Ana sayfa 163. Sayı Simyadan kimyaya: Havanın keşfedilmesi

Simyadan kimyaya: Havanın keşfedilmesi

416
PAYLAŞ
Kimyanın dört adımı: 1) Kesici aletler için çeşitli maddeleri karıştıran ilk insanlar. 2) Doğa filozofları. 3) Deneme yanılma yöntemini kullanıp doğaüstü güçler edinmek isteyen simyacılar. 4) Bilimsel yöntemi temel alan kimyacılar.

Özgür Can Özüdoğru

Her şey Antik Yunan medeniyeti ile başladı. Titanların Tanrısı Kaos, zifiri karanlığı, Erebus’u ve geceyi, Nix’i yarattı. Nix ve Erebus’un iki çocuğu oldu: Hemera, yani gündüz ve Aether, yani temiz hava. Gökyüzünün en tepesinde, bulutların ardında temiz hava, yani Aether ile birlikte Empirean, yani cıvıldayan ışıklarla kaplı bir cennet vardı. Prometheus, ilk insanı kilden yaratıp Gaia’ya, yani yere gönderdiğinde, Athena, insanın içine yaşamı üfledi. Tanrılar, yeryüzüne havayı üflediler ve Prometheus, insanlar kullanabilsinler diye ateşi tanrılar katından yere indirdi. Toprak ve sudan yaratılan insan, diğer iki elementin de hâkimi olmuş oldu.

“Dört element” fikri ve simya

Antikçağlarda böyle bir mitolojik arka plan üzerine kurulu olan doğanın dört elementi fikri, hemen her medeniyette kendine özgü bir yorumlama ile kullanılmakta. Tüm bu hikâyeler dini bir arka plan üzerine kuruluyken, bu kurulu düzeni sorgulamaya teşebbüs eden Antik Yunan filozofları, doğanın dört elementinin davranışlarını ve yapılarını araştırmaya koyulur. MÖ 450 yılında bir Yunan kolonisi olan Sicilya’da yaşayan filozof Empedokles, bir kovayı denizde ters şekilde koyduğunda, kafası kovanın içinde olduğu müddetçe nefes alabildiğini fark etti. Yaptığı bu deney sonrasında, kovanın içinde gördüğü şeyin doğadaki dört elementten biri olan hava olduğunu ve havanın depolanabileceğini yazdı. İlerleyen yıllarda Aristoteles, dört elemente belirli sıfatlar bularak daha farklı bir biçimde yaklaştı. Buna göre ateş kuru ve sıcak, su soğuk ve nemli, toprak soğuk ve kuru, hava ise nemli ve kuruydu. Bu tanımlamalar üzerinden dört elementi bir diyagram üzerine dizdi ve simyanın temellerini atmış oldu. Aynı zamanda Aristoteles’e göre yıldızlar, dört elementten oluşmuyor, Aether adını verdiği beşinci bir elementten oluşuyordu.

Aristoteles’in tanımıyla dört elementin şeması.

Antik Yunan medeniyeti ve felsefesi yavaş yavaş yok olduktan sonra İslam filozofları, bu eserleri Arapça’ya çevirerek çalıştı. Özellikle El-Kindi, İbn-i Sina ve Fahreddin Er-Razi gibi düşünürler tarafından bu konu hakkında yayımlanan eserlerdeki anafikir, dört elementin yapısının sorgulanmasından daha çok, dört elementin davranışları üzerinde durmaktaydı. Elementleri “soğukluk”, “kayganlık”, “kuruluk” gibi tanımlar üzerinden sınıflandırıp, doğada buldukları başka materyalleri de bu sınıflandırmaları kullanarak isimlendirmektelerdi. Bu sınıflandırma biçimlerini öğrenip, sınıflandırılmış materyalleri birbirleriyle karıştırarak yeni elementler keşfedeceğini, hatta belki altın veya daha değerli bir materyali üretebileceğini düşünen Cabir bin Hayyan, kuyuya o taşı atmış oldu ve simyacılık yarışı resmen başladı. Bu tarihten sonra elementler hakkında yapılan araştırmaların tümü uzunca bir süre simyadan asla ayrılmadı. Taa ki yeniçağa kadar.

