107 Kimya Öyküsü L.Vlasov D.Trifonov ÇEVĐRĐ Nihal Saner TÜBĐTAK POPÜLER BĐLĐM KĐTAPLARI Yüz yıl kadar önce bir bilimadamı kimyadaki tüm buluşlarla ilerlemeleri ve bilinen bileşiklerin özelliklerini anlatan bir kitap yazmayı düşünebilirdi. Ancak yüz yıl önce bile kimya bilimi o kadar hızlı ilerliyordu ki, yazar adayının meslekdaşlarından en az bir yıl araştırmayı bırakmalarını istemesi gerekirdi. Yoksa,tüm yeni buluşları ve kuramları aynı anda izlemesi imkansız olurdu. Bu yazar, kimya biliminin ufkunun sınırsız olduğu günümüzde ne yapardı acaba? Bu kitabın yazarları, kimyanın en önemli ve ilginç sorunlarına değinmeye çalışmışlardır. Kitapta Periyodik Çizelgenin yapısı tanıtılmakta ve anlatılmaktadır. Okurken kendinizi ilginç örneklerle dolu bir tür kimya müzesinde bulacaksınız. Kimyacıların, element içindeki tek bir atomla bile çalışmayı nasıl öğrendiklerini görecek ve ürettikleri karmaşık maddeleri tanıyacaksınız. Kimyanın rol oynadığı çeşitli meslek dallarıyla tanışacak ve insan etkinliğinin olduğu her yere kimyanın nasıl girdiğini anlayacaksınız. Kimyanın heyecan verici keşiflerinin bu kısa ama öğretici öykülerini okurken, büyüleyici bir bilim dalı olan kimyayı daha yakından tanıyacağınızı ve bundan böyle ona daha fazla önem vereceğinizi umuyoruz. Önsöz Yerine Bir zamanlar doğuda çok akıllı ve bilgili bir hükümdar varmış. Bu hükümdar yeryüzünde yaşayan insanlara ilişkin herşeyi bilmek istiyormuş. ilhanx Vezirlerini yanına çağırmış ve, "Bana dünyadaki tüm ulusların tarihini yazın, geçmişte ve şimdi nasıl yaşadıklarını, neler yaptıklarını, hangi savaşlara katıldıklarını ve çeşitli ülkelerde gelişmiş iş ve sanat kollarını anlatın!" diye buyurmuş. Ve onlara beş yıl süre tanımış. Vezirler önünde saygıyla eğilmişler. Sonra krallıktaki akıllı adamların en akıllılarını biraraya toplamışlar ve hükümdarlarının dileğini iletmişler. Bu olayın parşömen endüstrisinde eşi görülmemiş bir patlamaya neden olduğu söylenir. Beş yıl sonra vezirler sarayda tekrar toplanmışlar. "Büyük hükümdarım, dileğiniz yerine getirildi! Dışarıya bakarsanız isteğinizin karşılandığını görürsünüz..." demişler. Hükümdar hayretle gözlerini açmış. Sarayın önünde sonu ufukta kaybolan bir deve kervanı duruyormuş. Her devenin sırtında iki dev heybe ve her heybenin içinde de marokenle güzelce kaplanmış on büyük cilt varmış. "Bu nedir?" diye sormuş hükümdar. "Bu dünya tarihidir." diye yanıtlamış vezirler. "Buyruğunuz üstüne bilge kişiler beş yıl durmadan çalıştılar!" "Benimle alay mı ediyorsunuz?" diye kükremiş kral. "Ömrüm bunların onda birini bile okumaya yetmez! Söyleyin kısa bir tarih yazsınlar. Ama tüm önemli olayları içersin." Ve onlara bir yıl daha süre vermiş. Bir yıl geçmiş ve yine kervan sarayın önünde durmuş. Bu kez yalnızca on deve boyundaymış ve her devenin sırtında iki heybe, bunların içinde de on cilt kitap varmış. Kral çok öfkelenmiş. "Bugüne kadar tüm ulusların yaşadığı yalnızca en önemli olayları yazmalarını söyleyin onlara. Ne kadar süre ister?" Akıllı adamların en akıllısı öne çıkmış ve " Yarın efendim, isteğinize yarın kavuşacaksınız." demiş. " Yarın?" diye yinelemiş hükümdar şaşkınlıkla. " Çok iyi. Ama beni aldatıyorsanız başınızı yitireceksiniz!" ...Sonunda mavi gökyüzünde güneş yükselmiş, uyku çiçekleri tüm büyüleyicilikleriyle açmışlar ve hükümdar bilge kişiyi yanına çağırtmış. Yaşlı bilge elinde ufacık bir tahta kutuyla içeri girmiş. " Ey ulu hükümdarım, tüm insanlık tarihinde yaşanmış en önemli olayları burada bulacaksınız." demiş kısık bir sesle. Kral kutuyu açmış. Kadife bir yastık üstünde küçük bir parça parşömen duruyormuş. Ve orada tek bir cümle yazılıymış: " Doğdular, yaşadılar ve öldüler." Bu eski masal böylece sürer gider. Biz kimyaya ilişkin eğlenceli bir kitap yazmak istediğimizde ve bir kitabın sayfalarının sınırlı olacağını düşündüğümüzde bu masalı anımsamadan geçemedik. Biz de yalnızca önemli şeyleri yazmalıydık. Ancak kimyada en önemli olaylar nelerdi? " Kimya, maddelerin ve onların dönüşümünün bilimidir." Tahta kutudaki parşömen parçasını anımsadık diye bizi suçlayabilir misiniz? Kafalarımızı zorladık, çok düşündük ve kimyada herşeyin önemli olduğuna karar verdik.Bir kişiye daha önemli görünen, bir başkasına daha az önemli gelebilir. Örneğin, anorganik kimyacı anorganik kimyayı evrenin merkezi varsayarken, organik kimyacı da pek doğal ki karşı görüşte olacaktır. Bu noktada bir