Modern Kimyanın Doğuşu

|

MODERN KİMYANIN DOĞUŞU

*

Douglan Mckie

Londra Üniversitesi, Bilim Tarihi Öğretim Üyesi

*

Onyedinci yüzyıl bilimsel devriminin sonuçları arasında en başta astronomi, mekanik ve fizikteki ilerlemeler göze çarpar. Oysa, kimya biliminin modern anlamda gelişme yoluna çıkması hemen hemen onsekizinci yüzyılın sonlarını beklemiştir. Bu gecikmenin önemli bir nedeni, maddenin yapısına ilişkin eski teorinin hâlâ egemenliğini sürdürmüş olması, bir başka nedeni de, onyedinci ve onsekizinci yüzyıllarda ortaya çıkan yeni yanma teorisiydi.

Bilindiği gibi, maddenin yapısına ilişkin eski teori Antik Yunan döneminde ortaya çıkan özellikle M.Ö. IV. yüzyılda yaşayan Aristoteles tarafından geliştirilen bir teoriydi. Bu teoriye göre, dünyayı dolduran ve çevremizde gördüğümüz çok sayıdaki değişik maddeler, toprak, su, hava ve ateş diye belirlenen dört temel elementin değişik oranlarda birleşmesiyle oluşmuştur, örneğin, iki maddeden daha iyi yananı, ötekisine göre ateş elementini daha yüksek oranda içeren maddedir.

Aynı şekilde, iki maddeden daha akışkan olanı, ötekisine göre su elementini daha yüksek oranda içeren maddedir. İki bin yılı aşkın bu uzun süre boyunca, toprağın, suyun, havanın ve ateşin element olduklarını saptayan kimyasal hiçbir kanıt yoktu, kuşkusuz. Üstelik tüm maddelerin bu dört temel elementten oluştuğu görüşü de bir iddia olmaktan ileri geçmiyordu. Ama öyle de olsa teorinin pek çok olguyu herkesin anlayabileceği bir şekilde açıkladığı da bir gerçekti.

Kimyanın reform yolundaki gecikmesinin diğer nedeni, Becher ile Stahi adında iki Alman kimyacısının formüle ettiği yanma teorisiydi. Bu teoriye göre, tüm yanan ya da tutuşabilen maddelerde, Stahi’ın "phlogiston" adını verdiği ortak bir yanma ilkesi vardır; öyle ki, madde yandığında phlogiston’un ateş, ya da alev biçiminde ortaya çıktığı varsayılıyordu. Bu yanmanın bir çözülme olayı olduğu demekti. Akla yakın bir açıklamaydı bu doğrusu. Sonraki buluşlara dayalı bilgilerimiz olmasa, pek çoğumuz, bir kibrit çakıldığında ya da bir mum yandığında yanan cisimden bir "yanma-maddesi"nin ayrıldığını kolayca kabul edebiliriz, ilk bakışta tüm yanma olaylarında böyle bir ayrılma göze çarpmaktadır.

Ne var ki, "phlogiston" teorisinin bir uygulaması kimyacıları içinden çıkamadıkları, sonunda teorinin yıkılmasına yol açan bir.bunalımın içine iter. Bakır ya da kurşun gibi bir metal yandığında, metal niteliğini yitirir, pudramsı bir maddeye dönüşür. (Aynı şeye, demirin bildiğimiz paslanması olayında da rastlamaktayız.)

O dönemin kimyacıları bu olayı, metal yanan bir maddedir, ısıtıldığında "phlogiston’unu yitirir ve geriye, onların "calx dedikleri pudramsı artık kalır, diye açıklıyorlardı. Üstelik onlar bu artığın, odun kömüründe yeterince ısıtıldığında tekrar metale dönüştüğünü biliyorlardı. Ayrıca, . odun kömürünün, yandığında hemen hemen tümüyle tükenmesine bakarak "phlogiston" yönünden çok zengin olduğu söyleniyordu. Odun kömüründe ısıtılan "calx"ın tekrar metale dönüşmesini, "calx"ın daha önce yitirdiği "phlogiston’a kavuşması diye açıklıyorlardı. Görülüyor ki, bu teoriye göre bir metal, "calx" ile "phlogiston"dan oluşan bir bileşimdir; "kalsinasyon" denen süreç (metalin ısıtıldığında pudramsı bir artık "calx" bırakması süreci) metalden "phlogiston"un ayrıldığı bir tür yanma olayıdır.

