Hidrojen Gazı Nasıl Bulunmuş? Hayatımıza Ne Tür Etkileri Olmuş?

Su hangi elementlerden meydana gelmiş bir bileşiktir?

Bunu bilmeyecek ne var? H2O işte, iki hidrojen atomu bir oksijen atomu ile kimyasal reaksiyona girmiş ve su oluşmuş.

Peki bir soru daha size.

Suyu kaynatırsanız ne elde edersiniz? Mesela hidrojen ve oksijen gazları oluşur mu kaynayan sudan?

Tam olarak bilemiyorum, ama bildiğim kadarıyla kaynayan su buhar oluyor, sonra da soğuyunca tekrar bildiğimiz sıvı su oluyor. 

Hayır, sanmıyorum, kaynayan sudan sadece su buharı oluşur, oksijen ve hidrojen elde etmek için elektroliz yapmak gerekli.

***

Bir soru daha, havanın içinde hidrojen gazı var değil mi?

Tabii ki! Çok az, ama olması lazım.

Bildiğim kadarıyla havanın oldukça büyük kısmı, %78 gibi bir oranı azot gazı, sonra %21 gibi oksijen var, geri kalan %1-%1,5 gibi kısmı da su buharı ile diğer gazlar, argon, karbondioksit, neon, helyum, metan, kripton ve hidrojen de dahil tabii ki bu listeye. Atmosferin üst kesimlerinde ozon dediğimiz üç oksijen atomundan meydana gelen (O3) gaz da var.

Tamam, bakın birazdan son bir soru daha soracağım ve bu soru tam olarak düşündürücü bir soru olacak.

Henry Cavendish, hidrojen elementini 1766'da keşfetmiş. 

Bu tarihte henüz elektrik de keşfedilmiş değil, elektriği keşfeden kişi olarak Benjamin Franklin yazılı tarihi kayıtlarda. 

Gerçekten Benjamin Franklin yıldırım ile elektrik arasındaki bağlantıyı 1752 yılında ortaya çıkartmış. 

Statik elektrik çok eski zamanlardan beridir biliniyor zaten. Tarihçesi Miletli Thales’e kadar dayanıyor, milattan önce 600’lü yıllar. 

Yıldırımlar da insanlık tarihi boyunca insanların gözlediği bir şey.

Ancak bildiğimiz anlamda elektrik çok daha sonraları kullanıma girmiş durumda.

En son Tesla ve Edison ile kitlelerin kullanımına sunulmuş olduğunu biliyorsunuz elektriğin zaten.

Ondan önce ise 1800’lü yıllarda ilk kez elektrik üretimini başaran ise İtalyan fizikçi Alessandro Volta. 

O yüzden bugün elektrik üzerine kullandığımız ölçü birimlerinden biri volttur.

Elektrik üzerine ciddi çalışmalar yapan bilim insanı ise Michail Faraday’dır. 1831 yılında Faraday ilk dinamoyu keşfeder. Daha yaptığı birçok şey var da, tarih sıralaması açısından bu kadarı yeterli şimdi.

Sonrası da 1878’ de Edison’un ampulü bulması, Nikola Tesla’nın alternatif elektrik enerjisi üretmesi.

Arada elektrik üzerine çalışmalar yapmış Fransız fizikçi Andre-Marie Ampere’i, George Simon Ohm’u ve diğer değerli bilim insanlarını da sayacak olursak, elektriğin kullanıma girişi oldukça sonraları olmuş diyebiliriz.

En azından hidrojen gazının keşfinden çok daha sonraları olmuş demeliyiz.

Yani sudan elektroliz yöntemiyle hidrojen üretmek hidrojenin keşfedildiği o 1766 tarihinde henüz mümkün değilmiş.

O zaman düşündürücü soru geliyor.

Havada öyle bol miktarda yok hidrojen, sudan elektroliz yöntemiyle ayrıştırmak da mümkün değil o tarihte…

Peki o zaman Henry Cavendish, hidrojen elementini 1766'da nasıl keşfetmiş?

***

Henry Cavendish bir İngiliz kimyacı. 1731-1810 yılları arasında yaşamış.