görüş birliği olamaz. Uygarlık sayısız parçanın bir bütünüdür. Ve bunların en önemlilerinden biri de kimyadır. insanlar kimya sayesinde metalleri filizlerinden ve minerallerinden ayırabilirler. Kimya olmaksızın çağdaş metalürji kurulamazdı. Kimya, hayvansal, bitkisel ve mineral kaynakları kullanarak giderek daha harikulade maddeler yapmaktadır. Kimya basit bir biçimde doğayı kopya veya taklit etmemekte ama yıldan yıla giderek daha farklı yollardan onu aşmaktadır. insan yaşamında ve çalışmasında çok önemli ve yararlı rolleri olan ve doğada bulunmayan binlerce madde kimya tarafından üretilmiştir. Kimyanın başardığı işler saymakla tükenecek gibi değildir. Yaşam sürecinin her aşamasında sınırsız sayıda kimyasal işlem yer alır. Kimya yasalarını bilmeden yaşam faaliyetlerinin temellerini kavramak olası değildir. Kimya, insanlığın evrimini elinde tutmuştur denilebilir. ilhanx Kimya bizi doyurur, giydirir, çağdaş ve uygar bir toplumun gereği olan şeyleri sağlar. Uzay boşluğuna roketler atılıyor. Motorları için gerekli yakıtı, tasarımları için ısıya dayanıklı maddeleri kimya buluyor. Herhangi bir kişi tüm yönleri ve tüm büyüleyiciliğiyle kimyayı yazmaya çalışsa, çok gelişmiş bir devletin bile kağıt kaynaklan tükenme tehlikesiyle karşılaşacaktır. Neyse ki hiç kimsenin aklına şimdilik böyle bir düşünce gelmemiştir; bizim yapmayı düşündüğümüzün dışında tabii... içinde bulunduğumuz çıkmaza bir çözüm yolu bulduk. Birçok farklı olguyu azar azar yazmaya karar verdik. Doğal olarak hoşa gidecek şeyleri yazacaktık. Başka yazarların başka olayları anlatmaları olasıdır. Ancak bu bizim kitabımız ve kendi bulduğumuz bir yolla yazdık. Bu nedenle bilmek istediğiniz herşeyi içinde bulamazsanız lütfen bize kızmayın. " L. Vlasov D. Trifonov Đçindekiler Önsöz yerine I. Büyük Ev'in Sakinleri 1. Periyodik Sistemin Kuşbakışı Görünüşü 3 2. Uzaybilimciler, Kimyacıları Elegeçmez Birşeyin Peşinden Koşmaya Nasıl Yönelttiler? 6 3. îki Yüzlü Bir Element 8 4. îlk ve En Şaşırtıcı Olan 11 5. Yeryüzünde Kaç Tane Hidrojen Vardır? 13 6. Kimya = Fizik + Matematik 15 7. Biraz Daha Matematik 17 8. Kimyacılar Beklenmeyenle Nasıl Karşılaştı? 19 9. Avutmayan Bir Çözüm 21 10. "Çılgın" Bir Düşüncenin Araştırılması ya da Asal Gazların Asal Olmaktan Vazgeçişleri 23 11. Bir Başka Belirsizlik mi? 26 12. Obur 28 13. Henning Brand'in "Filozof Taşı" 31 14. Temizlik Kokusu ya da Niceliğin Niteliğe Dönüşümü 32 15. Çok Basit, Hem de Çok Mükemmel 34 16. Küçük Soğuk Irmakta Buz Henüz Donmamış... 37 17. Yeryüzünde Kaç Tane Su Vardır? 38 18. Yaşam Suyu, Can Veren, Her Yerde Hazır Olan Su 39 19. Buz Saçağının Sırlan 41 20. Biraz Dilbilim ya da Çok Farklı iki Olgu 42 21. Niçin Çok Farklı iki Olgu ? 44 22. iki "Niçin" Daha 46 23. Tutarsızlıklar 47 24. Mimaride Özgünlük 49 25. Ondördüzler 51 26. Metal Dünyası ve Çelişkileri 52 27. Sıvı Metaller ve Bir Gaz (?) Metal 54 28. Olağandışı Bileşikler 55 29. Kimyada ilk " Elektronik Bilgisayar " 57 30. Elektronik Bilgisayarda Bir Pürüz 58 31. Bir Element Diğerine Nasıl Dönüşür? 59 32. Elementler Dünyasında Ölümlülük ve Ölümsüzlük 62 33. Bir, iki, Üç, Pek Çok... 65 34. Doğa Adil midir? 68 35. Sahte Güneşlerin izinde 69 36. Yüzdörtten Birinin Yazgısı V 71 37. Uranyum, Senin Yerin Neresi? 73 38. Arkeolojiden Küçük Öyküler 75 39. Uranyum ve Uzmanlıkları 76 40. Tamamlanmamış Bir Bina mı? 78 41. Modern Simyacılara Bir ilahi 80 42. Bilinmeyenin Uçurumunda 82 ilhanx 43. Element Kütüğü 83 II. Kuyruğu Ağzında Bir Yılan 44. Kimya Biliminin Ruhu 89 45. Yıldırım ve Kaplumbağalar 90 46. Büyülü Engel 92 47. Kuyruğu Ağzında Bir Yılan 93 48. Bir Kaplumbağanın Yıldırım Gibi Gitmesi ya da Tersi Nasıl Sağlanır? 96 49. Zincir Tepkimeler 98 50. Kimya Elektrikle Nasıl Arkadaş Oldu ? 99 51. Bir Numaralı Düşman 100 52. ...Ve Onunla Nasıl Savaşılır? 102 53. Parlak Bir Jet 104 54. Bir Kimyacı: Güneş 106 55. iki Tür Kimyasal Engel 108 56. Kimya ve Radyasyon 109 57. En Uzun Tepkime 112 III. Kimya Müzesi 58. Yanıtsız Bir Soru 117 59. Çeşitliliğin Nedenleri ve Sonuçları 118 60. Kimyasal Halkalar 120 61. Üçüncü Bir Olasılık 122 62. Kompleks Bileşikler Hakkında Birkaç Söz 125 63. Basit Bir Bileşikteki Sürpriz 126 64. Humphry Davy'nin Bilmediği Neydi ? 128 65. 