Johannes Nicolaus Brønsted, kimya alanına büyük katkılar sağlayan; asitlerin ve bazların nasıl işlediğini ve önemli bir araştırma enstitüsünün kurulmasıyla ilgili yaygın olarak kullanılan bir modeli içeren bir miras bırakan eski seçkin Danimarkalı bilim adamlarının geleneğini sürdürdü. Arkadaşları arasında bilim dışında entelektüel merakıyla da bilinen Brønsted, siyasette mantık eksikliği ve net düşüncenin birçok sosyal problemin nedeni olduğuna inanmaktadır.
Brønsted, 22 Şubat 1879’da, Varde’de ki küçük West Judland kasabasında dünyaya geldi. Annesi doğduktan kısa süre sonra öldü ve bir mühendis olan babası birkaç yıl sonra yeniden evlendi. Genç Brønsted, babasının, boşaltma, sulama ve dikim yoluyla ıssız toprakları geri kazandıran bir şirket olan Hedeselskabet’le çalışmasından büyük ölçüde etkilendi. 1891 yılına kadar aile, Heaths Yetiştiriciliği Topluluğu’nun çiftliklerinden birinde yaşıyordu. Burası, bozulmamış doğaya duyduğu sevginin çiçeklendiği ve kuşlara hayatı boyunca duyacağı ilginin başladığı yerdi. Hayatının geri kalanında bunları, medeniyetin tecavüzünden korumak için çalıştı.
Brønsted on iki yaşındayken ailesi Danimarka’nın en büyük ikinci şehri olan Aarhus’a taşındı ve burada okula gitti, matematikte sivrildi ve çevresindeki kırsal kesimden keyif aldı. Evinin çatısında bir tarımsal sözlük bulduktan sonra kimya ilgisini çekti ve evde basit bir şekilde ilk deneylerini yapmaya başladı. Aarhus’taki hayatı, 1893’de babasının ölümünden sonra sona erdi ve ailesi tehlikeli bir maddi duruma düştü. Genç Johannes’in hayatını kazanmaya başlamasını düşünen aile dostlarının tavsiyesine karşı, üvey annesi, onun ve kız kardeşinin iyi bir eğitim aldığını ısrarla vurguladı ve ailesini Brønsted’in Metropolitan Okulu’na katıldığı Kopenhag’a taşındı. Okulda Niels Bjerrum ile; öğrencileri ülkesine şöhret kazandıran Danimarkalı kimyagerler arasında hayat boyu arkadaşı ve baş rakibi olacak bir öğrenciyle tanıştı.
1897’de Brønsted, Kopenhag’da Politeknik Enstitüsü’ne girdi ve burada babasının kariyerine devam etmeye niyetli bir şekilde mühendislik eğitimi aldı ve kimya mühendisi oldu. Brønsted, görünüşe göre çalışmalarını bir yük olarak görmedi; buna ek olarak, felsefe, sanat ve şiir gibi alanlarla da ilgilenerek ilgi alanlarını geliştirdi. Ayrıca şan ve müzik zevkiyle ailesinin ve arkadaşlarının çevresindeki bir sanatçı oldu. Politeknik Enstitüsü’ndeyken, 1903’te evlendiği kimya mühendisi olan Charlotte Louise Warberg’le tanıştı. Çift, Birker’in küçük kasabasına yerleşti. Eşinin kız kardeşinin kocası olan ressam Johannes Larsen sayesinde Brønsted’in hayatı bilim kadar sanatla da dolu hale geldi; Birinci Dünya Savaşı sırasında Brønsted’in resim yapmasına neden olan etkinin bu olduğu sanılmaktadır.
1899’da mühendislik diplomasını kazanan Brønsted, çalışmalarını kimya derslerine çevirdi ve 1902’de kimyagerlik masteri scientiarum (Msc) derecesi aldı. Brønsted’in arkadaşlarının ona Magister takma adını verdiği sırada bu derece çok nadirdi. Bir süre elektrik mühendisliği alanında 1905 yılına kadar çalışmış ve Kopenhag Üniversitesi’nin kimyasal laboratuvarında asistan olarak göreve başlamıştı. 1908’de doktorasını aldı ve doktora tezini, sudaki ve sülfürik asit arasındaki reaksiyonlarda kimyasal afinitelerin ölçümleri üzerine bir dizi bildiriyle sundu. Sonuçta Brønsted, kimyasal afinite üzerine on üç monografi yayınladı.
