Kimya Bilimine Katkı Sağlayan Bilim İnsanları ve Çalışmaları

İnsanların madde ile etkileşimi insanın varoluşu ile başlar. İnsanlar temel ihtiyaçlarını karşılamak için çeşitli maddelerden faydalanmıştır. Avlanmak, barınmak, beslenmek ve hayatını kolaylaştırmak için çeşitli maddeleri kullanmışlardır. Zaman geçtikçe maddelerden daha iyi yararlanabilmek ve yeni maddeler keşfetmek için araştırmalar yapmışlardır. Bu araştırmalar sınama-yanılma yoluyla başlamıştır.

Filozoflar madde ile ilgili düşüncelerini ortaya koymuşlardır. Bu filozoflardan biri olan Demokritos “atom ve bölünmeyen öz” düşüncesi ile maddelerin sonsuza kadar bölünemeyeceğini belirtmiştir. Buna karşılık Aristo maddenin topraktan gelip toprağa döndüğünü ifade etmiş, bu nedenle maddenin sonsuza kadar bölünebileceğini söylemiştir. Bu düşüncelerden yola çıkılarak maddenin yapısı ve özellikleri ile ilgili bilgiler eldeedilmiştir. Sınama-yanılma yoluyla simya döneminde birçok madde ve yöntem geliştirilmiştir.

Değersiz metallerden altın elde etmeye çalışılırken bazı metaller ve metal işleme bilgileri; esans üretimi sırasında damıtma ile ilgili bilgiler ve yöntemler elde edilmiştir. Bu bilgiler günümüze simyadan aktarılmıştır. Aristo’nun Dört Temel Element Kuramı’ndan sonra elementi yeniden tanımlayan ilk kimya bilgini İngiliz Robert Boyle oldu. Boyle, yaptığı bu tanımlama ile modern kimyanın kurucusu sayılır. 18. yüzyılın sonlarında Fransız kimyacı A. L. Lavoisier fiziksel ve kimyasal olaylardaki kütlesel değişimleri incelemiştir. Bu çalışmalar sonucunda Kütlenin Korunumu Yasası’nı geliştirmiş, simyanın bilim hâline dönüşmesini sağlamıştır. Lavoisier ile başlayan bilimsel araştırmalar sonrasında birçok yasa oluşturulmuştur.

Daha sonra Modern Atom Teorisi ile atomun kuantum modeli geliştirilmiş ve atomların fiziksel, kimyasal, radyoaktif özellikleri ve davranışları anlaşılmıştır. Günümüzde de proton, nötron gibi atom altı parçacıkların daha küçük birimlerden oluştuğu anlaşılmış olup bu birimlerin yapısınıve özelliklerini anlamak için deneyler yapılmaktadır. Önceleri maddenin yapısını anlamak için yapılan çalışmalar daha yoğun iken günümüzde maddenin yapısını aydınlatmanın yanı sıra çevre kirliliğinin önlenmesi, temiz enerji elde edilmesi, sağlık alanındaki bilimsel çalışmalar da önplana çıkmıştır.

Eski çağlardan günümüze kadar simya ile başlayıp kimya ile devameden süreçte birçok düşünür ve bilim insanı (simyacı ve kimyacı) Kimya bilimine katkıda bulunmuşlardır.

Kimya bilimine katkıda bulunan düşünürler ve bilim insanları:

Empedokles (MÖ 492-432)

Sicilyalı Empedokles “Dört Öge Kuramı’nı” ilk ortaya atan düşünürdür. Empedokles; doğada bulunan elementleri su, ateş, hava, toprak olarak sınıflandırmış ve doğadaki her şeyin bu dört elementten oluştuğunu söylemiştir. Empedokles’e göre canlılık; canlının katı kısımlarını oluşturan toprak, sıvı kısımlarını oluşturan su, solumayısağlayan hava ve canlılığın özü olan ruhu oluşturan ateşten oluşuyordu.

Demokritos (MÖ 470-361)

Yunanlı filozoflardan Demokritos tarafından ortaya atılan atom kavramı, maddenin en küçük ve bölünemeyen eşit nicelikli tanecikleri olarak tanımlanmıştır. Demokritos’a göre örneğin su ve demiratomları gerçekte birbirinin aynısıdır. Su atomları pürüzsüz ve yuvarlak olduğundan birbiri üzerine kenetlenemez ve birbiri üzerinden kayar. Oysa demir atomları sert, sivri, pürüzlü olduklarından birbirine yapışır ve sert bir cisim oluşturur.

Aristo (MÖ 384-322)

Platon’un (Eflatun) öğrencisi olan Aristo Empodokles’in Dört Element Kuramı’nı, elementlerin özelliklerini de dikkate alarak geliştirdi.

