Kimya Tarihi
Kimya Tarihi, İnsanlar, kimya uygulamasına (yani, maddesel şeyleri dönüştürmeye) Tarih öncesi'nde ateşin kullanıma girmesiyle birlikte başladılar. İlkel insanlar önce odun yakma, yemek pişirme, çanak-çömlek ve tuğla fırınlama gibi kimyasal dönüştürmeleri gerçekleştirmek, daha sonra da bakır, gümüş ve altın gibi maden filizlerini işlemek için ateşi kullandılar. Çin'de, Mezopotamya'da ve Mısır'da uygarlık geliştikçe, zanaatçılar başka dönüştürmeler de gerçekleştirerek çeşitli boyarmaddeler, ilaçlar, sırlar, camlar, parfümler ve metaller ürettiler.
Kimyasal olgulara ilişkin ilk kuramsal açıklamalar, genellikle büyü ya da mitoloji nitelikliydi. Eski Yunanlılar, daha önceki uygarlıklardan ve komşu uygarlıklardan miras aldıkları kimya uygulamalarına pek az şey eklemekle birlikte, zanaatçıların atölyelerinde ve çevrede gözlemledikleri dönüşümlere ilişkin kuramsal açıklamaları derinleştirme başarısını gösterdiler. Değişmeyi evrensel bir olgu kabul ettiler; İ.Ö. VI. yy'da Herakleitos, görülebilen ya da görülemeyen şeyler arasında değişmeyen bir şey olup olmadığını soruyordu.
Birçok eski Yunan filozofunun bu soruyu uzun süre tartışmalarından sonra, İ.Ö. IV.|yy'da Aristoteles, neredeyse 2 000 yıl süreyle bilimsel düşünceye damgasını vuracak bir kuram geliştirdi. Varsayımına göre, bir madde ve dört nitelik vardı; söz konusu nitelikler sıcak, soğuk, ıslaklık ve kuruluktu. İlk maddeye bu nitelikler verilince, dört temel öğe (töz) oluşuyordu: Ateş (sıcak ve kuru), hava (sıcak ve ıslak), toprak (soğuk ve kuru), su (soğuk ve ıslak). Bütün maddi şeyler de, bu dört öğenin farklı bileşimleriydi. Bu arada eski Yunan filozofları, atom kuramını da ortaya attılar: Anaksagoras ve Empedokles, bütün maddelerin sonsuz ölçüde küçük "tohumlar"dan oluştuğunu, Leukippos ile Demokritos da, bütün maddelerin, boşlukta hızla ve rastgele hareket eden bölünmez atomların birleşmesinden oluştuğunu ileri sürdüler.
Kimya tarihinin sonraki önemli evresi olan simya, Mısır'da İskenderiye kentinde gelişti; Yunan felsefesinin, Doğu zanaatçılığının ve dinsel gizemciliğin çeşitli yönlerini biraraya getiriyordu. Temel amaç, bayağı metalleri altına dönüştürmekti. Nesturi göçmenler, Mısırlı zanaatçıların becerilerini IV. ve V. yy'larda Araplara öğrettiler. Arap biliminin altın çağında (VIII. - XI. yy'lar), Aristoteles'in düşüncelerinde değişiklikler yapıldı ve sodyum hidroksit, amonyum klorür gibi birçok önemli madde kimyasal uygulama alanına sokuldu. Arap simyasının, gizemci düşüncelerinin XI. - XVI. yy'lar arasında Sicilya ve İspanya yoluyla Batı Avrupa'ya taşınmasına, kimyasal işlemlerde gerçekleştirilen damıtma gibi ilerlemeler ve yeni metallerin, yeni bileşiklerin bulunması eşlik etti. Metalürji sanatı daha da gelişirken, XVI. yy'da Paracelsus, kimyasal maddelerin tıpta kullanımını başlattı.
XVII. VE XVIII. YÜZYILLAR
XVII. yy'ın başında, kimyanın bir bilim olduğu kabul edilmeye başlandı. Andreas Libavius'un ilk yöntemli kimya ders kitabı olan Alchemia (Simya) adlı yapıtı 1597'de yayınlandı ve simya, "ayıraçlar üretme, karışımlardan saf özütler elde etme sanatı" diye tanımlandı. Bu yüzyılda, hayvansal ve bitkisel maddelerin damıtılması yoluyla birçok yeni bileşik elde edildi; Georg Ernst Stahl, yanmanın ve paslanmanın bütünsel bir açıklaması olarak flojiston kuramını ortaya attı. Bu kurama göre, bir madde yakıldığı ya da bir metal paslandığı zaman, "flojiston" adı verilen varsayımsal bir maddeyi yitiriyordu. Odunkömürü gibi kolay yanabilen maddelerin çok miktarda flojiston içerdikleri, flojistonun doğrudan doğruya pasa aktarılmasıyla metalin yenilenmesinin sağlanabileceği düşünülüyordu.
