MODERN KIMYANIN DOGUSU

Onyedinci yüzyil bilimsel devriminin sonuçlari arasinda en basta astronomi, mekanik ve fizikteki ilerlemeler göze çarpar. Oysa, kimya biliminin modern anlamda gelisme yoluna çikmasi hemen hemen onsekizinci yüzyilin sonlarini beklemistir. Bu gecikmenin önemli bir nedeni, maddenin yapisina iliskin eski teorinin hâlâ egemenligini sürdürmüs olmasi, bir baska nedeni de, onyedinci ve onsekizinci yüzyillarda ortaya çikan yeni yanma teorisiydi.

Bilindigi gibi, maddenin yapisina iliskin eski teori Antik Yunan döneminde ortaya çikan özellikle M.Ö. IV. yüzyilda yasayan Aristoteles tarafindan gelistirilen bir teoriydi. Bu teoriye göre, dünyayi dolduran ve çevremizde gördügümüz çok sayidaki degisik maddeler, toprak, su, hava ve ates diye belirlenen dört temel elementin degisik oranlarda birlesmesiyle olusmustur, örnegin, iki maddeden daha iyi yanani, ötekisine göre ates elementini daha yüksek oranda içeren maddedir.

Ayni sekilde, iki maddeden daha akiskan olani, ötekisine göre su elementini daha yüksek oranda içeren maddedir. Iki bin yili askin bu uzun süre boyunca, topragin, suyun, havanin ve atesin element olduklarini saptayan kimyasal hiçbir kanit yoktu, kuskusuz. Üstelik tüm maddelerin bu dört temel elementten olustugu görüsü de bir iddia olmaktan ileri geçmiyordu. Ama öyle de olsa teorinin pek çok olguyu herkesin anlayabilecegi bir sekilde açikladigi da bir gerçekti.

Kimyanin reform yolundaki gecikmesinin diger nedeni, Becher ile Stahi adinda iki Alman kimyacisinin formüle ettigi yanma teorisiydi. Bu teoriye göre, tüm yanan ya da tutusabilen maddelerde, Stahi'in "phlogiston" adini verdigi ortak bir yanma ilkesi vardir; öyle ki, madde yandiginda phlogiston'un ates, ya da alev biçiminde ortaya çiktigi varsayiliyordu. Bu yanmanin bir çözülme olayi oldugu demekti. Akla yakin bir açiklamaydi bu dogrusu. Sonraki buluslara dayali bilgilerimiz olmasa, pek çogumuz, bir kibrit çakildiginda ya da bir mum yandiginda yanan cisimden bir "yanma-maddesi"nin ayrildigini kolayca kabul edebiliriz, ilk bakista tüm yanma olaylarinda böyle bir ayrilma göze çarpmaktadir.

Ne var ki, "phlogiston" teorisinin bir uygulamasi kimyacilari içinden çikamadiklari, sonunda teorinin yikilmasina yol açan bir.bunalimin içine iter. Bakir ya da kursun gibi bir metal yandiginda, metal niteligini yitirir, pudramsi bir maddeye dönüsür. (Ayni seye, demirin bildigimiz paslanmasi olayinda da rastlamaktayiz.)

O dönemin kimyacilari bu olayi, metal yanan bir maddedir, isitildiginda "phlogiston'unu yitirir ve geriye, onlarin "calx dedikleri pudramsi artik kalir, diye açikliyorlardi. Üstelik onlar bu artigin, odun kömüründe yeterince isitildiginda tekrar metale dönüstügünü biliyorlardi. Ayrica, . odun kömürünün, yandiginda hemen hemen tümüyle tükenmesine bakarak "phlogiston" yönünden çok zengin oldugu söyleniyordu. Odun kömüründe isitilan "calx"in tekrar metale dönüsmesini, "calx"in daha önce yitirdigi "phlogiston'a kavusmasi diye açikliyorlardi. Görülüyor ki, bu teoriye göre bir metal, "calx" ile "phlogiston"dan olusan bir bilesimdir; "kalsinasyon" denen süreç (metalin isitildiginda pudramsi bir artik "calx" birakmasi süreci) metalden "phlogiston"un ayrildigi bir tür yanma olayidir.

Öte yandan, yanma olayinda geriye kalan pudramsi artigin, calx"in, metalin yanmadan önceki agirligindan daha agir oldugu bilinmekteydi. Ancak bu anlasilir gibi degildi: Yanan metalden "phlogiston" denen bir madde ayrildigi halde geriye kalan "calx" nasil daha agir olabilirdi?

