DALTON, John (1766-1844)
Ingiliz, kimyacı ve fizikçi. Modern atom kuramına yaptığı bilimsel katkılarla kimyanın ayrı bir bilim dalı olarak gelişmesinde etkili olmuştur.
6 Eylül 1766’da Cumberland’m Eagelfield kasabasında doğdu. 27 Temmuz 1844’te Manchester’de öldü. Babası el tezgâhında çalışan bir dokumacı, annesi ise aristokrat sınıftan olmayan toprak sahibi bir ailenin kızıydı. Ailesi Protestan dininin “Dostlar Derneği” diye de bilinen Quaker mezhebindendi. Dalton da tüm yaşamı boyunca bu alçakgönüllülük ve sade yaşamı benimseyen mezhebe bağlı kaldı. İlk eğitimini babasından ve kasaba okulunun öğretmeni John Fletcher’den aldı. 1776’da zengin bir Quaker olan Elihu Robinson’dan fen ve matematik dersleri aldı. 1778’de on iki yaşındayken, emekli olan John Fletcher’in yerini aldı ve tek başına bu görevi iki yıl sürdürdü. Daha sonra bir yıl kadar çiftliklerde çalıştı. 1781’de Kendal’a giderek bir yatılı okulda dört yıl asistanlık yaptıktan sonra sekiz yıl süreyle müdürlük görevini üstlendi. Dalton burada felsefeci John Gough’ un önerilerine uyarak Latince, Yunanca, Fransızca ve matematik çalışmalarına ağırlık verdi. 1793’te Manchester’daki New College’a matematik ve doğal felsefe profesörü olarak atandı. Ancak 1799’da bu görevden ayrılarak, 1833’te kendisine yılda 150 İngiliz liralık bir emekli maaşı bağlanmcaya değin geçimini özel derslerle kazandı. Bu dönemde zaman zaman Londra, Glasgow, Birmingham ve Leeds üniversitelerinde konferanslar verdi.
Dalton yoğun çalışmalarının ve Quaker inançlarının gereği oldukça sade bir yaşam sürdürdü ve hiç evlenmedi. Bilimsel çalışmalara ağırlık veren Manc-hester Literary and Philosophical Society (Manches-ter Edebiyat ve Felsefe Derneği) ile yakın ilişkisi olmasına karşın, bu kurum ile birlikte İngiltere’nin en eski bilim derneklerinden biri olan Royal Society’ye üye olmamakta direndi. Sonunda kendi haberi olmadan 1822’de üye yapıldığı bu kurumu ancak 1834’te ziyaret etti. Ama, Royal Society ile karşılaştırılınca bilimsel çalışmaları sosyal etkinliklerine göre daha ağırlıklı olan Fransız Bilimler Akademisi’ne 1816’da seçilince, 1822’de bu ülkeye giderek başta Gay-Lussac, Berthollet, Ampere olmak üzere önde gelen Fransız bilim adamlarıyla tanıştı. Aynı şekilde 1831’de Ingiltere’de bilimin gelişmesini amaçlayan British Association for the Advancement of Science’ ın kurulmasına öncülük etti. Buna karşılık 1832’de Oxford Universitesi’nin kendisine fahri doktor sam vermesini, törende giymesi gereken kırmızı cübbenin dini inançlarına ters düştüğü gerekçesiyle kabul etmek istemedi. Kral IV. William’m hazır bulunduğu tören,ancak Dalton’un renk körü olduğu için cübbenin rengini farkedememesi sayesinde gerçekleştirildi. 1844’te öldüğünde, Manchester kentinde 40.000 kişinin katıldığı bir cenaze töreni düzenlendi.
Dalton’un ilk bilimsel çalışmaları, daha sonra kimyaya olan ilgisini de güçlendirecek olan meteorolojiye ilişkin incelemeleriydi. 1787’de Kendal’da başlattığı çalışmalarını aralıksız olarak 57 yıl sürdürdü; bu dönemde atmosfer basıncı, sıcaklık, rüzgâr yönü, hızı ve hava koşullarını her gün saptayıp 200.000 ölçüme ilişkin verileri içeren bir arşiv hazırladı. Çoğu kendi yaptığı araçlarla gerçekleştirdiği bu ölçümlerden yararlanarak 1793’te Mateorological Observations and Essays (“Meteorolojiye İlişkin Gözlemler ve Makaleler”) adlı yapıtını yayımladı.