Termodinamik İlkelerini Açıklayan Kimyasal Afinite Üzerine Çalışmalar
Doktora derecesini aldığı yıl, Brønsted, Kopenhag Üniversitesi’nde kimya profesörü olarak göreve başladı; burada Polytechnic Enstitüsü’ndeki öğrencilere temel inorganik kimya ve kimya mühendisleri ile üniversitenin öğrencileri için de fizikokimya dersleri verdi. 1912’de, 1930’lu yıllara gelindiğinde termodinamiğe eklenmesi gereken, Fiziksel Kimya Anahatları adı verilen, temel fiziksel kimya üzerine küçük bir kitap yazdı. 1919’da inorganik kimya derslerinden muaf tutuldu ve böylece işine daha fazla zaman ayırabildi. Bu çalışma, Danimarkalı kimyager Julius Thomsen’in fizikokimya alanında önemli bir problem olan kimyasal süreçler üzerine yaptığı çalışmaları genişletti. Bu zamanda önemli bir araştırma alanı, asitlerin güçlü yönleri ve maddelerin birbirleriyle reaksiyona girme eğilimini anlatan afinitelerin ölçümüdür.
Eskiden, bu fenomen belirsiz terimlerle açıklanmıştı, ancak 20. yüzyılın başında, kimyacılar termodinamik ilkelerini kullanarak benzerlikleri matematiksel ve kesin olarak ifade etmeyi öğreniyordu. Bu ilkeler, birbirleriyle reaksiyona giren maddelerin ısısındaki değişiklikleri, kimyasal süreçlerin yönünü ve reaksiyonlarda emilen veya salınan enerjiyi tanımlar. Termodinamik, kimyagerlerin maddelerin nasıl davrandığına dair tahminlerde bulunmalarına ve gözlemlenen reaksiyonlarda yaşananları doğru olarak tanımlamalarına izin verdi. Julius Thomsen aslen kimyasal süreçler tarafından salınan ısı miktarının afiniteyi ölçmek için kullanılabileceğine inanıyordu. Ancak 1900’a kadar, afinite ölçüsünün, reaksiyonun ısısı değil, süreçlerin ürettiği azami çalışma olduğu açıktı. Bununla birlikte, Brønsted’in çalışmaya başlamasından önce, doğru veya sistematik olarak az sayıda afinite ölçümleri vardı.
Brønsted’in afinite konusundaki on üç bildiri serisi, 1906’dan 1918’e kadar çıktı ve termodinamik ilkelerin birleştirilmesinde ve açıklanmasında önemli bir adım oldu ve kimyasal termodinamik alanına önemli katkı sağladı. 1913’ten sonra Brønsted’in termodinamik üzerine çalışması, özgül ısı ölçümünü (bir gram saf maddeye bir gram sıcaklığı yükseltmek için absorbe edilen kalorinin sayısı) ve maddelerin çözünürlüğünü içeriyordu.
Brønsted’in termodinamiğe karşı devam eden ilgisi, hem elektromotor kuvveti hem de çözünürlük ölçümleri de dahil olmak üzere çözeltide elektriği ileten maddeler olan elektrolitleri incelemesine neden oldu. O dönemlerde, elektrolit aktivitesi terimi yeniydi ve iyonlar (yüklü atomlar) arasındaki elektrostatik kuvvetlerin kimyasal olarak önemli olabileceği yeni geliştirilen bir kavramı yansıtıyordu. Brønsted, iyonik solüsyonların özelliklerini inceleyen birkaç yıllık bir çalışmaya başladı ve bu konu hakkında 1919’dan başlayarak bir dizi makale yayınladı. 1921’de, bir iyonun özgün özelliklerinin, aynı çözeltide ters yüklü iyonların varlığına bağlı olduğunu belirten “İyonların Spesifik Etkileşimi İlkesi” makalesini yayınladı.
