İnsanoğlu maddenin temel parçacık fikrine çok eskiden ulaşmıştı. Antik Yunan düşünürleri için toprak, hava, su ve ateş tüm diğer maddeleri oluşturan asal nesnelerdi. Aristoteles bunlara “yetkin göksel nesne” dediği bir beşincisini eklemişti. Atom kavramım ilk kez ortaya atan Democritus ise bir parçacığın belli bir küçüklükle sınırlı kaldığı, daha fazla bölünmeye elvermediği savmdaydı. Ona göre, tüm maddeleri oluşturan atomlar tek türden nesnelerdi. Maddelerin görünürdeki farklılığı atomların sadece değişik düzenlenmelerinden ileri gelmekteydi.
19.yüzyıla gelinceye dek bu düşüncede belli bir ilerleme gözlenmez, ilk kez John Dalton modern atom teorisine yol açan bir atılım içine girer. Atom, molekül, element ve bileşiklere ilişkin kimya alanında günümüze değin süren başlıca gelişmelerin bu atılımdan kaynaklandığı söylenebilir.
Atom kavramına bilimsel kimlik kazandıran Dalton kimdi?
John Dalton, İngiltere’de geçimini el dokumacılığıyla sağlayan yoksul bir köylünün çocuğu olarak dünyaya gelir. Küçük yaşında dinin yanı sıra matematik, fen ve gramer derslerine de programında yer veren bir tarikat okulunda öğrenimine başlar. Özellikle matematikte sergilediği üstün yetenek ona yerel çevrede ün kazandırır. 12 yaşına geldiğinde, kendi okulunu açmak için yetkililerden izin alır. Aralıksız 15 yıl sürdürdüğü öğretmenliği döneminde genç adam yüzlerce köy çocuğunu eğitmekle kalmaz, matematik ve bilime olan merak ve tutkusu doğrultusunda kendini de yetiştirir. Onun ömür boyu süren bir yan tutkusu da hava değişimleri üzerindeki gözlemleriydi. Çeşitli yörelerden topladığı hava örneklerini konu alan çözümlemeleri, havanın hep aynı kompozisyonda olduğunu gösteriyordu.
Dalton’un anlamadığı bir nokta vardı: Gazlar neden tekdüze bir karışım sergiliyordu? Karışımda, örneğin, karbondioksit gibi ağır bir gazın dibe çökmesi niçin gerçekleşmiyordu? Sonra, gazların karışımı yalnızca esinti veya termal akımlara mı bağlıydı, yoksa başka etkenler de var mıydı?
Dalton iyi bir deneyci değildi ama, sorusuna yanıt arayışında laboratuvara girmekten kaçınamazdı. Deneyi basitti: Ağır gazla dolu bir şişeyi masa üzerine yerleştirir, üstüne ağızları birleşecek şekilde hafif gazla dolu bir şişeyi baş aşağı kor. Beklenenin tersine, ağır gaz alt şişede, hafif gaz üst şişede kalmaz; iki gaz çok geçmeden tam bir karışım içine girer.
Dalton bu olguyu, sonradan “basınçların tikel teorisi” diye bilinen bir önermeyle açıklar. Buna göre, bir gazın parçacıkları başka bir gazın parçacıklarına değil, kendi türünden parçacıklara geri itici davranır. Bu açıklama, Dalton’u geçerliliği bugün de kabul edilen bir varsayıma götürür: Her gaz kütlesi, birbirine uzak aralıklarda devinen parçacıklardan oluşmuştur.
Bu çalışmalarıyla bilim çevrelerinde adı duyulmaya başlayan Dalton, 1793’te Manchester Üniversitesi’ne öğretim görevlisi olarak çağrılır. Üniversitede matematik ve fen dersleri veren genç bilim adamı, meteorolojik gözlemlerini yayımlaması üzerine, Manchester Yazım ve Bilim Akademisi’ne üye seçilir. 50 yıl süren üyelik döneminde Dalton, Akademi’ye 100’den fazla bildiri sunar, bilimsel konferanslarda aktif rol alır. Katıldığı son toplantılardan birinde övgü yağmuruna tutulduğunda, “Beni yaptıklarımda başarılı buluyorsanız, beğeninizi büyük ölçüde her zaman dikkat ve özenle sürdürdüğüm çabaya borçluyum” diyerek gençlere bir mesaj ulaştırmak ister. [Yaklaşık yüzyıl sonra Thomas Edison (1847 – 1931) da kendi başarısını benzer sözcüklerle dile getirmişti: “Deha dediğimiz şeyin yüzde 1’ini esine, yüzde 99’unu alın terine borçluyuz.”]
Dalton’u maddenin atom teorisine yönelten gereksinme atmosfer olaylarına ilişkin açıklama arayışından doğmuştu. Daha önce İrlandalı bilim adamı Robert Boyle de hava kompozisyonu ve hava basıncı üzerinde yoğun araştırmalarda bulunmuştu. Havanın birkaç değişik gazdan oluştuğu buluşu Boyle’a aittir. Aradan geçen zaman içinde Cavendish, Lavoisier, Priestley gibi seçkin bilim adamları da havanın kompozisyonunda oksijen, nitrojen, karbondioksit ve su buharının yer aldığını saptamışlardı. Ama bunlardan hiçbirinin atom teorisinin sağladığı açıklamaya yöneldiğini görmüyoruz.
Dalton bir bakıma kimyayı ve kimyasal çözümlemeyi tanımlayan ilk kişidir. Ona göre, kimyanın başlıca işlevi maddesel parçacıkları birbirinden ayırmak ya da birbiriyle birleştirmektir. Onun sözünü ettiği bu parçacıklar maddenin, o zaman bölünmez, parçalanmaz sayılan en ufak öğeleri, yani atomlardı.
