John Dalton (1776-1844) Kimdir? Hayatı, Çalışma Alanları ve Eserleri Nelerdir?
İngiliz kimyager ve fizikçi John Dalton, 6 Eylül 1766’da Cumberland Cockermouth yakınlarında, tipik bir İngiliz kasabası Eaglesfield’de, Queker mezhebinin bir üyesi olarak dünyaya geldi. Zira, geçimini dokumacılıkla sağlayan babası, 18. yüzyılda İngiltere’de, dini inançları nedeniyle silah kullanmayı, askerlik yapmayı ve vergi vermeyi reddeden ‘Quaker’ mezhebine bağlıydı. Dalton, bir tarikat okulunda öğrenimine başladı. Okulda dinin yanı sıra matematik, fen ve gramer dersleri de okutuluyordu. Dalton’un hayatında o günlerde din ve eğitimden başka bir şey yoktu. Lakin Küçük Dalton’un bir alanda sergilediği farklılık, ileriki yıllarda onu oldukça sıradışı bir konuma oturtacaktı. Bu alan matematikti.
Henüz 12 yaşındayken Cumberland’da bir Quaker okulunu yönetmeye başladı. Evet, yanlış okumadınız, sadece 12 yaşındaydı. Aslında hukuk veya tıp okumayı planlıyordu, ama ailesi karşı çıktı. O da 14 yaşında Kendal’daki bir okulda öğretmenliğe başladı. Burada tam 12 yıl çalışıp, yüzlerce köy çocuğunu eğitti. Bir yandan da matematik ve bilime olan tutkusu doğrultusunda kendini de yetiştirmeye çalışıyordu. Zira, o vakitler İngiltere kilisesine bağlı olmayanlar Cambridge ve Oxford üniversitelerine alınmıyordu. Bu yüzden Presbiteryenler, Manchester’da, hem papaz adaylarına hem de halktan kişilere üst düzeyde nitelikli öğrenim imkanı sunmak için New College’ı kurdular. Dalton, bilimsel bilgisinin çoğunu borçlu olduğu kör filozof John Gough sayesinde Manchester Akademisi’ne matematik ve doğa felsefesi öğretmeni olarak atandı. Fırsat buldukça matematik ve kimya konularında özel dersler verdi. Üstelik kimya üzerine fazla deneyimi olmamasına rağmen. Daha sonra felsefeye merak salan Dalton, Manchester Edebiyat ve Felsefe Derneği’nin sekreterliğine getirildi. Matematik ve kimyayı halka açtı. 1817’de çok sevdiği Felsefe Derneği’nin başkanlığına getirildi. Yaşamının sonuna kadar bu görevde kaldı.
Gizemli ışıkların sırrını çözdü
Öğretmenliğinin ilk dönemlerinde mensubu olduğu Quaker cemaatinin saygın bir üyesinin etkisiyle meteorolojiyle ilgilenmeye başlamıştı. 1787’de, yaşadığı göl bölgesindeki iklim değişikliklerini incelemeye ve kayıt tutmaya başladı. Günlük bir gazetede de hava tahminleri üzerine yazıyordu. Kayıt tutma işlemini hayatının sonuna kadar aksatmadan sürdürdü. Çünkü meteorolojide bir sonuca ulaşabilmek için kayıt ve sürekliliğin önemli olduğunu anlamıştı. Bu görevini, ölümüne dek, 40 yıl boyunca büyük bir özenle sürdürdü. Tam 200 binin üzerinde kayıt tuttu. Bu kayıtlardan yola çıkarak 1793’te ‘Meteorolojiye ilişkin Gözlemler ve Makaleler’ (Meteorological Observations and Essays) isimli kitabını yayımlayacaktı.
Dalton, meteorolojik araştırmaları sonunda, alize rüzgarlarının, yerin kendi çevresindeki dönme hareketinin ve sıcaklık farklılıklarının etkisiyle oluştuğunu açıkladı. Fakat bu kuram daha önce 1735’te George Hadley tarafından öne sürülmüştü. Dalton, aynı şeyi ikinci kez keşfetmişti farkında olmadan. Barometre (basınç ölçer), termometre (sıcaklık ölçer) higrometre (nem ölçer), yağmur bulutlarının oluşumu, atmosfer neminin yapısı, dağılımı ve buharlaşması ile çiy noktası kavramı üzerine makaleler yazdı. Yağmurun, atmosfer basıncındaki değişikliklerden değil, sıcaklığın düşmesinden kaynaklandığını ilk kez Dalton belirledi. Suyun yoğunluğunun en yüksek olduğu sıcaklığı +5,80C olarak saptadı (Bu değer daha sonraları 3,970C olarak düzeltilecekti.) Ayrıca, kendisinde ve kardeşinde bulunan renk körlüğü üzerine, başka bilim adamlarıyla birlikte incelemeler yaptı ve ‘Renklerin Görülmesine İlişkin Olağandışı Olgular’ (Extraordinary Facts Relating to the Vision of colors) başlıklı makalesini kaleme aldı. Bu arada doğa ile iç içe bir ortamda yaşayan Dalton, bitki ve böceklerle de ilgilenmeyi ihmal etmiyordu.