Teknikteki gelişme: Havalı teknenin ve terazinin bulunması, XVIII. yy'da kimyanın gelişmesini hızlandırdı. Önceki yüzyıllarda, sıvılar ve katilar laboratuvarda zorluk çekilmeden ele alınmaya başlanmıştı; ama maddelerin ısıtılmasıyla oluşan gazlar, ancak hayvanların idrar keseleri kullanılarak incelenebiliyordu. Suyla ya da cıvayla doldurulan ve içinde, ters çevrilip gene suyla ya da cıvayla doldurulmuş bir kap bulunan havalı tekne, gazların kolayca toplanmasına, taşınmasına ve incelenmesine olanak sağladı. Joseph Black, havalı tekneyi kullanarak karbondioksidi (1756), Karl Scheele (1772) ve Joseph Priestley (1774) de gene aynı aygıtla oksijeni buldular.
Antoine Lavoisier, XVIII. yy'ın sonunda, flojiston kuramını çürütmek, yanmanın, paslanmanın ve biyolojik solunumun gerçek niteliğini belirlemek için teraziyi etkili biçimde kullandı. Cıva pasının ısıtılmasıyla oksijen açığa çıktığını ve belirli bir ağırlık yitimi olduğunu, oksijen ve cıva daha düşük bir sıcaklıkta ısıtılınca bu yitimin geri kazanıldığını gösterdi.
Kuramlardaki ilerleme: Lavoisier, bu deneylerle, yanma sürecinin, oksijen ile karbonlu maddelerin tepkimeye girmesi sonucunda karbondioksit ve su oluşumu olduğunu, solunumun da biyolojik yanma olduğunu ortaya koymuş, daha genel olarak, kimyasal elementi, "ısıyla ya da kimyasal tepkimeyle daha basit maddelere ayrıştırılmayan madde" diye tanımlamıştı. Bileşik de, "iki ya da daha çok elementin belirli ağırlık oranlarıyla birleşmesi" diye tanımlandı. Bu yenilikçi anlayış, kimyayı niceliksel bir temele oturttu. Buna göre, her elemente bir sayı ya da bileşim ağırlığı verilebilirdi; bu sayı ya da tam katları, elementin bileşik oluşturduğu ağırlığı gösteriyordu. Bu görüş ve buluşlarıyla Lavoisier, modern kimyanın başlatıcısı oldu.
John Dalton'un XIX. yy. başında ortaya attığı atom kuramı, Lavoisier'nin kuramlarını daha da genişletti. Dalton'ın varsayımına göre, her element, "atom" adı verilen ve kendine özgü bir ağırlığı olan çok küçük parçacıklardan oluşuyor, kimyasal tepkimeler, atomların birleşmesinden ya da yeniden düzenlenmesinden kaynaklanıyorlardı. Bununla birlikte, değişken olan bileşim ağırlıklarım atom ağırlıklarından ayırt etmenin kesin yolu, aşağı yukarı 50 yıl boyunca bulunamadı. Üstelik, molekül ağırlığı, yani belli bir bileşiğin standart sayıdaki molekülünün ağırlığı da, kesin olarak belirlenemedi.
XIX.YÜZYIL VE XX. YÜZYIL BAŞI
Yeni elementlerin bulunması ve sistemleştjrilmesi: XIX. yy'ın ilk yarısında gün geçtikçe artan bir hızla yeni elementler bulundu. Elektrolizin, yani bileşiklerin elektrik akımıyla ayrıştırılmasının bulunması, o döneme kadar ısıyla ya da kimyasal tepkimelerle ayrışyırılamayan bileşiklerin parçalanmasını başlattı. Alkali metaller, toprak alkali metaller, silisyum ve halojenler laboratuvarda incelendi. Michael Faraday, bir elementin eşdeğer ağırlığını (bileşim ağırlığını) serbest bırakmak için gerekli akım miktarının bütün elementlerde aynı olduğunu gösterdi. Elektroliz, o dönemin kimyacılarının düşünüşlerini derinden etkiledi ve Jons Jacob Berzelius atomların birleşmesine ilişkin ikici ya da elektro kimyasal kuramı tanımladı: Bütün atomlar ya artı ya da eksi yüklüdürler ve moleküller, karşıt yüklü atomlar arasındaki elektrostatik çekimle oluşur.
