نوبل الكيمياء عامَ 1901.. كيفَ تصلُ العصارةُ إلى أعالي الأشجار؟
Full Transcript
أشجارُ السيكويا العملاقةُ دائمةُ الخضرة، والتي يتجاوزُ طولُها مئةَ مترٍ في بعضِ الأحيان، لا تملكُ مضخاتٍ لرفعِ العصارة، وهيَ المحلولُ المائيُّ الذي يجري في سيقانِ وجذورِ النباتاتِ ويحملُ جميعَ المغذيات. ورغمَ ذلك؛ يصلُ ذلكَ السائلُ الحيويُّ للغايةِ واللازمُ لاستمرارِ حياةِ النباتِ إلى الفرعِ القصيِّ في النهايةِ العُليا للشجرةِ بسهولةٍ ودونَ استهلاكِ أيِّ طاقة. فكيفَ يحدثُ ذلكَ الأمر؟ وما تفسيرُه؟
تبدأُ القصةُ في بدايةِ القرنِ التاسعَ عشَر؛ حينَ لاحظَ العلماءُ وجودَ ضغطٍ منْ نوعٍ خاصٍّ يؤدِّي إلى انتقالِ الماءِ منَ التربةِ إلى جذورِ النباتات. أطلقَ عليهِ العلماءُ اسمَ "الضغطِ الأسموزي".
ذلكَ المصطلحُ يُعبرُ عنْ ضغطِ محلولٍ ما عندَ الغِشاءِ شبهِ النافذ؛ والذي يؤدي إلى منعِ حركةِ المياهِ باتجاهٍ معاكسٍ عبرَ الغشاء.
تخيلْ أنكَ تُمسكُ بيديكَ كوبًا منَ الماءِ المذابِ فيهِ بضعُ جراماتٍ منَ السكر. يُسمى ذلكَ محلولًا سُكريًّا. إذا ما تمكنتَ منْ إحضارِ غشاءٍ يسمحُ بمرورِ الماءِ لا السكر؛ فسيشقُّ الماءُ طريقَه عبرَ الغشاءِ في حينِ سيحتجزُ السكرُ خلفَ الغشاء. تؤدي تلكَ العمليةُ إلى زيادةِ الضغطِ على جانبِ الغشاءِ الذي يخترقُه الماء؛ يُسمى ذلكَ الضغطُ بالأسموزي.
خلالَ القرنِ التاسعَ عشَرَ؛ حاولَ الكثيرُ منَ العلماءِ قياسَ ذلكَ الضغط؛ حتى تمكَّنَ الألمانيُّ "فيلهلم فيفير" منْ قياسِه في عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وسبعةٍ وسبعين. إلا أنَّهُ لمْ يتمكنْ منْ إيجادِ العلاقةِ بينَ قيمةِ هذا الضغطِ وتركيزِ المحلولِ ودرجةِ حرارتِه.
وبعدَ حوالَي عَشْرِ سنواتٍ منْ نجاحِ "فيفير" في قياسِ الضغط؛ نجحَ العالِمُ الهولنديُّ "جاكوبوس هنريكوس فان هوف" في تفسيرِ تلكَ العلاقة.. ذلكَ التفسيرُ الذي قادَه -بسهولة- للحصولِ على جائزةِ نوبل الكيمياء الأولى عامَ ألفٍ وتِسعِمئةٍ وواحد.
لكنْ؛ ما الدورُ الذي يؤديهِ الضغطُ الأسموزي في الحياة؟
الحقيقةُ أنَّ تلكَ العمليةَ يتوقفُ عليها -حرفيًّا- حياتُنا. فأغشيةُ خلايانا تُشبهُ الحراس. تسمحُ لبعضِ الموادِّ بالنفاذ؛ في حينِ تمنعُ بعضَها الآخرَ منَ الخروجِ منَ الخلية. وبالتالي؛ يتطورُ الضغطُ الأسموزيُّ داخلَ كلِّ خليةٍ منْ خلايا أجسادِنا؛ وأجسادِ الحيوانات. وحتى النباتات؛ لا يُمكنُها النموُّ أوْ حتى العيشُ إلا منْ خلالِ توازنٍ دقيقٍ لتلكَ العملية.