Araplar tarafından çevrilmiş eserler Haçlı Seferleri ile Roma’ya gitti. Roma’da bu eserler, din adamları ve aristokratların erişimine açıldı. Sonra bu fikirler üzerine kitaplar yazıldı. Yayımlanan kitaplar ise kilise tarafından tehdit olarak görülmediği için tüm Avrupa’ya yayıldı. Kara veba ve sonrasındaki dönemlerde dört element üzerine yapılan çalışmalar “büyücülük” ve “iksirbilim” üzerine yoğunlaşmıştı.

Simyadan kimyaya

Rönesans’ın ardından gelen Aydınlanma akımıyla ise nihayet dört elementin yapısının, özellikle havanın sorgulanabildiği dönemlere eriştik. 1700’lü yıllarda halen simyacılık devam etmekte olsa bile, bu çabanın nereye kadar gideceği, simyacılar tarafından da sorgulanmaktaydı. Avrupa bu dönemde feodalizmden yavaş yavaş büyük krallıklara doğru giden bir dönüşüm içerisindeydi. Bu dönüşümü sağlayan ateşli silahlar ve toplarda kullanılan kükürt ve barut gibi maddeler, simyanın askeri amaçlarla da kullanılabileceğini göstermişti. Bu durum ise simyanın yalnızca dört element gibi “sıkıcı” bir yapıdan çok daha geniş bir yapıya evrilmesi gerektiğini öneren biliminsanlarını doğurmuştu. Oxford Üniversitesi’nden Robert Boyle, Robert Hooke ve John Mayow, eski simya geleneğini 17. yüzyıla damgasını vuran bilimsel metot ile birleştirip, altın ya da ölümsüzlük iksirini üretmek amacıyla değil, doğayı keşfetmek amacıyla araştırmalar yürütmeyi önerdi. Bu insanlar son simyacılar ve ilk kimyacılardı. Artık simya ölmüş, küllerinden kimya doğmuştu. Dört element kavramı bilimsel terminolojide yerini kimyasal tepkimelere bırakmıştı. Bu temelin atılmasının ardından keşifler hızla geldi.

Bilimin değişmesi gibi dünya da değişiyordu. Krallıklar büyüdükçe, Dünya’nın her yanında keşifler, sömürgeler arttıkça, ülkeler arası rekabet artıyordu. Artan rekabetin getirdiği savaşın ardından yaşanan ekonomik bunalım ABD’nin 13 koloniyle oluşmasına, Fransa’da ise bir ihtilalin ortaya çıkıp Kral ile birlikte aristokratların öldürülmesine sebep olmuştu. Bu aristokratlardan biri olan Anton Lavosier, her kimyasal tepkime sırasında kütlenin her zaman bir şekilde korunduğunu kanıtlamış, fakat yaptığı bilimsel çalışmalardan bağımsız olarak, halka zulüm eden bir vergi memuru olduğu iddiasıyla giyotinle idam edilmiştir.

Orta yaşlarında Joseph Priestley.

Joseph Priestly’nin öyküsü

Sizi böyle bir ortamda Büyük Britanya İmparatorluğu’na götürüyoruz. Britanyalı liberaller, aristokrasiye karşı alınmış bu zaferin ardından kutlama yapmaktadır. Oldukça etkileyici bir baloda zafer marşları çalmakta, Britanya’nın önde gelen liberal siyasileri, düşünürler, biliminsanları dans etmektedir. Bir anda binanın dışından sesler gelmeye başlar. Ellerinde meşalelerle kutlama alanının önünde toplanmış yüzlerce krallık yandaşı insan, bu “kendini beğenmiş, ahlaksız, krala ihanet eden, kâfir” kitleye karşı sloganlar atmakta, onları yakmakla tehdit etmektedir.

Balo salonundakilerden biri Joseph Priestley, böyle bir kaotik ortam içinde kendini arka kapıdan dışarı atıp kaçmaya başlar. Hemen laboratuvarına gidip içindeki eşyaları toplamaya girişir. Askerlerin ayak sesleri duyulmaktadır, tutuklanacağından emindir. ABD’ye kaçmalıdır. Devrimci arkadaşlarının yardımıyla bulduğu bir gemiye atlayarak, kendini Amerika’nın, o dönemde kıta Avrupa’sına kıyasla çok daha fazla özgürlük vaat eden doğasıyla tanışır. Ancak kendisini tanımak için biraz geriye gidelim.

