Çivit mavisi: Firavun’un boyasına yeniden hayat vermek Teach article

Çevirmen: Ece Cazibe Gaffarogullari. Kotlarınız, deniz salyangozları, çivit otu ve Mısır kraliyet ailesi arasında ne gibi bir bağ olabilir ? Bu sorunun cevabı sadece bir boya, çivit mavisidir.  Gelin birlikte çivit mavisinin büyüleyici tarihini ve bunu okulda nasıl elde…

Antik Mısır’da, sadece bir geminin mor boyalı yelkeni vardı. Bu gemi, Firavun’a aitti. Nil nehrini kullanan başka gemiler, bu yelkeni görünce, bir kenara çekilir ve kraliyet gemisinin geçmesine olanak verirlerdi. Bu canlı renk, adeta bir güç sembolüydü. c

Günümüzde bile, koyu mavi, mor ve kan kırmızısı geleneksel olarak asalet, lüks ve zenginlikle alakalıdır. Bunun sebebi, bu renkleri doğal boyalarla elde etmenin güç ve pahalı olmasıdır. Sentetik boyaların daha 100 yıl önce gelişimine kadar, doğal boyalar,  (bitki, hayvan ve mineral kaynaklı) renkli dokuma ve kumaşların yegane kaynağı idi.    

Firavun’un gemisindeki canlı mor rengi, doğal bir boya olan çivit mavisinin, çeşitli bazı bitki ve hayvanlardan özütlenmesi ile elde edilmiştir. Hatta, antik uygarlıklar tarafından kullanılan boyama yöntemlerini, Romalı doğa bilimci Yaşlı Plinius (bkz. Yaşlı Plinius kutucuğu), sayesinde bilmekteyiz. Bu aktivite, çiçeği burnunda genç kimyager öğrencilerinizin, çivit otu yapraklarından çivit mavisini özütlemenizi sağlayacaktır.   

Lise seviyesindeki öğrencileriniz, bu deneyi, bir veya iki ders saatinde temel laboratuvar ekipmanları kullanarak gerçekleştirebilirler.    

Genç öğrenciler (11-15 yaş arası) bu özütlemeyi, kimyasal tepkimeler hakkında çok fazla detaya inmeden yapabilirler [ancak belirtelim ki eleştirmenler, bu aktiviteyi 14 yaşından büyük öğrenciler için daha uygun bulmuşlardır]. Daha ileri düzeydeki organik kimya öğrencileri  (16+ yaş), bileşikler ve tepkimeler hakkında detaylı araştırma yapabilirler. Bu deney ayrıca bilimin sanayideki kullanımı hakkında bir konunun yan projesi olarakta işlenilebilinir. 

Çivit mavisi hakkında herşey

Çivit mavisi, üç farklı renkli formda bulunan organik bir bileşiktir – çivit mavisinin kendisi (indigo) mavi renkte, mono-bromoindigo mor renkte, di-bromoindigo kırmızımsı mor renktedir (figür 1). Doğadan elde edilen boyalar, bu renklendiricilerin sadece bir tanesi veya ikisinin ya da üçünün farklı oranlarda karışımı sayesinde, kırmızıdan maviye çok çeşitli renklerde olabilirler (Cooksey, 2001). Boyanmış kumaşın ne gibi bir işlemden geçtiğine bağlı olarak renklerin yoğunluğu değişebilir;  mesela kumaşın güneşte mi yoksa gölgede mi kurutulduğu.   

Antik Mısır çağlarında, en iyi çivit mavisi,  Akdeniz’in doğu kıyılarında bolca bulunan Murex deniz salyangozundan elde edilirdi. Girit adasında bulunan Arkeolojik bulgular, çivit mavisinin Murex salyangozundan elde edilmesinin M.Ö. 2000’li yıllarda başladığına işaret ediyor. M.Ö. 1000’li yıllara gelindiğinde, bu günkü Lübnan’da yerleşmiş olan Fenikeliler de bu değerli boyadan faydalanıyorlardı. 