Ancak 1749-1753 yılları arasında Cambridge Üniversitesine bağlı Peterhouse kolejine gitmiş olsa da burayı bitirememiş ve sonra kendisi bir laboratuvar kurarak 50 yıla yakın süre laboratuvarında kendi başına çalışmış. Bu sürede çalışmaları konusunda doğru dürüst bilimsel yayın bile yapma gereği duymamış, zamanının çoğunu laboratuvarında çeşitli deneyler yaparak içine kapanık bir yaşam sürmüş. 

Bu sürede yaptığı bilimsel yayınlar sadece 20 adet kadar.

Çok çeşitli alanlarda gerçekleştirdiği deneylerle, havanın bileşimi, hidrojenin niteliği ve özellikleri, bazı cisimlerin özgül ısıları, suyun bileşimi ve elektriğin çeşitli özellikleri gibi konularda buluşlar yapmış. Hatta kendi geliştirdiği bir deney yöntemiyle Dünya’nın kütlesini ve yoğunluğunu bile oldukça doğru değerde ölçebilmiş. 

Bu deneyi merak edenler Cavendish deneyi diye araştırırlarsa deneyin detaylarına internetten ulaşabilirler. Kurşun kürelerle yaptığı kütle çekimi üzerine bir deney ve Dünya’nın kütlesini Isaac Newton’un kütle çekim formülleri ile oldukça doğru sonuca ulaşarak hesaplıyor.

***

Evet, Henry Cavendish hidrojen gazını tahmin edeceğiniz üzere asitler içerisine attığı metal çinko parçalarla keşfetmiş.

Gerçi kendisinden önce de asitlerin kimi metallerden gaz çıkardıkları biliniyormuş. Ancak çıkan gazın özellikleri ve havadan daha hafif ve yanıcı bir gaz olduğunu keşfeden ilk kişi Henry Cavendish olmuş.

Daha öncesinde 1627-1691 yılları arasında yaşamış olan İrlandalı fizikçi Robert Boyle, yine gazlar üzerinde çalışırken hidrojen gazının da farkına varır, ama çok da üstünde durmaz bu gazın. O da asitlerden kimi metaller sayesinde bir gaz çıktığını anlar.

***

Küçüklüğümde ben de evde asit içine attığım çinko parçaları ile uçan balon yapmıştım. Gerçi güzel emaye kaplaması olan döküm sobamıza asit sıçratıp asitin kaplama üzerinde bıraktığı iz yüzünden annemden iyi bir de sopa yemiştim, ama severdim böyle şeylerle uğraşmayı. Neticede balonları hidrojen doldurup uçurmayı başarmıştım.

Asiti nereden mi bulmuştum?

Evde vardı, hem hidroklorik asit, hem de arada sülfürik asit, yani kezzap olurdu evde. Klorlu asit kezzap kadar kötü kokulu olmazdı, ama o da kuvvetli bir asitti. Annem taşlık yerleri, tuvaletleri kezzapla ya da klorlu asitle teneşirlerdi. 

Eskiden evlerde çok kullanılırdı asit. Şimdiki gibi bin türlü kimyasal temizleyici yoktu o zamanlar. Kezzap! Her derde deva!

Zaten banyolar tuvaletler de şimdiki gibi fayans kaplama olmazdı. Mozaik deriz ya, çimento aralarında küçük beyaz çakıl taşları olur, merdivenler falan da hep mozaik yapılırdı. Banyolar ve tuvaletler de.

İşte kezzap da mozaik için birebir temizleme kimyasalıdır.

***

Henry Cavendish o zamanlar bu gaza kendisi “yanar hava” adını verir.

Hava üzerine yaptığı deneylerden havanın azot ve oksijen dışında başka gazlar da içermesi gerektiğinin farkına varmış, ama hava içerisindeki diğer gazlar kendisinden yüz yıl sonrasında ancak tespit edilebilmiş.

Canlıların hava soluyarak geriye karbondioksit saldığını keşfeden de kendisi.

Elektrik üzerine de deneyleri var ve Michael Faraday daha sonra onun çalışmalarından faydalanacak.

Elektrik yüklü iki cismin arasındaki kuvvetin mesafenin karesi ile ters orantılı olduğunu ilk söyleyen kendisi. Daha sonra Charles Augustin de Coulomb bu teoriyi formüle dökecek ve bugün Coulomb yasası dediğimiz elektrostatiğin bu temel yasasını ortaya koyacak.