Atom ağırlığı ile özgül ısının çarpımının bir değişmez olduğunu belirten (1819) Pierre Dulong ve A. T. Petit, bileşim ağırlıkları ile atom ağırlıkları arasındaki ayrım konusunda daha açık bir görüş ortaya attılar. Buna göre, bir elementin özgül ısısı belirlenince, yaklaşık atom ağırlığı elde edilebilir. Sonra, bileşim ağırlığının bir tamsayıyla çarpılmasıyla, kesin atom ağırlığı bulunabilir. Oksijene bağlanan söz konusu ağırlık kesin olarak belirlendi ve bu hesaplamada kullanılan tamsayı, "elementin değerliği" diye adlandırıldı. Yöntemi kullanan Berzelius, atom ağırlıklarını içeren bir çizelge oluşturmayı başardı.
Almanya'da Karlsruhe kentinde toplanan Birinci Uluslarası Kimya Kongresi'nde(1860), bileşim ağırlıkları ile atom ağırlıkları arasındaki fark, daha iyi açıklığa kavuşturuldu. Stanislao Cannizzaro, Amadeo Avogadro'nun ileri sürdüğü, aynı sıcaklıktaki ve basınçtaki gazların eşit hacimlerinde aynı sayıda molekül bulunduğu varsayımının, molekül ve atom ağırlıklarını belirlemekte kullanılabileceğini gösterdi. 1869'da Dmitri Mendeleyev'in, 1871'de de Lothar Meyer'in periyodik çizelgeyi hazırlamaları, atom ağırlığı programının doruk noktasını oluşturdu; çizelge, çok sayıda elementi atom ağırlıklarına göre sistemleştiriyor ve fiziksel özellikleri ile kimyasal özellikleri arasında bağıntı kuruyordu. Mendeleyev, bu sistemleştirmeyi daha da ileri götürerek, çizelgesini, o zamanlar bilinmeyen üç elementin özelliklerini tahmin etmek için kullandı. Söz konusu elementler (galyum, skandiyum ve germanyum), sırasıyla 1875'te, 1879'da, 1886'da bulundu ve özelliklerinin, Mendeleyev'in tahmin ettiği özelliklerle çarpıcı bir benzerlik sergilediği ortaya kondu. Daha sonra periyodik çizelge, Lord Rayleigh ve Sir William Ramsay tarafından bulunan helyum, argon ve neon gibi soy gazları da kapsayacak biçimde genişletildi.
Kimyasal bağlanma kuradan: XIX. yy'ın ilk yarısında birkaç karbon bileşiği yalıtılıp, arılaştırıldı ve tanımlandı. Bunun üstüne, Berzelius'un ikici elektrokimyasal kuramının, söz konusu bileşiklerin çoğunda rastlanan kimyasal bağlanmayı açıklamakta yetersiz kaldığı anlaşıldı.
Elektronegatif bir element olan klorun, metan (CH4) gazında elektropozitif bir element olan hidrojenin yerini alma yeteneği, bunu çarpıcı biçimde ortaya koydu. Durumu açıklamak için, köklerle ve türlerle ilgili bir kuram geliştirildi. CH3 gibi belirli atom gruplarının (köklerin), kimyasal tepkimelerde birer birim gibi işlev gördüğü ve sözgelimi HCI'de, hidrojenin yerini aldığı varsayımı ortaya atıldı. HCI, "tür" diye adlandırılan şeyi temsil ediyordu. Öbürtürlersu (HOH), amonyak(NH3), hidrojen (H2) ve metandı (CH4). Böylece bir kök, sudaki bir hidrojenin yerini alarak alkol, iki hidrojenin yerini alarak eter oluşturabiliyordu.
