Modern atom teorisinin tarihi, John Dalton adında Quaker mezhebinden genç bir okul müdürü gibi beklenmedik bir şahısla başlar. 1803'te Manchester Literary and Philosophical Society'de (Manchester Edebiyat ve Felsefe Cemiyeti) sunduğu makalesinde, Dalton o gün bilinen en önemli kimyasal elementlerin bir kısmının göreli atom ağırlığını sunmuştu. On yıl içerisinde pek çok öncü kimyager Dalton'un atom teorisini şöyle ya da böyle benimsedi ve bir nesil içerisinde kimya bilimi atom fikrinden ayrı düşünülemez hale geldi.
John Dalton Kimdir?
John Dalton'un babası İngiltere'nin kuzeybatı ucundaki Cockermouth, Cumberland'de yaşayan fakir bir dokumacıydı. İlk yılları ailenin küçük çiftliğinde çalışarak geçti ama bir yandan da eğitim tutkusuyla kendine bir yol çizmiş, yerel seçkin Quakerlerden de yardım alarak kendi kendini eğitiyordu. Öyle ki Cumberlandli Quakerler eğitim ve zihinsel uğraşlara verdikleri büyük değerle göze çarparlardı (dindaşlarının arasında bile). Dalton 12 yaşında köy okulunda öğretmenliğe başladı. Üç yıl sonra yakınlardaki Kendal kasabasında yatılı okul işleten abisine katıldı. Boş zamanlarında klasik ve modern diller, matematik ve doğa bilimleri çalışarak kendi eğitimine devam ediyordu.
O dönemde John Dalton'un favori uğraşı meteorolojiydi; bu konuda daha sonra uzmanlaştı ve araştırmalarına hayatının sonuna kadar tutkuyla devam etti. 1793 yılında Meteorological Observations and Essays (Meteorolojik Gözlemler ve Makaleler) isimli ilk kitabı yayımlandı. Aynı yıl Manchester'daki New College'da doğa felsefesi alanında öğretmenlik pozisyonunu kabul etti. 1800 yılında "Anglikan Kilisesine karşıt görüşteki" bu okul mali sorunlar yaşayıp maaşları ödeyemeyince Dalton görevinden istifa etti ama Manchester'da kaldı. Özel matematik ve kimya dersleri vererek geçimini sağladı. New College'dan ayrıldığı sıralarda, Literary ve Philosophical Society'ye (Edebiyat ve Felsefe Cumhuriyeti) sekreter seçildi. Kendisine lojmanlarda şahsi bir çalışma odası ve laboratuvar tahsis edildi.
John Dalton bu hareketli ve yükselişteki İngiliz sanayi şehrinde sakin bir hayat sürdü. Hiç evlenmedi, ama nazik kişiliğini, Quaker yalınlığını ve felsefi yaklaşımını derinden takdir eden, belli sayıda yakın arkadaşı vardı. Yüksek matematiğin nimetlerinden faydalanmadıysa da, zihni sayılar ve matematik kavramlara son derece yatkındı, sezgileriyle bunları doğaya uyguladı. Ancak son derece canlı bir bilimsel hayal gücü vardı. Yalın konuşmalarıyla, yapmacıklık ya da sahtelikten uzak duran Dalton, araştırmalarını entelektüel cesaret ve vurgu yapmadığı zihinsel parlaklığıyla sessizce sürdürdü.
Ağır konular
John Dalton duyduğu bilimsel ilgiden karışım gazların ve suda çözünmüş gazların daha genel incelemesine yöneldi. Bu maddeleri tamamıyla anlamanın tek yolunun önce kimyasal maddelerin mutlak parçacıklarının ne kadar ağır olduğunu çıkarmaktan geçtiğine inanmıştı. Çeşitli elementlerin atomlarını doğrudan doğruya ölçmek mümkün değildi. Çünkü ölçülemeyecek ve tespit edilemeyecek kadar küçüktüler. Ancak göreli ağırlıklarını çıkartabilecek bir yol bulunabileceğini düşünüyordu.
