Evrendeki her şey kimyasal maddelerden oluşur. İçtiğimiz su da oldukça saf bir kimyasal maddedir. Şeker, tuz, tebeşir. kömür, hepsi basit kimyasal maddelerdir. Bunların dışında çok daha karmaşık kimyasal maddeler de vardır.Bitki ve hayvanların vücutlarının büyük bir bölümünü oluşturan proteinler karmaşık kimyasal maddelere örnektir. Kimya ,kimyasal maddeleri inceleyen bilimdir. Kimyasal maddeler ikiye ayrılır. Bunlar elementler ve bileşiklerdir. Şu anda bilinmekte olan, yüzün üzerinde element vardır. Elementler kimyanın yapı taşlandır. Bazı elementler doğada bulunur. Örneğin altın, cıva ve gümüş gibi metaller ve kükürt, karbon ve oksijen gibi ametaller. Elementler çoğunlukla bileşikler halinde bir arada bulunur. Karbonla oksijen birleşerek çok zehirli bir gaz olan karbon monoksidi oluşturur. Bu gaz, otomobillerden çıkan ekzos dumanında bulunur. Bu bileşiğe daha fazla oksijen eklendiği zaman karbon dioksit gazı ortaya çıkar. Havada her zaman aşağı yukarı binde üç oranında karbon dioksit vardır. Yeşil bitkiler ise karbon dioksitten şeker yapmak için yararlanırlar.
Fizikçiler atomları ve atomları oluşturan elektron ve nötron gibi parçaları incelerler.
Kimyacıların uğraşı ise doğrudan doğruya atomların kendileridir. Atom, bir elementin tanımlanabilen en küçük parçasıdır. Örneğin bütün demir atomları kimyasal bakımdan birbirinin tamamıyle eşidir. Fakat bir demir atomu, bir bakır ya da kükürt atomundan çok farklıdır.
Bir kimyacı, elementlerin ve bileşiklerin özellikleriyle ilgilenir. Saf haldeki demir elementinin erime derecesi her zaman aynıdır. Sıvı haldeki Civa metali de her zaman aynı derecede kaynamaya başlar. Bu sıvı metal yeteri kadar soğutulursa donar ve katılaşır. Bu olayın gerçekleştiği derece bu metalin donma derecesidir. Metal tekrar ısıtıldığı zaman ergir. Ergime noktasıyla donma noktası ayrıdır.
Ölçülebilen daha birçok özellik vardır. Örneğin sertlik, ağırlık, renk, başka maddeleri eritme yeteneği, hepsi ölçülebilir. Bu özelliklere fiziksel özellikler denir. Bir elementin ya da bileşiğin başka maddelerle birleşme ya da başka maddelerle tepkimeye girme biçimleri de kimyasal özelliklerdir.
Bütün kimyasal maddeler doğada saf bir biçimde bulunmaz. Örneğin demir cevherinde demir, oksijenle birleşmiş ve demir oksit meydana getirmiştir. Fakat demir oksit de ayrıca demirle ilgisi olmayan çeşitli minerallerle karışmış durumdadır. Bu mineraller demir cevherinden demir elde etme süreci için gerekli de değildir. işte bunlar demir cevherinin arılığını bozan gereksiz maddelerdir. Bu maddeler çok fazla olursa demir cevherinden demir elde etmeye değmez.
Demek ki bir kimyacı her şeyden önce özellikleri her zaman aynı, yani değişmez olan maddelerle ilgilenir. Değişmez özellikteki bu maddeleri elde etmek için de bunların saf olduğundan emin olması gerekir. Zaten böyle özelliklere sahip olmaları bu maddelerin saf olduğunun kanıtıdır.