Öte yandan, yanma olayında geriye kalan pudramsı artığın, calx"ın, metalin yanmadan önceki ağırlığından daha ağır olduğu bilinmekteydi. Ancak bu anlaşılır gibi değildi: Yanan metalden "phlogiston" denen bir madde ayrıldığı halde geriye kalan "calx" nasıl daha ağır olabilirdi?

"Phlogiston" teorisine bağlı kimyacılardan bir bölümü bu soruyu şöyle bir açıklamayla yanıtlama yoluna gider: "Phlogiston" serbest kaldığında diğer maddeler gibi yer merkezine doğru değil, tam tersine gökyüzüne doğru çekilir. Bir başka deyişle, göksel bir nitelikte olan "phlogiston", deyim yerindeyse, negatif ağırlık taşımaktadır. Ne var ki, deneyimlerimizin dışında kalan "garip" bir nesnenin varlığını içeren böyle bir açıklama doyurucu olmaktan uzak kalır; çok geçmeden deneyimlerimizle uyumlu daha basit bir açıklama bulunur.

Böylece, dört-element teorisi ile "phlogiston" teorisi reddedilinceye dek, modern kimyaya geçilemedi. Her şeyden önce, toprağın, suyun, havanın ve ateşin dünyamızı oluşturan elementler olmadığı; maddelerin içlerinde "tutuşturucu" ya da "ateş maddesi" denen bir nesneden dolayı yandıkları düşüncesinin yanlışlığı anlaşılmalıydı.

Bu teorilerin reddedilmesi gazların, özellikle havanın beşte birini oluşturan oksijen gazının keşfedilmesini bekler. İlk sıralarda, gazların, bildiğimiz havanın özellikleri yönünden pek az değişiklik gösteren türleri olduğu sanılır. Ne var ki, 1755’te Joseph Black "sabit hava" dediği bir hava türünü bildiğimiz havadan kimyasal olarak ayırır. (Şimdi buna "karbon dioksit" diyoruz.) Black bu gazın odun kömürünün yanmasında, teneffüs sırasında akciğerlerden çıkan havada ve mayalanma ve ekşimede ortaya çıktığını saptar. *1766’da Henry Cavendish, bizim şimdi "hidrojen" dediğimiz "tutuşan hava" adını verdiği başka bir gaz bulur. 1772yi izleyen yıllarda ise, onun hâlâ "değişik türlerden hava" dediği yedi gaz daha keşfeder.

Bir kilise adamı olan Joseph Priestley, kimya deneycilerinin en büyüklerinden biriydi. Ağustos 1774’te. Bowood House (Calne, Wiltshire)’da yaptığı en çarpıcı deneylerin birinde, yeni bir "hava" bulur. Bu havada bir mum alevi bildiğimiz havada olduğundan çok daha parlak yanar. 1775 Martında bu yeni "hava" üzerinde yürüttüğü deneylerinde (bu deneyleri Londra’da, Mayfair semtinde, Lansdown House’da yapar) bunun bildiğimiz havaya göre daha arı ve solunum için daha iyi olduğunu saptar. Bizim şimdi "oksijen" dediğimiz bu "hava" ile ilgili olarak daha sonra yapılan iki uygulamaya Priestley’in daha o zaman değindiğini görmekteyiz. Bunlardan biri yeni "hava’nın ateşi daha kuvvetli yakacağı, diğeri bazı kötü hastalıklarda akciğerler için çok yararlı olacağıydı. Priestley, solunuma ilişkin denemelerini önce fareler üzerinde, sonra kendi üzerinde gerçekleştirir; ve şöyle yazar: "Bu ‘havayı ilk teneffüs etme şerefi farelerle bana aittir.

1774 güzünde Priestley, Paris’e gider; orada modern kimyanın kurucusu Antoine Laurent Lavoisier’le tanışır; konuşmaları sırasında ona bulduğu, mum alevini çok daha parlak yakan yeni "hava"dan söz eder; üstelik onu yanmış cıva veya kurşun artıkları (calx’ları)’nı ısıtarak elde ettiğini de söylemekten geri kalmaz.

