Every Breath We Take: Understanding Our Atmosphere (BBC)
Kimyager Gabrielle Walker'ın sunduğu BBC yapımı bir belgesel. Havanın yapısı, fonksiyonu ve keşif süreci deneyler ve tarihsel perspektifle verilmiş. Özellikle tarihi açıdan temel bir bilgi veriyor. Basit gibi gözükse de önemli bir konu.
NOTLAR
Dev gibi ağaçların aslında havadan ortaya çıkmış olması
Tree uses Co2 from the air, to build the molecules that make
up everything from its mighty trunk to its delivate branches. Nitrogen that has
passed from air into soil, nourishes the tree. Its leaves release O2.
Today, we know the air around us contains the raw materials
from which life is made.
Peki hiçbir şey gibi gözüken bir boşluktaki maddeleri nasıl
keşfettik?
Chance encounters, sheer blind luck, hard work, genius
Gabrielle Walker, trained chemist
Air is a mixture of gases.
Ancient Greeks’ten beri havanın tek bir element olduğu
düşünüldü. Entire and indivisible with no constituent parts.
First telescopes revealed worlds that had been hidden from
our sight. Microscopes uncovering miniature kingdoms. A new breed of thinkers
emerged. Passive observation evriliyor. Probing ve testing başlıyor.
Kendilerine natural philosophers diyorlar.
A discovery made entirely by accident. 1754’te a Scottish doctor
named Joseph Black. Bladder stones’a çare arıyor. Excruciating pain. 18yy da tek
çare cerrahi ve anestezi falan yok. Bayağı açıyorlar hastaları ve taşları minik kazma küreklerle çıkartıyorlar. Joseph Black daha iyi bir çözüm arıyor.
Magnesia alba ile başladı. Bir salt. Corrosive properties
ile tanınıyor. Taşları eritebileceğini düşünüyor. O zamanlar büyüteçlerle
ısıtılıyor (şimdi blowtorch var). Rising bubbles of air dikkatini çekti. Bu
havayı test etmeye karar verdi. İlginç sonuçlara ulaştı. Normal hava olan yerde
15 dakika yaşayan fare bu havanın olduğu yerde saniyeler içinde ölüyordu. Mum
yanmıyordu. Gazın ilk tanımlanması. Black buna “fixed air” adını taktı.
Sebebi Magnesia alba’nın içine sıkışmış olmasıydı. Bugün CO2 dediğimiz gazdı bu.
Tabii Black bunu anlayamadı. Farklı bir hava olarak değerlendirdi. Common
air’den farklı bir air saydı. Ama kafalarda soru işaretleri başladı. Niye fare
ya da mum “fixed air” içinde farklı davranıyordu?
 |
| Brrr..! Böbrek taşı ameliyatı |
Black çözemedi. Asistanı medical student Daniel Rutherford. O
da yeni bir gaz buldu. O daha da sert. Mum hiç yanmıyor. Fare hemen ölüyor.
Adına “noxious air” koydu. Aslında bulduğu nitrojen’di. Soluduğumuz havanın
yaklaşık %80’ini oluşturan nitrojen. 22 yaşındaydı. Kafalar iyice karıştı.
Combustion, respiration, air arasındaki ilişki?
Başkaları da bu konuda çalışıyor. 1783’ten bir manuscript.
Teoriler var. “Inflammable air may be made from liquid substances containing
phlogiston”. Phogiston havadaki bir ateş benzeri element olarak düşünülüyor.
Yanan her şey de olduğu teorisi.
Phlogiston teorisi. When the candle burns, it gives off that
fiery substance, phlogiston, if I cover the candle, phlogiston builds up inside
the jar untill eventually theres no room for any more. And the candle goes out.
Kalabalık bir odaya daha fazla insan alınamaması gibi. That’s why the
combustion stops. Phlogiston canlılarda var olarak kabul ediliyordu.
Nefesimizle dışarı çıkıyor mesela. Bizi de fanus altına koysalar, aynı şey
olacak. Dışarı çıkan phlogiston a yer kalmayacak ve öleceğiz. Bu teori yaygın
kabul gören açıklamaydı combustion ve respiration için. Fixed ve noxious air’in
normal air’den daha fazla phlogiston içerdiğini düşünüyordu Rutherford. Oysa
gerçek çok farklıydı. Oksiensiz kaldoğı için sönüyordu mum ve ölüyordu fare.