"Phlogiston" teorisine bagli kimyacilardan bir bölümü bu soruyu söyle bir açiklamayla yanitlama yoluna gider: "Phlogiston" serbest kaldiginda diger maddeler gibi yer merkezine dogru degil, tam tersine gökyüzüne dogru çekilir. Bir baska deyisle, göksel bir nitelikte olan "phlogiston", deyim yerindeyse, negatif agirlik tasimaktadir. Ne var ki, deneyimlerimizin disinda kalan "garip" bir nesnenin varligini içeren böyle bir açiklama doyurucu olmaktan uzak kalir; çok geçmeden deneyimlerimizle uyumlu daha basit bir açiklama bulunur.

Böylece, dört-element teorisi ile "phlogiston" teorisi reddedilinceye dek, modern kimyaya geçilemedi. Her seyden önce, topragin, suyun, havanin ve atesin dünyamizi olusturan elementler olmadigi; maddelerin içlerinde "tutusturucu" ya da "ates maddesi" denen bir nesneden dolayi yandiklari düsüncesinin yanlisligi anlasilmaliydi.

Bu teorilerin reddedilmesi gazlarin, özellikle havanin beste birini olusturan oksijen gazinin kesfedilmesini bekler. Ilk siralarda, gazlarin, bildigimiz havanin özellikleri yönünden pek az degisiklik gösteren türleri oldugu sanilir. Ne var ki, 1755'te Joseph Black "sabit hava" dedigi bir hava türünü bildigimiz havadan kimyasal olarak ayirir. (Simdi buna "karbon dioksit" diyoruz.) Black bu gazin odun kömürünün yanmasinda, teneffüs sirasinda akcigerlerden çikan havada ve mayalanma ve eksimede ortaya çiktigini saptar. 1766'da Henry Cavendish, bizim simdi "hidrojen" dedigimiz "tutusan hava" adini verdigi baska bir gaz bulur. 1772yi izleyen yillarda ise, onun hâlâ "degisik türlerden hava" dedigi yedi gaz daha kesfeder.

Bir kilise adami olan Joseph Priestley, kimya deneycilerinin en büyüklerinden biriydi. Agustos 1774'te. Bowood House (Calne, Wiltshire)'da yaptigi en çarpici deneylerin birinde, yeni bir "hava" bulur. Bu havada bir mum alevi bildigimiz havada oldugundan çok daha parlak yanar. 1775 Martinda bu yeni "hava" üzerinde yürüttügü deneylerinde (bu deneyleri Londra'da, Mayfair semtinde, Lansdown House'da yapar) bunun bildigimiz havaya göre daha ari ve solunum için daha iyi oldugunu saptar. Bizim simdi "oksijen" dedigimiz bu "hava" ile ilgili olarak daha sonra yapilan iki uygulamaya Priestley'in daha o zaman degindigini görmekteyiz. Bunlardan biri yeni "hava'nin atesi daha kuvvetli yakacagi, digeri bazi kötü hastaliklarda akcigerler için çok yararli olacagiydi. Priestley, solunuma iliskin denemelerini önce fareler üzerinde, sonra kendi üzerinde gerçeklestirir; ve söyle yazar: "Bu 'havayi ilk teneffüs etme serefi farelerle bana aittir.

1774 güzünde Priestley, Paris'e gider; orada modern kimyanin kurucusu Antoine Laurent Lavoisier'le tanisir; konusmalari sirasinda ona buldugu, mum alevini çok daha parlak yakan yeni "hava"dan söz eder; üstelik onu yanmis civa veya kursun artiklari (calx'lari)'ni isitarak elde ettigini de söylemekten geri kalmaz.

Yanma ve kalsinasyon olaylari uzun süredir Lavoisier'in ugrastigi sorunlardi. Daha 1772'de yanmada havanin önemli rolüne deginmis; fosfor ve sülfür gibi iki yanici maddenin, yanma sirasinda havayla birlestigini ve bu birlesmeyle agirliklarinin arttigini belirtmisti. 1773 yili boyunca Lavoisier'in pek çok deneyler yaptigi bilinmektedir. 1774-75 arasinda, Priestley ile olan görüsmesinden sonra, kalsinasyon sürecinde metallerin agirlik kazanmalarini da hava ile birlesmeleriyle açiklar. Ancak o. henüz yanan maddelerle birlesen havanin bildigimiz hava oldugunu saniyor, yoksa onun bir parçasini olusturan oksijenin bu birlesmeyi gerçeklestirdigini bilmiyordu.

1777'deki deneyleri sonunda Lavoisier, yanma, solunum ve kalsinasyon süreçlerinde havanin ancak bir bölümünün (daha agir bir bölümünün) ise karistigi; ayrica, havanin basit bir element degil, iki tür "hava'dan olustugu sonucuna ulasir. Bu "hava"lardan birini solunabilir, yanmayi saglayan, kalsinasyonda metallerle birlesen (kendi deyimiyle, "sagliga elverisli") hava olarak niteler; digerini yanma ve solunuma yaramayan, kalsinasyonda birlesme özelligi olmayan, kisacasi yanmaya ve yasama elverissiz (belki de zararli) hava sayar.