İlkel bir tekstil atölyesi işleten küçük burjuva bir ailenin çocuğuydu Priestley. Annesini beş yaşında hastalıktan kaybetmiş; babası ise yeniden evlenmiş, Priestley’e bakmak istemeyip onu amcasının yanına yollamıştır. Priestley’in toprak sahibi amcası ise hiç evlenmemiş, fakat çocuk sahibi olmayı ve yetiştirmeyi çok istediğinden Priestley’e kendi evladı gibi bakmış ve onun yaşadıkları Yorkshire bölgesindeki en iyi okullarda okumasını sağlamak için elinden geleni yapmıştır.

Priestley o dönemde akıcı derecede Latince ve Yunanca öğrenmiş, dönemin en iyi fen bilgisi eğitimlerinden birini almıştır. Fakat ortada bir sorun vardır. Priestley’in babasının ailesi, İngiliz kilisesine bağlı değildir. Aile, krallığın reform hareketine karşı halkı kontrol altına almak için kiliseyi kullandığını düşünen bir kitlenin parçasıdır. Daha çok Fransa’da yaygınlaşan reform hareketi olan Kalvinizm’e bağlı olan aile, bu durumlarından ötürü Britanya Krallığı tarafından baskı altındadır. Böyle bir ortamda büyüyen genç Priestley, bilime ilgi duysa da bağlı olduğu azınlık için çalışan bir din adamı olmaya karar verir. Dönemin ilerici denebilecek din okullarından birinde eğitim alan Priestley, okulda okurken liberalizm ve jakobenizm gibi siyasi akımlarla ilk defa tanışır. Eğitiminin bitmesinin ardından ise çalışma vakti gelmiştir artık. Krallık kilisesine bağlı olmayan Mill Hill Şapeline papaz olarak atanır. Pazar ayinlerini açan, cenaze törenlerini ve düğünleri yöneten Priestley’in, oldukça boş zamanı kalmaktadır ve bu zamanlarını, çocukluğundan beri ilgisini çeken doğabilimlerini çalışarak geçirebileceğini fark eder. Yaşadığı dönemde elektrik akımı yeni keşfedilmiştir ve Priestley bir süre elektrik akımı üretip cisimlerin iletken olup olmadığını denemekle uğraşır. Yaptığı bu çalışmalardan iletken olmayan maddelerle ilgili bir katalog hazırlayıp yayımlar.

İlkel bir soda yaratma tezgâhı.

Priestley birayı çok sevmektedir. Aynı zamanda bira yapımıyla da ilgilenen Priestley, evinde bira üretir ve yaşadığı bölgedeki bira üretim tesislerini ziyaret edip yeni tarifler edinmeyi çok sever. Zaman zaman arpa, şerbetçi otu ve başka esansların bir araya katılıp karıştırıldığı kazanların içini açıp koklamaktadır. Bir keresinde daha bunu yaparken, kokunun kaynağının havada dolaşan elementler olup olamayacağını düşünür. Bir kibrit yakıp kazanın içine götürür. Ateş söner. Evinde aynı ortamı yarattığı kazanın içine bir kelebek ve hamamböceği atar. Kelebek hemen ölmekteyken hamam böceği yavaş hareket eder. Ancak içeriye bir fare attığında çok kısa sürede öldüğünü fark eder. Dolayısıyla insanlar için ölümcül olduğunu fark ettiği bu gazın doğası üzerinde çalışmaya başlar. Kazanın içinde beher dolduran Priestley, doldurduğu beherlerde basıncı artırdığında, gazın suyun içinde hapsolabileceğini fark eder. Suyun içinden baloncuklar çıkmakta, içince ise tadı güzel olmaktadır. Priestley keşfettiği bu içeceğe “soda” adını verir. Bira kazanı içinde kokladığı gaz ise, arpanın içindeki organik moleküllerin bira mayası ile girdiği tepkime sonrası oluşan karbondioksit gazıdır.

