نوبل الكيمياء عامَ 1904.. اكتشافُ العناصرِ الصامتة
Full Transcript
يقولُ الفيلسوفُ والحكيمُ اليونانيُّ الشهير "تكلمْ حتى أراك". فالشخصُ يختبئُ خلفَ الصمتِ وتكشفُه الكلمات.
في علمِ الكيمياء؛ يُمكنُ تحويلُ تلكَ المقولةِ إلى "تفاعلْ حتى أراك". فالعناصرُ التي يتفاعلُ بعضُها معَ بعضٍ يُمكنُ اكتشافُ خواصِّها بقدرٍ منَ السهولة. لكنْ ماذا عنْ تلكَ العناصرِ التي لا يُمكنُها التفاعل.. هلْ ستظلُّ مخفيةً عنِ العلم؟
هلْ سمعتَ في السابقِ مصطلحَ الغازاتِ الخاملة؟
في الغالبِ نعم. يشيرُ المصطلحُ إلى مكوناتٍ في الهواءِ الجويِّ لا تتفاعلُ معًا ؛ ولا تُساهمُ في أيِّ تفاعُل.
ظلتْ تلكَ العناصرُ مجهولةً ومثيرةً للحيرةِ طيلةَ قرونٍ منَ الزمان. لكونِها "صامتةً" لا "تتفاعلُ". و"مستقرةً" لدرجةِ "النُّبل".
لكنْ؛ وبفضلِ العالِمِ البريطانيِّ "ويليم رامسي" الحاصلِ على جائزةِ نوبل الكيمياء لعامِ ألفٍ وتِسعِمئةٍ وأربعةٍ انتهتْ للأبدِ أسطورةُ الغموض. بعدَ أنْ اكتشفَ في سلسلةٍ منَ التجاربِ تلكَ المجموعةَ منَ العناصرِ الصامتة.. العناصرِ النبيلة.
تبدأُ القصةُ قبلَ مَولدِ "رامسي" بكثير. ففي أواخرِ القرنِ الثامنِ اكتشفَ عالِمُ الكيمياءِ الفرنسيُّ -وفيلسوفُها الشهير- "هنري كافنديش" وجودَ كميةٍ ضئيلةٍ منْ غازٍ غيرِ معروفٍ في أثناءِ إجراءِ تجربةٍ لتمريرِ تيارٍ كهربائيٍّ في كميةٍ محسوبةٍ منْ غازَي النيتروجينِ والأكسجين. لاحظَ "كافنديش" أنَّ التيارَ حفزَ تفاعُلًا كيميائيًّا بينَ الغازَين وكوَّنَ أكاسيدَ النيتروجين؛ إلا أنَّ كميةً ضئيلةً منَ الغازِ لمْ تتفاعلْ إطلاقًا.. لمْ يتمكنِ الكيميائيُّ والفيلسوفُ الفرنسيُّ منْ معرفةِ السبب.
وبعدَ نحوِ قرنٍ منَ الزمان؛ وفي أثناءِ عملِ العالِمِ الإنجليزيِّ "جون ويليم ستروت" على تجربةٍ أخرى لدراسةِ طيفِ انبعاثِ غازاتِ الغلافِ الجوي؛ لاحظَ وجودَ انبعاثٍ لونيٍّ غريبٍ لا ينطبقُ معَ طيفِ العناصرِ المعروفة؛ كما لاحظَ أيضًا اختلافًا في الكثافةِ الموجودةِ بينَ النيتروجينِ الموجودِ في الغلافِ الجويِّ والنيتروجينِ المحضَّرِ كيميائيًّا.