Kimyanın ortaya çıkışı: Kimya biliminin başlangıcından beri kimyasal maddelerin saflığına ve değişmez özelliklere sahip olmasına önem verilmiştir. insanoğlunun kimyayla ilgili ilk çalışmaları ilaç ve metal yapımıyla başlar. ilk ilaçlar, bitkilerden elde edilen doğal ilaçlardı. Bunların birçoğu tehlikeli olabileceği için içlerindeki yabancı maddeleri çıkarmak çok önemliydi. Değerli metallerin de satılmaları için saf olmaları gerekiyordu.
Böylece daha ince ve saf ürün elde etmenin yollatı arandı. Bu arada son derece önemli iki araç bulundu. Bu araçlar su ve ateşti. Ateş zaten kimyasal değişikliklerin bir sonucuydu. Kömürün havada vanmasnun. yani karbonla oksijeniri birleşmesinin bir sonucuydu. Insanoğlu ateşle eriterek metalleri cevherlerinden elde edebileceğini ve cevherdeki gereksiz maddeleri de yakarak yok edeceğini buldu.
Su ile de, insanlar istedikleri ilaçları elde edebildiler. Suyu ateşte kaynatıp buharlaştırarak ilacı saf halde ortaya çıkarıyoriardı. Metalden yapılma bir silah ocakta kızdırıldıktan sonra suya atıldığı zaman daha sert oluyordu. Suyun kendisi de saf bir maddeydi. Dondurularak katı hale getirilebiliyor ya da buharlaşıp yok olana kadar ateşte ısıtılabiliyordu.
Eski Mısırlılar metal işçiliginde çok hünerliydiler. Altını başka metallerle kanştıtıp. yine altına çok benzeyen maddeler elde edebiliyorlardı. Bunu gören Araplar, Mısırlıların daha az değerli bazı metallerden altın yarattıkları izlenimine kapıldılar. Araplar Mısırlıların bu hünerlerine “el kemya” adını verdiler. Işte simya ve kimya sözcükleri buradan türemiştir.
Simya bin yıl süreyle gizemli bir bilim olarak gelişti. Simyacılar inceledikleri maddeler kadar kendilerini de arındırmak için büyük bir güçle çalıştılar. Ortaya attıkları kuramlar uygulanması olanaksız kuramlardı. Fakat yine de simyacılar olmasaydı fen alanında hemen hemen hiç bir ilerleme olmazdı.
Alkol ve alkali gibi bugün hala kullanmakta olduğumuz bazı kimya sözcükleri Arapçadan gelir. Damıtma yöntemini Araplar bulmuştur. Kimya laboratuvarıarında kullanılan basit damıtma aygıtlarının çoğu, aygıtın ilk bulunan şeklinin hemen eşidir.
Bütün bunlara rağmen simya bir bilim dalı değildi. Simyacılar gözlemler yapıyor ve gördüklerini vazıvorlardı. Fakat çoğu kez gerçeği değil, görmek istediklerini görüyorlardı. Genellikle de gördüklerinden herhangi bir sonuç çıkarmaya ve bu sonuçlardan giderek yeni deneyler yapmaya çalı şrn ıvorlard i.
Bir bilim dalı olarak kimya: Bilimsel yöntemlerin ortaya çıkmaya başlaması XV. yüzyılda olmuştur. Bu yöntemlere göre her kuramın denevlerle kanıtlanması ve her deneyin de tekrarlanabilir olması gerekiyordu.
Kimya, bu ilkeye kolaylıkla uyabilirdi. Kimvacılar az miktarlardaki basit maddelerle uğraşıyorlar ve bu maddeleri şişe ve kavanozlarda saklıyorlardı. Maddeler ne kadar saf olursa o kadar iyi saklanabiliyor ve aynı deneyin tekrar tekrar aynı sonucu sağlaması da o kadar kolay oluyordu. Kimyacıların bulduğu ve tanıdığı bileşikler zamanla artmaya başladı. Örneğin sülfürik asit, amonyak, çeşitli metal oksitleri ve birçok değişik kristaller tanındi. Ama simyacıların görüşleri hala etkilerini sürdürüyordu. Bu görüşlere göre evrendeki her şey dört temel elementin (yani ateş, hava, su ve toprak) değişik karışımlarından oluşuyordu. Ayrıca her şeyde dört ana niteliğin (yani kuruluk, sıcaklık, ıslaklık ve soğukluk) ikisi vardı.