Bütün ekonomileri, Murex brandaris (şimdiki bilimsel adı Bolinus brandaris) cinsine bağlı bir salyangozdan elde edilen, mor-pembe çivit mavisi türevi olan bir patlıcan moru boyanın ticaretine bağlıydı. Bu konuda o kadar ünlülerdi ki, Fenike ismi bile aslında yunancadan gelmiş ve anlamı kırmızı üreten olan ‘phoinίsso’ dan türemiştir.

Murex’ten elde edilen bu patlıcan moru boya o kadar pahalıydı ki, çünkü 1,4 g patlıcan moru elde edebilmek için 12.000 salyangozun kullanılması gerekiyordu. Bu boyayla da anca bir peçeteyi boyayabilirdiniz. Patlıcan morunun elde edildiği boyanın ön maddesi aslında salyangozun bağırsağı ve solungaçlarının arasında bulunan, hipobranşiyal bezinden salgılanır.   Salyangozlar bu ön maddeyi, savunma amaçlı ve antimikrobiyal özelliklerinden dolayı üretirler. Yeni salgılar renksiz iken, havayla temasa geçince koyulurlar. Yaşlı Plinius’a göre, bu boyayı özütlemek için önce salyangozları ezmek, sonra çürümesi için üç gün bazlı suda bekletmek, en sonunda da on gün boyunca kaynatmak gerekiyordu – Kokuyu hayal edebiliyor musunuz? 

Fenikeliler bu işlemi yüzyıllar boyunca öyle bir mükemmelleştirdiler ki, değişik salyangoz türlerini , özütleme metodlarını ve işlemlerini değiştirerek kırmızıdan mora, mordan maviye çok büyük bir renk yelpazesini üretebilecek konuma geldiler. (tablo 1). 

Düşük kalitede de olsa bazı bitkilerden çivit mavisi özütlenirdi ve bu teknik aslında Fenikelilerden de eskiye dayanır. M.Ö. 2000’li yıllardan önce çivit mavisi, Hindistan’da Indigofera tinctoria isimli çalıdan yani ‘gerçek çivit otundan’, Avrupa’da ise çivit otundan (Isatis tinctoria) elde edilirdi. Bu iki bitki, farklı ön maddeler ihtiva etmesine rağmen, eninde sonunda çivit mavisini üretmede kullanılırlardı. Gerçek çivit otunda indikan, çivit otunda ise ısatan B bulunur (tablo 1 ve figür 2). 

Çivitotundan çivit mavisi üretimi üç ana aşamada gerçekleşir:

1. Suda çözünen isatan B’i özütlemek için yaprakların kaynatılması  (figür 3A; aşağıdaki aktivitede 1-6 nolu aşamalar).
2. Molekülü hidrolize etmek için baz (amonyak) eklenmesi, karbonhidrat grubu çıkarak yerine indolin-3-on ya da totomeri, indoksil gelir (figür 3B; aşağıdaki aktivitede 7. aşama).
3. Özütün havayla temasa geçmesiyle, iki indolin-3-on molekülünün yükseltgenerek bağlanması ile oluşan çivit mavisinin elde edilmesi (figür 3C; yünün boyanması ve çivit mavisi tozunun üretilmesi aşağıdaki aktivitede).

Öğrenci aktivitesi: çivit otu yapraklarindan çivit mavisinin özütlenmesi 

Malzemeler

Her öğrenci grubu için:

• Taze çivit otu (Isatis tinctoria) yaprakları (1 l’lik beheri dolduracak kadar) 
• Çivit otu tohumları aktarlarda bulunur ve bazı ülkelerde çivit otu çok yaygın bir bitkidir. 
• % 20 (ağırlığınca) amonyak çözeltisi
• Üç adet 1 litrelik beher
• Damıtılmış su
• Oktanoik asit (isteğe bağlı)
• Bunsen beki ve üçayak
• Karıştırma çubuğu
• Elek ya da süzgeç
• Dereceli mezür ve/ya 10 ml pipetler
• Isıya dayanıklı eldiven
• Huni ve filtre kağıdı
• Yaprakları kesmek için bıçak (isteğe bağlı)
• Boyamak için yün (isteğe bağlı)Ben beyaz örgü yün yumağı ve biraz da  gri-beyaz ham yapağı kullandım. 