حصلَ عالِمٌ بريطانيٌّ وهوَ "ويليم رامسي" -الذي كانَ معروفًا بالفعلِ بوصفِه كيميائيًّا بارزًا- على إذنٍ للتعاونِ في التحقيقاتِ المستمرةِ بهدفِ اكتشافِ سببِ الحالةِ الغريبةِ للأشياءِ المذكورةِ سابقًا. كانتْ نتيجةُ هذا التعاونِ اكتشافًا (نُشرَ عامَ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وأربعةٍ وتسعين) أنَّ الهواءَ يحتوي على مكوِّنٍ غازي، لمْ يكنْ معروفًا منْ قبل، لهُ كثافةٌ أعلى بمقدارِ مرةٍ ونصفٍ منْ كثافةِ النيتروجين، وهوَ ما يفسرُ الوزنَ النوعيَّ الأعلى للنيتروجين في الغلافِ الجوي. سرعانَ ما أثبتتْ دراسةٌ متأنيةٌ لخصائصِ الغازِ الجديدِ بما لا يدَعُ مجالاً للشكِّ أنَّهُ عنصرٌ كيميائيٌّ جديد، غيرُ نشط؛ ولا يدخلُ في أيِّ تفاعُلاتٍ معَ العناصرِ الأخرى. أطلقَ عليهِ "رامسي" اسمَ "الأرجون"، وهيَ كلمةٌ مشتقةٌ منْ أصلٍ إغريقيٍّ يعني "خامل".
لمْ يكتفِ "رامسي" بإثباتِ وجودِ الأرجون في الغلافِ الغازيِّ للكرةِ الأرضية، فقدْ كرسَ نفسَه للبحثِ عنْ وجودِ الأرجون في القشرةِ الصلبةِ للأرض. قادَه هذا إلى اكتشافٍ جديد.
فقدْ نجحَ "رامسي" في عزلِ غازٍ منْ معادنِ اليورانيوم، والذي أثبتَ في المطيافِ أنَّه مطابق، ليسَ للأرجون، بلْ لعنصرِ الهيليوم الشمسيِّ الذي طالَ البحثُ عنهُ والذي لمْ يُكتشفْ على كوكبِ الأرض.
أثبتَ وجودَ الهيليوم لأولِ مرةٍ عالِمُ الفلكِ الفرنسيُّ "بيير يانسن" خلالَ الفحصِ الطيفيِّ للشمسِ في عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وثمانيةٍ وستين، في أثناءِ قيامِه بعملِ ملحوظاتٍ على كسوفٍ للشمسِ في الهند. وجدَ "رامسي" لاحقًا أنَّ الهيليوم موجودٌ أيضًا في مياهِ بعضِ الينابيعِ المعدنية، وفي بعضِ النيازك، وأنَّه مثلَ الأرجون، يشكلُ مكونًا منْ مكوناتِ الغلافِ الجويِّ للأرض.
بمجردِ تحديدِ الوزنِ الذريِّ للغازينِ الجديدينِ تقريبًا - أربعة للهيليوم وأربعينَ للأرجون - فكرَ العالِمُ النشطُ "رامسي" منْ خلالِ التفكيرِ النظريِّ، في البحثِ عنْ غازٍ خاملٍ آخر، يجبُ أنْ يكونَ الوزنُ الذريُّ لهُ بينَ الغازينِ السابقينِ وربَّما يكونُ حوالَي عشرين. وبعدْ أنْ قامَ بعددٍ كبيرٍ منَ المحاولاتِ غيرِ المثمرةِ في اتجاهاتٍ مختلفة، نجحَ في إظهارِ وجودِ غازٍ خاملٍ آخرَ هوَ النيون، الذي يعني اسمُه العنصرَ الجديد.
لم تنتهِ أبحاثُ "رامسي" عندَ ذلكَ الأمر؛ فقدْ تمكنَ منِ اكتشافِ عنصرينِ جديدينِ في وقتٍ واحد، كلاهُما غازيٌّ في درجةِ الحرارةِ العادية، هما الكريبتون -الذي يعني اسمُه المخفي- والزينون -الذي يعني اسمُه الغريب.
