Bilimsel olarak kimyasal bileşiklerin birçoğu hala bilinmemektedir. Peki periyodik tablodaki elementleri birleştirerek kaç tane yeni bileşik oluşturabiliriz?
Evren, her biri çok küçük bir potansiyele sahip milyarlarca kimyasal maddeyle doludur ve bunların yalnızca %1'i tanımlanmıştır. Bilim insanları, keşfedilmemiş kimyasal bileşiklerin sera gazlarının ortadan kaldırmasını sağlayabileceğine veya penisilinin yaptığı gibi tıbbi bir buluşun keşfine yol açabileceğine inanıyor.
Kimyasal Bileşikler Nasıl Keşfedildi?
1869'da Rus kimyager Dimitri Mendeleyev, periyodik element tablosunu ortaya çıkarmıştır. O zamandan beri bilim insanları modern dünyayı tanımlamaya yardımcı olan kimyasalları keşfetmeye çalışmaktadır. Bilim insanları en son keşfedilen elementleri sentezlerken nükleer füzyon (atomları nükleer tepkimelerle birleştirme yöntemi) kullanmışlardır. Atom numarası 117 olan Tennessine elementi 2010 yılında bu şekilde sentezlenmiştir.
Ancak kimyasal evrenin tamamını anlamak için kimyasal bileşikleri de anlamanız gerekir. Bazı kimyasal bileşikler doğal olarak oluşur. Örneğin su, doğada oksijen ve hidrojenin birleşmesiyle oluşur. Naylon gibi maddeler ise laboratuvar ortamında keşfedilmiştir ve fabrikalarda üretilir.
Elementler tek tür atomdan, atomlar ise elektronlar ve protonlar dahil çok daha küçük parçacıklardan oluşur. Tüm kimyasal bileşikler iki veya daha fazla atomdan meydana gelir. Şu anda periyodik tabloda bilinen 118 farklı türde element vardır.
Bilinen Tüm Elementleri Kullanarak Kaç Farklı Kimyasal Bileşik Yapabiliriz?
Bunu hesaplamak için tüm iki atomlu bileşikleri yapmakla başlayabiliriz. Doğada iki atomlu çok fazla bileşik vardır. Örneğin N2 (nitrojen) ve O2 (oksijen) iki atomlu bileşiklerdir ve birlikte havanın %99'unu oluşturur. Bir kimyagerin bir bileşiği yapması yaklaşık bir yıl alacaktır ve teoride 6.903 adet iki atomlu bileşik bulunmaktadır. Yani mümkün olan her iki atomlu bileşiği yapmak için kimyagerlerden oluşan bir köyün bir yıl çalışması gerekir.
Üç atomlu bileşiklere baktığımızda H₂O (su) ve CO₂ (karbondioksit) gibi yaklaşık 1,6 milyon bileşik vardır. Dört ve beş atomlu tüm bileşikleri yapmaya gelindiğinde ise, Dünya'daki herkes üçer bileşik yaparsa bu bileşiklerin hepsi oluşturulabilir. Üstelik tüm bu kimyasal bileşikleri yapmak için evrendeki tüm malzemelerin birkaç kez geri dönüştürülmesi gerekir.
Ayrıca tüm bunlar yapılırken bir bileşiğin yapısı ve kararlılığı gibi özellikleri, onu daha karmaşık hale getirip yapımını zorlaştırabilir.
Bu Bileşiklerin Hepsini Oluşturmak Mümkün Mü?
Kimyanın birçok kuralı olsa da bu kuralların esnek olması kimyasal bileşikler için daha fazla olasılığa sebep olur. Hiçbir şeyle bağlanmama eğiliminde olan ve doğada çoğunlukla yalnız halde bulunan soygazlar bile (neon, argon, ksenon ve helyum dahil) bazen bileşikler oluşturur. Dünya'da doğal olarak mevcut olmayan Argon hidrit (ArH+) elementine uzayda rastlanmıştır. Bilim insanları, laboratuvarlarda derin uzay koşullarını taklit ederek bu elementin sentetik versiyonlarını yapmayı başarmışlardır. Yani bu olağandışı durumlarda hesaba dahil edildiğinde olası bileşiklerin sayısı artar.
Karbon normalde dört bağ kurmaya yatkındır, ancak çok nadiren, kısa süreliğine de olsa için beş atomla bağ kurması mümkündür. Bunu dört kişilik bir otobüste insanlar duraklarda binip inerken kısa bir süreliğine otobüsün içinde dörtten fazla kişi olabilmesi gibi düşünebilirsiniz.
