Mendeleyev’den önce de bazı bilimciler, bu sıralamayı yapmaya çalışmıştı, ama başarılı olamadılar. Ondan 150 yıl sonra ise, bu sıralamayı günümüzde güncellemek Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği’nin işi (International Union of Pure and Applied Chemistry – IUPAC). En son 2016’da Element Tablosu’na 118’inci element olarak Oganesson’u eklediler.

Mendeleyev’den bu yana bazısı doğal, bazısı yarı-doğal, bir kısmı tamamen sentetik yeni elementler bulundu. Ve sırada şimdi 119’uncu element var. Ama, onun işi uzun sürecek:

Uluslararası bilim dünyasının saygın akademik dergisi Nature, bu 119’un “nasıl” bulunacağını, yemek tarifi gibi verdi (doi:10.1038/d41586-019-00285-9):

Yeni element nasıl yapılır?

Birkaç miligram Berkelyum alınız. Bu, sadece ileri düzeyde uzman nükleer reaktörlerde nadir olarak bulunan radyoaktif bir metal. Bunu Titanyum iyonları ile bomdardıman ediniz. İşlem, ışık hızının onda biri hızda olmalı. Hızı bir yıl boyunca sürdürün (Çok sabır gerektiriyor, çok).

Her 10 kentilyonuncu (10 üzeri 18) Titanyum iyonu Berkelyum’a çarptıkça, bu deney sonucunda “belki” element 119’un tek bir atomunu elde edebilirsiniz. İşte o, “ender” durumda, Titanyum ve Berkelyum çekirdekleri (nucleus) çarpışacak. Ve bu, o ana kadar dünyada, hatta evrende hiç ama hiç görülmemiş durum olacak. Ama bu yeni atom, bir milisaniyenin onda biri kadar sürede çürüyecek: Element 119, bir an var olacak, aynı anda yok olacak.

Bu varla yok arası Element 119’un “geçici” ismi ise hazır: Ununennium. Britannica Ansiklopedisi, bu element için “varsayım” diyor. Nature dergisindeki uzun makalenin başlığı, durumu açıkça özetlemiş: “Kimyanın uç noktası”. Amerikan Bilim Akademisi gibi çalışan Smithsonian Enstitüsü sormuş: “Periyodik Tablo’nun hiç sonuna gelecek miyiz?”

Aslında bilim ve teknoloji Taş Devri’nden beri hep var, hiç durmadı, hep ilerliyor, ilerleyecek.

Zaten, sanki Element 119 bulundu da, sıra Element 120’ye gelmiş gibi uğraşanlar buna da geçici ismini verdiler bile: Unbinilium.

Darmstadt/Almanya’da Helmholtz Ağır İyon Araştırma Merkezi (GSI) 120’yi bulmak için kararlılıkla çalışıyor: Burada 1981-1996 arasında 6 sentetik element bulundu. 2010-12 arasında ise 5 sentetik elementin varlığı saptandı.

GCI, bu “başarısı” ile başka elementler de bulur her halde? Bu konuda uluslararası bir yarış var ileri bilgi toplumu bilimcileri arasında.

Kim kaç element buldu?

Şimdiye kadar İngiltere 24 element “bulmuş”.

Onu, 21 elementle ABD izliyor.

İsveç 20. Almanya 19. Fransa 17. Rusya 9. Avusturya 3. Danimarka 2. İtalya ve İspanya birer.

Eski çağlardan beri “bilinen” elementler 12 tane. (Bazı buluşlar ortaklaşa olduğundan, element sayısı “fazla” görünüyor. Grafik: Google Science Fair, 27.04.2014).

Bu elementlerin bazılarını ise kadın bilimciler buldular:

Polonyum ve Radyum’u bulma şerefi Marie Curie’ye ait.

Radon’u Ernest Rutherford’la birlikte Harriet Brooks.

Protaktinyum’u Otto Hahn ile birlikte Lisa Meitner.

Renyum’u Ida ve eşi Walter Noddack.

Frankiyum’u Marguerite Perey.