توجدُ هذهِ الغازاتُ في الهواءِ ولكنْ بشكلٍ ضئيل، فبينَما يمثلُ الأرجون ما يقربُ منْ واحدٍ في المئةِ منْ حجمِ الهواء، يوجدُ النيون بنسبةِ واحدٍ إلى مئتي ألف، والهيليوم بنسبةِ خمسةٍ إلى مليون، والكريبتون بنسبةِ واحدٍ إلى مليون والزينون فقطْ حوالَي جزءٍ لكلِّ عشرينَ مليون جزء.
تشيرُ تلكَ النِّسبُ إلى الصعوباتِ الهائلةِ التي تواجهُ هذهِ الدراسات. على الرغمِ منْ كلِّ العوائق، إلا أنَّ "رامسي" لمْ يتمكنْ منْ عزلِ العناصرِ الجديدةِ فحسبُ، بل استطاعَ أيضًا دراسةَ خصائصِها بدقة، وهوَ ما مكَّنَهُ منْ تحديدِ مكانِها في الجدولِ الدوريِّ للعناصر. كما تمكنَ منْ إثباتِ أنَّ الغازاتِ الخمسةَ الجديدة، أوِ "الغازاتِ النبيلة" كما يُطلقُ عليها غالبًا، تمثلُ مجموعةً طبيعيةً منَ العناصرِ التي يتمُّ تمييزُها بشكلٍ صارمٍ بغيابِ قطبيةٍ كهربائيةٍ عنْ جميعِ العناصرِ المعروفةِ سابقًا، وملءِ الفراغاتِ في النظامِ الدوريِّ الموجودةِ حتى الآنَ بينَ الهالوجيناتِ السالبةِ والفلزاتِ القلويةِ عاليةِ الإيجابية.
يُعدُّ اكتشافُ مجموعةٍ جديدةٍ تمامًا منَ العناصر، أمرًا فريدًا تمامًا في تاريخِ الكيمياء، لكونِها تُمثلُ تقدمًا جوهريًّا في العلم. خاصةً حينَ نعرفُ أنَّ كلَّ هذهِ العناصرِ هيَ مكوناتٌ منَ الغلافِ الجويِّ للأرض، وأنَّه على الرغمِ منْ سهولةِ الوصولِ إليها على ما يبدو للبحثِ العلمي، إلا أنَّها حيرتْ لفترةٍ طويلةٍ العلماءَ البارزين، الذينَ قضَوا أعمارَهم في محاولةِ تحديدِ الخصائصِ الكيميائيةِ والفيزيائيةِ للهواء.
كما يُعَدُّ الاكتشافُ أكثَرَ بكثيرٍ منْ مجردِ إضافةِ خمسةِ عناصرَ جديدةٍ إلى العناصرِ المعروفةِ بالفعل. فبسببِ الطابعِ الخاملِ للغازاتِ الجديدة، كانتْ محاولاتُ الكشفِ عنها صعبةً للغاية، وفي الوقتِ نفسِه -وبسببِ خمولِها- فإنَّ موقعَ تلكَ الغازاتِ غريبٌ للغايةِ بينَ العناصرِ الأخرى. على الرغمِ منَ المحاولاتِ المتكررةِ التي لا تعرفُ الكلل، فقدْ وجدَ أنهُ منَ المستحيلِ في أيِّ حالةٍ موثقةٍ تحفيزُ تلكَ الغازاتِ لعملِ تفاعُلٍ سواءٌ فيما بينَها أوْ معَ عناصرَ أخرى معروفة. هذا الجمودُ التامُّ بينَ العناصرِ لمْ يكنْ معروفًا منْ قبل؛ في الواقعِ، كانَ يُعتقدُ عمومًا أنَّ قوةَ الدخولِ في تفاعُلٍ كيميائيٍّ كانتْ سمةً أساسية - وإنْ كانتْ بدرجةٍ أعلى أوْ أقل - تُميزُ جميعَ العناصر. أزالَ اكتشافُ الغازاتِ النبيلةِ هذا العائقَ أمامَ معرفتِنا، ووسّعَ نظرتَنا الضيقةَ للغايةِ إلى طبيعةِ العناصر، ولهذا السببِ، فلذلكَ الاكتشافِ منَ الناحيةِ النظريةِ أهميةٌ خاصة.