Kök ve tür kuramları, birçok bileşiği sistemleştirmesine karşın, günden güne artan sayıda tür bulunmadıkça, bütün bileşikleri sistemleştiremiyordu. Bu dönemde atom ağırlığı, eşdeğer ağırlık ve molekül ağırlığı arasında açık bir ayrım yapılamaması, karışıklığı daha da artırıyordu. Ama türler kuramının ve metal organik bileşikler üstündeki incelemelerin ortaya koyduğuna göre, her atom yalnızca değişmez sayıda atomu ya da kökü bağlayabilirdi; sözgelimi hidrojen bir, oksijen iki, azotsa üç atomu bağlayabilirdi. Ama Friedrich Kekule von Stradonitz ve A. S. Couper (1831-92), karbonun dört atomu bağlamakla kalmayıp, başka karbon atomlarına bağlanarak zincirler ve halkalar oluşturabildiğini ileri sürdüler. Böyle bağların sayısı, "elementin değerliği" diye adlandırıldı. Daha kolay anlaşılması için bu, elementin taşıdığı "kanca" sayısı gibi düşünülebilir.
Değerlik kuramı, Aleksandr Butlerov tarafından, organik kimyanın yapısal kuramının ortaya konmasına yol açtı. Bu kuram, bileşimi, molekül ağırlığı ve molekül formülü aynı, ama kimyasal özellikleri çok farklı olan metil eter ve etil alkol gibi iki bileşiğin (örnekte C2H60) arasındaki farkları açıklamak için, bunları farklı yapısal formüllerle gösteriyordu (örnekte CH3—O—CH3 ve C2H5—OH;formüllerdeki çizgiler önemli değerlik bağlarını gösterir).
Jacobus van't Hoff (1852-1911) ve Joseph Le Bel, 1874'te bu formülleri genişletip üç boyutlu yaparak yeni bir alan olan stereokimyayı başlattılar. Stereokimya, yapıları aynı, ama özellikleri farklı bileşikler (stereoizomerler) arasındaki farkları açıklamakla kalmıyor, yaşam süreçlerinde önem taşıyan belirli bileşiklerin optik etkinliklerini de açıklıyordu. Alfred Werner, stereo kimyanın ortaya çıkardığı düşünceleri çok geçmeden geçiş metallerinin karmaşık bileşiklerine uyguladı. XIX. yy'ın sonunda organik kimya, kapsamlı bir yapı kuramına kavuşmakla kalmayıp, boyarmadde, parfüm, patlayıcı ve ilaç bireşimi için yeni yöntemler de geliştirmişti. Bu bireşimlerin başlangıç gereçleri, maden kömürü katranı sanayisinden elde ediliyordu.
Not:1869'da Dmitri Mendeleyev, periyodik yasayı ortaya koymuştur. Bu yasaya göre, bütün elementlerin kimyasal özellikleri, atom ağırlıklarıyla ilişkilidir. Mendeleyev, artan atom ağırlığına göre bir elementler çizelgesi düzenlediği zaman, benzer özellikler taşıyan elementlerin periyodik olarak yinelendiklerini fark etmiştir.
Fiziğin katkıları: XIX. yy'da kimyanın gelişmesi, mekanik, elektrik, magnetizma, termodinamik ve optik konularında önemli gelişmeler gerçekleştirilmiş olan fizikten büyük ölçüde bağımsızdı; bununla birlikte, iki alan arasında etkileşmeler vardı. Elektroliz ve kimyasal bataryalar (piller) elektrikle ilgiliydi. Bazı yeni elementler, özellikle Robert Bunsen tarafından, spektroskopiyle ("tayfgözlem") saptandı. Sulu tuz çözeltilerinin elektrik iletkenliği, çözelti oluşturan tuzların yüklü parçacıklar halinde parçalandığını gösteriyordu. 1884'te Svante Arrhenius, elektrolitikle ayrışma kuramını geliştirdi. Yüzyılın ortalarında Germain Hess, Marcelin Berthelot ve Julius Thomson, tepkime ısılarını ölçmek için termodinamiği kimyaya uyguladılar. J.Willard Gibbs Jr. heterojen dengelerin termodinamiğini geliştirdi ve evre (faz) kuralını belirledi (1876). Ayrıca istatistiksel mekanik dalını geliştirdi.
Spektroskopiyle kimyasal çözümleme: Gazların içinden elektrik akımı geçirerek bunları spektroskopi (tayfgözlem) yöntemiyle çözümleme olanağı, çok önemli bir yeni çözümleme yöntemi oldu. Erimiş katiların ve sıvıların içinden elektrik geçirmek için kimyasal elektrik bataryalarının kullanılması, yeni elementlerin yalıtılmasını ve ikili molekül yapısı kuramının geliştirilmesini sağladı. Bununla birlikte, bir cam tüp içinde düşük basınçlı gaz sağlayacak verimli bir vakum pompası bulununcaya kadar, gazların elektrolizi gerçekleştirilemedi. Böyle bir gaza elektriksel potansiyel uygulandığında, gaz iletken duruma gelir ve spektroskopla (tayfgözler) çözümlenebilen gözle görülür bir ışıma üretir.