Oksijenin keşfiyle phlogiston teorisi çökmüş oldu.
Identfication of oxygen. A contentious issue. There are 3
contenders. An innovative Swedish pharmacist. A wealthy Parisian aristocrat. An
ordinary working class Englisman Joseph Priestley.
Priestly farklı bir natural philosopher. Disorganized. Lacked
focus. Bilgin demezsin ama çok yaratıcı. Diğerlerinin göremediği bağlantıları
gördü. Hikaye brewery’de başladı. Most unlikely place. Brewery vats’den dışarı
çıkan thick heavy air dikkatini çekti. Bir mum koydu. Çıkan havanın
söndürdüğünü fark edince Black’in fixed air dediği hava olduğunu düşündü.
Deneyler yapmaya başladı. Gazla suyu karıştırıp tadına baktı. Tingly tad. He had
invented the world’s first fizzy drink. Gazlı içecek. Soda water.
İrlandalı bir cerrahtan fanus içinde rotting meat’ten fixed
air çıktığını duymuştu. Ya meat fixed air’ini kaybettiği için bozuluyorsa diye
düşündü. Acaba fixed air’i tekrar meat’e koyarsam bozulmasını önleyebilir miyim
fikri geldi aklına. Ama insan etinin bozulmasını. Çünkü 18 yy da insan etini
çürüten hastalıklar çok yaygındı. Gangrene. Yellow fever. Scurvy (sailor’s
nemesis). Scurby’den ölen denizcilerin sayısı savaşta ölenlerden fazla.
Early 19th century protrayal of scurvy sufferers. Putrefying
flesh.
Not: Aslında büyük buluşlara götüren sorgulamalar son derece
basit. Sanıldığı gibi karmaşık formüllerin içinden çıkmıyor.
Kaptan James Cook’tan scurvy’yi soda water ile tedaviyi
denemesi istendi. Avustralya seferinde denedi ama işe yaramadı. Priestley’nin
ilgisini çekmişti gazlarla çalışmak. Priestley ne doktordu ne de akademisyen.
Sadece merakının peşinden yürüyen bir adam.
Characteristic of Priestley’s disorganized, scatter-gun
approach to experimenting, one day, for no particular reason, he tried heating
some mercury. İlginç bir şey olmadı, sadece turuncu ir toz çıktı O zamanlar
buna mercury calyx diyorlar. Priestley bunu da ısıttı. Bubbles of gas çıkmaya
başladı. Bunları topladı ve çeşitli testler yaptı. Fixed air’de ateş sönüyordu,
oysa calyx’den elde edilen havada ateş daha da güçlü yanmaya başlıyordu. Fareler
normal havada olduğundan iki katı fazla yaşıyordu. Kendi de denedi ve fantastik
bir his olduğunu söyledi. “Up until now, only 2 mice and I have had the
privilege of breathing it”
Bulduğunun özel bir hava olduğunu anladı. Aslında oksijeni
keşfetmişti. Ama yine phlogiston teorisine bağlayarak yanlış yola saptı. Kendi
bulduğu havada phlogiston olmadığı sonucuna vardı. Fareler bu yüzden ölmüyor,
ateş yanmaya devam ediyordu. Böylece bu havaya “dephlogisticated air” adını
verdi. Priestley oksijeni izole etmişti.
 |
| Scurvy |
Swedish pharmacist Carl Scheele’de benzer deneyler yapıyor.
1771’de, Priestley’den 3 yıl önce, labında maddeleri karıştırırken farklı bir
gaz buldu. Ama Scheele bulgularını çok sonra yayınladı. Scheele ilk bulan,
Priestley ise ilk person to document it.
Artık bulundu, sıra anlaşılmasında which requires the mind
of a visionary.
France. Revolution in the air. High taxes. Famine rife.
Civil unrest close to boiling point.
Antoine Lavoisier. Only son and heir of one Paris’ most
distinguished families. Absurdly wealthy and bright person. He has only one
passion: natural philosophy. Daha 29 yaşında her konuda yayınları var. Paris’in
su kanallarından, meteorların muhteviyatına kadar. Precision ve accuracy
tutkunu. O dönem kullanılan standartlaşmamış karışık ölçüm sistemleri deli ediyor.
He developed a new orderly system of grams and kg. The metric system. 18yy
daki çoğu bilgin gibi maddeleri ısıtıp değişimleri gözlemlemeyi seviyor. Başta
phlogiston teorisine inanıyor. Ama kafasına takılan bir konu var.