وُلدَ "رامسي" عامَ ألفٍ وثَمانِمئةٍ واثنينِ وخمسينَ في غلاسكو. كانَ والدُه يعملُ مهندسًا مدنيًّا، وكانتْ عائلتُه مُحبةً للعلوم. فجدُّه لأبيهِ كانَ يمتلكُ مصنعًا للموادِّ الكيميائيةِ في غلاسكو وانحدرَ منْ عائلةٍ كانتْ تعملُ لفترةٍ طويلةٍ في مجالِ الصباغة، وكانَ جدُّهُ لأمِّهِ طبيبًا مارسَ المهنةَ في إدنبرة وألَّفَ العديدَ منَ الكتبِ منْ ضمنِها سلسلةٌ منَ الكتبِ المدرسيةِ الطبية.
لذلكَ على الرغمِ منْ أنَّ الشابَّ "رامسي" طورَ العديدَ منَ الاهتماماتِ مدى الحياة، على سبيلِ المثالِ في الموسيقى والشعر، إلا أنَّه سرعانَ ما استقرَّ على العلومِ منْ أجلِ مستقبلِه المهني.
عندما كانَ يبلغُ منَ العمرِ أربعةَ عشَرَ عامًا، التحقَ بجامعةِ جلاسكو. أكملَ درجةً علميةً في أربعِ سنوات، ودرَسَ بعضَ المحاضراتِ على يدِ اللورد ويليام طومسون كلفن، الرجلِ الذي سُميتْ وحدةُ درجةِ الحرارةِ كلفن على اسمِه.
في سنِّ الثامنةَ عشْرة، التحقَ ببرنامجِ الدكتوراةِ في جامعةِ توبنغن في ألمانيا، وأكملَ الدكتوراة عندما كانَ عمرُه تسعةَ عشَرَ عامًا.
عندَ عودتِه إلى إسكتلندا في عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ واثنينِ وسبعينَ أصبحَ مساعدًا في الكيمياءِ في كليةِ أندرسون في غلاسكو، وبعدَ ذلكَ بعامينِ حصلَ على منصبٍ مماثلٍ في الجامعةِ هناك. في عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وثمانينَ تمَّ تعيينُه مديرًا وأستاذًا للكيمياءِ في الكليةِ الجامعية، بريستول، وانتقلَ في عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وسبعةٍ وثمانينَ إلى منصبِ رئيسِ قسمِ الكيمياءِ غيرِ العضويةِ في يونيفيرسيتي كوليدج، لندن، وهوَ المنصبُ الذي شغلَهُ حتى تقاعُدِه في عامِ ألفٍ وتِسعِمئةٍ وثلاثةَ عشَر.
منذُ بدايةِ ثمانينياتِ القرنِ التاسعَ عشَرَ كانَ ناشطًا بشكلٍ رئيسيٍّ في الكيمياءِ الفيزيائية، وكانتْ إسهاماتُه العديدةُ في هذا الفرعِ منَ الكيمياءِ في الغالبِ على قياسِ العناصرِ والديناميكا الحرارية.لكنَّ اكتشافاتِه الأكثرَ شهرةً جاءتْ في الكيمياءِ غيرِ العضوية. في وقتٍ مبكرٍ منْ عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وخمسةٍ وثمانينَ إلى ألفٍ وثَمانِمئةٍ وتسعينَ نشرَ العديدَ منَ الأوراقِ البحثيةِ البارزةِ عنْ أكاسيدِ النيتروجين وتبِعَ تلكَ الأوراقِ باكتشافِ الأرجون والهيليوم والنيون والكريبتون والزينون.
في عامِ ألفٍ وثَمانِمئةٍ وواحدٍ وثمانينَ تزوجَ رامسي منْ مارجريت ستيفنسون. وتوفيَ عامَ ألفٍ وتِسعِمئةٍ وستةَ عشَر.
رد مع اقتباس