Bu boşalım tüpünün geliştirilmesi, modern fiziğin ve kimyanın gelişmesinde temel etkenlerden biri oldu. Boşalım tüpünün içindeki elektrik yükü taşıyıcılarının hem artı (kanal), hem de eksi (katot) ışınlar içerdikleri saptandı. Artı ışınlar, boşalım tüpünde farklı gazlar bulunduğu zaman farklı iyonlaşmış atomlardan oluşuyordu; ama katot ışınları, tüpte kalan gaz ne olursa olsun her zaman aynıydı. Sir Joseph John Thomson, 1897'de katot ışınlarının elektronlar olduklarını belirledi. Francis Aston, magnetik ve elektriksel alanları uygun biçimde düzenleyerek, bir kütle spektroskopu yaptı ve artı yüklü ışınların iyonlarını atom ağırlıklarına göre ayırmakta kullandı. Bu yolla, farklı türdeki atomları birbirinden ayırma olanağının bulunmasının yanı sıra, bazı elementlerin farklı ağırlıklarda atomlardan oluştukları da belirlendi (bunlara "izotop" adı verildi).
Boşalım tüpünden yayılan ışıma, görülür bir parlamadan oluşuyordu; bu parlama bir spektrografla (tayfçeker) çözümlendiğinde, boşaltılmış boşalım tüpündeki gaz izlerine özgü ayrı tayf çizgileri gösteriyordu. En basit atom olan hidrojenin tayfının bile karmaşık görünmesi şaşırtıcı bir sonuçtu: Dalga boyları büyük bir kesinlikle belirlenebilen bir dizi ayrı çizgiden oluşuyordu. Bu karmaşıklığın açıklaması aşağı yukarı kırk yıl sonra yapılabildi. 1885'te Johann J. Balmer, hidrojenin görünür tayfındaki çizgiler arasında basit bir matematiksel ilişki bulunduğunu gösterdi. En uç morötesi (morüstü) ve kızılötesi (kızılaltı) bölgelerde de benzer bir ilişki saptandı. Böylece, hidrojen atomunun dalga, boyundaki her tayf çizgisi, aşağıdaki tek formülle gösterilebildi.
Formülde N2 ve N, birer tamsayıdır; N1 ,N2'den büyüktür ve N2, verilen bir dizi için değişmezdir. Hidrojen için değeri 109 678,76 cm-1 olan R, evrensel bir değişmezdir. Alkali metallerin ve alkali toprak metallerinin tayf çizgileri için de benzer bir formül bulundu.
Atomun yapısı: Niels Bohr, hidrojen atomuyla ilgili kuramını 1913'te ortaya attı. Bu kuram, hidrojen atomunun, çok büyük bir artı yüklü çekirdek ile çekirdeğin çevresinde belirli ayrı yörüngelerde (yörüngeler, "ku-vantum sayıları" denilen ve n harfiyle gösterilen tamsayılarla tanımlanır) dolaşan bir elektrondan oluştuğunu varsayıyordu. Bohr, atomun enerjisi ile elektronun yörüngesi arasında da bağıntı kurdu ve bu bağıntının r/ n2'ye eşit olduğunu belirledi (burada r, elektron yörüngesinin yarıçapıdır). Ayrıca, ışık yayımının ve soğurumunun, atomdaki iki yörünge arasında gerçekleşen "kuvantum sıçraması"yla belirlendiğini savundu. Rydberg değişmezini (R), bilinen fiziksel değişmezler açısından tanımlamayı ve değerini birkaç yüzdelik nokta içinde hesaplamayı başardı. Sonradan basit Bohr kuramı, başka atomları da kapsayacak biçimde genişletildi ve hidrojenle ilgili bir dizi kuvantum sayısı kullanılarak daha da geliştirildi.
Çok değerli yönlerine karşın, Bohr kuramının bazı eksikleri vardı; özellikle, kendi içinde tutarlı değildi.