Prosedür

1. Bir beheri, çivit otu yapraklarıyla doldurun ve bu yaprakları küçük parçalara bölün ya da bıçakla kesin. 
2. Beherin üçte ikisini damıtılmış suyla doldurup, bunsen beki üzerinde kaynatın.

3. 

   Kestiğiniz yaprakların birazını kaynatılmış suya ekleyin, karıştırın ve ısıtmaya devam edin. Kaynamaya başlayınca birkaç tane daha yaprak ekleyin. Isıtmaya ve eklemeye, çivit otunun hepsi bitene kadar devam edin.

4. Bütün yaprakları ekledikten sonra, 1 dakika daha kaynatın. 
5. Temiz bir behere kaynatılmış yaprakları süzün. 
6. Alçak bir kaba soğuk su koyun, süzülmüş özütü beheriyle birlikte soğuk suya oturtun ve oda sıcaklığına gelinceye kadar karıştırınız. Artık birçok şeyle birlikte, isatan B de içeren, bir çözelti elde ettiniz. Isatan B’nin, indoksilin kararsız bir glikozidi olduğunu unutmayalım. 
7. Özütünüz soğuyunca, hacmini ölçün ve hacminin %1’i kadar amonyak ilave edin. Mesela 1 litre özüt için, 10 ml amonyak; 100 ml özüt için, 1 ml amonyak ekleyin. Çözeltinizin rengi bazı ekler eklemez kahverengiden, yeşil-kahveye sonar da yeşile dönüşmesi gerekir.  Şimdi ise, birçok şeyle beraber, indoksil de içeren bir çözelti elde ettiniz. 

Yünü boyamak için 

Yünü ıslatın ve özütün içerisinde 10 dakika bekletin. Çıkardığınız yünü, dışarıda kurumaya bırakın. 

Çivit mavisi tozu elde etmek için

1. Bir beherden diğerine 10 dakika boyunca özütü aktararak havalandırın. 
2. Tercihen:Eğer havalandırma esnasında çok köpük oluşursa, yüz gerilimini azaltan oktanoik asitten damla damla ekleyin. 
3. Çivit mavisi tozunu elde etmek için, özütü filte kağıdı yardımıyla süzün. 

Çivit mavisi tozunu boya olarak kullanabilmeniz için suda çözmeniz gerekir. Bunun içinde, bir indirgeç olan sodyum hidrosülfiti (Na₂S₂O₄) kullanmanız gerekir. Boyanmış dokumayı (örneğin, yünü) havaya maruz bıraktığınızda, dokuma  maviye dönecektir. 

 

Güvenlik notu:

Çivit mavisinin ve diğer ön maddelerinin boya olduğunu unutmayın. Bu nedenle cildinize ve kıyafetlerinize dökmeyin. Derişik amonyak çözeltisini, çivit mavisini ve diğer ön maddelerini kullanırken;  eldiven, labaratuvar gözlüğü ve çeker ocak kullanın. Ayrıca  okulda genel bilim güvenliği notuna bakın. 

Tartışma soruları

• Neden yaprakları kaynattık? Bu aşamada neler oluyor?
• Amonyak eklediğinizde neler oluyor?
• Yünü boyadığınızda neden mavi renk yün kuruduğunda ortaya çıkıyor?
• Tozu elde ederken, beherden behere çözeltiyi aktardığınızda neler oluyor? Neden çivit mavisi bu aşamada çöküyor?  
• Çivit mavisinin günümüzde, sanayide nasıl elde edildiğini araştırınız.  Çivit mavisinin kullanım alanları nelerdir?

Daha fazla aktivite

Öğrencilerinize, çivit mavisi ve diğer boyaların kimyasını daha fazla araştırmak için, aşağıdaki aktiviteleri sorabilirsiniz.  