Bu bilimcilerden örneğin Marie Curie, Marguerite Perey, onurlandırıldı.

Ama örneğin Lisa Meitner’e çok uzun yıllar boyunca “hiçbir katkısı olmamış” gibi davranıldı. İsmi yok sayıldı. Böyle “çok” kadın bilimci var.

Kadın bilimcilerin, erkek bilimcilerin gözünde “sadece” sekreter, laborant, getir-götür işi yapan “isimsiz” elemanlar gibi görüldükleri bu “emek ve fikir hırsızlığı” eski dönemlerin ayıbı. Ayrıca, siyasi olayların da hayatları mahvettiği yıllar…

Hem şanslı, hem şanssız: Marie Curie

Radyoaktiviteyi Fransız bilimci Henri Becquerel 1896’da bulmuştu. Curie, bu çalışmayı, kimyacı eşi Pierre ile birlikte geliştirdi. Neticede iki element birden buldu: Polonyum ve Radyum.

Ama Nobel Komitesi, Curie’nin rolünü görmezden gelince eşi Pierre’in itirazı üzerine 1903 Nobeli Becquerel’le birlikte Curie’lere paylaştırıldı.

Polonya’dan Paris’e göçüp, adını Marja Skladowska’dan Fransızca Marie’ye dönüştüren, binbir sıkıntı çekerek Fransızlaşmaya çalışan Curie’nin hayatı Pierre’in 1906’da ölümüyle altüst oldu.

Curie, yılmadan çalışmaya devam ederek 1911’de ikinci Nobelini Kimya dalında aldı – bu sefer tek başına. Üstelik, buluşları için patent almadan…

Ama arada bir skandal var: 38 yaşında dul kalan Curie; evli, 4 çocuklu fizikçi Paul Langevin’e aşık olunca basın, Curie’yi yerin dibine batırdı. Depresyondan hastalanan Curie, çareyi İngiltere’de izini kaybettirmekte buldu.

Bu arada Langevin’ler boşandı. Ama kader, kısmet: Langevin’in torunu ile Curie’nin torunu evlendiler. Kızları Hélène Langevin-Joliot, nükleer fizikçi oldu. Şimdi 91 yaşında. Kardeşi Pierre Adrien Joliot-Curie, ünlü bir biyokimyacı oldu. Şimdi 86 yaşında.

Marie Curie, Birinci Savaş sırasında mobil Röntgen Servisi kurarak (inovasyon!) orduya hizmet verdi. Radyoaktivite ile sürekli teması yüzünden 67 yaşında anemiden öldü. Cenazesi taa 1995’te, Fransız “büyüklerinin” mezarlarının bulunduğu Pantheon’a Cumhurbaşkanı François Mitterrand’nın kararıyla, devlet töreniyle nakledildi.

Curie’nin kızı Irène Joliot-Curie (ve eşi) de bilimciydiler: 1935’te birlikte Kimya Nobeli kazandılar. Onların çocukları da Fransa’da tanınmış bilimciler oldular.

Adı yok bilimci: Lise Meitner

Avusturya yahudisi Lise Meitner ile yahudi olmayan Alman fizikçi Otto Hahn 1917-18’de 91’inci element Protaktinyum’u buldular. Daha sonra birlikte çalışmaya devam ettiler. Ta ki Naziler, işleri berbat edene kadar…

Meitner, Almanya’dan Hollanda’ya, sonra Danimarka’ya, sonra İsveç’e kaçmak zorunda kaldı.

Orada, Hahn ile uzaktan sürdürdüğü çalışmalarıyla, bugün Atom Bombası olarak bildiğimiz kimyasal reaksiyonun teorik mekanizmasını buldu: Nükleer fizyon (atom çekirdeklerinin bölünmesi).

Ama Otto Hahn 1939’da, buluşu kendisi yapmış gibi yayınladı. Meitner’den söz etmedi. Meitner’in “kaçak” bir yahudi olmasından mı, kıskançlıktan mı bilinmez. Neticede Nazi Yönetimi, Atom Bombası’nın nasıl yapılacağının formülünü daha o zaman elde etti.