Priestley, zaman içinde dinini sorgulamaya başlar. Dindarlığını yitirir, ancak tanrı-peygamber inancını içinde koruduğundan, farklı mezhepler hakkında okumalar yapmaya devam etmektedir. Zaman içinde İsa’yı tanrı olarak kabul etmeyen, Tanrının birliğine inanan ve kaderle ilk günah başta olmak üzere tüm Hıristiyanlık mezheplerinin hemfikir olduğu bilgileri reddeden, Üniteryenizm olarak adlandırılan mezhebi araştırarak benimser. Üniteryenizm, aslen 16. yüzyılda Doğu Avrupa’da Ortodoks görüşün bir reformu olarak doğsa da, Priestley bu mezhebi benimseyerek kendince yorumladığı bir biçimini açıklayan üç ciltlik bir kitap yayımlar. Kitapta Tanrının evrenin tek kralı olduğunu ve dünyada insanın kendisinden başka bir temsilcisi olmadığı gibi iktidar karşıtı kısımlar da bulunmaktadır. Bu kısımların yanı sıra sorgulamanın ve araştırmanın bir ibadet olduğunu, buluş yapmanın sevap olduğunu da yazmıştır Priestley. Otoriter yönetimden usanmıştır ve Britanya’nın bir cumhuriyet olmasını isteyen liberal hareketin bir parçası olmuştur artık. 1772 yılında arkadaşlarıyla Britanya’daki ilk Üniteryen kilisesini Leeds kentinde açarlar.

Şimdi birkaç paragraf önceye geri dönelim. Bizim Joseph Priestley, içinde bulunduğu siyasi ve dini hareketler yüzünden, Fransız İhtilali sonrasında ülkesinden iltica etmiş, ABD’de iş aramaktadır. New York’a vardığında orada diğer iltica eden devrimcilerle buluşur. Yeni bir direniş örgütlemek isteyenlerin tekliflerini kibarca reddeder. Umudunu yitirmiş gibidir, savunduğu halk aristokrasiyi savunup kendisini ülkeden kovmuştur zira. Üstelik çalışmaları Britanya’daki laboratuvarında kalmış, laboratuvarı ise yerel halk tarafından yaşanan kargaşada talan edilmiş, askerler tarafından defalarca aranmıştır. Nihayet Pennsilvanya Üniversitesi’nde öğretim görevlisi olarak iş bulur ve ekonomik açıdan hayatı düzene girer. Fakat bilimsel araştırmalarını sürdürecek kadar fırsat bulamaz. Pennsilvanya kırsalında kendine arsalar satın alan Priestley, tarım yapmaya başlar. Bu sırada ABD’nin ilk Üniteryen kilisesini kurmayı da ihmal etmemiştir. Akademisyenlik, papazlık ve çiftçiliği bir arada yürütürken ise haliyle bilimsel araştırmalara vakit bulamaz. Olayların yatışmasından sonra kendisine gelen bir mektup, ona vatanında yepyeni bir hayat vaat etmektedir. İroniktir ki teklif, yıkmak istediği aristokrasinin üyelerinden biri tarafından yapılır. Priestley’in ülkesi için ne kadar önemli bir insan olduğunu bilen eski başbakan, Şelborn Kontu William Petty, emekliye ayrıldığında yaşamaya başladığı malikânesinin yanı başında Priestley’e bir müştemilat ile bir kişisel laboratuvar ayarlamayı teklif eder. Kontun karısı daha yeni ölmüştür ve çocuklarına eğitim verecek entelektüel birisini aramaktadır. Siyasi açıdan farklı görüşlerde olsalar da, Priestley’i tanıyan Kont, onun çocukları için iyi bir öğretmen, ülkesi için ise iyi bir biliminsanı olacağını düşünerek Priestley’i affettirir ve Britanya’ya çağırır.

Priestley’in yayımladığı kitabından bir görsel: Paslanmış cıvayı nasıl ısıtarak oksijen elde edilebileceği tarif ediliyor.