1787’de gökyüzünde ilginç bir olaya tanık oldu. Atmosferdeki elektrik çalkantılarının etkisiyle gökyüzünde oluşan renkli şekiller Dalton’u etkiledi. Dindardı ama hayatında batıl inançlara asla yer yoktu. Olağanüstü sezgilere sahip olan Dalton, ‘kutup ışığı’ denilen bu olayı araştırmaya yöneldi. Kutup ışıkları araştırmaları sonucunda yerin magnetikliği (Hareketli elektrik yükleri ile demiri kendine çekebilme) ile kutup ışınları arasında bir ilişki olması gerektiği sonucuna vardı. Dalton yanılmamıştı.
Kısmi Basınçlar Yasası’nı buldu
Yaşamı boyunca havadan kopamayan Dalton, bu sefer gazların neden tekdüze bir karışım sergilediğini merak etmeye başladı. Bir karışımda karbondioksit gibi ağır bir gazın dibe çökmesine anlam veremiyordu. Bitmek tükenmek bilmeyen deneyler sonucunda ‘basınçların tikel teorisi’ diye bilinen bir önermeyi buldu. Buna göre, bir gazın parçacıkları başka bir gazın parçacıklarına değil, kendi türünden parçacıklara geri itici davranıyordu. Yani her gaz kütlesi, birbirine uzak aralıklarda devinen parçacıklardan oluşuyordu.
Dalton aynı deneylerden, gazların mutlak sıcaklıklarıyla doğru orantılı olarak genleştiklerine ilişkin yasayı (Charles Yasası) da geliştirdi. Atmosferin yapısına ilişkin araştırmaları sonucunda ise, kimyasal bileşimin 4 bin 500 metre yüksekliğe kadar sabit kaldığını buldu. Bu çalışmalar, 1793’te Manchester Üniversitesi’ne öğretim görevlisi olarak çağrılmasını sağladı. Üniversitede matematik ve fen dersleri verdi. Manchester Yazım ve Bilim Akademisi’ne üye seçildi. Yarım asır süren üyelik döneminde 100’den fazla bildiri sundu.
Periyodik Tablo’yu çizdi
O yıllarda kimya sanayinde bir bileşiğin istenen miktarda üretimi için her bileşen maddeden ne kadar gerekli olduğunu belirlemek oldukça önemliydi. Dalton, o güne kadar el yordamıyla çalışan kimya sanayicilerinin minnettar kalacağı bir çalışma yaptı. Bir atomik ağırlıklar tablosu hazırladı. Dalton, kimi değişik atomların göreceli ağırlıklarını da belirledi. En hafif madde olarak bilinen hidrojenin atomik ağırlığını “l” diye işaretledi. Ardından, suyun ayrıştırılmasıyla ortaya çıkan her parça hidrojene karşılık sekiz parça oksijen olacağını söyleyerek, oksijen atomlarının hidrojen atomlarından sekiz kat daha ağır olduğunu ileri sürdü. Ama bu yanlış bir önermeydi. Çünkü oksijenin atomik ağırlığı hidrojeninkinin sekiz değil on altı katıydı. Dalton suyun H2O değil, HO olduğunu savunuyordu. Ancak atomların nasıl bir araya gelip, şimdi ‘molekül’ dediğimiz bileşik atomlar oluşturduğunu gösteren kimyasal simgeler dizgesinde de ilk adımı ona borçlu olduğumuzu unutmamalıyız. Kimyasal elementlerin gösterimine ilişkin bir simgeler sitemi geliştirdi ve elementlerin bağıl atom ağırlıklarını saptadıktan sonra 1803’te bunları bir tablo halinde düzenledi. Dalton, elementlerin simgelenmesi konusunda, çemberlerden oluşan sembollerin kullanılmasını önerdi. En sonunda, 1813’te, Jon Jakob Berzelius isimli araştırmacı, elementlerin adlarının temel alınarak simgelenmesi fikrini ortaya attı. Hâlâ kullanılmakta olan bu yönteme göre:
* Her element, 1 ya da 2 harften oluşan bir simgeyle ifade ediliyor ve bu simgenin ilk harfi her zaman büyük yazılıyor.