Bilindiği üzere, kimya sanayisinde bir bileşiğin istenen miktarda üretimi için her bileşen maddeden ne kadar gerekli olduğunu belirlemek önemlidir. Dalton’a gelinceye dek bu belirleme “el yordamı” dediğimiz sınama-yanılma yöntemine dayanıyordu. Dalton bu işlemin daha güvenilir bir yöntemle yapılmasını sağlamak için bir atomik ağırlıklar tablosu hazırlar. Deneylerinde, bileşen maddelerin ağırlıkları arasında küçük tam sayılarla belirlenebilen basit ilişkilerin olduğunu görmüştü. Gerçi belli bir bileşim için aynı bileşenlerin daima aynı oranda işleme girdiği, öteden beri biliniyordu. Dalton bir adım daha ileri giderek, aynı iki madde birden fazla şekilde birleştirildiğinde, ortaya çıkan değişik sonuçların da birbirleriyle basit sayılarla ifade edilebilen ilişkiler içinde olduğunu gösterir. Örneğin, bataklık gazında bulunan hidrojen, etilen gazında bulunan hidrojenden iki kat daha fazladır. Başka bir örnek: Dört kurşunoksitte bulunan oksijen miktarı 1, 2, 3, 4 gibi basit orantılar içindedir.
Bu basit tam sayılar, Dalton’u maddesel nesnelerin “atom” denen sayılabilir ama bölünmez birimlerden oluştuğu düşüncesine götürmüştü. Her elementin değişik bir atomu olduğu, kimyasal bileşimlerin değişik atomların katılımıyla gerçekleştiği, bu katılımda atomların herhangi bir değişikliğe uğramadığı gibi noktaları içeren Dalton’un atom teorisi modern kimyanın temel taşı sayılsa yeridir.
Dalton bu kadarla kalmaz, kimi değişik atomların göreceli ağırlıklarını da belirler. En hafif madde olarak bilinen hidrojenin atomik ağırlığını “1” diye belirler. Ardından, suyun ayrıştırılmasıyla ortaya çıkan her parça hidrojene karşılık sekiz parça oksijen olacağını söyleyerek, oksijen atomlarının hidrojen atomlarından sekiz kat daha ağır olduğunu ileri sürer. Bu yanlıştı kuşkusuz. Dalton suyun H2O değil, HO olduğunu sanıyordu. (Biz şimdi oksijenin atomik ağırlığının hidrojeninkinin sekiz değil, 16 katı olduğunu biliyoruz.) Ama bu yanlışlık onun düşünce düzeyindeki büyük atılımın önemini azaltmaz elbette. Unutulmamalıdır ki, atomların nasıl bir araya gelip şimdi “molekül” dediğimiz bileşik atomlar oluşturduğunu gösteren kimyasal simgeler dizgesinde de ilk adımı ona borçluyuz.
Dalton kimi kişilik özellikleriyle de sıradışı bir kişiydi. Yaşam boyu bekâr kalmasına karşın, karşı cinse ilgisiz değildi. 1809’da Londra’yı ziyaretinde kardeşine yazdığı mektuptan şu satırları okuyoruz: “Bond Street defilelerini kaçırmıyorum. Beni sergilenen giysilerden çok güzellerin yüzleri çekiyor. Bazıları öylesine dar giysilerle çıkıyorlar ki, vücut çizgileri tüm incelikleriyle ortaya dökülüyor. Bazıları da geniş şal veya pelerinleriyle adeta uçuşarak yürüyorlar. Nasıl oluyor bilmiyorum ama, güzel kadın ne giyerse giysin fark etmiyor: Giyim kuşam başka, güzellik başka!” Büyük kent yaşamının ilginçliği onun için gelip geçiciydi. Mektubunda büyüleyici bulduğu Londra’dan şöyle söz eder: “Gerçekten görkemli bir yer, ama ben bu görkemi bir kez seyretmekle yetineceğim. Kendini düşün yaşamına vermiş biri için yaşanılacak belki de en son yer burası. Görülmeye değer, ama işte o kadar!”
Renk körlüğü tıp dilinde “Daltonizm” diye geçer. Dalton renk körüydü, zamanının bir bölümünü bu hastalığı incelemekle geçirmişti. Bir ödül töreninde kralın önüne çıkacaktı. Renkli diz bağı, tokalı ayakkabı, elinde kılıç protokol gereğiydi. Oysa bağlı olduğu Quaker Tarikatı buna izin vermiyordu. Dalton, çözümü bir süre önce Oxford Üniversitesi’nce kendisine giydirilen onur cübbesine bürünmekte buldu. Cübbenin yakasının kırmızı olması başka bir sorun olabilirdi; ancak Dalton için yaka kırmızı değil yeşildi.
Dalton’un çalışmalarıyla kimyanın matematiksel bir nitelik kazandığı, bir bakıma fizikle birleştiği söylenebilir. Maddenin elektriksel olduğu düşüncesini de ona borçluyuz. Çağımızdaki atom enerjisine ilişkin buluşların kökeninde Dalton’un payı büyüktür. Dalton, kendi gününde olduğu gibi günümüzde de süren etkisiyle bilim dünyasında saygın konumunu korumaktadır.
Kaynak: Cemal Yıldırım, Bilimin Öncüleri, Bilim ve Gelecek Kitaplığı, Eylül 2019, 30. Baskı, S.126-129
