmaya devam edecek.