Bu amaçla en hafif atoma, yani hidrojene 1 ağırlığını atayarak bu ağırlığa oranla diğer kimyasal elementlerin her birinin atomlarının ağırlıklarını saptamaya çabaladı. John Dalton'un dahice yönteminde ilk adım su gibi basit bileşiklerin nasıl meydana geldiğini gözünde canlandırmaktı. Sıvı suyun gaz halinde hidrojen ve oksijen elementlerinden oluştuğunu biliyordu, ama bu maddenin tek bir molekülü nasıl görünürdü?
En olası cevabın suyu meydana getirmek için tek bir oksijen atomunun tek bir hidrojen atomuna bağlanması olacağını düşündü. Bugünün diliyle Dalton o zaman suyun formülünün HO olduğunu düşündü. İkinci adım bileşimi analiz etmekti (ya da diğer kimyagerlerin analizlerinden faydalanmaktı). Suyun o zamanki analizleri ağırlıkça sekizde yedi oksijen ve sekizde bir hidrojenden meydana geldiğini belirtiyordu. Bu nedenle oksijen atomu da su molekülünün ağırlığının sekizde yedisi olmalıydı.
Özetle eğer hidrojen atomu H1 ağırlık birimi ise ve eğer su molekülü HO ise ve eğer sekizde yedi oksijen ise o halde O=7 olmalıydı. (Bugün bu oranın aslında dokuzda sekiz olduğunu biliyoruz.) Benzer bir işlemi karbon, nitrojen, sülfür ve fosfor bileşimlerine uyguladı. Bunlar Ekim 1803'te sahnede izleyicilere okuduğu ilk makalesinde yer alan ağırlıkları belirlenmiş altı atomdu. Ama aşağıdaki alıntıdan da anlaşılacağı gibi, izleyicilere bu sayılara nasıl ulaştığına dair hiçbir şey söylemedi. Bunu laboratuvar defterindeki kanıtlardan biliyoruz. (Defterin kendisi 1944'te hava saldırısında tahrip oldu ama defterden önemli sayfaların fotostat kopyası 1896'da basılmıştı.) Belgedeki ilk atom hesapları 6 Eylül 1803 tarihinde girilmiş gözükmektedir. Takip eden aylarda bu fikri izlemeye devam etmiştir.
Cisimlerin mutlak parçacıklarının göreli ağırlıklarının incelenmesi, benim bildiğim kadarıyla, tamamen yenidir; son zamanlarda bu incelemeyi dikkate değer bir başarı ile sürdürdüm. Bu makalede ilkeye değinilmeyecek sadece deneylerimde saptandığı kadarıyla sonuçlar sunulacak.
John Dalton, 1803 tarihli sunumundan
İlk Gerçek Atom Teorisi
Dalton'un takip ettiği yöntemin zayıflıkları da vardı; en belirgini, sürece başlamanın tek yolunun bu basit kimyasal maddelerin moleküllerinde mevcut her elementin kaç atomu bulunduğunu tahmin etme zorunluluğuydu. Dalton'un ilk başta tekniğinin ayrıntılarını ortaya sermekten çekinmesinin en azından bir nedeni kesinlikle buydu. Bu ayrıntılar ilk kez 1807'de, Dalton'un sırrını açtığı arkadaşı Thomas Thomson'ın kimya kitabında, Dalton'a uygun şekilde atıf yapılarak yayımlandı. Dalton daha sonra teoriye dair değerlendirmesini 1808-1810'da basılan New System of Chemical Philosophy (Kimya Felsefesinin Yeni Sistemi) adlı eserinin sayfalarında yayımladı. Kitabında her elementin tek, benzersiz tipte atomlardan meydana geldiği tezini ortaya koydu. Bir elementin tüm atomları özdeşti, aynı kütleye sahipti, her elementin atomları diğer elementlerinkinden farklıydı ve farklı kütleye sahipti. Değiştirilemez ve tahrip edilemezlerdi ama farklı elementlerin atomları değişen karmaşıklıkta bileşenler meydana getirmek için belli oranlarda birleşebilirdi. Ampirik deneyler ve analizlerden türetilen, ilk gerçek bilimsel atom teorisiydi.