Örneğin ateş sıcak ve kurudur, toprak kuru.ve soğuktur. Islak ve soğuk olan su ateşte ısıtıldığı zaman buhar haline gelir. Buhar da ıslak ve sıcaktır. Simyacıların deneyleri sadece ısıtma ve soğutma, sıvılaştırma ve kurutmayla ilgiliydi. Bir maddeyi, kendisini oluşturan elementlerin ve niteliklerin karışımlarını değiştirerek, başka bir madde haline getirebilmeyi umuvorlardı.
Robert Boyle’a kimyanın babası adı verilir. Böyle XVII. yüzyılda elementi tanımladı. Boyle’un tanımına göre, daha basit maddelere bölünemeyecek olan her madde bir elementti. Bölünebilen maddeler ise karışım ya da bileşimdi. Hangi maddelerin element olup hangilerinin olmadığı ancak deneylerle saptanabilirdi. Ayrıca eskilerin dört elementinin dışında daha birçok element de olabilirdi.
Kimyanın simyadan kesinlikle kopması, “flojiston” kuramının yanlışlığının kanıtlanması ile oldu. Bu kuram XVIII. yüzyılda Alman Georg Stahl tarafından ileri sürülmüştü. Stahl’a göre “flojiston”, yanan cisimleri n dışarı verdiği bir maddeydi. Içinde “flojiston” olan maddeler yanar, olmayan maddeler vanmazdı. Bir maddenin içindeki “flojiston” ne kadar çok olursa o madde o kadar kolay yanardı.
Aralarında İngiliz kimyacısı loseph Priestley’nin de bulunduğu birçok bilim adamı bu kuramla ilgilendi. Bu bilim adamlarının çoğu maddelerin yanmasının “flojiston”la açıklanacağını kabul ettiler. Bu kuramın yanlış olduğu sonunda Fransız bilim adamı Lavoisier tarafından kanıtlandı. Lavoisier .1774 yılında Priestlev’nin deneylerinden birini, bütün maddeleri dikkatle tartarak tekrarladı. Cıvavı kapalı bir kapta tsrttı. Cıvanın yüzeyinde koyu renk bir kabuk oluştu. Lavoisier cıvanın yanarken ağırlığının arttığını ve kab ın içindeki havanın azaldığını gördü. Bundan, cıvanın yanarken dışarı flojiston vermediği sonucunu çıkardı. Tam tersine cıva yanarken havadan bir şeyler almıştı. Bu aldığı şey oksijendi. Lavoisier, cıvanın oluşturduğu kabuk iyice ısıtılırsa bu oksijenin tekrar elde’ edilebileceğini de buldu. Yani bu yöntemle oksijen tekrar açığa çıkıyordu.
Bundan sonra birçok yeni kimyasal madde bulundu. Artık kimyacılar laboratuvarlannda. basit maddelerden başlayıp bunları başka maddelerle birleştirmek ya da tepkimeye sokmak suretiyle, kimyasal maddeler yapmaya çalışıyorlardı. Daha sonra, elektriğin de yardımıyla, doğalolarak çıkan mineralleri parçalamaya ve bunları tekrar bir araya getirmeye başladılar. Fakat aynı işlemi hayvan ve bitkilerden çıkan ürünlere uygulamak olanaksız görünüyordu. Canlılardan gelen bu ürünlere organik maddeler adı verildi. Zamanla kimya bilimi organik kimya. ve inorganik kimya olmak üzere iki bölüme ayrıldı.