Ama bu iş için gereken tesisler ve bazı kimyasallar Amerikan ve İngiliz hava saldırılarıyla yok edilince, Naziler bomba projesinde geride kaldılar. ABD’ne kaçmış Alman bilimciler Atom Bombası’nı orada Amerikalılarla geliştirdiler.

Bu arada Hahn, 1945 Kimya Nobelini tek başına aldı. Meitner’in adı yine yoktu. Ama ertesi yıl yaptığı Nobel Konuşması’nda ilk kez Meitner’in “hakkını” teslim etti.

Einstein’in “Meitner, Almanca konuşulan ülkelerin Marie Curie’sidir” dediği bu bilimcinin katkısı, değeri İkinci Savaş’tan sonra anlaşıldı.

1992’de bulunan Element 109’a onun adı verildi: Meitnerium. (Bu konuda mükemmel bir biyografi var: Lise Meitner: A Life in Physics. University of California Press. 1996)

ABD/Philadelphia’da Bilim Tarihi Enstitüsü Avrupa Bölümü yöneticisi kimya tarihçisi Brigitte Van Tiggelen ile Norveç Bilim ve Teknoloji Üniversitesi kimya tarihçisi Annette Lykknes’in ortak kitapları “Element: Bazı Kadın Bilimcilerin Periyodik Sisteme Katkıları”, önümüzdeki Ağustos’ta yayınlandığında, çok sayıda kadın bilimcinin “nafile dünyasını” öğreneceğiz: Çoğunun katkısı yok sayılmış. Bazısı -eğer talihliyse- sadece dip nottan ibaret. Pek azı takdir edilmiş. (Women in their Element: Selected Women’s Contributions to the Periodic System).

Edip Emil Öymen

*Yazının ilkini buradan okuyabilirsiniz.

Element bulan kadın bilimciler: Periyodik Tablo 150 yaşında – 2 yazısı ilk önce Herkese Bilim Teknoloji üzerinde ortaya çıktı.

Ge = Germanium. Ni = Nikel. U = Uranyum. S= Sülfür. Bunlar, elementler…

Ve, Londra’daki Bilim Müzesi’nin mağazasında bir t-shirt satılır. Üzerinde, 70 kiloluk bir insanda bulunan elementlerin yüzdeleri yazar. En başta %65’le oksijen. Sonra 18’le karbon. 10’la hidrojen. 3’le nitrojen. 1.5’la kalsiyum. %1’le fosfor. Ve daha 52 element, gitgide azalan oranlarda aşağıya doğru inen bir liste. Yüzakı fizikçimiz Ali Alpar (Sabancı Üniversitesi) bunun ne anlama geldiğini özetliyor: “Hepimiz yıldız tozuyuz: Evrendeki hidrojenin tamamıyla biraz helyum ve lityum Büyük Patlama’dan kalma. Üst tarafı (oksijen, karbon, azot, demir, silisyum vs) yıldızlarda ve süpernovalarda yapılmış.” (05.02) 

Simyadan kimyaya yüzyıllar

Element: Kimyasal çözümleme yoluyla ayrıştırılamayan ya da birleşimle elde edilemeyen madde. Doğada bugün 94 element biliniyor. Ama 24 tane daha var: Bunlar insan eliyle yapılma, sentetik, bazısı sadece laboratuvarda varolanlar. Hepsi şimdilik 118.

Elementleri ilk kez gruplayarak 1869’da sıralayıp tablo haline getiren Rus bilimci Mendeleyev’in bu başarısının bu yıl 150’inci yıldönümü. Birleşmiş Milletler 2019’u Periyodik Tablo Yılı ilan etti. Bunun önemini anlamak için geriye bakmak gerek.