Brønsted, çalışmalarına elektrokimyasal hücrelerin kullanımını dahil etti. Bu hücrelerin elektrotlarının veya kondüktörlerinin voltajı, belirli bir elektrottaki reaksiyonlardaki iyon konsantrasyonu ile orantılı olduğu için, bu hücreler iyon konsantrasyonlarını ölçebilir. Akım elektrokimyasal reaksiyonlarla üretildiğinde, hücreye galvanik pil adı verilir. Brønsted kendi galvanik pillerini yaptı ve elektromotor kuvvetlerini ölçtü. Hatta Birinci Dünya Savaşı sırasında bile böyle hücrelerden piller hazırlamıştı ve bunları Birker’de ki evini aydınlatmak için kullanmıştı.
1920’li yıllarda Brønsted’in reaksiyon kinetiği alanına giren çözünürlük çalışmaları, kimyasal tepkimelerin oluşma hızının incelenmesi ve reaksiyonlar sırasında gerçekleşen ara basamaklara yol açan çözünürlük çalışmalarını da içeren yeni ilgilenme alanları birbiri arkasına oluşmaya başladı. Brønsted’in kinetikteki ilk çalışmaları, asitlerin baza dönüşmesinin ters reaksiyona eşit olduğu nokta olan asit-baz dengesi üzerindeki tuzların etkisini ölçtü. Örneğin, asetik asit (sirke) tarafından salınan hidrojen iyonlarının konsantrasyonunun tuz eklenmesiyle arttığını, tuzun amonyum iyonlarıyla salınan hidrojen iyonlarına pek az etkisi olduğunu gösterdi.
Asit ve Bazların Yeniden Tanımlanması
Brønsted’in asit-baz dengesine tuz etkisi ile yaptığı yoğun çalışmalar onu asit ve baz terimlerini yeniden tanımlamaya yönlendirdi. 1887’de İsveçli kimyager Svante Arrhenius tarafından önerilen orijinal tanıma göre, asitler, hidrojen iyonları elde etmek için suda ayrışan veya parçalanan bileşiklerdir ve bazlar, suda hidroksit iyonları elde etmek için iyonize olurlar. Bu reaksiyonların oluşma derecesi asidin veya bazın kuvvetini veya zayıflığını belirler. Bazı maddelerin sadece asitler gibi davrandığını, diğerlerinin ise sadece bazlar gibi davrandığını varsayarsak; güçlü bir asit, sulu bir solüsyonda bir çok hidrojen iyonu üretirken, güçlü bir baz, birçok maddenin hidroksit iyonlarını üretir.
1923’de Brønsted, Britanya’daki Thomas Lowry ile eş zamanlı olarak asitler ve bazlar kavramını belirgin biçimde değiştiren yeni bir asit ve baz teorisini yayınladı. Teori, sadece suya değil, tüm çözücülerde oluşan reaksiyonlara uygulanma avantajına sahipti. Ancak daha da önemlisi, bir baz bir proton almaya eğilimli iken bir asidin proton serbest bırakmaya daha eğilimli olduğunu açıkladı. Dolayısıyla herhangi bir asitten bir proton ayrılması sonucunda baz oluşur ve bu baz da yeniden asit olabilmek için bir proton alır. Ve herhangi bir baz bir protonu kabul edebilir, süreç içinde bir asit oluşturabilir. Bu düşünceyle tüm asitler ve bazlar eşlenik veya karşılık gelen çiftler halinde düzenlenebilir ve bu da asitler veya bazlar olarak bilinen maddeler aralığını genişletir.