26, 28 ya da Oldukça Dikkat Çekici Birşey 129 66. Cadet'in Sıvısına Övgü 131 67. TEK'in Öyküsü 133 68. Tuhaf Sandviçler 136 69. Karbon Monoksidin ilginç Bileşikleri 138 70. Kırmızı ve Yeşil 140 71. Hepsi Birinin içinde 141 72. En Olağanüstü Atom, En Olağanüstü Kimya 143 73. Yine Elmas 144 74. Ayağımızın Altındaki Bilinmeyen 146 75. Aynılar Tümüyle Aynı Olmadığında 147 IV. Onun Gözüyle 76. Analizin Yararı Üzerine Birkaç Söz 153 77. iyi Kalitede Barut Yapmak 154 78. Germanyum Nasıl Bulundu ? 155 79. Işık ve Renk 157 80. Güneşin Kimyasal Analizi 159 81. Dalgalar ve Madde 161 82. Bu işi Yapan Bir Damla Civadır 163 83. Kimyasal Bir Prizma 164 84. Prometyum Nasıl Bulundu ? 166 85. Yaban Çileklerinin Nefis Kokusu 167 86. Napoleon'un Ölümü : Söylenti ve Gerçek 169 87. Aktivasyon Analizi 171 88. Tartıya Gelmeyen Nasıl Tartılır ? 172 89. Tek Atomların Kimyası 174 90. Bir Sınır Var mı? 176 91. Şaşırtıcı Bir Sayı 177 V. Kimya Yayılıyor 92. Bir Kez Daha Elmas 183 93. Sonsuz Moleküller 185 94. Delinmez Bir Yürek ve Gergedan Derisi 189 ilhanx 95. Karbon ve Silisyumun Beraberliği 191 96. Harika Elekler . 193 97. Kimyasal Kıskaçlar 195 98. Beyaz Gömlekli Kimya 198 99. Küften Bir Mucize 203 100. Bitki Vitaminleri: Mikroelementler 205 101. Bitkiler Ne Yer ve Kimyanın Konuyla Đlgisi Nedir? 207 102. Ufak Bir Benzerlik ya da Kimyacılar Bitkiyi Potasyumla Nasıl Besler? 209 103. Azot Krizi 209 104. Fosfor Ne Đçin Gereklidir? 212 105. Kimyasal Savaş 213 106. Çiftçinin Yardımcıları 215 107. Hizmet Eden Hayaletler v 217 Birkaç Özür Sözcüğü 219 Büyük Ev'in Sakinleri Đ Periyodik Sistemin Kuşbakışı Görünüşü Đlk bakışın, ilk izlenimin genellikle fazla bir değeri yoktur. Gözlemci bazen kayıtsız kalırken, bazen de şaşkınlık duyabilir. 0 çok bilinen fıkra kahramanının hayvanat bahçesinde zürafayı gördüğünde "Bu gerçek olamaz!" dediği gibi arada sırada bir gözlemcinin de hayrete düştüğü olur. Ancak, bir şey ile ya da bir olgu ile ilk kez tanışıyor olsanız bile, ona şöyle bir kuşbakışı bakmak çoğunlukla yarar sağlar. Mendeleyev'in Elementlerin Periyodik Sistemine bir şey ya da bir olgu demek pek mümkün değildir. O, daha çok doğanın en büyük yasalarından birinin, Periyodik Yasanın esaslarını yansıtan bir tür aynadır. Bu sistem, yeryüzünde bulunan ya da insanoğlu tarafından yapay olarak üretilmiş yüz küsur kimyasal elementin davranış kurallarının kodlanmış bir şekli, elementlerin Büyük Ev'ini yöneten bir kurallar bütünüdür. Bu eve bir göz attığımızda birçok şey açıklığa kavuşur. Đlk duygu bir tür şaşkınlık; büyük uzun binaların ortasında aniden acayip ama zarif bir mimariye sahip bir ev gördüğümüzde hissettiklerimize benzer birşeydir. Mendeleyev'in çizelgesinde şaşkınlık yaratan nedir? Bu çizelgedeki periyodlann ya da katların farkh planlanmış olması gerçeğiyle başlayalım. Mendeleyev Çizelgesi'nin ilk katında* ya da ilk periyodunda yalnızca iki oda veya kutu vardır. Đkinci ve üçüncü katların her birinde sekiz, bundan sonraki iki katta ise (dördüncü ve beşinci) tıpkı bir oteldeki gibi onsekiz oda vardır. Alttaki ikisinde (altıncı ve yedinci) otuzikişer oda bulunur. Böyle bir yapıyı daha önce hiç gördünüz mü? *Sıradan evlerden farklı olarak Mendeleyev'in Büyük Evi'nin (Periyodik Sistem) "katları" yukarıdan aşağı doğru numaralandırılmak zorundaydı, çünkü yeni elementlerin yerleştirilmesi için gerekli olabilecek yeni bir "kat" tablonun tabanına eklenebilirdi. 4 »Büyük Ev'in Sakinleri Periyodik Sistem olarak bilinen kimyasal elementlerin Büyük Ev'inin şekli işte böyledir. Bu tasarım mimarinin gelip geçici bir hevesi miydi? Asla! Fizik yasalarına uymayan bir yapı tasarımı düşünülemez, aksi halde hafif bir rüzgarda bina başaşağı olur. Periyodik Sistemin mimarisinin dayandığı fizik yasaları o kadar katı ve kesindir ki Mendeleyev'in çizelgesindeki her bir periyodda yalnızca belirli sayıda element yer alabilir. Örneğin, ilk periyodda iki element vardır, ne bir eksik ne bir fazla. Bu iddia fizikçilere aittir ve kimyacılar da tümüyle aynı görüşü paylaşırlar. Ancak onların her zaman anlaşabildiklerini de söyleyemeyiz. Periyodik Yasanın henüz kendilerini rahatsız etmediği bir dönemde fizikçiler konu hakkında hiçbir şey söylemiyorlardı. Bu arada, hemen her yıl yeni elementler bulan kimyacılar yeni gelenleri nereye yerleştireceklerini bilememenin güçlüğünü giderek daha fazla hissediyorlardı. Çizelgede belli bir kutu için uzun bir istekli kuyruğu oluştuğunda çok can sıkıcı bir durum ortaya çıkıyordu. Kuşku içinde olan bilim adamlarının sayısı hiç de az değildi. Ciddi bir şekilde, Mendeleyev Çizelgesi'nin