İnsanlık, Babil’den, Sümer’den, Antik Yunan’dan, Aristo’dan, 1500’lerde Paracelcus’a kadar “doğayı, dünyayı, gökleri oluşturan nedir?” sorusuna cevap aradı. Eski çağlardan beri demir, bakır, altın, gümüş, civa, kalayı biliyorlardı. Ama onlar için bunlar sadece metaldi. Dünyanın ise toprak, hava, su, ateşten yapıldığına inanıyorlardı. Bunları element saydılar. Simyacılar için ise en önemli soru başkaydı: “Bu metallerden nasıl altın yaparız?”. Yapamadılar tabii. Bugün İsviçre-Fransa-Almanya sınırındaki Basel’li Paracelsus, dünyanın 4 elementten değil, tuz, sülfür ve civadan oluştuğunu söyledi. Dönemine göre kâfir sayılacak kadar radikaldi. Bu yüzden Almanya’ya hicret etmek zorunda kaldı. Ama, “İnsan, evrenin mikro yansımasıdır,” diyebilen bir vizyonerdi aynı zamanda.

Kaderin cilvesi: Paracelsus’a tahammül edemeyen Basel, bugün en az 900 ecza/kimya/biyoteknoloji şirketinin ev sahibi. Bu alanlarda çalışanların sayısı 50 bini aşkın. Paracelsus’u hicrete zorlayan zihniyet, bugün Avrupa ilaç/kimya sanayiinin kalbi sayılır. Hoffman-La Roche, Novartis, Bayer gibi en en tanınmışlar burada. Şehir, sahip çıkamadığı hemşehrisi Paracelsus’tan bugün turizm amaçlı yararlanıyor: Eski şehrin merdivenli, en daracık yokuşlu, duvarları simyacıların işaretleriyle süslü sokaklarında Paracelsus turları. 

Kimyanın babası simya

Simyanın kimyaya doğru adım adım gelişmesi, “Acaba neyle neyi ne yaparsak ne olur?” merakıyla, bugün Ar-Ge dediğimiz sistematik araştırma anlayışıyla mümkün oldu. Örneğin, Hamburg’lu Hennig Brandt, 1669’da idrarı kaynatıp macun haline getirdi. Fosforu keşfetti. Böylece, bir elementi “ilk kez bulan” o oldu. Yavaş yavaş, Sanayi Devrimi’ne gidecek otoyolun yapımına başlandığı dönem bu: Londra’da 28 Kasım 1660’da bir araya gelen bilimcilerin oluşturduğu heyet, Kral’ın fermanıyla resmiyet kazandı. Adında “bilim” sözcüğü geçmese de Kraliyet Akademisi kuruldu. Ve kesintisiz olarak 360 yıldır faal. Benzer akademiler Fransa’da 1666’da, Almanya’da 1700’de kuruldu. Dünyayı anlayarak dünyaya egemen olma dürtüsü bilimcilerin tek hedefi haline geldi. Robert Boyle’un havanın gazlardan oluştuğunu bulması, Henry Cavendish’in hidrojeni bulması, Joseph Priestley’nin önemini anlamadan oksijeni bulması hep bu dönemde. Oksijenin neden önemli olduğunu dünyaya anlatmak ise Antoine Lavoisier’ye nasip oldu. Fransız İhtilali’ne kurban gidene kadar 33 elementi (bazıları hatalı olsa da..) ilk kez sıraladı. O güne kadar simyacıların verdikleri isimlerle anılan maddelere bugün kullandığımız isimleri verdi. Bu nedenle Kimyanın Babası sayılır. 

Elementleri nasıl sıralasak?

Humphrey Davy’nin, ilk kez “yeni icat edilmiş” elektrik piliyle yaptığı deneyler sonucunda önce potasyumu, sonra 6 elementi daha bulmasıyla 1800’lerde element sayısı 55’e yükseldi. Bilim ve teknoloji geliştikçe element sayısı artıyordu. Ama acaba bunlar arasında nasıl bir ilişki vardı? Nasıl bir sıra? Nasıl bir gruplaşma?