1921 yılına kadar Brønsted’in çalışmaları, gözetiminde çalışmak üzere Politeknik Enstitüsü’nde ki gösterişsiz ve sade laboratuvarına gelen Birleşik Devletler ve İngiltere’den gelen bilim insanları tarafından incelendi. Bu işbirlikleri onu, 1926-27 yılları arasında Yale Üniversitesi’nde misafir öğretim üyesi olarak Amerika Birleşik Devletleri ziyaretinde daha etkileyici bir hale getirdi. Amerika Birleşik Devletleri’ndeyken Kopenhag’da yeni bir fizikokimya laboratuvarı kurulması için fon arayışı içindeydi. Çabaları, Uluslararası Eğitim Kurulu, tasarımına yardım ettiği yeni bir Üniversite Fizikokimya Enstitüsü’nü finanse etmeyi kabul ettiğinde ödüllendirildi. Enstitü 1930’da açıldığında, Brønsted’in ideal çalışma koşullarının yanı sıra konforlu bir ortamı vardı ve sıklıkla eğlenen Brønstedler, cazibesi ve konukseverliği ile tanındı.
Yakın arkadaşları onun farklı ilgileri ve şahane kişiliklerinden hoşlanırken, öğrencileri ve genç meslektaşları korkuyla karışık bir duyguyla Brønsted’i uzak buldu. Bu kısmen, bilim, politika veya başka bir konuyla ilgili tartışmalar veya tartışmalar sırasında beklediği entelektüel titizlikten kaynaklanmış olabilir. Ateşli bir Danimarka vatanseveriydi ama Avrupa’da çok seyahat etti. İlk başlarda Alman bilim insanlarıyla iletişim kurarken, Birinci Dünya Savaşı’ndan sonra sempatisi sık sık ziyaret ettiği İngiltere’ye döndü ve özellikle de Faraday Topluluğu’nun toplantılarına olan ilgisi arttı. Akıcı İngilizce konuşurdu, İngiliz halkını ve edebiyatını, şirin ve güzel İngiliz kırsal alanını beğendi. İkinci Dünya Savaşı sırasında Almanların Danimarka’yı işgal etmeleri bu ziyaretleri imkansız hale getirdi; Ancak Brønsted, on dokuzuncu ve yirminci yüzyılın Anglo-Avrupa politikasını okumaktan ve Londra’dan gelen haber yayınlarını dinlemekten memnun kaldı.
Savaştan sonra Brønsted, özellikle de Almanya ya da Danimarka’nın, Danimarka’nın Jylland yarımadasının güneyindeki bir alan olan Schleswig’i kontrol etmesi gerektiği konusunda siyasetle meşgul olmaya devam etti. İki ülke de on dokuzuncu yüzyıldan bu yana birbirleriyle sorun yaşıyordu, 1947’de bu durum eski tartışmalarla iyice can sıkıcı bir hale geldi ve bunun üzerine Brønsted harekete geçti. 28 Ekim’de Danimarka Parlementosu’na seçildi. Brønsted kendini yeni işlerinin içine attı ve parlamento usulünü incelemeye başladı. Ancak, hükümet hizmetlerine başlayamadan önce 17 Aralık 1947’de öldü.
Brønsted, İngiliz Kimyasal Topluluğunun (1935) onursal bir üyesiydi ve 1949’da topluluk, Danimarkalı kimyager ve vatansevere onur veren bir anma konferansına ev sahipliği yaptı. 1929’da Sanat ve Bilim Akademisi’nin onursal üyesi ve 1947’de Londra Üniversitesi fahri doktoru olarak İngiliz meslektaşları tarafından onurlandırıldı. Buna ek olarak, 1947’de Londra Üniversitesi tarafından bilim doktoru onur derecesi ile ödüllendirildi. 1914 başlarında Kraliyet Danimarka Bilimler Akademisi üyesiydi ve 1937’de kuruluşundan bu yana Danimarka Teknik Bilimler Akademisi’nin bir üyesiydi. 1928’de Ørsted Madalyası verildi.
Bazı yayınlanan makaleleri;
- Journal of the American Chemical Society,The Activity Coefficients of Ions in Very Dilute Solutions, Volume 46, 1924, p. 555.
- Journal of Physical Chemistry,The Acid-Basic Function of Molecules and Its Dependency on the Electric Charge Type, Volume 30, 1926, p. 777.
- Transactions of the Faraday Society,On the Activity of Electrolytes, Volume 23, 1927, p. 416.
- Philosophical Magazine,The Fundamental Principles of Energetics, Volume 29, 1940, p. 449.