Gazlar üzerine çalışmaları
Atmosfer ve hava koşulları üzerine yaptığı incelemeler Dalton’u gazların özelliklerini incelemeye yöneltti. Bu alanda Boyle’un gaz kuramı ile yola çıkan Dalton, dönemin birçok bilim adamı gibi gazların küçük parçacıklardan oluştuğuna inanıyordu. Once atmosferde bulunan gaz karışım oranının yüksekliğe bağımlı olmadığını gözledi. Gazların her yükseklikte sabit oranlarda bulunmasının rüzgârların neden olduğu mekanik bir karışmadan kaynaklanmadığını saptadı. 1800’de gazların sıkıştırılmasında ısınma, genişlemesinde de soğuma olayını inceleyerek, gazların sıcaklıktan kaynaklanan genişleme kurallarını araştırdı. Kendi yapısı nemölçer (higrometre) ile atmosferdeki su buharı miktarlarını ölçtü. 1801 ’de kendi adı ile bilinen, gazların kısmi basınç kuramını buldu. Bu kuram, bir gaz karışımında bulunan gazların karışımdaki basınçları ile aynı hacim ve sıcaklıkta tek başlarına bulunduklarındaki basınçlarının aynı olduğunu gösterir. Diğer bir tanım ile bir gaz karışımının toplam basıncı (PT) karışımda bulunan A,B,C, vb gazların kısmi basınçlarının (PA, PB, Pc vb) toplamına eşittir.
PT = PA + PB + PC + ……..
Atom kavramına ilişkin çalışmaları
Dalton’un bilime en büyük katkısı geliştirdiği, atom kuramı ile oldu. Bu kuramın kimyasal tepkimelere uygulanabilirliği, kimyanın bir bilim dalı olarak gelişmesinde önemli rol oynadı. Dalton’un atom kuramını geliştirebilmesindeki en önemli etken gazların fiziksel özellikleri üzerinde sürdürdüğü araştırmalar oldu. Meteorolojik gözlemlerden havadaki gaz karışımının yükseklikle değişmediğini biliyordu. Bu olguyu 18. yy’ın bilgi birikimiyle açıklamak pek kolay değildi. Newton elastik maddelerin küçük parçacıklardan ya da atomlardan oluştuklarını ve bu parçacıklar birbirine yaklaştıklarında aralarındaki itici kuvvetlerin arttığını Principia adlı yapıtında açıklamıştı. Ayrıca atmosferde özgül ağırlıkları birbirinden farklı üç ya da daha fazla elastik maddenin bulunduğu biliniyordu. Bu koşullar altında havada bulunan gazlardan daha ağır olan oksijenin alt tabakalarda, azotun ise üst katmanlarda bulunması gerekmekteydi. Atmosferdeki gazların tek düzeliği kimyasal ilgi ile açıklanmak istenmişse de bu açıklama pek inandırıcı değildi. Kimyasal ilgi ile bir gazm diğeri içinde dağıldığı ve hatta aynı etki ile suyun bile buhar olarak havaya karışmasına neden olduğu savunulmaktaydı. Ancak bu kimyasal ılgının parçacıklar arasında kimyasal bir tepkimeye neden olacak kadar kuvvetli olmadığı görüşü, egemendi. Dalton’un bu soruna yaklaşımı çok değişik oldu. 1801’de önce havada bulunan elementlerin atomlarını şekillendirerek kâğıt üzerinde birbirleri ile birleştirmeyi denedi. Atomları belirli büyüklüklerdeki karelerin merkezlerine oturttu. Atomlardan çıktığına inandığı ve “ısı atmosferi” diye tanımladığı ışınımı da çizgilerle belirledi. Bu şekilde bir örümceğe benzeyen atom modellerini alarak havada bulunan gaz karışımım kâğıt üzerinde betimlemeye çalıştı. Bu denemede biçimsel olarak aynı boyuttaki (aynı tür) atom karelerinin birbirlerine yaklaştırıldiklarında çok iyi bir uyum gösterdiklerini gördü. Şöyle kı, atom merkezinden çıkan ışınlar karelerin birleşen kenarlarında birbirleri ile çakışmakta ydı.
