İndiyum, iyot ve sezyum… Bir önceki bölümde de söylediğimiz gibi bu bölümde de isimleri spektrumlarıyla ve renkleriyle doğrudan bağlantılı olan diğer bir 3 elementi konu alıyoruz. Peki, bu bölümde ele alacağımız üç element ne zaman keşfedildi? Bu elementlerin hangi renklerle yahut spektrum analizleriyle ilişkisi vardı? Elementlerimizin keşfi sırasında ne gibi olaylar yaşandı? Elementlerin Hikâyesi 18. Bölüm başlıyor…
(intro)
1863 yılıydı… Alman kimyager Ferdinand Reich; Saksonya, Freiberg çevresindeki madenlerden çıkan cevherleri analiz ediyordu. Pirit, arsenopirit, galenit ve sfalerit minerallerini hidroklorik asitte çözüp ham çinko klorürü damıtmıştı. Reich analizlerine spektrum ölçümleriyle devam etmek istemişti ancak şöyle bir sorun vardı: Reich renk körüydü. Durum böyle olunca başka bir Alman kimyager Hieronymous Theodor Richter’i spektrum analizlerinde kendisine yardımcı olması için asistan olarak görevlendirdi. O bölgede daha önce talyum içeren mineraller keşfedilmişti. Reich de bunu bildiği için inceledikleri emisyon spektrum analizlerinde talyuma ait yeşil çizgileri aramaktaydılar. Ancak bunun yerine parlak mavi bir çizgiyle karşılaştılar. Bu mavi çizgi daha önce bilinen herhangi bir elementin spektrum çizgileriyle uyuşmuyordu. Bu yüzden minerallerin içinde yeni bir element olabileceğini duyurdular. Bu yeni elemente indigo rengindeki spektrum çizgisiyle keşfedilebildiği için Latincede indigo anlamına gelen “indicum” kelimesinden türeterek indiyum adını verdiler. Bu renk de adını Roma’ya Hindistan’dan gelen bir mavi boya pigmenti olduğu için Hindistan’ın Latince adı olan India kelimesinden almaktaydı. 1864 yılında Richter indiyum üzerine çalışmaya devam etti ve indiyumu izole etti. 1867 Dünya Fuarı’nda yarım kiloluk bir indiyum külçesi sunulacak kadar saf indiyum izole etmeyi başardı. Ancak daha sonra Reich ve Richter, indiyumun kaşifinin kim olduğuna dair anlaşmazlığa düştüler. Bugün bile pek çok kaynakta indiyumun kâşifi farklı farklı gösterilmektedir. Kimi kaynaklarda keşif araştırmayı yürüten kişi Reich olduğu için ona atfedilmekte, kimi kaynaklar ise spektrumdaki rengi görebilen kişi Richter olduğu ve elementi izole etmek üzere çalışmaya devam ettiği için Richter’e keşfi atfetmektedir. Kimi kaynaklardaysa her ikisinin de adı yer almaktadır. Artık hangisinin emeği keşifte daha çoktur bilinmez ama böylece bir element daha periyodik tablodaki yerini almış olur.