kum üzerine inşa edildiğini söylüyorlardı. Bunlardan birisi de, arkadaşı Kirchhoffla birlikte spektroskopik araştırma yöntemini geliştirmiş olan Alman kimyacı Bunsen'di. Ancak sıra Periyodik Yasaya geldiğinde, Bun-sen hayret verici bir bilimsel dargörüşlülük ortaya koyuyordu. "Birisi tıpkı borsa bülteni hazırlar gibi kurallar ortaya atmış" diyerek hiddetle saldırıyordu. ilhanx Mendeleyev'den önce de, o sıralarda bilinen altmış kadar kimyasal elementi belirli bir düzende yerleştirme çabaları sürmekteydi. Ancak başarılı bir sonuç elde edilememişti. Đngiliz New-lands gerçeğe çok yaklaşmıştı. Bir "Oktavlar Yasası" öneriyordu. Newlands elementleri atom ağırlıklarına göre artan bir sırada düzenlerken, müzikte her sekizinci notanın birinciyi daha yüksek bir seviyede tekrarlaması gibi, her bir sekizinci elementin özelliklerinin birinci elementinkilere benzediğini gördü. Ancak Newlands'in buluşuna karşı tepki "Niçin elementleri alfabetik sırada düzenlemiyorsun? Bu yolla da bir düzenlilik gözleyebilirsin!" şeklinde dile getiriliyordu. Zavallı Newlands alaycı hasımlarına ne yanıt verebilirdi ki?. Mendeleyev Çizelgesi'nin de başlangıçta fazla bir şansı yoktu. "Mimarisi" şiddetli bir saldırıya uğramıştı. Đçinde, belirsiz ve açıklanması gereken çok şey vardı. Yarım düzine yeni element keşfetmek, bunlara çizelgede uygun yer bulmaktan daha kolaydı. Yalnızca birinci katta yapılan işler yeterli gibi görünüyordu. Bu kata beklenmedik bir konuk akınının olma tehlikesi yoktu. Bu kata şimdi Hidrojen ve Helyum yerleşmiş durumdadır. Hidrojen atomunun çekirdek yükü +1 ve helyum atomununki +2 'dir. Açıktır ki bunların arasında başka bir element yoktur ve olamazda. Bildiğimiz kadarıyla doğada yükleri kesirli bir sayı olan hiçbir çekirdek ya da tanecik yoktur. ĐÜ"**, CD 05 3 1—1- ~. _ 0 3 S °s. tu &. ^ JL 5 N 8 »Büyük Ev'in Sakinleri Đki Yüzlü Bir Element Okulda bir kimya dersinde buna benzer bir diyalogla karşılaşmış olabilirsiniz. Öğretmen: "Hidrojen Periyodik Çizelgenin hangi grubunda yer alır?" Öğrenci: "Birincide. Çünkü hidrojen atomunun yalnızca tek bir elektron kabuğu vardır ve tıpkı bu grupta yer alan alkali metaller lityum, sodyum, potasyum, rubidyum, sezyum, fransiyum gibi bu kabukta tek bir elektron bulunur. Hidrojen tıpkı onlar gibi, kimyasal bile- şiklerinde açtı bir yük taşır. Sonuçta hidrojen, bazı metallerin tuzlarından ayrılmasını sağlayabilir." diye yanıtlar. Bu doğru mudur? Evet, ancak yarı yarıya doğrudur. Kimya somut bir bilimdir ve kimyacılar yarı doğrulardan hiç hoşlanmazlar. Hidrojen bunu kanıtlayan bir örnektir. Hidrojen ile alkali metallerinin ortak noktası nedir? Yalnızca +1 yüklü oluşlan. Yalnızca dış elektron kabuklannm benzer bir düzen içinde oluşu. Bunun dışında hiçbir benzerlik göstermezler. Hidrojen gaz halinde bulunur ve bir ametaldir. Aynca hidrojen iki atomlu bir moleküldür, ilk grubun diğer elementleri ise metaldir ve bir kimyasal tepkimede yer alabilen en aktif metaller onlardır. Hidrojen biricik elektronunu vererek bir alkali metal kılığına girmeye çalışır. Ancak gerçekte kuzu postuna bürünmüş bir kurt gibidir. Periyodik Sistemin grup ve alt gruplannı oluşturmak üzere aynı soydan elementler Büyük Ev'de üst üste yerleştirilmişlerdir. Bu yasa Büyük Ev'in tüm sakinleri için geçerlidir. Birinci grupta yer almakla hidrojen bu yasayı kaçınılmaz olarak çiğnemektedir. Ancak, zavallı hidrojen nereye gidebilirdi ki? Hepsi hepsi dokuz grup, dokuz basamak vardı Büyük Ev'de. Hidrojenin kapı komşusu olan Helyum Sıfınncı Grup olarak adlandırılan grupta kendine yer bulabildi. Geri kalan gruplardaki yerler boştu. Bakalım, birinci katta hidrojene gerçekten "güneşli bir oda" bulabilmek için ne kadar yeniden düzenleme olanağı vardı! Berilyumla başlayan toprak alkali metallerin bulunduğu ikinci grupta onu misafir etmek olanaksız mıydı? Hayır, onlar hidrojene kesinlikle yakınlık duymuyorlardı. Üçüncü, dördüncü, beşinci ve altıncı gruplar da onunla birlikte olmayı reddediyorlardı. Peki ya yedinci grup? Durun! Flor, klor, brom ve diğer halojenleri içeren bu grup, hidrojene dostça el uzatmaya hazır görünüyor. iki çocuğun karşılaşmasını gözünüzde canlandmn : "Kaç yaşındasın?" "Çok fazla" ilhanx "Bende." "Benim bisikletim var!" "Benim de!" "Senin baban ne iş yapıyor?" ,- "Kamyon şoförü!" "Hey! Benimki de!" 10 »Büyük Ev'in Sakinleri 11 "Haydi arkadaş olalım mı?" "Haydi!" Flor, hidrojene