Dalton aynı tür atomlar arasındaki uyuma bakarak bu tür gaz atomlarının kendi aralarında yayılamayacağına karar verdi. Ancak, havadaki gaz atomları boyutları ve ısı atmosferiyle birlikte oldukları takdirde atomlardan yayılan ışınlar birbirleri ile birleşemeyeceğinden farklı gaz atomlarının birbirleri arasında yayılabileceği inancına vardı. İlk kez atomların değişik boyutları olabileceğini düşünen Dalton, bu nedenle itici güçlerin de farklı olabileceğini dolayısıyla değişik gazlar arasında bir dengenin oluşabileceği görüşünü benimsedi. Gaz atomlarının yoğunlukları bilinmekteydi; Dalton gazların ayrıca bağıl ağırlıklarının ölçülebilmesi durumunda atomların hacimlerini ve çaplarını hesaplayabileceğini anlamıştı. Bu nedenle eldeki kimyasal yöntemleri kullanarak atom ağırlıklarını saptamak amacıyla çalışmalara başladı.
Dalton 1802’de Manchester Literary and Philosophical Society’ye sunduğu “Experimental Enquiry into the Proportions of the Several Gases or Elastic Fluids Constituting the Atmosphere” (“Atmosferi Oluşturan Çeşitli Gazların ya da Elastik Sıvıların Oranları Üzerine Deneysel İnceleme”) adlı tebliğinde su üzerinde azot monoksit (NO) ve hava karışımı ile ilgili deneylerini açıkladı ve çok katlı oranlar kuramının ilk örneğini sundu. Su üzerindeki azot monoksit-hava karışımına ilişkin deneyi hem dar (0,7 mm çapında) bir tüpte hem de geniş bir kavanozda yineledi. Tüpteki deneyinde 100 ölçek hava ile 36 ölçek azot monoksit karıştırıldığında 80 ölçek azot geride kaldı. Kavanozdaki deneyinde ise 100 ölçek hava 72 ölçek azot monoksit ile karıştırıldığında yine 80 ölçek azotun geri kaldığım gördü. Buna göre oksijenin azot monoksit ile hem 1,7:1 oranında, hem de onun iki katı olan 3,4:1 oranında birleşebildiğini gözledi.
Dalton 1803’te yine Manchester Literary and Philosophical Society’ye sunduğu “On the Absorp-tion of Gases by Water” (“Suyun Gazları Soğurması Üzerine”) adlı tebliğinde birlikte çalışmalar yürüttüğü Henry’nin, 1802’de açıkladığı Henry Yasası’nı kendi kısmi basınçlar kuramının ilkeleri çerçevesinde gaz karışımlarına uygulayarak, elde ettiği sonuçları açıkladı. Henry’nin yasası belirli bir miktarda ve sıcaklıktaki sıvıda çözünen gazın ağırlığının, gaz basıncı ile doğru orantılı, ancak çözünen gazın hacminin ise basınçtan bağımsız olduğunu açıklar. Yapılan deneylerde ayrıca sıvı fazda çözünen değişik gazların ağırlıklarının birbirlerinden farklı olduğu gözlendi. Bu özellikler Dalton’u gazların atom ağırlıklarını saptamaya yönlendirdi. Dalton bu deneylerine ilişkin gözlemlerini “Gaz atomlarının sıvılarda çözünürlüğünün atomların ağırlıklarına ve sayılarına bağlı olduğuna inanmaktayım; şöyle ki en hafif olanı en az çözünmekte ve gaz atomlarının ağırlığı arttıkça çözünürlük de artmaktadır” biçiminde açıkladı.
Dalton gazlar ile ilgili görüşlerini genişleterek sıvı ve katiların da küçük atomlardan oluştuklarına inandığını ileri sürdü. 1788’de Proust’un açıkladığı belli oranlar kuramı da bu tezi desteklemekteydi. Buna göre örneğin bir bileşikteki iki atomun birbirlerine oranı 4:1 ise, bu bileşikte oran hiçbir zaman 4,1:1 ya da 3,9:1 olamazdı. Bu atomların bölünmezliğinin en önemli belirtisiydi. Yine bileşikteki elementlerden birinin ağırlığı diğerinin dört katı ise, element-
ler her zaman 4:1 ağırlıkta birleşeceklerdi. Örneğin 18 gram su her zaman 2 gram hidrojen ve 16 gram oksijen içerecekti.