Yanma ve kalsinasyon olayları uzun süredir Lavoisier’in uğraştığı sorunlardı. Daha 1772’de yanmada havanın önemli rolüne değinmiş; fosfor ve sülfür gibi iki yanıcı maddenin, yanma sırasında havayla birleştiğini ve bu birleşmeyle ağırlıklarının arttığını belirtmişti. 1773 yılı boyunca Lavoisier’in pek çok deneyler yaptığı bilinmektedir. 1774-75 arasında, Priestley ile olan görüşmesinden sonra, kalsinasyon sürecinde metallerin ağırlık kazanmalarını da hava ile birleşmeleriyle açıklar. Ancak o. henüz yanan maddelerle birleşen havanın bildiğimiz hava olduğunu sanıyor, yoksa onun bir parçasını oluşturan oksijenin bu birleşmeyi gerçekleştirdiğini bilmiyordu.

1777’deki deneyleri sonunda Lavoisier, yanma, solunum ve kalsinasyon süreçlerinde havanın ancak bir bölümünün (daha ağır bir bölümünün) işe karıştığı; ayrıca, havanın basit bir element değil, iki tür "hava’dan oluştuğu sonucuna ulaşır. Bu "hava"lardan birini solunabilir, yanmayı sağlayan, kalsinasyonda metallerle birleşen (kendi deyimiyle, "sağlığa elverişli") hava olarak niteler; diğerini yanma ve solunuma yaramayan, kalsinasyonda birleşme özelliği olmayan, kısacası yanmaya ve yaşama elverişsiz (belki de zararlı) hava sayar.

Bu arada, 3 Mayıs 1777’de, Lavoisier. Paris Bilimler Akademisi’ne. uzun, bilim tarihinin en önemli deneylerinden biri sayılan bir çalışmasını sunar. Aşağıdaki şekilde aygıtı gösterilen bu deneyde Lavoisier A kabına koyduğu yaklaşık 120 gram cıvayı 12 gün boyunca ısıttığında B kavanozundaki su yüzeyinin yükseldiğini ve o ölçüde üst bölümdeki havanın azaldığını görür. *

(A kabı ile B kavanozu şekilde gösterildiği gibi birleştirilmiştir.) Geriye kalan havada mum alevi sönmekte, hayvanlar ise ölmektedir. Sonra A kabında ısıtılma dolayısıyla oluşan calx" parçacıklarını benzer bir aygıtta yeniden ısıtarak, deneyin ilk aşamasında hava ile birleşen "hava’nın açığa çıkmasını sağlar. Bu "hava" solunuma elverişliydi; geriye kalan hava ile karıştırdığında yeniden bildiğimiz havayı elde etmiş oldu. Solunuma elverişli olan bu "hava"ya bugün de kullandığımız "oksijen" adını verdi. Lavoisier, oksijeni ayırt ettiği bu klasik deneyde bildiğimiz havanın birbirinden tümüyle farklı, hatta birbirinin tam zıddı özellikleri olan, iki "hava"dan oluştuğunu ortaya koymuş oluyordu.

Lavoisier’in teorisi, eski düşünceye koşullanmış çağdaşlarınca pek iyi karşılanmadı. Hatta, 1783’te kendi buluşlarının ışığında "phlogiston" teorisini eleştirmeye kalktığında bile fazla etkili olmadığı görülmektedir. .

Ancak yine 1783’te Lavoisier’in, Henry Cavendish’in deneylerine dayanarak, teorisini suyun bileşimini açıklamayı da kapsayacak biçimde genişletebildiğini görmekteyiz. Şimdi "hidrojen" dediğimiz yanıcı gazın da, diğer yanan maddeler gibi, yeni teori gereğince, yandığında oksijenle birleşmesi gerekirdi! Ne var ki, tüm çabalara karşın, Henry Cavendish bu yanıcı gazın havada ya da oksijen içinde yandığında suyun oluştuğunu gösterinceye dek, beklenilen sonuç alınamamıştı. Lavoisier bu deneyi öğrenir öğrenmez sonucu bir deneyle doğrular; ve suyun oksijenle, daha sonra "hidrojen" (yani, "su oluşturucu") adını verdiği yanıcı gazın bir birleşimi olduğunu, suyu deneysel yoldan bu iki gaza ayırarak gösterir.