John Dalton, sıralama ve gruplama girişiminin, element atomlarının farklı ağırlıklarına göre yapılabileceğini öne sürdü. Onun teorik yolundan ilerleyen başka bilimciler farklı sonuçlara ulaştılar, çıkmaz sokaklara girdiler. Bütün bu denemelerden ders alan Rus bilimci Dimitri Mendeleyev, kendisini bilim tarihinde Leonardo kadar saygın bir yere oturtacak yerini, şahane fikriyle sağladı: O tarihe kadar bilinen 63 elementi soldan sağa atom ağırlıkları, yukardan aşağıya özelliklerine göre tek bir tabloda sıraladı. Daha keşfedilecek elementler olduğunu biliyordu. Bunlar için tablosunda boşluklar bırakacak kadar vizyonerdi: 101 numaralı element 1955’te bulunduğunda onun adı verildi (Mendelevium-Md).

Dev bir fizik ve kimya tarihini üç beş paragrafta özetlemek elbette mümkün değil. Ama acaba 150 yıl önceki bu başarı bugün için ne anlam ifade diyor? Yakın çağda yeni elementlerin bulunmasına kimlerin nasıl katkıları oldu? Daha neler olabilir? Bu konu, gelecek haftaya kalıyor.

Edip Emil Öymen

Elementlerin Periyodik Tablosu 150 yaşında – 1 yazısı ilk önce Herkese Bilim Teknoloji üzerinde ortaya çıktı.

Kimyasal elementlerin sınıflandırılması için geliştirilmiş olan Periyodik tabloda bilinen bütün elementler artan atom numaralarına göre sıralanır. Bugün kullandığımız haline en yakın olan tablonun mucidi Rus kimyager Dimitri Mendeleyev’dir. 1869’da Mendeleyev, atomların artan atom ağırlıklarına göre sıralandıklarında belli özelliklerin tekrarlandığını fark eder.

Bir elementin bilimsel keşfi

Altın, gümüş, kalay, bakır, kurşun ve cıva demir gibi elementler eski çağlardan beri biliniyordu. Bir elementin bilimsel keşfi ilk kez, 1649 yılında Alman simyager Hennin Brand‘ın fosforu bulmasıyla başlar. Devamındaki 200 yıl boyunca kimyacılar, elementler ve onların bileşikleri hakkında pek çok bilgi edinir. Ancak 1869 yılına kadar toplam 63 element bulunabilmiştir.

1817 yılında Alman kimyacı Johann Dobereiner, benzer kimyasal özelliklere sahip olan stronsiyum, kalsiyum ve baryuma bakarak, stronsiyumun atom ağırlığının kalsiyum ve baryum atom ağırlıklarının ortasında olduğunu fark eder. 1829 yılında klor, brom ve iyot üçlüsünün de benzer özellikler gösterdiği bulunur. Benzer davranış lityum, sodyum ve potasyum için de gözlenir. 1829 ve 1858 yılları arasında bu konuda pek çok araştırma yapılır.

Silindir periyodik tablo

İlk periyodik tabloyu 1862’de Fransız bilim insanı Alexandre Beguyer De Chancorutois oluşturur. Ancak De Chancourtois bir jeologtur ve çalışması kimyagerler tarafından göz ardı edildir. De Chancourtois bir silindir şeklinin çevresine 16 kütle birimi yerleştirerek, element ve iyonları burada sıralar. Benzer özelliklerdeki elementleri, silindir üzerindeki düşey satırlarda gruplar. Atom ağırlıkları sekizin katı olan elementlerin özellikleri benzerdir. 1864 yılında yazılan bir yazıda İngiliz kimyager John Newlands, bunu “Oktav kanunu (Law of Octaves)” olarak tanımlar. Bu kanuna göre, elementler atom kütlelerinin artışına göre sıraladığında, her 8 elementte bir elementlerin kimyasal özellikleri benzerdir. Ancak Newlands’in de öne sürdüğü bu kanun da önce dikkate alınmamış, fakat Dimitri Mendeleyev ve Julius Lothar Meyer‘in çalışmaları ile kabul görmüştür.