sorar: "Ametal misin?" "Evet!" "Gaz mısın?" "Evet, öyle." "Biz de," der flor, kloru da katarak. Hidrojen, "Benim molekülüm iki atomdan oluşur!" diye söze karışır. "Bak sen, daha neler!" der flor şaşkınlık içinde. "Tıpkı bizim gibi!" "Dışardan elektron aldığında eksi değerlik gösterir misin? Biz bu işi yapmaktan çok hoşlanırız!" "Tabii ben de. Bana hiç benzemeyen alkali metalleri ile hidrid-ler olarak bilinen hidrojen bileşiklerini oluştururum. Ve bu bileşiklerde değerliğim eksi birdir." "Pekala, o halde bizimle kalabilirsin. Haydi arkadaş olalım!" Ve böylece hidrojen yedinci gruptaki yerini alır. Ancak bu uzun sürmez. Hidrojenin yeni ilişkisini öğrenen biraz daha iyi bir halojen düş kırıklığı içinde şöyle söyler: "Bak kardeşim, senin dış kabuğunda fazla elektronun yokmuş gibi görünüyor, öyle değil mi? Gerçeği söylemek gerekirse yalnızca bir tane... Sen birinci grupta toplananlara benziyorsun. Alkali metallerin yanına dönsen daha iyi olmaz mı?" Hidrojenin içine düştüğü durumun güçlüğünü düşünün: Pek çok oda var olduğu halde tüm haklarını kullanarak hiç birinde kalıcı olamıyor. Ama niçin? Hidrojenin bu şaşırtıcı iki yüzlülüğünün nedeni nedir? Hidrojeni böyle garip davranmaya iten nedir? Herhangi bir kimyasal elementin kendine özgü özellikleri diğer elementlerle birleştiğinde sıradan hale gelir. Bu arada dış kabuğundan elektron verir ya da alır. Bir element dıştaki elektronlarının tümünü verse de diğer kabukları genellikle değişmeden kalır. Bu durum hidrojen dışındaki tüm elementler için geçerlidir. Hidrojen tek elektronunu verdiğinde geriye yalnızca atom çekirdeği kalır. Yani geriye kalan hidrojen atomunun çekirdeğini oluşturan tek bir protondur (Gerçekte çekirdek her zaman yalnızca tek bir proton içermez, ancak bu önemli noktaya daha sonra değineceğiz). Böylece, hidrojenin kimyası kendine özgü bir kimya olmaktadır. Bu da elementer bir taneciğin, protonun kimyasıdır. Bu nedenle hidrojenin yer aldığı tepkimeler protonların etkisi altında oluşur. Ve hidrojenin birbirini tutmayan davranışlarının nedeni de budur. Đlk ve En Şaşırtıcı Olan Hidrojen, ünlü Đngiliz fizikçi saygıdeğer Henry Cavendish tarafından bulunmuştur. Çağdaşlarından birisinin de söylediği gibi, o bilgililerin en zengini ve zenginlerin de en bilgilisiydi. Bilginlerin en titizi olduğunu da eklememiz gerekir. Cavendish'in kendi kitaplığından bir kitap alırken bile daima kitap kartına ismini yazdığı söylenir. Kendisini tümü ile bilimsel araştırmalara adamış, kendi bilim dalında daima çok büyük bir yer tutmuş olan bu titiz bilim adamı içine kapanık garip yaşantısı ile ün yapmıştı. Ancak, onun hidrojen gazını bulmasını sağlayan tam da bu özellikleriydi. Ve inanın, bu hiç de kolay bir iş değildi! Buluşunu 1766'da yapmıştı ve 1783'de Fransız Profesör Charles ilk hidrojen balonunu uçurdu. Hidrojen gazı kimyacılar açısından da çok değerli bir buluştu. Kimyasal bileşiklerin en önemlilerinden olan asid ve bazların iç yüzünün kavranmasında hidrojen yardımcı oldu. Metal oksidleri-nin indergenmesinde ve tuz çözeltilerinden metallerin çöktürülme-sinde vazgeçilmez bir laboratuvar ayracı haline geldi; ve mantıksız gibi görünse de, hidrojen gazı 1766'da değil hemen hemen yarım yüzyıl sonra farkedildi (Böyle birşey gerçekten oldu). Bu nedenle hem kuram hem de uygulama bakımından kimyanın gelişmesi uzun bir süre gecikmişti. Kimyacılar hidrojeni yeteri kadar tanıdıklarında ve uygulamacılar önemli maddelerin üretiminde hidrojeni kullanmaya başladıktan sonra, bu gaz fizikçilerin dikkatini çekti. Ardından da fizikçiler bilimi birkaç kat zenginleştiren önemli sonuçlara ulaştılar. ilhanx Daha fazla kanıt ister misiniz? Birincisi, hidrojen, diğer tüm sıvılardan ve (helyum dışında) tüm gazlardan daha düşük bir sıcaklıkta eksi 259.1° Celsius'da katılaşır. Đkincisi, Periyodik Yasanın fiziksel gücünün henüz anlaşılamadığı bir dönemde, Danimarkalı fizikçi Niels Bohr atom çekirdeği etrafında elektron dağılımı kura- 12 »Büyük Ev'in Sakinleri 13 mini hidrojen atomu sayesinde inceleyebilmiş ve bu bulgular diğer çok önemli buluşların da temelini oluşturmuştur. Daha sonra fizikçiler görevi meslek akrabaları olan astrofizikçilere devrettiler. Astrofizikçiler yıldızların bileşim ve yapısını inceliyorlar ve hidrojenin evrenin bir numaralı elementi olduğunu söylüyorlardı. Güneşin, yıldızların, yıldız kümelerinin ana bileşeni ve ge-zegenlerarası boşluğun