İçinde 120 gram kadar cıva bulunan camdan yapılmış A kabının boynu B kavanozundaki hava ile temas edecek şekilde bükülmüştür. B kavanozu, C leğenindeki cıva üzerine ters konmuştur. Odun kömürü yakan D sobasını 12 gün yaktıktan sonra, A’da kırmızı "calx" ya da cıva oksit parçacıkları oluşur. B’deki hava beşte biri kadar azalır. Geriye kalan havada mumun söndüğü ya da hayvanın öldüğü görülür. Bu hava nitrojendir. Lavoisier daha sonra başka bir aygıtta kırmızı cıva oksit parçacıklarını ısıtarak çıkan gazı ölçer, yanmaya ve solunuma elverişli olan bu gazın B kavanozunda azalan havaya eşit olduğunu saptar. Bu gaz oksijendir.

Çok geçmeden, oksijenin solunum ve kalsinasyondaki rolünü doyurucu bir biçimde açıklayan yeni yanma teorisi etkinlik kazanma yoluna girer, tüm direnme ve tartışmalara karşın eski teorinin yerini alır. Bir zamanlar, yanan maddenin taşıdığı "phlogiston’undan ayrılması diye düşünülen yanma şimdi artık oksijenle kimyasal bir birleşme (yani. yanan maddenin havadaki oksijenle birleşmesi) olarak düşünülüyordu. Solunum olayında da akciğerlerle çekilen oksijenin karbondiokside dönüştürüldüğü görülmeye başlandı. Lavoisier. matematikçi Laplace’ın da işbirliği ile solunum olayının aslında yavaş seyreden bir tür yanma olduğunu ortaya koyar; bu arada, hayvan vücudunun değişmeyen sıcaklığının da solunum süresinde oksijenin kandaki karbonlu maddelerle birleşmesinden ortaya çıkan ısıyla sağlandığını açıklığa kavuşturur.

Artık ne havanın ne de suyun birer element olmadığı; havanın iki değişik gazın bir karışımı, suyun ise oksijenle hidrojenin kimyasal bir bileşimi olduğu anlaşılmıştı. Lavoisier ayrıca, kimyasal değişmelerde maddenin ne yeniden yaratıldığını, ne de yok edildiğini gösterir. Kimyasal değişmeyle ortaya çıkan ürünlerin toplam ağırlığı, değişmeye giren maddelerin toplam ağırlığına eşit olduğu ilkesini getirir. Böylece kimya nicel bir temele oturtulur ve ilk kimyasal bilanço düzenlenir.

Bu büyük ilerlemelerin hemen ortaya çıkan en önemli bir sonucu, kimya dilindeki reform oldu. Kuşkusuz maddelerin eski adlarının maddelerin yapı ya da bileşimiyle bir ilişkisi yoktu: çünkü maddelerin bileşimleri zaten bilinmiyordu, bilinmesine de ne gibi elementlerden oluştukları ortaya çıkarılmadıkça olanak yoktu. Bu nedenle, Robert Boyle’ın 1661’de elementi, "daha basit bir nesneye ayrılamayan bir madde" diye belirleyen tanımını ihtiyatlı bir biçimde uygulayan Lavoisier. ilk bakışta daha basit nesnelere ayrılamaz gibi görünen maddeleri element kabul etmek yerine tersi kanıtlanıncaya dek element saymak gerektiğini önerir.

Bu düşüncenin ışığında, oksijeni, hidrojeni, bizim şimdi "nitrojen" dediğimiz azotu, kükürtü, fosforu, karbonu ve çok sayıda metali içine alan ilk elementler tablosunu düzenler. Kuşkusuz, o zamandan bu yana süren buluşlarla elementlerin sayısında büyük artışlar olmuştur.

Ne tür maddelerin element sayılabileceğini böyle belirledikten sonra. Lavoisier ve onu izleyen diğer Fransız kimyacıları, her maddeye, kimyasal bileşimine uygun bir ad vermeye esas olacak kimyasal bir adlandırma sistemi geliştirmeye koyulurlar. Daha önceleri ad vermede değişik yollar izlenmişti: Bir madde adlandırılırken ya fiziksel özelliği, ya hazırlanma biçimi göz önünde tutulur, ya da maddenin bulunduğu yerin veya bulucusunun adını unutturmama amacı güdülürdü. Ancak verilen adlar çoğu kez kullanışlı olmadığı gibi, kimi kez de düpedüz saçma olmaktan ileri geçmezdi, örneğin, arsenik ve antimon bileşimleri gibi iki son derecede zehirli maddeye verilen adlar "arsenik yağı" ve "antimon yağı"ydı!