Işte bu sıralarda, organik bir maddenin kendisini oluşturan parçalara ayrılmasını açıklayan, “flojiston” kuramı gibi önemli bir temel ilkenin eksikliği duyulmaya başlandı. 1828 yılında Wohler adındaki kimyacı bir raslantı sonucu, minerallerden elde ettiği ve inorganik bir madde olan, amonyum siyanürü parçalayarak, organik bir madde olan ürevi elde etti. Bu olay, kimyaya yeni bir açıdan yaklaşılmasına neden oldu.
2 Atom, molekül ve denklemler: Ancak belirli sayıdaki atomlar ve moleküller birbiriyle tepkimeye
4 girer. Bir kimyacının, tam olarak hangi miktarlardaki kimyasal maddelerin birbiriyle karışacağını bilmesi gerekir. Bu nedenle kimyasal bilgileri matematiksel bir biçimde belirtmek zorundadır. Kimyacının her şeyden önce çeşitli elementleri simgeleyen bir simgeler dizisine gereksinmesi vardır. Elementlere açıklayıcı isimler veren ilk kimyacı Lavoisier olmuştur. Örneğin “oksijen” asit yapıcı, “hidrojen” su yapıcı anlamına gelir. Bugün bu elementlerin simgeleri O ve H olarak belirlenmiştir. Diğer simgelerin de anlamları aynı derecede belirlidir: S sülfürün, Al alüminyumun, Ni nikelin, Ra radyumun sirngeleridir. Bazı elementlerin simgeleri ise Latince adlarina göre verilmiştir. Sodyumun simgesi olan Na, Latince natriyumdan, potasyumun simgesi olan K ise Latince kalyumdan gelir.
1808 yılında John Dalton, maddenin atom yapısıyla ilgili kuramını yayınladı. Dalton’un önerileri, atomlar hakkındaki bilgiler arttıkça biraz değiştirilmiştir.
Fakat temelde bugüne dek aynı kalmıştır. Bu kuram şöyle özetlenebilir: Bütün elementler atomlardan yapılmıştır. Atom, kimyasal bir tepkime sırasında parçalanmayan maddedir. Bir elementi n bütün atomları ağırlıkları ve diğer özellikleri bakımından aynıdır. Değişik elementlerin atomları ise birbirinden farklıdır. Kimyasal bileşikler değişik atomların bir araya gelmesi sonucu ortaya çıkar.
Bir elementi n simgesi, bu elementi n bir tek atomunu gösterir. Bileşikler ise atom simgelerinin bir araya gelmesiyle belirtilir. Bir bileşiğin forrnülünde, bu bileşiğin bir molekülünde her atom çeşidinden kaç tane olduğu da gösterilir. Örneğin oksijen, normalolarak iki atomlu moleküllerden oluşan bir gazdır. Bunu Oz simgesiyle belirtebiliriz. Aynı şekilde hidrojen de H2 şeklinde simgelenir. Oksijen le hfdrojeni karıştırıp bir elektrik kıvılcımı geçirirsek su elde ederiz.
Su elde etmek için her bir oksijen molekülüne karşı.iki hidrojen molekülü gerekir:
2H2 + Oı
Bu şekilde iki molekül su elde edebiliriz:
2Hı + Oı ‘== 2HıO
Bu, kimyasal bir denklemdir. Bize, çok basit olmakla beraber, tepkimeye giren kimyasal maddeler, bu maddelerin miktarları, molekül yapıları ve tepkime sonunda ortaya çıkan madde hakkında bilgi verir.
Aynı şekilde, iki atomlu bir oksijen molekülü ile
bir karbon atomu tepkimeye girdiği zaman ortaya karbon dioksit çıkar:
C + Oz = COıc)=c=
Kimyasal denklemler tıpkı matematiksel denklemlere benzer. Tepkimeye giren moleküllerin sayısı en küçük tam sayı halinde yazılır, Oysa gerçekte bir reaksiyonda milyonlarca molekül vardır.