temel "doldurucusuydu". Uzayda kimyasal elementlerin tümünden daha fazla hidrojen vardı. Hiçbir şey miktarının yüzde birden az olduğu yeryüzündeki duruma benzemiyordu. Bilim adamları, hidrojeni atom çekirdeklerinin dönüşümünden oluşan uzun trenin, istisnasız tüm atomların, tüm kimyasal elementlerin oluşumuyla son bulan trenin başlangıç noktası olarak kabul ederler. Güneşimiz ve tüm yıldızlar çok parlaktır, çünkü çekirdeklerinde ısıl tepkimeler olmaktadır. Tepkime sırasında hidrojen helyuma dönüşmekte ve çok büyük bir enerji açığa çıkmaktadır. Yeryüzünün tanınmış kimyacısı hidrojen, uzay boşluğunda daha da ünlüdür. Hidrojen atomunun diğer bir belirgin özelliği de, dalgaboyu 21 santimetre olan radyasyonlar yaymasıdır. Bu uzunluk tüm evrende aynı olduğu için evrensel sabit adını alır ve bilim adamları, diğer dünyalarla radyo iletişimi kurma çalışmalarında hidrojen dalgasını kullanırlar. Eğer o dünyalarda zeki yaratıklar yaşıyorsa 21 santimetre dalga boyunun ne anlama geldiğini bilmeleri gerekmektedir. Yeryüzünde Kaç Tane Hidrojen Vardır? Bir bilim adamı için Nobel Ödülü ödüllerin en büyüğüdür. Dünyadaki sayısız bilim adamından yalnızca yüz kadarı Nobel Ödülü almıştır. Bu ödül onlara ünlüden de ünlü buluşları için verilmiştir. 1932'de Nobel Ödülünü alanlardan üçü Murphy, Urey ve Brickwedde idi. Önceleri yeryüzünde yalnızca atom ağırlığı bire eşit tek bir hidrojenin var olduğu düşünülüyordu. Murphy ve çalışma arkadaşları iki kat daha ağır ikinci bir hidrojen buldular. Bu, atom ağırlığı iki olan bir hidrojen izotopu idi. izotoplar bir atomun aynı yüklü ama farklı atom ağırlıklarında çeşitleridir. Bir başka deyişle, izotop 14 »Büyük Ev'in Sakinleri atomların çekirdeğinde eşit sayıda proton, farklı sayıda nötron bulunur. Tüm kimyasal elementlerin izotopları vardır: Bunlardan bazıları doğada bulunurken, diğerleri nükleer tepkimeler yolu ile yapay olarak elde edilebilmektedir. Çekirdeği tek bir protondan oluşan hidrojen izotopuna protiyum adı verilir ve H1 simgesi ile gösterilir. Hiç nötronu olmayan tek atom çekirdeği de budur. (Hidrojenin eşsiz bir özelliği daha!) Bu tek protona bir nötron ekleyin, sonuçta döteryum (H2 ya da D2) adını alan ağır hidrojen izotopunun çekirdeği oluşur. Doğada protiyum döteryumdan daha çoktur ve miktarı tüm hidrojenin yüz- 15 de 99'u kadardır. Ancak hidrojenin üçüncü bir çeşidi daha vardır ki, tritiyum (H3 ya da T3) olarak bilinen bu atomun çekirdeğinde iki nötron yer alır. Kosmik ışınların etkisi ile atmosferde sürekli oluşur. Oluşur ve oldukça hızlı bir şekilde tekrar kaybolur. Radyoaktiftir ve bozunurken bir helyum izotopuna (helyum-3) dönüşür. Tritiyum çok ender bulunan bir elementtir: Tüm yeryüzü atmosferinde yalnızca 6 gram kadar vardır. Her on santimetre küp havada yalnızca tek bir tritiyum atomu bulunur. Son yıllarda hidrojenin daha ağır izotopları H4 ve H5 yapay olarak elde ediliyorsa da, bunlar çok kararsızdırlar. Đzotoplarının var oluşu hidrojeni diğer kimyasal elementlerden ayıran bir özellik değildir. Ayrıcalık yaratan hidrojen izotoplarının özelliklerinin,-esas olarak da fiziksel özelliklerinin- birbirinden çok farklı oluşudur. Diğer elementlerin izotopları ise birbirinden hemen hemen farksızdır. Hidrojenin her bir çeşidi kendisine özgü bir kişiliğe sahiptir ve kimyasal tepkimelerde farklı bir davranış gösterir. Örneğin, protiyum döteryumdan daha aktifttir. Hidrojen izotoplarının davranışını incelerken, bilim adamları izotop kimyası olarak bilinen yeni bir bilim dalı geliştirdiler. Bizim tanıdığımız kimyada elementler tüm izotopları ile birlikte bir bütün olarak ele alınır. Đzotop kimyası ise ayrı ayrı izotoplarla ilgilenir. Bu sayede araştırmacılar çeşitli kimyasal işlemlerin en karışık ayrıntılarını çözümleyebilmişlerdir. Kimya = Fizik + Matematik Bir inşaatçının binayı dikip, çatısını kapattıktan sonra tasarımcılardan herşeyin doğru yapılıp yapılmadığını hesaplamalarını istediğini bir düşünün! "Aynanın Đçinden" adlı tiyatro oyunundan alınmış bir bölümü andırıyor değil mi? ilhanx Elementlerin Periyodik Sistemi de tam böyle bir olay ile karşılaşmıştır. Önce Büyük Ev yapılmış ve her element kendine ait odaya yerleştirilmişti, Mendeleyev Çizelgesi kimyacıların gereç- 16 »Büyük Ev'in Sakinleri lerinden biri haline gelmişti. Ancak kimyacılar, element özelliklerinin niçin kendilerini periyodik olarak yinelediğini uzun süre açıklayamadılar. Açıklama