Oysa Lavoisier bir bilim dalında kullanılan dilin bile çözümleyici (analitik) bir araç olmasında ısrarlıydı. Küçük değişikliklerle günümüze değin kullanageldiğimiz yeni kimyasal adlandırma sistemi her maddeye bileşimini veya kimyasal doğasını açıkça simgeleyen bir ad verme olanağını sağlamıştır.

Lavoisier’in büyük yapıtı Traite elementaire de Chimie (Kimya Bilimine Giriş)nin 1789’da Paris’de yayımlanmasıyla kimya devrimi tamamlanır, modern kimya başlamış olur. Yeni düşünceyi Fransız zekasına özgü tüm etkileyici berraklığı ile sergileyen bu kitap, hemen İngilizce’ye çevrilir ve 1790’da Kimya’nın Elemanları adıyla Edinburgh’da yayımlanır. Bilim tarihindeki yeri bakımından Newton’ın Principia’sıyla aynı düzeyde olan bu kitaptan, yazarının yalın ve ölçülü görüşünü açığa vuran bir tümce almakla yetineceğiz: "Kendimi daima şu kuralla bağlı gördüm: Bilinmeyene attığım her adımda yalnızca bilinenden kalkmak ve doğrudan deney ve gözleme dayanmayan hiçbir sonuç çıkarmamak!

Yeni kimya çok geçmeden sonuçlarını vermeye başladı. Hemen modern gelişme içine giren kimya mühendisliğinde, süreçler daha iyi anlaşılmaya, ilerlemeler birbirini izlemeye başlar. Lavoisier kendisi Fransız hükümeti için birçok araştırmalar yürüterek ülkesinin hizmetine giren ilk bilim adamı örneğini verir. Bu yolda yüklendiği ilk önemli görev, güherçile (potasyum nitrat) ve barut imalatını bilimsel ve ekonomik bir temele oturtmaktı. Ardından, Mongolfier Kardeşlerin ilk balonu uçurmaları üzerine, bu konuyu incelemek ve dayandığı İlkeleri belirlemek çalışmasına koyulacaktı. Kimyanın gerçekten çözümüne katkıda bulunacağı bu tür sorunlardan birçoğuna el attığını, böylece bir bilim olarak kimyanın insan yaşamı için ne denli önemli olduğunu gösterdiğini biliyoruz.

Çoğu kez, bilimin ya da bilim adamlarının yalnızca gerçeğe ulaşma peşinde olduğu, uygulamaya yönelik sorunlarla, özellikle yaşamın insancıl yanlarıyla, ilgilenmediği sanılır. Modern kimyanın kurucusu bu düşüncenin yanlışlığını göstermiştir; onun gözünde en yetkin teori en verimli uygulamaya yol açan teoridir.Bilim, insancıl sorunlara sırt çevirmiş bir uğraş değildir. Yaşadığı dönemin en seçkin kimya bilgini olarak Fransız hükümeti ondan hastane ve hapishane koşullarına ilişkin rapor isteyince, Lavoisier’in temizlik ve havalandırma sorunlarını aşan çok kapsamlı öneriler getirdiğini görürüz. Hastaneler konusunda, hastaların hastalık türlerine göre sınıflandırılması, geri zekâlıların öteki hastalardan ayrı tutulması; hapishaneler konusunda azgın suçlularla basit suçluların birbirine karıştırılmaması gerektiği üzerinde durur; cezanın’ asıl amacının suçlunun ıslahı ve iyi bir vatandaş olarak topluma kazandırılması olduğunu vurgular. Ayrıca, "çocuğun eğitimini toplumsal bir görev" sayarak bir devlet eğitim sistemi kurulması, hastalık ve yaşlılık için isteğe bağlı bir sigorta oluşturulması önerileriyle insancıl sorunlara ne denli duyarlı olduğunu gösterir. Lavoisier’in bilimsel devrimini incelerken bu tür etkinliklerini göz önünde tutmak; Fransız Devrimi’nin "eski yönetimin işbirlikçileri" diye suçlanan kurbanları arasında, giyotinde noktalanan yaşamının acı gerçeğini de unutmamak gerekir

Previous

Tarih Testi

Tarih Testi

Next

Yorum yapın