İsmini renklerden alan bir diğer elementimiz ise iyot elementiydi. 1811 yılıydı, Napolyon Savaşları devam ediyordu. Bu sırada Fransız ordusunun çok fazla baruta ihtiyacı vardı. Barutun ana malzemelerinden biriyse güherçileydi. Güherçile, nitre yataklarında hayvan gübresi kullanılarak üretilmekteydi ancak bu gübrelerin güherçileye dönüşebilmesi için bir şeye daha ihtiyaç vardı: sodyum karbonat. Bu sodyum karbonat da Normandiya ve Brittany kıyılarından toplanan deniz yosunları kullanılarak üretilmekteydi. Deniz yosunları önce yakılıyor, sonra da külleri su ile yıkanıyor böylece sodyum karbonat üretiliyordu. Geriye kalan atıklar ise sülfirik asit kullanılarak yok ediliyordu. Yine böyle sodyum karbonat üretilen bir gün Bernard Courtois, atıklara gerekenden biraz fazla sülfirik asit döktü ve atıklardan mor bir buhar bulutu yükseldiğini gördü. Bu buhar da soğuk yüzeyler üzerinde kristalleşerek koyu renkli kristaller oluşturdu. Bu duruma şahit olan Courtois, bu kristallerin yeni bir element olabileceğinden şüphelendi ancak ne yazık ki bunu araştıramıyordu çünkü elinde yeteri kadar fon yoktu. Bunun üzerine araştırmaya devam edilebilmesi için bu kristal parçalarından bir kısmını arkadaşları Charles Bernard Desormes ve Nicolas Clément’e ayrıca kimyager Joseph Louis Gay-Lussac ve fizikçi André-Marie Ampère’ye gönderdi. 29 Kasım 1813’te Desormes ve Clément, Courtois’nın keşfini kamuoyuna duyurdu. Kristali Fransa İmparatorluk Enstitüsü’nün bir toplantısına anlattılar. 6 Aralık’ta Gay-Lussac, yeni maddenin ya bir element ya da bir oksijen bileşiği olduğunu duyurdu. Gay-Lussac, iyot buharının rengi nedeniyle elemente Antik Yunancada mor anlamına gelen ἰοειδής (ioeidēs) kelimesinden türeterek iyot adını verdi. Ampère, Courtois’in kendisine gönderdiği numunenin bir kısmını İngiliz kimyager Humphry Davy’e göndermişti. İyodun klora olan benzerliğini de not düşen Davy, Gay-Lussac’ten 4 gün sonra yani 10 Aralık’ta Londra Kraliyet Cemiyeti’ne bir mektup yazarak yeni bir element tespit ettiğini bildirdi. Gay-Lussac ve Davy arasında birbirlerinden bağımsız olarak çalışıp yakın günlerde çalışmalarını duyurdukları için iyodu ilk kimin tanımladığı ile alakalı tartışmalar çıksa da her iki bilim adamı da Courtois’nın elementi izole eden ilk kişi olduğunu kabul etti. Böylece iyot da elementler arasındaki yerini almış oldu.
Bu bölüme konu alacağımız son elementimiz ise sezyum elementi. Sezyum, spektroskop sayesinde keşfedilen ilk elementti. 1860 yılında Robert Bunsen ve Gustav Kirchhoff bir önceki yıl icat ettikleri spektroskopu kullanarak Almanya, Dürkheim’den gelen bir maden suyunun emisyon spektrumuna baktılar. Spektrum çizgileri arasında parlak mavi çizgiler bulunmaktaydı. Demek ki maden suyunun içinde yeni bir element vardı. Bu elementi üzerinde işlem yapılabilir hale getirebilmek için 44 bin litre maden suyu kullanmaları gerekti. Bu 44 bin litre maden suyunu buharlaştırarak 240 kilogram konsantre tuz çözeltisi elde ettiler. Ancak bu tuz çözeltisinin içinde sadece sezyum yoktu, başka bir sürü mineral vardı ve bunları uzaklaştırmak gerekiyordu. Alkali toprak metaller, sülfatlar veya oksalatlar halinde çökeltildi ve alkali metaller çözeltide kaldı. Nitratlara dönüştürüldükten ve etanolle ekstrakte edildikten sonra sodyum içermeyen bir karışım elde edildi. Bu karışımdan lityum amonyum karbonat ile çökeltilerek ayrıştırıldı. Artık geriye sadece kloroplatinik asit ile çözünmeyen tuzlar oluşturan potasyum, rubidyum ve sezyum kaldı. Kloroplatinik asidin eklenmesiyle beraber sıcak suda çözünürlük açısından potasyuma göre çok daha az çözünen rubidyum ve sezyum hekzakloroplatinat ayrımsal kristalizasyon yoluyla karışımdan uzaklaştırılmış oldu. Hekzakloroplatinatın hidrojen ile indirgenmesinden sonra, sezyum ve rubidyum, karbonatlarının alkoldeki çözünürlükleri arasındaki farka göre ayrıldı. 