Kısacası Henry Cavendish zamanının en büyük bilim insanlarından biri olarak anılıyor.

Aslında kimya üzerine bulduğu en önemli sonuç suyun bir element olmadığı sonucu. Demek ki başlangıçta su tek bir element olarak düşünülüyormuş.

Suyun oksijen ve hidrojen sentezinden, yani onun hidrojen gazına verdiği ad ile oksijen ve “yanar hava”dan oluştuğunu bu hafif ve yanıcı gaz üzerine yaptığı deneylerden bir şekilde keşfetmiş. 

Çünkü yanan hidrojen su buharı oluşturuyormuş. 

Buradan suyun içinde hidrojen olduğunu anlar Henry Cavendish.

Üstelik yaptığı ölçümlerle suyun bir birim oksijen ile iki birim hidrojenden oluştuğunu da keşfetmiş, yani bugün bildiğimiz kimyasal formülü ile suyun H2O olduğunu ispatlamış. Tabii o zamanlar henüz oksijen gazı da tam olarak sentez edilebilmiş değil, bu sonuca nasıl vardığı gerçekten ilginç.

***

Evet, suyun içindeki oksijenin ve hidrojenin ayrıştırılması ise daha sonraki yıllarda başarılabilecektir.

Antoine-Laurent de Lavoisier, Fransız bir kimyacı. 

1743-1794 yılları arasında yaşamış ve genç yaşta, 51 yaşında hayata gözlerini yumsa da hem kısa yaşamında iki devrim görmüş (biri Fransız devrimi, diğeri de bilim dünyasındaki devrim, simyadan kimyaya dönüş devrimi) kimya üzerine oldukça önemli buluşlar yapmış.

En önemli buluşu bugün oksidasyon adını verdiğimiz oksijeninin kimyasal reaksiyonlardaki rolünü ortaya koymuş olması. 

1778 yılında oksijen gazını saf halde sentezleyip, bu gaza oksijen adını verir. 

1783 yılında da hidrojen gazına hidrojen adını veren kişidir Lavoisier. 

Hidrojen gazı üzerine Henry Cavendish çok deney yapmış ve gazı ve bu gazın bir çok özelliğini keşfetmiştir.

Ancak o bu gaza “yanar hava” demektedir.

Lavoisier Henry Cavendish’in suyun oksijen ve hidrojenden oluştuğu üzerine görüşünden yola çıkarak “Lavoisier'in silah namlusu deneyi” (Lavoisier's gun barrel experiment) adındaki deney ile resmen suyun içinde hidrojen olduğunu kanıtlamış.

Ve ardından bu gaza Latince su anlamına gelen “hidro” ve doğuran, yani yapan anlamına gelen “genes” sözcüklerinin birleşimi olan “hidrojen” adının daha uygun olduğuna karar verir. Dünya da Lavoisier ile aynı fikirde ki, bugün artık bu gaza hidrojen diyoruz.

Ruslar bile Rusçaya düz tercümesini kullanıyorlar, varda-rod, su doğuran.

Zaten oksijeni de yine Latince asit (keskin, ekşi) anlamına gelen “oksyd” ve doğuran, yani yapan anlamındaki “genes” sözcüklerini birleştirerek adlandırmış.

Biri su yapan gaz, hidrojen. Diğeri asit yapan gaz, oksijen. Su ise hidrojenin okside olmuş hali, aynı demir oksit gibi.

Lavoisier yaptığı “silah namlusu deneyi”nde gerçekten uzun bir tüfek namlusu kullanmış. Su buharını iyice kızgın hale getirdiği namlu içinden geçirmiş, ve suyun içindeki oksijenin namlunun içini karartarak okside ettiğini, namlunun diğer ucundan ise hidrojen gazının çıktığını görerek, suyu ilk defa bileşenlerine ayırmayı başaran kişi olarak tarihe geçmiş.

O tarihte henüz elektrik yok tabii ki, ama o suyun içindeki hidrojeni daha başka bir yöntemle ayrıştırmayı başarmış.