Çok katlı oranlar kuramına göre iki element birbirleri ile birden fazla değişik bileşik oluşturduklarında, birleşen elementlerin ağırlık oranları birbirlerine küçük tam sayılar ile ilişkilidir. Örneğin bugünkü değerlerle ifade edildiğinde, 12 gram karbon, 16 gram oksijen ile birleşerek karbon monoksidi (CO) oluştururken yine 12 gram karbon ve 32 gram oksijen birleşerek karbon dioksidi (C02) oluşturur. Bu iki bileşikteki oksijenin ağırlık oranı 1:2’dir. Dalton’un bu konudaki gözlemleri ve yorumları, yaklaşık bir buçuk yüzyıllık bir sürede biriken kimyasal deney sonuçları ve kuramlarına dayanmaktaydı. Dalton tüm bileşiklerin çeşitli atomların belirli oranlarda birleşmelerinden oluştuğunu açıkladı. Bir bileşiğin atomlarının ayrıştırılarak başka bir bileşiğe dönüştürülebileceğini savundu. Aynı elementin tüm atomlarının aynı olduğunu ancak her elementin değişik atomları olduğunu ileri sürdü. Elementlerin atom ağırlıklarının farklı olduklarını vurguladı ve bunları saptamak amacıyla çalışmalar yaptı.
Dalton’un 1803’te sunduğu bir tebliğin sonunda elementlerin atom ağırlıklarını içeren bir tablo yer aldı. Atomların ölçülemeyecek kadar küçük olduklarını varsaydığından atom ağırlıkları tablosunda belirttiği değerler, atomların birbirlerine bağıl ağırlık oranlarım yansıtır. Bu amaçla hidrojen atomunu standart olarak seçip ona “1” değerini verdi. Daha sonra hidrojenin diğer elementler ile yapmış olduğu bileşiklerin içerdiği elementlerin ağırlık oranlarım saptaması, bunu yapabilmesi için de bu bileşiklerin kimyasal formüllerini bilmesi gerekiyordu. O dönemde bu tür formüller bilinmediğinden bu sorunu da başka bir varsayım ile çözmeye çalıştı. Dalton doğanın mümkün olduğu kadar basit olarak işlediğine inanmıştı. Bu ilkeye göre eğer iki elementin bilinen tek bir bileşiği varsa, bu bileşikte her iki elementin atomlarından ancak birer tane bulunabilirdi. Eğer iki bileşikleri biliniyorsa, atom oranlan bir bileşikte 1:1, diğerinde ise 1:2 şeklinde olabilirdi. Bu varsayımla yola çıkan Dalton örneğin bugün formülü H2O olarak bilinen su için HO, NH3 olarak bilinen amonyak için de NH formüllerini benimsedi. Böyiece hidrojenin ağırlığı “1” olarak alındığında, oksijenin ağırlığını 5,5, suyun-kini 6,5, azotunkini 4,2 ve amonyağmkini de 5,3 olarak saptadı. Bu değerler bugünkü bilgilerin ışığında geçersiz olmakla birlikte, Dalton’un kuramı ve yöntemi kendisinden sonraki kimyacılara yol gösterdi, daha sonra başta Berzelius olmak üzere birçok kimyacının çalışmalarıyla atom ağırlıklarının saptanması sağlıklı yöntemlerle gerçekleştirildi.