Çivit mavisinin veriminin hesaplanması

Çivit otu yapraklarını ve elde ettiğiniz kurutulmuş çivit mavisi tozunu tartın. Yüzdelik verim hesaplamasını bu formülle bulabilirsiniz: (çivit mavisinin kütlesi / çivit otu yapraklarının kütlesi) x 100. Taze ve kurutulmuş çivitotu yapraklarından ya da Indigofera tinctoria gibi başka kaynaklardan elde edilen boyanın verimlerini karşılaştırabilirsiniz. 

Çivit mavisinin boya olarak kullanımı

Deneyimizde çivit mavisini yünü boyamak için kullandık. Çivit mavisini başka materyalleri boyamada kullanabilir miyiz? Pamuk, keten, ipek gibi doğal materyalleri ve/ya sentetik karışımlarını (polyester pamuk, likralı pamuk gibi) karşılaştırabilirsiniz. 

Çivit mavisi üretiminin verimliliği

1. Büyük ayalı yaşlı yapraklardan mı yoksa genç, küçük ayalı yapraklardan mı daha çok çivit mavisi üretilir? Yaprak ağırlığı ve yaprak başına elde edilen çivit mavisini hesaplayın (özütlemeden önce yaprakları sayın). Hangisi daha çok çivit mavisi üretiyor?
2. Çivit otunu, azotlu gübre ekleyip ya da eklemeden büyütün. m² toprak başına 2-4 g azot katın (ihtiyacınız kadar azotu, ne miktarda azotlu gübreden alacağınızı hesaplamanız gerekiyor). Azotlu gübre eklemeniz çivit mavisi üretimini artırdı mı? 
3. Bitkileri karanlıkta birkaç gün bekletmeyi deneyin (siyah plastikle üstünü örtün). Bu işlem, çivit mavisinin verimini etkiledi mi? Bitkinin isatan B metabolizması hakkında neler söyleyebilirsiniz?  
4. Diğer başka muamelerin bitkiye ve kesilmiş yapraklarına etkisini araştırınız.
5. Daha başka özütleme yöntemlerinin etkilerini test edin, mesela başka bazları kullanın. 

Başka boyaların araştırılması

Öğrencilerim soğan kabuğundan, kökboyasından (Farusi, 2006), ve mersinden çeşitli boyalar elde ettiler. Buna ek olarak, boyaların ne kadar dayanıklı olduğunu,boyanmış materyallerin yıkanmasıyla test ettik. 

Yaşlı Plinius ile kimya çalışalım

Bu etkinlik, antikçağlardaki bilimsel teknikleri incelemek için 14- 15 yaşlarındaki öğrencilerle birlikte geliştirilen, büyük bir disiplinlerarası proje kapsamında yeralıyor. Yaşlı Plinius (M.S. 23-79) Romalı yazar ve doğa bilimciydi. O zamanın bilimsel bilgisini, Naturalis Historia  ansiklopedisinde kaleme almıştır. Biz her konuya, Naturalis Historia ’ dan bir parça tartışarak başlıyoruz, sonra da metinde betimlenen deneyi ya da bir benzerini yeniden canlandırıyoruz. 

Bu şekilde, öğrenciler tıpkı yaşlı Plinius zamanındaki bilimöncesi düzeyde başlayıp, labaratuvar çalışmaları ve tartışmalarla modern bilimsel metotları öğreniyorlar. Bu sureç, en isteksiz öğrencileri bile motive etti.  

Bu projedeki diğer aktiviteler: yeniden antik parfümleri yaratmak (Farusi, 2011),boric asitle cam mozaik yapımı,  Pholas dactylus yumuşakçasının lüminesansını simule etme, ve demir-safran mürekkebini hazırlama  (Farusi, 2007).

Teşekkürler

Yazar, çivit otundan çivit mavisi elde edilmesindeki katkılarından ötürü Bristol Üniversitesinden, UK, Dr David Hill’e teşekkür eder. 

Download

Download this article as a PDF