1925'te Louis de Broglie, elektronların dalga özellikleri taşıdıklarını ileri sürdü. ABD'de Clinton Davisson ve Lester Germer, İngiltere'de de Sir George Thomson, elektronların billurlarla kırınımını göstererek bu savı doğruladılar. Erwin Schrödinger, kavramı geliştirerek, dalga mekaniğini kurdu; Paul Dirac, Werner Heisenberg ve John von Neumann da dalga mekaniğini geliştirdiler. George Uhlenbeck ve Samuel Goudsmit tarafından elektron dönüsünün (spin) bulunması, atom ve molekül yapısının anlaşılmasında çok büyük bir ilerleme sağladı; magnetizma ve kimyasal bağlanma kuramlarını önemli ölçüde etkiledi. Wolfgang Pauli'nin 1925'te dışlama ilkesini, Heisenberg'in de 1927'de belirsizlik ilkesini tanımlamaları, yeni bir kuvantum kuramının oluşturulmasını sağladı.
Gaz boşalımı tüpü de maddenin yapısı konusunda yeni bilgiler sağladı. 1895'te Wilhelm Roentgen, boşalım tüpünün yaydığı, maddelerin içinden geçebilen görünmez bir ışımayı (X ışınımı ya da röntgen ışını) buldu. Bu ışımanın ayırıcı özelliklerini, boşalım tüpündeki elektrot belirliyordu. 1913'te Henri Moseley, her elemente özel bir tamsayının, yani atom sayısının verilebileceğini göstermek için X ışını spektroskopisinden yararlandı ve atom sayısının çekirdekteki artı yüke eşit olduğunu, ayrıca elementin periyodik çizelgedeki konumuyla da ilgisi bulunduğunu ortaya koydu. Böylece Bohr'un basit kuramı genişleyerek, karmaşık atomları da kapsamına aldı. 1916-1920 yılları arasındaki dönemde Gilbert Lewis, Walter Kossel, irving Langmuir ve Nevil Sidgwick, atomun yapısı konusundaki bu son düşüncelerden yararlanarak, değerlikle ilgili bir kuvantum kuramı geliştirdiler. Kuram, Linus Pauling, Erich Huckel ve Henry Eyring tarafından daha da geliştirildi.
XX. yy'ın ilk yarısında, çekirdekle ilgili uzun erimli buluşlar yapıldı. Boşalım tüpünün yaydığı ve maddelerden geçebilen ışımayla dolaylı ilgisi bulunan deneyleriyle Antoine Becquerel, bütün uranyum tuzlarının bu tür ışınım yaydıklarını buldu. Buluşu, radyoaktiflik (ışınetkinlik) çağını başlattı. Marie ve Pierre Curie, radyoaktif polonyum va radyum elementlerini buldular. Sir Ernest Rutherford, doğal radyoaktiflik konusunda "kendiliğinden çekirdek dağılması" kuramını geliştirdi. 1919'da Rutherford, yapay yoldan ilk element dönüştürümünü yapmayı başararak, simyacıların düşünü gerçekleştirdi: Azotu alfa parçacıklarıyla bombardıman edip, azotun oksijene, alfa parçacıklarının da protonlara dönüşmesini sağlamıştı. Bu olay, yeni bir alan olan nükleer kimyanın başlamasını sağladı. 1932'de Sir James Chadwick'in nötronu bulması, İrene ve Frédérick Joliot-Curie'nin yapay radyoaktifliği bulmasına, uranyumötesi elementlerin bireşiminin yapılmasına ve çekirdek bölünmesinin (fisyonun) gerçekleştirilmesine yol açtı. Periyodik çizelge, Glenn Seaborg tarafından 103 atom sayısına kadar, karşımaddenin bulunmasıyla da eksi atom sayılarına kadar genişletildi. Çizgelgedeki boşluklar, gün geçtikçe artan sayıda izotopla dolduruldu.
Not: Alman fizikçisi Wilhelm Conrad Roentgen, 1895te X ışınlarını bulmuş ve 1901 ‘de ilk Nobel Fizik Ödülü'nü almıştır. Buluşu, bilim adamlarına atomun yapısına ilişkin araştırmalarını genişletme olanağı sağlamıştır.
YAKIN DÖNEMLERDEKİ GELİŞMELER
İnorganik kimya: ikinci Dünya Savaşı'nda yapılan araştırmalar, inorganik (ya da anorganik) kimya alanında gerçekleştirilen önemli ilerlemelerin itici gücü oldu. Atom silahı ve nükleer enerji projeleri nedeniyle, uranyum ve uranyumötesi elementlerle, flüor bileşiklerinin kimyasıyla, zirkonyum gibi yakıt elementi bileşenlerinin metalürjisiyle ilgili araştırmalar yoğunlaştı. Çekirdek bölünmesiyle (fisyon) oluşan ender toprak elementleri, kromatografi yöntemiyle arı halde ayrıştırıldı ve kimyasal incelemelerde kullanıldı. Neil Bartlett, soy gazlardan bileşikler elde etti.