Değişik elementler değişik oranlarda bir araya gelir. Sanki atomların, diğer atomlara bağlanmalarını sağlayan küçük çengelleri vardır. (Gerçekte birleşme, atomun dış yörüngesindeki elektronların sayısına bağlıdır). Hidrojenin tek bir çengeli, yani dış yörüngesinde tek bir elektronu vardır (H-). Oksijenin ise iki çengel i, yani dış vörüngesinde iki elektronu vardır (-0-). Bu nedenle iki hidrojen atomuyla bir oksijen atomu suyu oluşturur (H-O-H).
Bir atomun bu çengellerinin, yani dış yörüngesindeki elektronlarının sayısına bu atomun birleşme değeri denir. Hidrojenin birleşme değeri bir,oksijeninki ise ikidir. Kalsiyumun da birleşme değeri ikidir. Alüminyumun birleşme değeri 3, karbonunki dörttür.
Bazı elementlerin birden fazla birleşme değeri vardır. Örneğin demirin birleşme değeri hem iki, hem de üç olabilir. Azotun birleşme değeri 3 ya da 5, kükürtünki ise 2,4 ya da 6 olabilir.
Tek bir atomu tartmak olanağı yoktur. Fakat belirli bir hacimdeki oksijeni tartıp bunun aynı hacimdeki hidrojenden 16 kez daha ağır olduğunu saptamak olanağı vardır (bunun için iki gazın sıcaklığı ve basıncı eşit olmalıdır). Çeşitli deneyler sonunda eşit hacimlerdeki gazların içinde eşit sayıda moleküller olduğu anlaşılmıştır. Oksijen ve hidrojen moleküllerinin her ikisinde ikişer atom vardır. Demek ki oksijen atomunun ağırlığı hidrojen atomununkinin iki katıdır. En hafif element hidrojendir. Bu nedenle hidrojenin atom ağırlığı 1 olarak kabul edilmiştir. Oksijenin atom ağırlığı ise 16′dır. Bilim adamları gaz halinde olmayan elementlerin atom ağırlıklarını da saptamışlardır. Başlangıçta kimyasal elementlerin hepsinin ayrı ayrı olduğu ve birbirleriyle bağlantısı olmadığı düşünülüvordu. Fakat 1869 yılında Rus kimyacısı Dimitri Mendeleev, atom ağırlıklarına göre sıralanan elementlerin düzenli aralıklarla tekrarlanan benzer özellikleri olduğunu buldu. Mendeleev bildiği bütün elementleri sıraya koyarak bir tablo yaptı. Bu tabloda sekiz ana sütun vardı. Her sütunda benzer kimyasal özellikleri olan elementler yer alıyordu. Tabloda her sütunda değişen, elementlerin birleşme değeriydi
Sekizinci sütundaki elementlerin birleşme değerleri birbirinden çok farklıydı. Daha sonra bu tabloya, soy gazlardan oluşan bir dokuzuncu sütun eklendi. Soy gazlar havada bulunan fakat çok güç tepkimeye giren gazlardır.
Mendeleev’in tablosunun en önemli yanı içinde birçok boşluklar olmasıydı. Mendeleev bu boşlukları dolduracak elementlerin bulunabileceğini önermiş ve bu elementlerin özelliklerini da tahmin etmişti. Mendeleev’in bu görüşünün bilimsel olmadığı ileri sürülmüştü. Oysa bugün, Mendeleev’in sözünü ettiği on elementten yedisi bulunmuştur.
Atomların yapısı hakkındaki bugünkü bilgiler Mendeleev’in tablosunun, elementlerin elektronik yapısını gösterdiğini ortaya koymuştur. Bugün bilim adamları atom ağırlıkları yüksek olan yapayelementler de yapmışlardır. Bunlardan birine 1955 yılında, mendelevyum adı verilmiştir.
Bir kimyacı neler yapar? Kimya, organik kimya ve inorganik kimya olmak üzere ikiye ayrılır. Bu ayırım biraz yapay bir ayırım olmakla beraber, ilk kimyacıların canlı maddelerin ürünleriyle uğraşırken karşılaştıkları güçlükleri n bir sonucu olarak ortaya çıkmıştır.