Bazı kimyagerler tüm kariyerlerini kimyanın temel kurallarına göre var olmaması gereken bileşikler yapmaya çalışarak geçirirler. Başarılı olanlar da vardır. Bazı bilim insanları da yalnızca uzayda yada ekstrem ortamlarda oluşabilecek bileşikleri araştırır. Bu extreme ortamlara gayzerlere benzeyen ama okyanus tabanında yer alan hidrotermal menfezlerde bulunan muazzam ısı ve basınç bulunduran ortamlar örnek verilebilir.
Bilim İnsanları Yeni Bileşikleri Nasıl Araştırır?
Çoğu zaman cevap, halihazırda bilinenlerle bağlantılı diğer bileşikleri aramaktır. Bunu yapmanın iki ana yolu vardır. Birincisi, bilinen bir bileşiği alıp, bazı atomları ekleyerek, silerek veya değiştirerek onu biraz farklılaştırmaktır. Bir diğeri ise bilinen bir kimyasal reaksiyonu alıp yeni başlangıç malzemeleri kullanmaktır. Bu, oluşturma yönteminin aynı olduğu ancak ürünlerin oldukça farklı olabileceği zamandır. Bu yöntemlerin her ikisi de bilinen bilinmeyenleri aramanın yollarıdır.
Bu teknikler legolarla bir ev yapmak, sonra biraz farklı bir ev yapmak veya yeni tuğlalar alıp ikinci bir kat eklemek gibi bir şey. Pek çok kimyager kariyerlerini bu kimyasal evlerden birini keşfederek geçiriyor.
Gerçekten Yeni Kimyayı, Yani Bilinmeyen Bilinmeyenleri Nasıl Arayabiliriz?
Kimyacıların yeni bileşikleri öğrenmesinin bir yolu doğal dünyayı incelemektir. Penisilin 1928'de Alexander Fleming'in yaptığı deneylerde, küfün bakterilerin büyümesini engellediğini gözlemlemesi sayesinde bulunmuştur.
Aradan yıllar geçtikten sonra, 1939 senesinde Howard Florey, Fleming ile aynı şekilde küf kullanarak penisilinin yararlı miktarlarda nasıl üretileceğini araştırmıştır. Penisilinin kimyasal yapısının ortaya çıkarılması ise 1945 senesinde Dorothy Crowfoot Hodgkin tarafından tamamlanmıştır.
Bu çalışmalar penisilinin alışılmadık bir düzende kare şeklinde atomlar içermesinin keşfedilmesi bakımından önemlidir çünkü bu, çok az kimyagerin tahmin edebileceği sıra dışı bir kimyasal düzenlemedir ve yapılması zordur. Penisilin yapısını anlamak ve onun neye benzediğini bilmek, onun kimyasal benzerlerinin araştırılmasına ve incelenmesine kapı aralamıştır. Bu çalışmalar sayesinde penisilin alerjisi olan ve alternatif bir antibiyotiğe ihtiyacı olanlara bir alternatif sağlanmıştır.
Günümüzde yeni bileşiklerin yapısını belirlemek çok daha kolay. Crowfoot Hodgkin'in penisilinin yapısını belirleme yolunda icat ettiği X-ışını tekniği, bileşikleri incelemek için dünya çapında hala kullanılıyor. Hastanelerin hastalıkları teşhis etmek için kullandığı MRI tekniği, aynı zamanda kimyasal bileşiklerin yapılarını çözmek için de kullanılabilir.
Ancak bir kimyager Dünya'da bilinen herhangi bir bileşikle ilgisi olmayan tamamen yeni bir yapıyı tahmin etse bile yine de diğer bileşiklerle buna benzer çalışmalar yapmak zorunda kalır ki işin zor kısmı da budur. Kimyasal bir bileşiğin var olabileceğini anlamak, size onun nasıl yapılandırıldığını veya onu yapmak için hangi koşullara ihtiyacınız olduğunu söylemez.
Penisilin gibi birçok faydalı bileşiğin üretilmesi ve bunları küflerden, bitkilerden veya böceklerden çıkarmak daha kolay ve daha ucuzdur. Bu nedenle, yeni kimya arayışındaki bilim insanları hala ilhamı etrafımızdaki dünyanın en küçük köşelerinde arıyor.