Empodokles’in dört elementinden esinlenen Aristo elementleri ikişer ikişer karşılıklı olarak birbirinin zıttı olan dört özellikle (sıcak, soğuk, ıslak, kuru) ilişkilendirdi. Aristodört elementin özelliklerini Hava; sıcak-ıslak,Ateş; sıcak-kuru,Su; soğuk-ıslak,Toprak; soğuk-kuru olarak eşleştirdi. Ayrıca Aristo, her şeyin topraktan oluşup tekrar toprağa döndüğünü belirtti.

Cabir Bin Hayyan (720-813)

Orta Çağ’da yaptığı çalışmalarla kimya bilimine çok sayıda katkısı olan İslam âlimidir. İlk laboratuvarı kurmuştur. Deneylerde kullanılan bazı aletleri tasarlayıp bu aletlerin nasıl kullanılacağını açıklamıştır. Damıtma işleminde kullanılan “İmbik aletini” kullanarak bitkilerden esans ve bazı asitleri elde etmiştir. Vitriol’ü (Kıbrıstaşı, FeSO4) damıtarak zaç yağı (sülfürik asit, H2SO4), vitriol (FeSO4) ile potasyum nitratı (KNO3) birlikte damıtarak kezzap (nitrik asit, HNO3), vitriol (FeSO4) ile yemek tuzunu (NaCl) damıtarak tuz ruhu (hidroklorikasit, HCl) elde etti.

Bulmuş olduğu asitleri (HCl ile HNO3) karıştırarak kral suyu adı verilen karışımı elde etti. Cabir Bin Hayyan altın ve gümüşün kral suyunda çözündüğünü keşfetmiştir. Kral suyu günümüzde altın ve platin gibi soymetalleri çözmede kullanılmaktadır. Cabir Bin Hayyan; damıtma, kristallendirme, süblimleşme ve süzme yöntemlerini kullanmıştır. Simya döneminde kullanılan bu yöntemler Kimya bilimine aktarılmış olup günümüzde de hâlâ kullanılmaktadır. Cabir Bin Hayyan İslam simyasının babası olarak ünlenmiştir.

Ebubekir er-Razi (865-925)

Orta Çağ’ın önemli İslam bilginidir. Ebubekir er-Razi’nin en önemli özelliği, kimya alanındaki tecrübesini ve bilgilerini tıp alanında kullanması olmuştur. Büyük hekim ve simyacı olup ilk kez çiçek ve kızamık hastalıklarının tedavisini sağlamış, tıpta uygulamıştır. Kimyasal maddeleri metalik, bitkisel ve hayvansal şeklinde sınıflandırmıştır.

Soda ve potas arasındaki farkı ortaya koymuş, klorür asidi ile nitratasidinin elde edilmesi için reçeteler vermiştir.

Damıtılmış şap suyu (ruhülzaç) adını verdiği sülfat asidini, karıncaları damıtıp formik asidi (karınca asidi, HCOOH) ilk kez elde etmiştir.Bunların yanı sıra kostik sodayı (NaOH) ve gliserini bulmuştur. Er-Razi birçok kimyasal maddeyi, minerali, aygıtları bilim dünyasına kazandırmıştır. Beher, balon, ufak şişe, kristallendirme çanağı, cam kap, toprakkap, kandil, eğe, törpü, makas, spatula, çekiç, kepçe, maşa, kıl ve ketensüzgeç gibi birçok araç-gereç kullanmıştır.

Er-Razi yalnız büyük bir hekim değil, aynı zamanda ilk gerçek kimyacılardan biriydi. Yöntemli bir şekilde hazırlanmış deneylerle kimyayı sapkınlıklardan, altın yapma iddiasında bulunan simyacılardan, şarlatanlıklardan arındırmış; ona doğa bilimleri arasında, elementler ve onların bileşimleri ile uğraşan bir bilim kimliği kazandırmıştır.

Robert Boyle (1626-1691)

Simya, 1661’de İngiliz bilgini Robert Boyle Kuşkucu Kimyager (The Sceptical Chymist) adlı ünlü yapıtını yayımlayarak Aristocuların görüşünü yerle bir edişine kadar gelişti.

Boyle, kimyasal elementleri maddenin parçalanamayan yapı taşları olarak tanımlamıştır. İlk kez kimyasal bileşiklerle basit karışımlar arasında ayrım yapmış; kimyasal birleşmede özelliklerin tümüyle değiştiğini, basit karışımlarda ise böyle değişimler olmadığını söylemiştir. Gazlar üzerinde deneyler yürütmüş, ilk kez element ve bileşiklerin doğru tanımını yapmıştır. Buna göre element bir özellik değil, kendinden başka elementlere ayrılamayan bir maddedir. Tüm bileşikler, elementlerin birleşmesinden oluşurlar. Boyle’un element tanımındaki eksiklik sodyum hidroksit (NaOH), kireç (CaO) ve su (H2O) gibi ısı ile zor ayrışan maddeleri element kabul etmesidir.