fizikçilerden geldi. Periyodik Sistem binasının yapıca ne kadar dayanma gücü olduğunu hesapladılar. Bulguları dikkate değerdi. Yapının, "kimyasal mekaniğin" tüm yasalarıyla uyum içinde mutlak bir doğrulukla yapıldığım gördüler. Bu durumda, Mendeleyev'in gerçekten büyük önsezisine ve derin kimya bilgisine hayran olmaktan başka yapılacak bir iş kalmamıştı. Fizikçiler, atomun yapısını ayrıntılarıyla incelemeye başladılar. Bir atomun kalbi çekirdeğidir. Çevresinde dönen elektronların sayısı çekirdek içindeki artı yüklerin sayısına eşittir. Hidrojenin bir, magnezyumun on iki, uranyumun doksan iki elektronu vardır... Bunlar nasıl dönerler? Işık pervaneleri gibi karmakarışık mı, ya da belirli bir düzen içinde mi? Bilim adamları bu soruyu yanıtlamak için yeni fizik kuramlarına başvurmak ve yeni matematiksel yöntemler geliştirmek zorundaydılar. Tam bu noktada, elektronların çekirdeğin çevresinde tıpkı güneşin etrafındaki gezegenler gibi belirli yörüngelerde döndüğünü fark ettiler. "Her bir yörüngede kaç elektron vardır? Gelişigüzel bir sayı mı, yoksa sınırlı mı?" diye soruyordu kimyacılar. Fizikçiler "Kesinlikle sınırlı sayıda!" yanıtını veriyorlardı. "Tüm elektron kabuklarının kapasitesi sonludur." Elektron kabuklan için fizikçiler kendi simgelerini kullanırlar. Bunlar K, L, M, N, O, P ve Q harflerinden oluşur. Bu harfler elektron kabuklarının çekirdeğe göre en içten dışa doğru sıralanışı ile aynı düzendedir. Fizikçiler matematikçilerle birlikte çalışarak her bir yörüngede kaç tane elektron bulunduğunu gösteren ayrıntılı bir şema yaptılar. K- kabuğunda 2 tane elektron vardır ve daha fazla olamaz. Bunların ilki hidrojen atomunda, ikincisi helyum atomunda ortaya çıkar. Mendeleyev Çizelgesi'nin birinci periyodunun yalnızca iki elementten oluşmasının nedeni de budur. L-kabuğu 8 elektron taşıyabilir. Bu kabuğa ilişkin birinci elektronu lityum atomunda, sonuncuyu ise neon atomunda gözleriz. Lityumdan neona kadar uzanan elementler Mendeleyev Sisteminin ikinci periyodunu oluşturur. 17 Diğer kabukların kaçar elektronu vardır acaba? M-kabuğul8, N-kabuğu 32, O-kabuğu 50, P-kabuğu 72 vs. elektron taşıyabilir. Eğer iki elementin en dış elektron kabukları özdeş bir biçimde düzenlenmişse, bu elementler benzer özellikler gösterir. En dış kabuklarında tek bir elektron bulunan lityum ve sodyum örnek verilebilir. Her iki element de Periyodik Sistemin aynı grubunda yani birinci grubunda yer alır. Bir gruptaki elementlerin değerlik elektronları sayısının grup numarasına eşit olduğu görülmektedir. Özetlersek: Özdeş yapıların dış elektron kabukları periyodik olarak yinelenir. Element özelliklerinin periyodik yinelenmesinin nedeni de budur. Biraz Daha Matematik Her şeyin bir mantığı vardır. En anlaşılmaz olayların bile bir mantığı bulunur. Başlangıçta farkına varılmayan tutarsızlıklar daha sonra ortaya çıkar . Herhangi bir kuram ya da önerme için tutarsızlıklar çok tatsız şeylerdir. Sonunda, ya kuramdaki yanlışlık düzeltilir ya da daha derin düşünmeye başlanır. Bu tür düşüncelerle de çoğunlukla anlamsızlığın derinliklerinde yol alınır. Şimdi bu tür bir tutarsızlık örneğini anlatacağız. Periyodik Çizelgenin yalnızca ilk iki periyodunda eşitlik hüküm sürmektedir. Bu periyodlarm her birinde, onlara karşı gelen dış kabuk kaç elektron bulunduruyorsa o kadar da element vardır. Buna göre, birinci periyod elementleri hidrojen ve helyumun atomlarında K- kabuğu dolar. Bu kabukta iki elektrondan fazlası yer alamaz ve buna bağlı olarak ilk periyodda yalnızca iki element bulunur. Lityumdan neona ikinci periyodun elementlerinin atomları sekiz elektron (oktet) kabuğunu tümü ile doldururlar, ikinci periyodda sekiz element bulunmasının nedeni budur. Bundan sonra işler daha karmaşık bir hal alır. Sıradaki periyodlarm elementlerini sayalım. Üçüncüde 8, dördüncüde 18, beşincide 18, altıncıda 32 tane element vardır. Yedincide de 32 tane olması gerekir (ancak henüz tamamlanmamıştır). 