Isıyla maddeler phlogiston salıyorsa bu hafiflemelerini gerektirirsi, ama öyle
olmuyordu. Önce bir kurşunun ağırlığını ölçtü. Sonra ısıttı. Toz olana kadar
(lead calyx) ısıttı. Calyx’i tarttığında baştaki lead’den daha ağır olduğunu
gördü. Pivotal moment. Demek ki phlogiston teorisi yanlıştı. Weights ve measures
üzerine ilgisi işine yaradı bunu açıklarken.
Bu sefer önce lead’i bir teraziye koydu. Sonra o teraziyi
başka bir teraziye koydu. Sonra da üzerini fanuslakapattı. Lead’i dışarıdan
ısıttı. Isındıkça ağırlığı arttı. Ama en dıştaki ağırlıkta bir değişiklik
yoktu. Demek kI jar içindeki bir başka madde ağırlık yapıyor. Hava lead içine
giriyordu demek ki.
Lead içinden o maddeyi
çıkarıp incelemek istedi ama yapamadı. İngiliz bilgin Priestley Paristeydi.
Onunla buluştular. Kimya konuştular. Civa ile yaptığı deneyleri anlattı
Priestley. Mercury absorbed air when heated. But crucially, unlike lead, when
it was heated a second time, it released the air, it had observed. And not just
any air. Dephlogisticated air.
Lavoisier deneyine mercury ile devam etti.
He heated mercury until it turned to mercury calyx and he measured how much air went into it. Then he heated mercury calyx until it turned
into mercury and measured how much air came out. It was exactly the same amount.
The mercury had absorbed a part of ordinary air when heated.
And that same part had been released again. The air released was the gas
priestley called dephlogisticated air. He thought that should be part of
ordinary air. Ground-breaking discovery. He called the gas “oxygen”. 1774’da açıkladı keşfini. Scheele
şaşkınlık çindeydi. Priestley kendi buluşu olduğunu iddia etti.
Bir şey bulmanın yanında bulduğunu anlamak da lazım.
Tartışmalar.
Fixed air was CO2, Noxious air was nitrogen. They were found to be parts of the air too. Air was made up of mixture of gases. Artık hava raw
materials içeren bir madene benziyordu insanlık için.
Oxygen could be bubbled through molten iron to remove
impurities. And pure iron allowed them to make steel which paved the way
building railways, ships and factories that powered the ind rev. Manufacturing
those gases is still big business today.
Air separation plant
Sadece bu fabrikada günde 2000 ton hava ayrıştırılıyor.
Sucked in, compressed, and then cooled to cryogenic temps so the gases become
liquids.
Kaba liquid nitrogen döktü. Şişik balonu içine koydu.
Balonun içindeki gaz kondense olur. Soğur. A liquid nitrogen bath is -196C.
-185’de oxygen in the baloon should be condensed from gas to liquid. Balonun
dibinde sıvı birikti ve tamamen pörsüdü. Çıkarttığında ısı yükselince svı gaza
dönüşüyor yavaş yavaş ve yine şişmeye başlıyor balon.
Because nitrogen becomes liquid at a lower temp than oxygen,
cooling the air makes it possible to separate out the two gases. A process that
transforms invisible air to tangible raw materials we can use.
Oxygen is used in hospitals to save lives. Also an
ingredient in modern plastics. It powers the rockets.
Nitrogen makes the fertilizers that nourish crops. Its used
in packaging ind to keep our food fresh.
The relationship between the air and living things? Havanın
gaz karışımı olduğu anlaşıldıktan sonra sıradaki soru bu oldu.
Yine ilk adımları Lavoisier attı. Kullandıkları
oksijeni ölçebiliyordu kabinlere koyarak ama verdikleri ısıyı nasıl ölçecekti?
Dahiyane bir alet yaptı. Lavoisier’nin kullandığı aletler sergileniyor
günümüzde. Calorymeter aleti. Guinea pig düşünülerek yapılmış. Hayvan içeri
konuyor. Haznenin hacmi biliniyor. Böylece kullanılan oksijen ölçülebiliyor. Dış
chambers buzla dolduruldu. Hayvanın sıcaklığıyla bu buzlar eriyecek ve toplanan
su miktarından ısı bu şekilde ölçülecekti. Lavoisier deneyi burning charcoal ile
tekrarlandı. Charcoal ve guinea pig aynı oranda oksijen kullanmış ve aynı
miktarda buz eritmişti. Hayvanın oksijen tüketimiyle yanma olayı birbirine
bağlanmış oldu. Combustion ve respiration’ın aynı süreç olduğu gösterilmiş
oldu. Yemeğin yakılmasının aynı şey olduğu anlaşıldı.