Bugün artık kimyasal olarak bunun nasıl olabileceğini anlayabiliyoruz, ancak o yıllarda o bir sihirbazdı muhtemelen.

Bir ucundan buhar veriyorsun, diğer ucundan yanıcı buhar elde ediyorsun!

***

William Nicholson, 1753-1815 yılları arasında yaşamış yine bir başka İngiliz kimyacı.

1800 yılında Alessandro Volta’nın bulduğu elektrik pilini kullanarak ilk defa suyu elektroliz yöntemi ile oksijen ve hidrojen gazlarına ayrıştıran bilim insanı!

Elektrik konusunda da Alessandro Volta’nın düşüncelerini deneysel olarak hayata geçiren kişi kendisi. Volta daha çok hesap insanı.

Nicholson aynı zamanda kimyasal reaksiyon ile elektrik üreten ilk kişi olmuş, aynı zamanda bu sayede voltaik akımı keşfetmiş ve bu keşfi onu o günün şartlarında en ünlü bilim insanı yapmış.

***

Evet, benim “geleceğin yakıtı” diye gördüğüm, tahmin ettiğim hidrojenin keşfi bu aşamalardan geçmiş. 

Daha önce birçok yazı yazmıştım yakıt hidrojen üzerine, ama sanırım bu yazıdaki gibi hidrojenin tarihsel keşfinden ve bilimsel gelişiminden bahsetmemiştim.

Tabii hidrojen periyodik tablonun da ilk elementi olarak doğadaki en hafif element.

Bu özelliği ile aslında bir de zeplinlerde kullanılmış bir zamanlar. 

Ondan önce de günlerce asitler içine çinko atılarak bugün turistik amaçlarla kullanılan bildiğimiz sepetli balonlarda da kullanılmış.

Ancak hidrojenin en hafif gaz olmasına rağmen yanıcı özelliği, özellikle de bir zeplin kazası sonuncunda çok sayıda yolcunun ölmesi sebebiyle ("Hindenburg" zeplin kazası) hem zeplinlerden bir hava aracı olarak vaz geçilmesine sebep olmuş, hem de bu kaza aynı zamanda bugünkü turistik balonlarda artık sıcak hava ya da helyum gazı kullanılmasının önünü açmış. 

Helyum hidrojen gibi çok hafif, ama oldukça maliyetli bir gaz, sıcak hava ise maliyet açısından daha ekonomik. Sonuçta ikisi de daha emniyetli olduğundan bugün her ikisi de turistik balonlar için uygun.

Bu arada zeplinler bildiğim kadarıyla özellikle meteorolojik amaçlarla halen daha küçük boyutlu da olsalar kullanımda.

***

Hidrojenin bu yanıcı özelliği otomobillerde yakıt olarak kullanılmasına engel değil mi peki?

Aslında hayır, depolanması LPG gaz depolanmasından çok daha tehlikeli değil, yani aslında yeterli önlemlerin alınması şart. Deponun çok sağlam yapılması gerekiyor.

Ama iyonize hidrojenden elektrik üretilmesine yarayan özel filtreli blok içinde otomobillerdeki kullanımında öyle aniden yanması, parlaması gibi bir sorun mümkün değil. Bu işlem oldukça kontrollü bir oksidasyon.

Sonuçta otomobillerin havayı kirleten egzoz gazları yerine havaya bildiğimiz su buharı salması çevre kirliliğinin önlenmesi açısından oldukça önemli. O yüzden hidrojen bu anlamda en efektif yakıt olarak düşünülebilir.

Ancak hidrojenin üretiminin de yeşil enerjiler vasıtasıyla yapılması gerekli. Daha önceki yazılarda bu konuya değinmiştim.

Bugün olduğu gibi büyük oranda doğalgazdan hidrojen üretmeye kalktığınızda, ha otomobiller o zehirli gazları salmışlar atmosfere, ha hidrojen üretim tesisleri salmışlar, fark eden bir şey olmuyor.

Neyse, bu konuları yazdım zaten daha önce.

***

Sanırım Henry Cavendish’e ve diğer değerli bilim insanlarına bilim dünyasına katkıları sebebiyle teşekkür borçluyuz.

Bilimle kalın diyerek bitireyim.

Moskova’dan herkese sevgi ve saygılarımla