* Simgelerde sıklıkla, elementin İngilizce adının ilk harfi kullanılıyor.
Örneğin: H (Hidrojen: Hydrogen), C (Karbon: Carbon), N (Azot: Nitrogen)
Bu arada, Dalton’un meşhur atom teorisi de bu çalışmalar sırasında şekillenmeye başlamıştı bile. En büyük başarısı, gözle görülmeyen atomlarla ilgiliydi. Tüm elementlerin atom adını verdiği, bölünemez parçacıklardan oluştuğunu öne süren atom kuramını geliştirdi.
Dalton’un Atom Teorisi
Çok az sayıda elementin bilindiği zamanlarda, elementler, Plato’nun Eski Yunanlıların kullandığı toprak-hava-su ve ateş sembollerinden yaptığı uyarlamalarla simgeleniyordu. Antik Yunan düşünürleri için toprak, hava, su ve ateş tüm diğer maddeleri oluşturan asal nesnelerdi. Aristoteles’ten Democritus’a hatta 19. yüzyıla gelinceye kadar bu düşüncede pek bir ilerleme kaydedilemedi. İlk kez John Dalton modern atom teorisini geliştirdi. Atom, molekül, element ve bileşiklere ilişkin kimya alanındaki açılımlar işte bu noktada başladı. Dalton, meşhur atom kuramını 1808’de yayınladığı ‘Kimyasal Felsefenin Yeni Yöntemi’ adlı kitabında açıkladı. Dalton’un ilk bilimsel atom teorisi olarak kabul edilen kuramı dört varsayıma dayanıyordu:
Herhangi bir elementin tüm atomları birbirinin aynıdır.
Bir elementin atomları, başka bir elementin atomlarından farklıdır.
Bir elementin atomları, başka bir elementin atomlarıyla birleşerek bileşikler oluşturabilir.
Herhangi bir bileşik, farklı elementlerinden hep aynı oranda içerir.
Atomlar kimyasal bir süreç ile üretilemez, daha küçük parçalara bölünemez ve yok edilemez. Kimyasal reaksiyonlar sadece atomların birbirleriyle nasıl gruplandıklarını değiştirir.
Hemen belirtmeliyiz ki, “Herhangi bir elementin tüm atomları birbirinin aynıdır.” şeklindeki önermesi elementlerin farklı izotoplarının bulunmasıyla çürütülmüştür. İzotopların proton sayısı aynıdır fakat nötron sayıları farklıdır.
Dalton atom teorisi, kimyasal değişme konularının da daha iyi tanımlanmasına olanak sağlıyor:
- Kütlenin korunumu: Bir kimyasal reaksiyonda reaksiyona giren maddelerin kütleleri toplamı, çıkan maddelerin (ürünlerin) kütleleri toplamına eşittir.
- Sabit oranlar yasası: İki element birden fazla bileşik meydana getiriyorsa, birleşen iki elementin farklı miktarları arasında, ağırlıkça tam sayılarla ifade edilen basit bir oran bulunur.
Örneğin: H2O da 2 g hidrojenle 16 g oksijen birleşirken, OH de 1 g hidrojenle 16 g oksijen birleşmiştir. Buradan her iki bileşikte de aynı miktar oksijenle birleşen 2 g hidrojen ve 1 g hidrojeni birbirine oranlarsak 2 sayısını elde ederiz.
Dalton’un atom modeline baktığımızda bazı özellikleri günümüzdeki bilgilerle ters düşmektedir. Çünkü Dalton’un atom kuramı sonradan yeni buluşların ışığı altında değişikliğe uğradı. Atomların içi dolu küreler olmadığı, bir elementin atomlarının her yönüyle bir birinin aynı olmadığı, proton, nötron, elektron, kuark, pimezon gibi, atomdan daha küçük parçacıkların da bulunduğu anlaşıldı. Üstelik artık atomun en iç bölümü de değiştiriliyor ve bir atom başka bir atoma dönüştürülebiliyor.
Ölümüne kadar hiç durmadan çalışan Dalton, 1882’de Royal Society’nin üyeliğine seçildi ve 1826’da altın madalyayla ödüllendirildi. Fransız Bilimler Akademisi’nin muhabir üyeliğine kabul edildi. İngiliz Bilim Geliştirme Derneği’nin kurucu üyeliğini de yapan Dalton, 27 Temmuz 1844’te yaşamını yitirdi.