Önce karbondioksit, sonra oksijen

Joseph Priestley bu çağrıyı kabul eder ve yedi yıl boyunca Wiltshire’de Boowood malikânesinde yaşar. Orada, hayatındaki en önemli keşfi yapacaktır. Priestley, bir kere daha bira yapmaya başlar. Biranın olgunlaştığı kazandan karbondioksit toplar ve ona çeşitli canlıları koyup davranışlarını ölçer. Bu sırada koyduğu bir saksı nane çiçeğinin ölmediğini fark eder. Sonra kullandığı beherin içine bir de fare ekler. Fare, bitkinin olduğu ortamdaki zehirli gaza rağmen ölmez. Bitkiler karbondioksidi temizliyor olmalıdır. Ama neye ve nasıl? Priestley, bu gazı beher içinde biriktirmeye başlar. Sonra da kendisi solur. Algısının açıldığını ve daha iyi nefes aldığını fark ettikten sonra, bu elementin, insan için bir gereklilik olduğunu fark ederek bir makale daha kaleme alır: “Havanın Bileşenleri Hakkında”. Kimya tarihinde o ana kadarki en büyük başarıya imza atan Priestley, gelecekte herkesin oksijen maskeleriyle zevk için oksijen çekeceğini iddia eder. Hayatı boyunca da oksijen gazı dolu bir tüpü yanından eksik etmez.

Priestley’in oksijen gazını ilk olarak keşfettiği deneyin görsel şeması.

Priestley, bir de güneş ışığında uzunca süre beklemiş paslanmış cıvaya ısı verir. Isınan paslanmış cıva (HgO), geriye turuncu bir toz ve gaz yoğunluğu bırakır. Oksijen gazının bu şekilde de üretilebildiğini fark eden Priestley, oksijen gazının üretildiği sırada civardaki yeni sönmüş, duman çıkan bir kibritin yeniden yandığını rapor eder. Aslında daha önceden Lavosier, oksidasyon (redoks ya da yanma) tepkimelerini incelerken havadaki belli bir elemente ihtiyaç duyulduğunu not etmiş, bu element yoğun olduğunda yanmanın daha da hızlı olduğunu gözlemlemiş, fakat bu elementin ne olduğunu açıklayamamış ve depolamayı başaramamıştı. Fakat oksijen (oxygéné) kelimesinin fikir atası Anton Lavosier’dir. Yunanca “oxis”, yani asit ile “genes”, yani yaratıcı kelimelerini birleştirerek “asitlerin yaratıcısı” adını vermiştir bu gaza, tüm asitlerin oksijen gazı sayesinde oluştuğu yanılgısına kapılarak. Oksijen kelimesinin ilk olarak geçtiği kitap ise, Charles Darwin’in dedesi Erasmus Darwin’in yazdığı “Botanik Bahçesi” olur. Kitapta bitkilerin bu gaza ihtiyaç duyduğundan ve geri karbondioksit gazı verdiğinden bahsedilir.

Tesadüfler ve çalışkanlıklar silsilesi sonucu kimyanın ortaya çıkışı ile başlayan öykümüz, akademik kimyanın ilk büyük başarısı ile son buluyor. Dizimizin, gelecek ayki yazısında görüşmek üzere.

Ek-1

Zencefilli Schweppes “sodalı su”yunun reklamı.

Priestley’in sodasından Schweppes gazozlarına

Priestley buluşlarını patentlemekten nefret etmektedir. Her insanın tanrının kulu olduğunu, mülkiyetin ve şahsi kazancın bu doğrultuda bir anlamı olmadığını düşünen Priestley, sodanın nasıl yapıldığını adım adım anlatan bir makale yazıp yayımlar. Tüm Batı dünyasında makaleyi okuyan meraklılar evlerinde soda yapmaya başlar. Bira fabrikaları, ek ürün olarak soda satmaya başlar ve soda kısa sürede oldukça popülerleşir. Osmanlı döneminde de sodalı suyun, doğal kaynaklardan çıkan mineralli suların olmadığı bölgelerde ve sarayda kahve yanında içildiği bilinmektedir. Böyle bir ortamda Johann Jacop Schweppe adında İsviçreli bir saatçi, limonlu bir şerbet yapıp ona karnondioksit vermeyi dener. Bir de karanfilli şerbet ile deneyen Schweppe, bu içeceğe bayılır! Saat satışlarından para biriktirerek ufak bir atölye açar ve Schweppes adıyla tarihteki ilk gazoz fabrikasını açar.

Kaynaklar

– Jack Lindsay (Ed.), Autobiography of Joseph Priestley, Teaneck: Fairleigh Dickinson Üniversitesi Yayıncılık, 1970.

– L.Theodore, H. Brown, Jr. Eugene LeMay, Bruce E. Bursten; Chemistry – The Central Science; The Chemistry Hall of Fame, York Üniversitesi.