Günümüzde modern elektronik, inorganik kimyaya büyük ölçüde bağımlı duruma gelmiştir. Katı hal aygıtlarının yerini vakum tüpleri almış, vakumun yerine son derece saf katı matris kullanılmaya başlanmıştır. Germanyumun, silisyumun ve başka yarıiletkenlerin tek billurlarının oluşturulması, bir sanayiye dönüşmüştür. Renkli televizyon ekranlarında, güneş pillerinde, lazerlerde, ışıliletkenlerde, fotokopi işlemlerinde ve ısılelektrik aygıtlarında bileşik, yarıiletkenler kullanılmaktadır. Modern bilgisayarlarda, ses ve görüntü kaydedici aygıtlarda, bilgileri depolamak için magnetik gereçler kullanılmaktadır. Mikroelektronik alanı, tek billur yongalar üstünde çok saf filmler oluşturmak için inorganik kimya tekniklerinden yararlanmaktadır.
"Karmaşık bileşikler" diye adlandırılan inorganik bileşikler grubunun, klasik değerlik bağlarının yanı sıra, düzenleşim bağlarıyla birleşmiş atomlar ya da atom grupları içerdiği de bulunmuştur. 1891 'de Alfred Werner, bu tür aminleri, hidratları, çift siyanürleri, çift tuzları sınıflandırmış ve bu atom gruplarını birleştiren ikincil bağların varlığını öngörmüştür. 1920 yıllarında Nevil Sidgwick, merkezdeki bir alıcı atom (çoğunlukla bakır gibi bir geçiş elementi) ile amonyak ya da klorür iyonu gibi belirli sayıdaki verici molekülleri göz önüne alarak, Werner'in kuramını yeniden tanımlamış, ikincil değerlik bağı, elektron çiftleri içeren bir düzenleşim bağı olarak gösterilmiştir. Karmaşık bileşiklerin stereokimyası, izomerliği ve optik özellikleri geniş biçimde incelenmiş, vericinin bir organik kök olduğu organometalik bileşikler, XX. yy'ın ortalarında yoğun biçimde araştırılmış, inorganik ve organik bileşikleri birbirine bağlayan veni bir kimya geliştirilmiştir. Polimerler, plastikler silikonlar), yükseltgenme gidericiler, böcek ve zararlı ot öldürücü tarım ilaçları gibi organometalik bileşikler geniş bir kullanım alanı bulmuşlardır. Ayrıca, hidrojenleme ve polimerleştirme işlemlerinde katalizör olarak da kullanılmaktadırlar.
XX. yy'da, yapısal belirleme için birkaç teknik geliştirilmiştir. Bunların en önemlisi, X ışını kırınımıdır. Max von Laue, bir tek billurun (çinko sülfür billurunun) kırınım biçimini ilk olarak 1912'de elde etmiş, Von Laue, William H. Bragg ve oğlu William L. Bragg, bu kırınım biçimlerinin, billurdaki atom dizilişini belirlemekte kullanılabileceğini göstermişlerdir. Gaz moleküllerinin yapısı, elektron kırınımıyla, kızılötesi spektroskopisiyle ve mikrodalga spektroskopisiyle belirlenmiş, moleküller içindeki elektrik yükü dağılımı, maddelerin dielektrik özelliklerinden çıkarsanmış, magnetik ölçümlerden de önemli yapısal bilgiler elde edilmiştir. E. K. Zavoiski'nin 1945'te bulduğu paramagnetik elektron yankılaşımı, geçiş elementlerinin inorganik kimyasında ve köklerin incelenmesinde önemli bir araştırma tekniği olmuştur.
Organik kimya: Organik kimya da XX. yy'da hızla gelişti. İkinci Dünya Savaşı'ndan önce organik kimya kömür katranı sanayisine dayanırken, savaştan sonra petrol, başlıca organik bileşik kaynağı oldu. Plastik, lif ve çözücü sanayileri için petrokimya sanayisi ürünleri, binlerce tonluk partiler halinde üretildi. Değerli yeni ilaçların bireşimi yapıldı: Paul Ehrlich salvarsanın (1909) Sir Robert Robinson tropinonun (1917) ve antosiyaninlerin (1931), Sir Walter Haworth, E. L. Hirst ve Thadeus Reichstein C vitamininin (1933), Robert Woodward karmaşık alkaloyitlerin, Lord Alexander Todd nükleotitlerin ve koenzimlerin, Gerhard Domank ilk sülfa ilacı olan prontosilin (1932), J. Trefoel sülfanilamitin (1936) bireşimini gerçekleştirdiler. Antibiyotik penisilin, 1957'de laboratuvarda elde edildi.