Robert Boyle’un bu yanlışını A. L. Lavoisier yaptığı deneysel çalışmalarla düzeltmiştir. İnsanlar ateşi keşfettikten sonra maddelerin nasılyandığını merak etmişler fakat yanma olayını uzun süre açıklayamamışlardır. 18. yüzyılda Alman simyacı Johann Joachim Becher ve öğrencisi Georg Ernest Stahl yanma olayında kaybolan maddeyi Aristo’nun Dört Element Kuramı’ndaki Ateş elementi olarak tanımlamışlardır. Bunun sonucu olarak yanma olayını açıklayabilmek için Filojiston (ateş ruhu) kuramını ortaya koydular. Filojiston Kuramı’na göre maddeler yanıcı,yanıcı olmayan ve filojistondan oluşuyordu. Yanma sırasında filojiston maddeden ayrılıyordu. Bu nedenle filojiston içeren maddeler yanıyor, içermeyenler yanmıyordu. Filojiston; maddenin ruhu olduğundan yanma olayında madde ölüyor ruhu ayrılıyordu. Buna göre metal oksitler birerelement, metaller ise kül ve filojistondan oluşan bileşiklerdir. Kimya bilimine göre yanma olayı maddelerin havadaki oksijen ile tepkimesidir. Bukuram yanlış olsa da Kimya biliminin gelişmesine büyük katkı sağlamıştır. Carl W. Scheele ve Joseph Priestley yaptıkları deneysel çalışmalarda klor, metan, hidrojen, karbondioksit ve en önemlisi yanmayı gerçekleştiren oksijen gazlarını keşfederek Filojiston Kuramı’nı çürütmüşlerdir. Oksijen gazını ilk olarak Scheele keşfeder fakat kendisi oksijen gazının keşfini paylaşmadığından dolayı oksijenin keşfi Priestley’e mal edilmiştir.

Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794)

18. yüzyılda yaşayan A. L. Lavoisier dikkatli ve çok titiz bir kimyacıydı. Lavoisier; Scheele ve Priestley’in yaptığı deneylerde hiçbir maddenin kütlesini tartmadıklarının farkına vardı. Aynı dönemde yaşayan kimyacılardan farklı olarak, Lavoisier deneylerinde kullandığı maddelerin kütlelerini ölçmenin önemini belirtti. Bununla birlikte reaksiyona giren maddelerin kütleleri toplamının, reaksiyondan sonra oluşan maddelerin kütleleri toplamına eşit olduğunu tespit etti. Böylece kimyada kendi adıyla bilinen “Kütlenin Korunumu Yasası”nı buldu. Lavoisierkütlenin korunumunu “Madde yoktan var, vardan yok edilemez.” sözleriyle açıkladı.

Lavoisier, Priestley’in deneylerini kütle ölçümü yaparak açıkladı. La-voisier’in ilk önemli deneylerinden biri kalay metalinin kalklaştırılmasına (oksitlendirilmesi) ilişkindi. Lavoisier kapalı bir cam kap içinde kalayıeritmiş ve bu sırada cam balonun ağırlaştığını saptamıştır. Lavoisier burada, erimiş kalayın kısmen siyah bir toza dönüştüğünü ve kabın açılmasından sonra işlemde kullanılan kadar havanın kabın içine girdiğini gözlemlemiştir.

İşlem sırasında, başlangıçta balon içinde var olan havanın yalnızca beşte birinin kullanıldığını saptamış ve daha sonra kalayı metal okside dönüştürecek şeyin ne olduğu sorusunu ortaya atmıştır. Daha sonraları kalayla birleşen bu hava bileşeninin solunumda kullanılanlardan farklı olmadığı sonucuna varmıştır.

Lavoisier cıva oksidi kömürle karıştırarak bir kap içinde ısıttı. Oluşan gazın suda çözündüğünü ve bu gazın içinde yanan bir mumun söndüğünü görerek bunun karbondioksit gazı olduğunu saptadı. Bu olayda kömürün rolü olduğu ve filojistonun etkisinin olmadığı sonucunu çıkardı. Metal oksitten oluşan oksijen, kömürle karbondioksit oluşturuyor vemetal oksit metal hâline dönüşüyordu. Fosforun yanmasına ilişkin deneylerinde ortamdaki havanın her zaman için 4/5’inin geriye kaldığını1/5’inin (oksijenin) ise bu sırada fosforla birleştiğini saptadı. Arta kalangaza (azot) o zamanlar “solunamayan hava” deniliyordu.

Lavoisier’in çalışmaları kimya için devrim niteliğindedir. Ayrıca kendisi “modern kimyanın babası” olarak bilinmektedir. Simyadan kimyaya geçiş Robert Boyle’un element tanımını yapması ve Lavoisier’in Kütlenin Korunumu Yasası’nı açıklamasıyla başlamıştır.