Genelde periyodik tablonun babaları olarak anılan Alman bilim insanı Julius Lothar Meyer ve Rus bilim insanı Dimitri Mendeleyev birbirlerinden habersiz yaptıkları çalışmalarda benzer sonuçlara ulaşır. Mendeleyev atomların artan atom ağırlıklarına göre sıralandıklarında belli özelliklerin tekrarlandığını görür. Daha sonra elementleri tekrarlanan özelliklerine göre alt alta sıralayarak ilk iki periyoda yedişer, sonraki üç periyoda ise on yedişer element yerleştirir. Mendeleyev’in periyodik tablosu, elementlerin periyodik özelliklerini gösterse de bu özelliklerin neden tekrarlandığı konusunda herhangi bir bilgi vermez.

Henüz keşfedilmemiş elementlerin yeri boş bırakıldı

Mendeleyev çalışmasını, 6 Mart 1869’da Rus Kimya Topluluğu önünde yaptığı “Elementlerin Atom Ağırlıklarının Özellikleri Arasındaki Bağımlılık” başlıklı resmi bir sunumla duyurur.

Mendeleyev hazırladığı periyodik sistemde, tüm elementlerin henüz keşfedilmemiş olduğunu düşünerek bazı bölümleri boş bırakır. Daha sonra bulunan skandiyum, galyum, germanyum elementleri tablodaki boşuklara yerleştirilir.

1895 yılında ise İngiliz fizikçi Lord Rayleigh, yeni bir element keşfettiğini duyurur. Bir soygaz olan Argon elementi periyodik tabloda bilinen hiçbir yere oturtulamaz. Daha sonra Helyum’un da benzer özellikleri olduğu düşünülerek tabloya yeni bir periyot eklenir.

Moseley ve modern periyodik yasa

1911’de Yeni Zelandalı fizikçi Ernest Rutherford, atom çekirdekleri üzerinde yapılan alfa parçacıklarının saçılması deneyiyle, çekirdek yükünün belirlenebileceğini gösterir. Rutherford’un gösterdiği diğer şey ise, bir çekirdeğin yükünün atom ağırlığı ile orantılı olduğudur. Yine 1911’de Hollandalı amatör fizikçi A. Van den Broek elementlerin atom ağırlıklarının atom üzerindeki yüke yaklaşık olarak eşit olduğunu gösterir. Bu yük daha sonra atom numarası olarak tanımlanır ve periyodik tablodaki elementleri yerleştirmede kullanılır.

1913’te İngiliz fizikçi Henry Moseley bazı elementlerin yaydığı X ışınlarının spektrumlarını fotoğraflayarak, bu ışınların dalga boyları ile elementlerin atom numaraları arasında bir ilişki bulunduğunu ve elementlerin özelliklerinin atom ağırlıklarına değil atom numaralarına bağlı olduğunu deneysel olarak gösterir.

Atomlar ve kuantum

Fakat sıraya dizilen elementlerin neden periyodik özellikler gösterdiği sorusunun yanıtını Nobel ödüllü Danimarkalı fizikçi Niels Bohr verir. Atom yapısını anlamak için kuantum fiziğinden faydalanır ve Bohr atom modelini geliştirir. Çekirdeğin etrafında dönen elektronların, evrendeki gezegenler gibi sabit bir yörüngede döndüğünü, ancak atom çekirdeğinin başka bir enerji seviyesine (ya da yörünge) atlayabileceğini keşfeder.

Periyodik tablodaki en son büyük değişiklik, 20. yüzyılın ortalarında ABD’li bilim insanı Glenn Seaborg‘un çalışmasıyla ortaya çıkar. 1940’da plutonyum elementini bulmasıyla başlayan araştırması, atom numarası 94’den 102’ye kadar olan tüm uranyum ötesi elementleri keşfetmesi ile devam eder. Periyodik tablodaki lantanit serisinin altına aktinitler serisini yerleştirir. 1951’de Seaborg bu çalışmaları ile Nobel Ödülünü kazanır. 106 nolu element Glenn Seaborg’un anısına, seaborgiyum (Sg) olarak adlandırılır.

Keşfin yıl dönümünde, Periyodik tablonun tarihi yazısı ilk önce Herkese Bilim Teknoloji üzerinde ortaya çıktı.