Bu arada, 3 Mayis 1777'de, Lavoisier. Paris Bilimler Akademisi'ne. uzun, bilim tarihinin en önemli deneylerinden biri sayilan bir çalismasini sunar. Asagidaki sekilde aygiti gösterilen bu deneyde Lavoisier A kabina koydugu yaklasik 120 gram civayi 12 gün boyunca isittiginda B kavanozundaki su yüzeyinin yükseldigini ve o ölçüde üst bölümdeki havanin azaldigini görür.

(A kabi ile B kavanozu sekilde gösterildigi gibi birlestirilmistir.) Geriye kalan havada mum alevi sönmekte, hayvanlar ise ölmektedir. Sonra A kabinda isitilma dolayisiyla olusan calx" parçaciklarini benzer bir aygitta yeniden isitarak, deneyin ilk asamasinda hava ile birlesen "hava'nin açiga çikmasini saglar. Bu "hava" solunuma elverisliydi; geriye kalan hava ile karistirdiginda yeniden bildigimiz havayi elde etmis oldu. Solunuma elverisli olan bu "hava"ya bugün de kullandigimiz "oksijen" adini verdi. Lavoisier, oksijeni ayirt ettigi bu klasik deneyde bildigimiz havanin birbirinden tümüyle farkli, hatta birbirinin tam ziddi özellikleri olan, iki "hava"dan olustugunu ortaya koymus oluyordu.

Lavoisier'in teorisi, eski düsünceye kosullanmis çagdaslarinca pek iyi karsilanmadi. Hatta, 1783'te kendi buluslarinin isiginda "phlogiston" teorisini elestirmeye kalktiginda bile fazla etkili olmadigi görülmektedir. .

Ancak yine 1783'te Lavoisier'in, Henry Cavendish'in deneylerine dayanarak, teorisini suyun bilesimini açiklamayi da kapsayacak biçimde genisletebildigini görmekteyiz. Simdi "hidrojen" dedigimiz yanici gazin da, diger yanan maddeler gibi, yeni teori geregince, yandiginda oksijenle birlesmesi gerekirdi! Ne var ki, tüm çabalara karsin, Henry Cavendish bu yanici gazin havada ya da oksijen içinde yandiginda suyun olustugunu gösterinceye dek, beklenilen sonuç alinamamisti. Lavoisier bu deneyi ögrenir ögrenmez sonucu bir deneyle dogrular; ve suyun oksijenle, daha sonra "hidrojen" (yani, "su olusturucu") adini verdigi yanici gazin bir birlesimi oldugunu, suyu deneysel yoldan bu iki gaza ayirarak gösterir.

Içinde 120 gram kadar civa bulunan camdan yapilmis A kabinin boynu B kavanozundaki hava ile temas edecek sekilde bükülmüstür. B kavanozu, C legenindeki civa üzerine ters konmustur. Odun kömürü yakan D sobasini 12 gün yaktiktan sonra, A'da kirmizi "calx" ya da civa oksit parçaciklari olusur. B'deki hava beste biri kadar azalir. Geriye kalan havada mumun söndügü ya da hayvanin öldügü görülür. Bu hava nitrojendir. Lavoisier daha sonra baska bir aygitta kirmizi civa oksit parçaciklarini isitarak çikan gazi ölçer, yanmaya ve solunuma elverisli olan bu gazin B kavanozunda azalan havaya esit oldugunu saptar. Bu gaz oksijendir.

Çok geçmeden, oksijenin solunum ve kalsinasyondaki rolünü doyurucu bir biçimde açiklayan yeni yanma teorisi etkinlik kazanma yoluna girer, tüm direnme ve tartismalara karsin eski teorinin yerini alir. Bir zamanlar, yanan maddenin tasidigi "phlogiston'undan ayrilmasi diye düsünülen yanma simdi artik oksijenle kimyasal bir birlesme (yani. yanan maddenin havadaki oksijenle birlesmesi) olarak düsünülüyordu. Solunum olayinda da akcigerlerle çekilen oksijenin karbondiokside dönüstürüldügü görülmeye baslandi. Lavoisier. matematikçi Laplace'in da isbirligi ile solunum olayinin aslinda yavas seyreden bir tür yanma oldugunu ortaya koyar; bu arada, hayvan vücudunun degismeyen sicakliginin da solunum süresinde oksijenin kandaki karbonlu maddelerle birlesmesinden ortaya çikan isiyla saglandigini açikliga kavusturur.