Bazı kimyagerler sadece hipotez üzerine kurulduğunu ileri sürerek Dalton'un çalışmalarını onaylamayı reddettiler. Eleştirenler su molekülünün H2O, HO2 ya da başka bir biçimde değil sadece HO olduğunu varsaymak için Dalton'un nasıl bir gerekçesi olduğunu sordu.
John Dalton ve onu savunanlar belli bir moleküler formül önerisinin körlemesine ileri sürülmemesi gerektiğini itiraf ettiler ama çıkarsama ile elde edilen atom ağırlıklarının birden fazla formülden türetilerek kesinliğinin çokyönlü sınandığına işaret ettiler. Üstelik belli istikrarlı sayısal düzenliliğin mevcudiyeti (örneğin aynı iki elementten meydana gelen bileşiklerin tam sayı ve birbirinin katları halindeki oranları) kimyasal maddelerin gerçekten de atomların tam sayı halinde küçük oranlarla birleşerek molekülleri meydana getirmesinden türediğini garanti ediyordu.
Suyun Moleküler Formülü
John Dalton'un fikirleri basıldıktan sonraki birkaç sene boyunca, başka bazı kimyagerler de atom teorisinin farklı versiyonlarını sundular. İngiliz Humphry Davy ve İsveçli Jöns Jacob Berzelius gibi bazıları su molekülünün bir değil iki hidrojen atomundan meydana gelmesinin daha olası olduğunu düşündü, çünkü iki gaz, su meydana getirmek için hacimsel olarak tamı tamına ikiye bir oranıyla birleşiyordu; onlar için su H2O'ydu. Ama bu aynı zamanda bu bilim insanları için oksijenin atom ağırlığının hidrojenin 16 katı olması anlamına geliyordu.
Başka anlaşmazlıklar da vardı, 19. yüzyılın ilk yarısında atom teorisinin tarihi çok karmaşık ve tartışmalıdır. Ancak bu karmaşıklıklara rağmen Dalton'un atom teorisinin bilimi dönüştürdüğüne şüphe yoktur. Dalton sayesinde elementler ve bileşikler artık daha kullanışlı, net kısaltmalarla temsil edilebiliyordu. Kimyasal tepkimeler gerçekten de önceden hiç mümkün olmayan biçimde anlaşılabilir oldu. Süregiden zayıflıklarına rağmen teori yeni kimyasal keşifler için güçlü bir araç durumuna geldi.
Kendisine yöneltilen tüm itirazlara karşın kendi atom ağırlıklarının doğruluğundan emin olan John Dalton duruşunu korudu. Bu tuhaf notasyon sistemini kimse benimsememesine rağmen, atomları çeşitli çemberler şeklinde temsil ettiği kavramsal formülleri inatla kullanmaya devam etti.
John Dalton İçin 40.000 Kişi
Zaman zaman mütevazı şahsi koşullarından ötürü çağdaşları tarafından değeri tam anlaşılmadı. Her şey bir yana, fakir bir aileden geliyordu. Avrupalı önde gelen entelektüellerin uygun varsaydığı eğitim ve dini mensubiyetten yoksundu. Davranış ve konuşma biçimi ile kuzey kırsalından geldiği belliydi. 1820'ler ve 1830'lardaki hızlı bilimsel gelişmeleri bütünüyle takip etmemiş olması durumu daha da kötüleştiriyordu.