Genel anlamda inorganik kimya minerallerle ilgilidir. inorganik maddelerin sayısı sınırlıdır. Doğal olarak bulunan minerallerin büyük bir bölümü,
bir metalin ya klor, oksijen veya kükürtle, ya da sülfürik asit, fosforik asit veya karbon ik asitle oluşturduğu bileşiklerdir. Ya da bu mineraller, silisyum adındaki bir elementi n bir arada tuttuğu daha karmaşık yapılardır. İnorganik kimyacının uğraşının büyük bir bölümü saf elementler elde etmenin, saf bileşikleri ayırmanın yöntemlerini geliştirmekten ve belirli özellikleri olan çeşitli metal karışımları, yani alaşımlar yapmanın yöntemlerini bulmaktan ibarettir.
inorganik kimyanın belki de en önemli bölümü maden bilimi yani metalurjidir. Örneğin vanadyum, krom ve tungsten gibi ergime noktaları çok yüksek olan bazı çok sert metaller çeliğe katıldığı zaman çeliğin kalitesini yükseltir. Bu metallerin hepsi cevher halinde çok en der bulunur. Yüksek ergime dereceleri nedeniyle cevherden metali elde etmek oldukça güçtür. Maden bilimciler bu metalleri cevherlerinden elde etmenin yollarını ararlar. Vanadyumla sertleştiriimiş çelik, mühendislikte kullanılan somun anahtarları gibi çok güçlü olması gereken aletlerin yapımında kullanılır.
inorganik kimyacılar çeşitli cevher ve minerallerin yapısını ve bunların saflık derecesini inceler. Bu bilim dalına analitik kimya denir. Çözümleme (analiz) yoluyla bir cevher ya da mineraldeki bütün değişik elementleri, bunların ağırlıklarını ve genellikle nasıl bir araya geldiklerini saptamak olanağı vardır. Eriyiklerin içinden, erimeyen tortular biçiminde bileşikler elde edilebilir. Bu bileşikler daha sonra süzülür. kurutulur ve tartılır. Bazı bileşiklerin ise belirli renklerde eriyikler vermesi sağlanır. Analitik kimyada en çok kullanılan yöntemlerden biri belirli bir maddeyi sıcak bir alevde ısıtıp bundan çıkan ışığın rengini bulmaktır.
Organik kimya, karbonun bir ya da daha fazla elementle oluşturduğu bileşiklerle ilgilidir. Karbonun kendine özgü çok değişik özellikleri vardır. Başka elementlerle birleşerek binlerce bileşik oluşturur. Bunların arasında çok karmaşık maddeler de vardır. Organik kimya başlı başına bir bilim olacak kadar önemlidir.
Organik kimyacılar çözümleme, yani analizlerle uğraşırlar. Yeni bir bileşik buldukları zaman bunun hangi elementlerden oluştuğunu ve bu elementlerın molekülün içinde nasıl bir araya geldiğini bulmaya çalışırlar. Sonra bu bileşiği laboratuvarda elde etmeye çalışırlar. Bu işleme sentez adı verilir. Bu bileşiği yapmayı başanrlarsa. çoğu kez buna benzeyen fakat daha da yararlı olabilen başka bileşikler de yapmaya çalışırlar. Örneğin organik kimyacılar penisilinin molekül yapısını saptadıktan sonra, buna benzeyen yeni ilaçlar (antibiyotikler) yapmaya başlamışlardır.
Organik maddelerle uğraşmak. inorganik maddelerle uğraşmaktan daha güçtür. Bunların büyük bir çoğunluğu kolaylıkla buharlaşır ve patlar. Bazı organik maddeler ısı, ışık ya da nemin etkisiyle parçatanır. yani avnşır. Çok fazla organik madde olduğu için, bunların bazıları özellikleri bakımından birbirine çok benzer.