Organik kimyada yapısal belirlemeyi ve çözümlemeyi, modern teknikler kolaylaştırmıştır. Morötesi, görünür tayf ve kızılötesi spektroskopisi, X ışını kristalogratisi, kütle spektrometrisi, magnetik yankılaşım spektrometrisi, söz konusu tekniklerin başlıcalarıdır. Çeşitli kromatografi yöntemleri, karmaşık karışımların ayrıştırılmasın! kolaylaştırmıştır.
Fiziksel kimya: Fizik ile kimyanın kesiştiği alandaki bir dal olan fiziksel kimya, kimyasal maddelerin makro özelliklerini ve basınç, sıcaklık, ışık, elektrik gücü, magnetik güç koşulları altında uğradıkları değişiklikleri inceler. Bir çözücü içinde erimenin (ya da kimyasal tepkenliğin) neden olduğu değişiklikleri de araştırır. Fiziksel kimyanın ayrı bir bilim olarak tanınmasına, Wilhelm Ostwald katkıda bulunmuştur.
XX. yy'da özel olarak incelenen konular arasında, İrving Langmuir'in incelediği gazların yüze tutunması, Giulio Natta ve Karl Ziegler'in inceledikleri kataliz, Sir Cyril Hinshelwood ve Nikolay Semenov'un inceledikleri kimyasal tepkimelerin kinetiği sayılabilir. Gazlara ilişkin kinetik kuramı, sıvı hal, çözelti kuramı, elektrokimya ve termodinamik, Lars Onsager tarafından incelenmiş, İlya Prigogine, evre dengesi ve ışıikimya alanları ile maddelerin elektriksel ve magnetik özelliklerini araştırmıştır. "Üstüniletkenlik" adı verilen düşük sıcaklık olgusunun ilk olarak 1911'de gözlenmesinden sonra gerçekleştirilen gelişmelerle, 1980 yıllarında bilim adamları, nispeten yüksek sıcaklıklarda üstüniletken olan maddeler bulmuşlardır.
Kimyasal fizik: XX. yy'ın ikinci üçte birlik bölümünde, kimyasal fizik, yeni bir bilim dalı olarak ortaya çıkmıştır. Kimyasal fiziğin fiziksel kimyadan ayrıldığı nokta, farklı kimyasal maddelerin mikroskopik özellikleriyle (tayflar, X ışını yapıları, mikrodalga spektroskopisi, magnetik yankılaşım incelemesi) ilgilenmesi ve ulaştığı sonuçları, atom ve molekül kuramları açısından yorumlamasıdır. Bu yorumlar, kuvantum kuramını temel alır.
Analitik kimya: Çözümlemede kullanılan standart ağırlık ve hacim ölçüm işlemlerinin yerini XX. yy'ın son yarısında araçsal yöntemler almıştır. Günümüzde uygulanan kimya öğretimi programında, söz konusu klasik çözümleme tekniklerinin öğretimi çok az yer tutar. Birkaç miligram ağırlığındaki örneklerin çözümlenmesine olanak sağlamak için 1917'de Fritz Pregl'in geliştirdiği mikroteknikler, mikrokimyanın gelişmesinde ilk aşamayı oluşturmuştur: Günümüzde bu dal, nötron etkinleştirme, kütle spektrografisi ya da flüorışıl spektrometri yöntemlerini kullanarak yalnızca 100 atomu bile inceleyebilmektedir. X ışını soğurum spektrorhetresi, araştırmacılara, kimyasal maddelerin atom ve molekül yapılarını aydınlatma olanağı sağlamıştır. Bilim adamları, maddeyi atom düzeyinde ele almak için, bir tür elektron mikroskopu olan tarayıcı tünelli mikroskopu kullanmakta, hızlı kimyasal tepkimelerin ayrıntılarını gözlemlemek için, kısa süreli ışık atımları yayan lazerlerden yararlanmaktadırlar.
Özet olarak, günümüzde kimya, deneysel çalışmalarda karmaşık araçlar kullanan, sonuçları yorumlarken son derece gelişmiş bir kuramsal yaklaşımı benimseyen ve dünya ekonomisinin her kesimini etkileyen son derece gelişmiş bir bilim dalı haline gelmiştir.