Ama Dalton'un gerçek değeri Avrupalı bilimsel çevre için giderek daha aşikar hale geldi. 1822 yılında, yurtdışına hayatı boyunca yaptığı tek seyahate çıkarak Paris'e gitti ve Laplace, Berthollet, Gay-Lussac, Cuvier ve Alexander von Humboldt'un da dahil olduğu bir grup çok ünlü bilim insanı tarafından büyük bir hürmetle karşılandı. Fransız Bilimler Akademisi'ne mektupla katılımcı üye yapıldı, bu büyük bir onurdu. Dört yıl sonra üyesi bulunduğu Londra Kraliyet Cemiyeti'nin verdiği ilk Kraliyet Madalyasını aldı. 1833 yılında İngiliz hükümeti ona hayatı boyunca yıllık 150 pound tutarında aylık bağladı. Miktar dört yıl sonra iki katına çıkarıldı.
John Dalton 1844 yılında öldü, naaşı Manchester Town Hall'a yerleştirildiğinde son kez saygılarını sunmak isteyen 40.000 kişi tarafından ziyaret edildi; ertesi gün yapılan cenazede kortej neredeyse 2 km uzunluğundaydı.
John Dalton'un Sözleri
- "Eğer beni çevreleyen birçok kişiden daha başarılı olduysam, nedeni başlıca olarak – neredeyse tamamen diyebilir miyim – geniş kapsamlı çalışkanlıktır."
- "Madde, aşırı derecede bölünebilir olmasına rağmen, yine de sonsuz bölünemez. Yani, maddenin bölünmesinin ötesine geçemeyeceğimiz bir nokta olmalıdır. … Bu nihai parçacıkları belirtmek için "atom" kelimesini seçtim."
- "Hiçbir madde oluşumu veya imhası kimyanın imkanında değildir. Hidrojenin bir parçacığını oluşturmak ya da yok etmek yerine güneş sistemine yeni bir gezegen sokmaya çalışabilir veya var olan bir tanesini imha etmeyi deneyebiliriz."
John Dalton Hakkında Sık Sorulanlar
John Dalton neden bu kadar önemliydi?
John Dalton kısmi basınç teorisini, sadece benzer atomların birbirini ittiği, farklı atomların ise birbirlerine kayıtsız bir şekilde tepki verdiği fikrine dayandırmıştır. Bu düşünce hatalıydı, ancak bir karışımdaki her bir gazın neden bağımsız davrandığını açıklamaya yardımcı oldu ve her tür atomun birbirine benzemediğini gösterme amacına hizmet etti.
John Dalton'un kimya dışındaki diğer bilimsel katkıları nelerdi?
John Dalton, o zamanki çağdaş görüşün aksine, atmosferin belirli bir element bileşiminden ziyade yaklaşık yüzde 80 azot ve yüzde 20 oksijenden oluşan fiziksel bir karışım olduğunu ileri sürdü. Dalton'un bu fikri o zamandan beri bilimsel gözlemlerle desteklenmektedir.
John Dalton'un kimyaya diğer katkıları nelerdi?
John Dalton, bir bileşikteki elementlerin kütlelerini ölçmek için kaba bir yöntem geliştirdi. Onun çoklu oranlar yasası, iki element birden fazla bileşik oluşturduğunda, sabit bir kütleye sahip diğer elementle birleşen bir elementin kütlesinin küçük tam sayılar oranında olduğunu belirtir.
John Dalton en çok ne ile tanınır?
John Dalton en çok Dalton yasası olarak bilinen ve bir gaz karışımının toplam basıncının bileşen gazların kısmi basınçlarının toplamına eşit olduğunu, kısmi basıncın ise her bir gazın aynı sıcaklıkta karışımın hacmi içinde tek başına uygulayacağı basınç olduğunu öne süren yasa ile tanınır.
Kaynaklar:
- "John Dalton". Science History Institute. Haziran 2016.
- Grossman, M. I. (2010). "William Higgins at the Dublin Society, 1810–20: The loss of a professorship and a claim to the atomic theory". Notes and Records of the Royal Society. 64 (4): 417–434. doi:10.1098/rsnr.2010.0020.
- Dalton, John (1802). "Essay IV. On the Expansion of Elastic Fluids by Heat". Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester. 2nd. 5: 600.