Respiration temeli. Burning
and Breathing.
O lung da olduğunu düşünse de tüm hücrelerde gerçekleşen bir
süreçti.
Bu deney Lavoisier’nin son çalışmalarında oldu.
Respiration konusundaki bulguları onu değiştirdi. İnsan ne kadar enerji harcarsa,
o kadar yemeğe ihtiyacı olmalıydı. Oysa o dönem Fransa’da manual labor tabakası en
kötü beslenen kesimdi. Lavoisier doğuştan çok zengin olmasına karşın bu
dengesizliği net görmeye başladı. Devrim günleri. Diğer zengin aristokrat
arkadaşları gibi Fransa’dan kaçmadı. Oysa isyankar kalabalığın hçbir şey
umurunda değildi. O da zenginlerden, burjuva elitlerindendi. 1794’te Place de
la Revolution’da giyotinle öldürüldü.
A fellow scientist said: “it took them only an instant to
cutoff his head and a hundred years may not produce another like it.”
 |
| Place de la Revolution |
His life ended but his legacy lived on.
All the major gases (O2 CO2 Nitrogen) had been identified.
A niggling question revealing that oxygen, the gas of life,
had a darker side.
Sorunu İngiltere’deki sıradan bir öğretmen olan
John Dalton fark etti. Hava durumuna
meraklıydı. Kırsalda yürüyüşlere çıkar sıcaklığı ve nemi ölçerdi.Lavoisier’nin
buldukları büyüleyiciydi. Kafasında bir soru dönüyordu. Havayı oluşturan gazlar
nasıl occupy the same space at the same time, when solid bodies obviously
could not?
Farklı gazların parçacıklardan meydana geldiğini düşündü.
Ancak bu yolla iç içe geçebilirlerdi. Over time, Dalton fine-tuned his theory.
All things were made of particles. Sadece gazlar değil. Bir gazın parçacıkları
diğerininkilerden farklıydı. Bu parçacıklara atom adını verdi. Atomic theory.
CO2 – carbon atoms stuck to two oxygen atoms. Nitrogen –
twonitrogen atoms tightly bounded together. Artık farklı gaz tarace’leri
olduğunu da biliyoruz havada: Argon, water vapor,
Oksijen yörüngesindeki 6 elektronu 8 e tamamlamak için her
şeyle reaksiyona girebiliyor. When oxygen atoms react, they release the elixir
of life itself: energy.
Deney
Liquid oxygen. İçine bisküvi batırılıyor. Çıkarttıktan sonra
kibriti yaklaştırınca şiddetle yanmaya başlıyor. Oxygen is ripping and tearing
electrons from the atoms in the digestive biscuit and releasing all that
energy. Aynı şekilde vücudumuzdaki gıdalar da yakılıyor.
Oxygen’s spectacularly reactive nature sayesinde vücudumuz
enerji buluyor. Ama bunun bir bedeli var. Ateşle oynuyoruz aslında. Ateşteki
tahtalar gibi biz de yanıyoruz. Her reaksiyonunda rips and tears the electrons
it needs. Elaborate bir süreç değil. Bu süreç sonunda free radicals oluşur.
Free radicals are some of the most destructive and powerful particles on the planet.
Flames are full of free radicals. And so are our bodies every time we breath.
They tear through our molecules and cells.
Over time that damage accumulates. And
in the end, it is that damage why we grow old and die.
With every breath we take, oxygen is slowly killing us.
Göl diplerindeki balçıkta yaşayan bakteriler için oksijen
zehirli. O yüzden suyun altında yaşıyorlar. Oksijen yerine sudan sülfat
alıyorlar. Ama bu çok daha etkisiz bir alternatif. Dolayısıyla tek hücreden
ötesine geçecek enerji elde edemiyorlar. Sadece oxygen-breathers bu enerjiyi
karşılayabileceği için, afford, multicellular big bodies şeklinde
evrilebiliyor.
Without oxygen, we’d all be pond slime.
Walking, running, flying, and thinking can only be done
with oxygen’s energy.