فعلى سبيلِ المثال؛ تَذبُلُ النباتاتُ حينَ تزدادُ ملوحةُ التربة. ففي تلكَ الحالة؛ تنعكسُ -أوْ تتوقفُ كليًّا- عمليةُ انتقالِ الماءِ منَ التربةِ إلى النبات، وهوَ ما يؤدي إلى جفافِ النبتة. وفي الطب؛ يُمكنُ القضاءُ على البكتيريا بوضعِها في سائلٍ لهُ تركيزٌ ملحيٌّ منخفض. يعني ذلكَ أنَّ للسائلِ ضغطًا أقلَّ منْ ضغطِ البكتيريا؛ وبالتالي؛ يتسربُ السائلُ إلى داخلِ خليةِ البكتيريا ويؤدي إلى انفجارِها.
وضعَ "فان هوف" القوانينَ المنظِّمةَ للضغطِ الأسموزي؛ وفي سنِّ ثمانيةٍ وأربعينَ عامًا؛ وبينما كانَ يعملُ أستاذًا في جامعةِ "برلين" تلقى الرجلُ خبَرَ فوزِه بالجائزةِ العلميةِ الأهم.. نوبل الكيمياء.
في تلكَ الآونة؛ كانَ "فان هوف" يحظى باحترامٍ كبيرٍ داخلَ المجتمعِ الكيميائيِّ كنتيجةٍ مباشرةٍ لأبحاثِه التي جمعتْ بينَ الفيزياءِ والكيمياء. كانَ هذا بعدَ عقدينِ فقطْ منْ تعرُّضِه لانتقاداتٍ شديدةٍ بسببِ أفكارِه حولَ الكيمياءِ الفراغيةِ وبعدَ عقدٍ واحدٍ فقطْ منِ اختلافِ زملائِه معهُ حولَ نظريةِ المحاليلِ المخففة... ولتلكَ الحكايةِ جذورٌ متشعبة.
وُلدَ "فان هوف" في روتردام بهولندا في ثلاثين أغسطس عامَ ألفٍ وثَمانِمئةٍ واثنينِ وخمسين. كانَ الطفلَ الثالثَ في عائلةٍ مكونةٍ منْ سبعةِ أطفالٍ للطبيبِ جاكوبوس هنريكوس وأليدا جاكوبا كولف.
كانَ منْ أوائلِ الطلابِ الذينَ التحقُوا بنوعٍ جديدٍ منَ المدارسِ الثانويةِ التي أُنشئتْ خصيصًا لتعليمِ الشبابِ ليُصبحوا رجالَ أعمالٍ في مؤسساتٍ صغيرة.
لكنه أثارَ انتباهَ أساتذتِه في تلكَ المدرسةِ بسببِ شغفِه بالكيمياء. وبالتالي بدأَ دراستَه للتكنولوجيا الكيميائيةِ في مدينةِ "دلفت". لكنَّه كانَ مهتمًّا بالكيمياءِ أكثرَ منِ اهتمامِه بالتكنولوجيا.
لذلكَ، انتقلَ إلى جامعةِ ليدن حيثُ احتاجَ إلى الحصولِ على إذنٍ خاصٍّ منْ وزيرِ الشؤونِ الداخليةِ لدراسةِ الكيمياء. ربَّما يكونُ منَ الإنصافِ القولُ إنَّهُ تلقَّى تدريبَه الحقيقيَّ وشغفَه بالعلومِ في مختبراتٍ بألمانيا وفرنسا.
حصلَ "فان هوف" على درجةِ الدكتوراة منْ جامعةِ أوتريخت في عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وأربعٍ وسبعين. كانتْ أفكارُه العلميةُ غريبةً على المجتمعِ في ذلكَ الوقت؛ لذا لمْ يتمكنْ بسهولةٍ منَ العثورِ على وظيفة.
فقدْ حاوَلَ دونَ جدوى الحصولَ على وظيفةٍ كمدرسٍ في المدرسةِ الثانوية، غيرَ أنَّهُ تمكَّنَ منْ إعطاءِ دروسٍ خاصةٍ لكسبِ بعضِ المال.
في عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وستةٍ وسبعينَ أصبحَ مُحاضرًا في الكليةِ البيطريةِ في أوتريخت، لكنَّهُ تركَ هذا المنصبَ لمنصبٍ مماثلٍ في جامعةِ أمستردام في العامِ التالي. وفي عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وثمانيةٍ وسبعينَ جاءَ تعيينُه أستاذًا للكيمياءِ وعلمِ المعادنِ والجيولوجيا في الجامعةِ نفسِها. بعدَ أنْ شغلَ هذا الكرسيَّ لمدةِ ثمانيةَ عشَرَ عامًا، قبِلَ دعوةً للذهابِ إلى برلين أستاذًا فخريًّا، مرتبطًا بعضويةِ الأكاديميةِ الملكيةِ البروسيةِ للعلوم. كانَ السببُ الرئيسيُّ لهذا التغييرِ هوَ حقيقةُ أنَّهُ كانَ مثقلًا بالالتزاماتِ بإلقاءِ محاضراتٍ أوليةٍ وفحصِ نتائجِ أعدادٍ كبيرةٍ منَ الطلاب، مما يتركُ لهُ القليلَ منَ الوقتِ للقيامِ بعملِه البحثي. كانَ مدافعًا متحمسًا عنْ إنشاءِ فئةٍ خاصةٍ منَ العاملينَ العلميين. في منصبِه بجامعةِ "برلين" بقيَ حتى نهايةِ حياتِه.