44 bin litre maden suyuyla başlanan işlemin sonunda elde yalnızca 9,2 gram rubidyum klorür ve 7,3 gram sezyum klorür kaldı. Erimiş sezyum klorürün elektrolizi yoluyla elementel sezyum üretmeye çalıştılar, ancak metal yerine “ne çıplak göz altında ne de mikroskop altında en ufak bir metalik madde izi göstermeyen” mavi homojen bir madde elde ettiler ve sonuç olarak onu bir altklorür olarak tanımladılar. Gerçekte ürün muhtemelen metalik sezyum ve sezyum klorürün koloidal bir karışımıydı. Sulu klorür çözeltisinin bir cıva katodu ile elektrolizi, sulu koşullar altında kolaylıkla ayrışan bir sezyum amalgamı üretti. Saf metal en sonunda İsveçli kimyager Carl Setterberg tarafından Kekulé ve Bunsen ile doktorası üzerinde çalışırken izole edildi. 1882’de sezyum siyanürü elektrolize ederek sezyum metali üretti ve klorürle ilgili sorunları ortadan kaldırdı. Bunsen ve Kirchhoff, elementi mavi spektrum çizgileri sayesinde keşfettikleri için bu elemente Latincede mavimsi gri anlamına gelen caesius kelimesinden türeterek sezyum adını verdiler.
İşte bu isimleri spektrum, ışık ve renklerle doğrudan bağlantılı olan diğer bir 3 element; indiyum, iyot ve sezyumun hikayesidir. Böylece 18. Bölümün de sonuna gelmiş olduk. Bir sonraki bölümde görüşmek üzere!
Kaynakça:
F. Reich & T. Richter “Ueber das Indium” Journal für Praktische Chemie, 1863
S. Venetskii, “Indium”, Metallurgist, 1971
N. N. Greenwood & A. Earnshaw, Chemistry of Elements, Butterworth-Heinemann, 1997
Douglas R. Harper, Online Etymology Dictionary, “indigo”, 28 Eyl 2017
Mary Elvira Weeks, “The Discovery of the Elements: XIII. Some Spectroscopic Studies”. Journal of Chemical Education, 1932
Ulrich Schwarz-Schampera & Peter M. Herzig, Indium: Geology, Mineralogy, and Economics, Springer, 2002
B. Courtois, “Découverte d’une substance nouvelle dans le Vareck”, Annales de chimie, 1813
Patricia A. Swain, “Bernard Courtois (1777–1838) famed for discovering iodine (1811), and his life in Paris from 1798”, Bulletin for the History of Chemistry, 2005
F. D. Chattaway, “The discovery of iodine”, Chemical News and Journal of Industrial Science, 1909
J. L. Gay-Lussac, “Sur un nouvel acide formé avec la substance décourverte par M. Courtois”, Annales de Chimie, 1813
J. L. Gay-Lussac, “Sur la combination de l’iode avec d’oxigène”, Annales de Chimie, 1813
J. L. Gay-Lussac, “Mémoire sur l’iode”, Annales de Chimie, 1814
H. Davy, “Sur la nouvelle substance découverte par M. Courtois, dans le sel de Vareck”, Annales de Chimie, 1813
G. Kirchhoff & R. Bunsen, “Chemische Analyse durch Spectralbeobachtungen”, Annalen der Physik und Chemie, 1861
Richard Kaner, “C&EN: It’s Elemental: The Periodic Table – Cesium”, American Chemical Society, 2003
Richard Zsigmondy, Colloids and the Ultra Microscope, Read books, 2007
Carl Setterberg, “Ueber die Darstellung von Rubidium- und Cäsiumverbindungen und über die Gewinnung der Metalle selbst”, Justus Liebig’s Annalen der Chemie, 1882