Dalton, atom ağırlıklarını saptamaya yönelik çalışmalarına koşut olarak elementler için yeni simgeler önererek, bileşik formülerinin yazılmasında yeni bir sistem getirdi. Kullandığı yöntemde elementler, içi boş, tümüyle dolu, ya da çeşitli nokta ya da çizgiler içeren dairelerle belirtiliyor, bu simgelerin yan yana kullanılmalarıyla da bileşikler tanımlanıyordu. Böyle-ce Dalton’un HO formülüyle belirttiği suyun formülü, hidrojeni simgeleyen, içinde bir nokta bulunan bir daireyle, oksijenin simgesi olan boş bir dairenin bitişik çizilmeleriyle belirtiliyordu. Daha önce kullanılan sistemlerden pek farklı bir mantığa dayanmayan,ayrıca akılda tutması oldukça zor olan bu simgelerin yararı bileşik formüllerinin yazılabilmesini sağla-masıydı. Berzelius daha sonra elementleri simgelemek üzere harfleri önerdiğinde, formüllerin yazılması kolaylaştığı gibi, modern sistemin de temeli atılmış oldu.
1804’te Glasgow Üniversitesi’nden Thomas Thomson Dalton’u Manchester’de ziyaret edip atom kuramına ilişkin görüşlerini dinledi ve yürekten benimsedi. Çalışmalarının gördüğü ilgiden yüreklenen Dalton kuramını 1808’de New System of Chemical Philosophy (“Yeni Kimya Felsefesi Sistemi”) adlı yapıtının birinci cildinde yayımladı. Bu yapıtın daha sonra 1810’da ikinci, 1827’de de üçüncü ciltleri yayımlandı. Kuram açıklandıktan sonra, yepyeni bir yaklaşım getirmesine karşın bilim adamları tarafından kısa sürede benimsendi. Bunun önemli bir nedeni yıllarca anlaşılamayan kavramların bu kuram ile basit bir şekilde açıklanabilmesiydi. Ancak bu kurama inanmayanlar da vardı. Davy birkaç yıl direndikten sonra kuramı kabul etti. Ostwald ise yirminci yüzyıla değin direndi. Ama sonunda kimyacılar atomcu görüşü tümüyle benimsediler; kimya bilimi de böylece hızlı gelişme sürecine girmiş oldu.
Dalton atom kuramıyla kimya ve fizik bilimlerine yaptığı katkıyla tanınırsa da, yaşamı boyunca değjşik konularla ilgilenmiş, bunların birçoğunda önemli çalışmalar yapmıştır. Titiz bir çalışma ürünü olan meteorolojiye ilişkin incelemeleri ve yapıtının yanı sıra, gözleri görmediği halde başarılı bir botanikçi olan öğretmeni John Gough’un etkisiyle botanikle ilgilenmiş, 11 ciltlik bir kuru bitki derlemesi (“Hortus Siccus”) gerçekleştirmiştir. Öğretmenliği sırasında İngilizce gramerini incelemiş, bu konudaki çalışmaları sonucunda 1801’de Elements of English Grammar (“İngilizce Gramerinin Öğeleri”) adlı yapıtını yayımlamıştır. En ilginç buluşlarından biri de renk körlüğü üzerinedir. Bir toplantıya giydiği paltosunun sade giyim alışkanlıklarına ters düşecek kadar göz alıcı bir kırmızı renkte olduğunu belirten arkadaşlarının uyarısıyla, ilk kez kırmızı rengi ayırt edemediğini farkeden Dalton, hemen bu renkli görme bozukluğunu incelemeye başladı.Bugün diskromatopsi ya da Daltonizm olarak bilinen bu renk körlüğünü ilk kez sistematik bir biçimde araştıran Dalton, 1794’te sunduğu bir tebliğde bozukluğu gözlerindeki sıvının mavi renkte oluşuna bağladı. Ölümünden sonra vasiyeti üzerine gözleri incelendiğinde bu savın geçersiz olduğu anlaşıldı; bu alanda Young’ın çalışmalarıyla gelişen araştırmalar ancak 20. yy’ın ikinci yarısında renk körlüğü mekanizmasının anlaşılmasına olanak sağladı.
• YAPITLAR (başlıca): Meteorological Observations and Essays, 1793,(“Meteoroloji Üzerine Gözlemler ve Makaleler”); Elements oj English Grammar, 1801, (“İngilizce Gramerinin Öğeleri”); A Nete System of Chemical Philosophy, 1801, (“Yeni Kimya Felsefesi Sistemi”).
• KAYNAKLAR: F. Greenaway, John Dalton and the Atom, 1966; E. Patterson, John Dalton and the Atomic Theory, 1970.
Türk ve Dünya Ünlüleri Ansiklopedisi