18 »Büyük Ev'in Sakinleri Acaba bunlara karşılık gelen elektron kabuklan ne durumdadır? Burada sayılar farklıdır: 18, 32, 50 ve 72 ... ilhanx Şimdi, Periyodik Çizelgenin yapısını açıklarken fizikçilerin onun kuruluşunda hiç hata bulamadıklarını söylemekle aceleci davranmış olmuyor muyuz? Eğer belirli bir elektron kabuğu Büyük Ev'in her bir katındaki sakinler tarafından düzenli olarak doldurulsaydı ve eğer her kat bir alkali metal ile başlayıp bir asal gaz ile son bul-saydı bu çok iyi birşey olurdu. O zaman her periyodun kapasitesi bir elektron kabuğunun kapasitesine eşit olmuş olurdu... Yazık ki, bu durumdan şartlı bir önerme şeklinde bahsetmek zorundayız: Eğer böyle olsaydı, eğer öyle olsaydı ... Gerçekte denge sağlanamamıştır. Mendeleyev Çizelgesi'nin üçüncü periyodu üçüncü kabukta yani M-kabuğunda var olan elektronlardan daha az sayıda konuk ağırlar. Ve bu böylece gider. Acıklı bir uyuşmazlık; ama bu uyuşmazlık Periyodik Sistemin özüne ilişkin ipucunu elinde tutar. Şimdi bakın: Üçüncü periyod argon ile son bulduğu halde, bu sonuncu elementin üçüncü M- kabuğu tamamlanmış değildir. Tamamlanmış kabuk 18 elektron içermelidir, ama sadece 8 elektronu vardır. Argon'u, dördüncü periyoda dahil olan potasyum izler. O, dördüncü katın ilk sakinidir. Ama, son elektronunu üçüncü kabuğuna yerleştirmek yerine, onu dördüncüde N- kabuğunda bulundurmayı tercih eder. Bu raslantı değildir, çünkü fizikçiler tarafından yine katı bir düzenlilik getirilmiştir. Basitçe, hiçbir atom dış kabuğunda 8 elektrondan fazlasına sahip olamaz. Sekiz dış elektronun bir arada bulunması çok kararlı bir düzendir. Potasyumun kapı komşusu olan kalsiyuma katılan yeni elektron da en dış kabuğu doldurmayı "daha elverişli" bulur, çünkü bu durumda kalsiyum atomunun enerji miktarı başka herhangi bir elektron dağılımından daha küçüktür. Ancak kalsiyumu izleyen skandiyumda atomun dış kabuğunu doldurmaya devam etme eğilimi son bulur. Onun yeni elektronu tamamlanmamış ikinci - son M-kabuğuna "atlar". Ve bu kabuğun on boşluğu bulunduğundan (M-kabuğunun maksimum kapasitesinin 18 elektron olduğunu zaten biliyoruz), skandiyumdan çinkoya kadar olan on elementin atomları M-kabuklarını tek tek doldururlar. Sonunda, çinkoda M-kabuğunun tüm elektronları yerine yerleşir. Bundan sonra N- kabuğu tekrar elektronları kabul etmeye başlar .Bu kabuk 8 19 elektrona sahip olur olmaz asal gaz kriptonu elde ederiz. Rubidyumda eski hikaye kendini tekrarlar: Dördüncü tamamlanmadan, beşinci kabuk ortaya çıkar. Dördüncü periyoddan başlamak üzere Periyodik Çizelgenin sakinleri için elektron kabuklarının böyle adım adım doldurulması "standart bir davranış"tır. Bu, Kimyasal Elementlerin Büyük Evi'nin temel, katı bir kuralıdır. Bu nedenle Büyük Ev'de temel ve ikincil alt gruplar birbirinden ayrılır. En dış elektron kabuklarının doldurulmakta olduğu elementler ana alt grupları oluşturur. Đçteki kabukların doldurulduğu elementler ikincil alt grupları meydana getirir. Ancak dördüncü N-kabuğu tek bir adımda dolmaz. Onun tamamlanması Büyük Ev'in üç tam katı boyunca sürer. Bu kabuğun ilk elektronu daire 19'da oturan potasyumda görülür. Ama 32. elektron yalnızca, altıncı periyodun temsilcisi olan lutetiyumda ortaya çıkar. Onun atom numarası da 71'dir. Gördüğünüz gibi, tutarsızlığın belirgin bir çizgisi vardır. Bunu açıklamaya çalışırken fizikçiler ve biz, Periyodik Sistemin yapısı hakkında daha derinlemesine bir görüş edinmişizdir. Kimyacılar Beklenmeyenle Nasıl Karşılaştı? Herbert Wells'in Dünyaların Savaşı isimli "süslü" bilimkurgu romanını belki de okumuşsunuzdur. Romanda, Merih'den gelen casusların yeryüzünü istila edişleri anlatılır. Son Merihli de öldürüldükten sonra yeryüzünde yaşam yeniden kurulur. Bilim adamları içine girdikleri şoktan kendilerini kurtarırlar ve komşu gezegenden gelen beklenmedik konuklardan geriye kalan çok az şeyi incelemek için acele ederler. Bu arada, Merihlile-rin yeryüzündeki yaşamı yok etmek için kullandıkları gizemli kara tozla da ilgilenirler. Korkunç patlamalarla son bulan pekçok başarısız denemeden sonra, bu talihsiz maddenin argon asal gazı ile bazı elementlerin oluşturduğu ve yeryüzünde henüz bilinmeyen bir bileşik olduğunu anlarlar. Ancak, büyük bir bilimkurgu yazarı kitabına son noktayı koyarken, kimyacılar argonun hiçbir koşul altında herhangi bir madde 20 »Büyük Ev'in Sakinleri ile birleşemeyeceğinden kesinlikle emin görünüyorlardı. Yaptıkları çok fazla sayıda deneme onları bu sonuca ulaştırmıştır. Argona asal gaz denmiştir. "Asal" sözcüğü Yunanca "etkin olmayan" anlamına gelmektedir. Argon, içinde helyum, neon, kripton, ksenon ve radon gazlarının da bulunduğu kimyasal tembeller grubunda yer alır. Bu elementlerin değerlikleri sıfır olduğu için, Periyodik Sistemde Sıfırına Grupta bulunurlar. Asal gaz atomlarının elektron alıp, verme yeteneği yoktur. ilhanx