اكتسبَ "فان هوف" شهرةً خاصةً منْ خلالِ أبحاثِه الثوريةِ التي لاقتْ معارضةً شديدةً في البدايةِ إلا أنَّها صنعتْ عصرًا جديدًا للكيمياءِ في النهاية.. كانتْ أطروحةُ الدكتوراةِ بمنزلةِ مساهمةٍ قيِّمةٍ في معرفةِ التفاعلاتِ الكيميائيةِ لمجموعةٍ منَ الأحماض. تلكَ الأطروحةُ؛ المكونةُ منِ اثنتي عشْرةَ صفحةً نصيةً ومخططاتٍ في صفحةٍ واحدة، أعطتِ الزخَمَ لتطويرِ الكيمياءِ الفراغية. إذْ قدمَ خلالَها مفهومًا جديدًا كُليًّا أطلقَ عليهِ "ذرةَ الكربونِ غيرَ المتماثلة" والتي شكلتِ الأساسَ في تطويرِ علمٍ منفصلٍ تمامًا نعرفُه الآنَ باسمِ الكيمياءِ الفراغية.
ومعَ ذلكَ، لمْ تجدْ أفكارُه الثوريةُ القَبولَ إلا بعدَ نشرِ كتابِه "الكيمياء الفراغية" في عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وخمسةٍ وسبعينَ، وفي عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وأربعةٍ وثمانينَ نشرَ كتابَ "دراسات في الكيمياءِ الديناميكية". ذلكَ الكتابُ كانَ مهمًّا للغاية؛ إذْ رصدَ خلالَه العلاقةَ بينَ الديناميكا الحراريةِ والكيمياء.
في العامِ التالي؛ نشرَ كتابًا يشرحُ بسلاسةٍ عمليةَ التوازنِ الكيميائيِّ في الأنظمةِ الغازيةِ أوِ المحاليلِ المخففةِ بشدة. هنا أوضحَ أنَّ "الضغطَ الاسموزي" في المحاليلِ المخففةِ بدرجةٍ كافيةٍ يتناسبُ معَ التركيزِ ودرجةِ الحرارةِ المطلقة.. كانتْ تلكَ العلاقةُ هي التي قادتْه للحصولِ على جائزةِ نوبل الكيمياء.
في عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وخمسةٍ وثمانينَ تمَّ تعيينُه عضوًا في الأكاديميةِ الملكيةِ الهولنديةِ للعلوم، بعدَ أنْ تمَّ حجبُ ترشيحِه في عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وثمانينَ بسببِ عدمِ كفايةِ عددِ الأصوات - وهوَ دليلٌ على أنَّ أفكارَه وَجدتْ في البدايةِ قبولًا ضئيلًا في بلدِه.
كانَ "فان هوف" منْ محبِّي الطبيعة؛ كطالبٍ في ليدن، شاركَ كثيرًا في الرحلاتِ الاستكشافيةِ للنباتات، وفي وقتٍ لاحقٍ في بون، استمتعَ تمامًا بالجبالِ المجاورة، حيثُ كانَ يسيرُ لمسافاتٍ طويلةٍ بصحبةٍ أوْ بمفردِه. كما كانَ مُحبًّا للفلسفةِ والشعر.
في عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وثمانيةٍ وسبعينَ تزوجَ "جوانا فرانشينا ميس" ورُزقَ بأربعةِ أبناء. فتاتين؛ جوهانا (ولدت عامَ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وثمانينَ) وأليدا جاكوبا (ولدت عامَ ألفٍ وثَمانِمئةٍ واثنينِ وثمانين). وابنين؛ جاكوبس (مواليد عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وثلاثةٍ وثمانين) وجوفيرت (مواليد عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وتسعةٍ وثمانين) ... تُوفيَ "فان هوف" عامَ ألفٍ وتِسعِمئةٍ وأحدَ عشَرَ بالقربِ منَ العاصمةِ الألمانيةِ برلين بسببِ السُّلِّ الرئوي.
رد مع اقتباس