Artik ne havanin ne de suyun birer element olmadigi; havanin iki degisik gazin bir karisimi, suyun ise oksijenle hidrojenin kimyasal bir bilesimi oldugu anlasilmisti. Lavoisier ayrica, kimyasal degismelerde maddenin ne yeniden yaratildigini, ne de yok edildigini gösterir. Kimyasal degismeyle ortaya çikan ürünlerin toplam agirligi, degismeye giren maddelerin toplam agirligina esit oldugu ilkesini getirir. Böylece kimya nicel bir temele oturtulur ve ilk kimyasal bilanço düzenlenir.

Bu büyük ilerlemelerin hemen ortaya çikan en önemli bir sonucu, kimya dilindeki reform oldu. Kuskusuz maddelerin eski adlarinin maddelerin yapi ya da bilesimiyle bir iliskisi yoktu: çünkü maddelerin bilesimleri zaten bilinmiyordu, bilinmesine de ne gibi elementlerden olustuklari ortaya çikarilmadikça olanak yoktu. Bu nedenle, Robert Boyle'in 1661'de elementi, "daha basit bir nesneye ayrilamayan bir madde" diye belirleyen tanimini ihtiyatli bir biçimde uygulayan Lavoisier. ilk bakista daha basit nesnelere ayrilamaz gibi görünen maddeleri element kabul etmek yerine tersi kanitlanincaya dek element saymak gerektigini önerir.

Bu düsüncenin isiginda, oksijeni, hidrojeni, bizim simdi "nitrojen" dedigimiz azotu, kükürtü, fosforu, karbonu ve çok sayida metali içine alan ilk elementler tablosunu düzenler. Kuskusuz, o zamandan bu yana süren buluslarla elementlerin sayisinda büyük artislar olmustur.

Ne tür maddelerin element sayilabilecegini böyle belirledikten sonra. Lavoisier ve onu izleyen diger Fransiz kimyacilari, her maddeye, kimyasal bilesimine uygun bir ad vermeye esas olacak kimyasal bir adlandirma sistemi gelistirmeye koyulurlar. Daha önceleri ad vermede degisik yollar izlenmisti: Bir madde adlandirilirken ya fiziksel özelligi, ya hazirlanma biçimi göz önünde tutulur, ya da maddenin bulundugu yerin veya bulucusunun adini unutturmama amaci güdülürdü. Ancak verilen adlar çogu kez kullanisli olmadigi gibi, kimi kez de düpedüz saçma olmaktan ileri geçmezdi, örnegin, arsenik ve antimon bilesimleri gibi iki son derecede zehirli maddeye verilen adlar "arsenik yagi" ve "antimon yagi"ydi!

Oysa Lavoisier bir bilim dalinda kullanilan dilin bile çözümleyici (analitik) bir araç olmasinda israrliydi. Küçük degisikliklerle günümüze degin kullanageldigimiz yeni kimyasal adlandirma sistemi her maddeye bilesimini veya kimyasal dogasini açikça simgeleyen bir ad verme olanagini saglamistir.

Lavoisier'in büyük yapiti Traite elementaire de Chimie (Kimya Bilimine Giris)nin 1789'da Paris'de yayimlanmasiyla kimya devrimi tamamlanir, modern kimya baslamis olur. Yeni düsünceyi Fransiz zekasina özgü tüm etkileyici berrakligi ile sergileyen bu kitap, hemen Ingilizce'ye çevrilir ve 1790'da Kimya'nin Elemanlari adiyla Edinburgh'da yayimlanir. Bilim tarihindeki yeri bakimindan Newton'in Principia'siyla ayni düzeyde olan bu kitaptan, yazarinin yalin ve ölçülü görüsünü açiga vuran bir tümce almakla yetinecegiz: "Kendimi daima su kuralla bagli gördüm: Bilinmeyene attigim her adimda yalnizca bilinenden kalkmak ve dogrudan deney ve gözleme dayanmayan hiçbir sonuç çikarmamak!

Yeni kimya çok geçmeden sonuçlarini vermeye basladi. Hemen modern gelisme içine giren kimya mühendisliginde, süreçler daha iyi anlasilmaya, ilerlemeler birbirini izlemeye baslar. Lavoisier kendisi Fransiz hükümeti için birçok arastirmalar yürüterek ülkesinin hizmetine giren ilk bilim adami örnegini verir. Bu yolda yüklendigi ilk önemli görev, güherçile (potasyum nitrat) ve barut imalatini bilimsel ve ekonomik bir temele oturtmakti. Ardindan, Mongolfier Kardeslerin ilk balonu uçurmalari üzerine, bu konuyu incelemek ve dayandigi Ilkeleri belirlemek çalismasina koyulacakti. Kimyanin gerçekten çözümüne katkida bulunacagi bu tür sorunlardan birçoguna el attigini, böylece bir bilim olarak kimyanin insan yasami için ne denli önemli oldugunu gösterdigini biliyoruz.