الكيمياء (2)

نبذة تاريخية

صهر الفلزات وسبكها كما يظهر على هذه اللوحة الجدارية المصرية المرسومة حوالي عام 1474ق.م. وقد عرف القدماء كيفية استخدام المواد المختلفة لصنع أشياء عديدة.
البدايات. توصل إنسان ما قبل التاريخ إلى اكتشافات كثيرة ومفيدة عن طريق ملاحظة خصائص المواد الطبيعية والتغيرات التي تحدث لهذه المواد.

فقد استخدم الإنسان النار قبل مليون ونصف المليون عام. وكانت النار أول تفاعل كيميائي استطاع الإنسان إنتاجه والسيطرة عليه. ولقد مكّن استعمال النار الإنسان من تغيير خصائص المواد؛ فقد استخدمت النار في الطهي وفي جعل الأواني الفخارية أكثر صلابة وفي صهر الخامات المعدنية. كما تمكن الإنسان، باستخدام النار، من تحضير مواد جديدة. فعلى سبيل المثال استطاع الإنسان حوالي عام 3500 ق. م. صنع البرونز بخلط مصهور النحاس والقصدير.

ولقد اعتقدت شعوب العديد من الحضارات القديمة ـ باطلاً ـ بأن الآلهة أو الأرواح هي التي تسبب الأحداث الطبيعية. ولكن في القرن السابع قبل الميلاد نظر بعض الفلاسفة الإغريق للطبيعة بمنظار آخر إذ اعتقدوا بأن الطبيعة تسير وفقًا لقوانين يستطيع الإنسان اكتشافها بالملاحظة والمنطق.

وقد وضع العديد من الفلاسفة الإغريق نظريات حول المواد الأساسية التي يتكون منها العالم. وذهب الفيلسوف الإغريقي إمبيدوقليز الذي عاش في القرن الخامس قبل الميلاد، إلى أن هناك أربعة عناصر أساسية هي الهواء والتراب والنار والماء، وأن هذه العناصر تتحد بنسب مختلفة لتكوّن كل المواد الأخرى.

وفي القرن الخامس قبل الميلاد. كان من تعاليم الفيلسوف الإغريقي ديموقريطس أن كل المواد تتكون من مادة واحدة توجد على هيئة وحدات صغيرة لا تتكسر (تتحطم) تُسمَّى الذرات. وبناء على هذه النظرية، فإن الاختلاف بين المواد هو فقط بسبب الاختلاف في حجم وشكل وموقع ذراتها.

واعتقد الفيلسوف الإغريقي أرسطو الذي عاش في القرن الرابع قبل الميلاد أن أيًّا من العناصر الأساسية الأربعة التي اقترحها إمبيدوقليز يمكن تحويلها إلى أي من العناصر الأخرى بإضافة أو إزالة الحرارة والرطوبة. وقد قرر أن هذا التغيير ـ ويعرف بالتحول ـ يحدث كلما دخل عنصر ما في تفاعل كيميائي، أو تحول من حالة فيزيائية (صلب، غاز، سائل) إلى حالة أخرى. فقد اعتقد أرسطو بأن الماء مثلاً يتحول إلى هواء عند تسخينه.

--------------------------------------------------------------------------------

تواريخ هامة في الكيمياء

--------------------------------------------------------------------------------

3500 ق.م تعلّم الإنسان صنع البرونز.
القرن الخامس قبل الميلاد . قدم ديموقريطس نظرية الذرة.
القرن السابع الميلادي بدأت الخيمياء في الانتشار من مصر إلى شبه الجزيرة العربية ووصلت إلى غرب أوروبا في القرن الثاني عشر الميلادي.
800م حضر جابر بن حيان لأول مرة حمض الكبريتيك بالتقطير من الشب، واكتشف الصودا الكاوية.
805م أدخل الكيميائيون العرب المنهج التجريبي في العلوم التطبيقية وعلى رأسها الكيمياء.
أوائل القرن الثامن عشر الميلادي طوّر جورج أيرنست ستال نظرية اللاهوب.
في الخمسينيات من القرن الثامن عشر الميلادي تعرَّف جوزيف بلاك على ثاني أكسيد الكربون.
1766م اكتشف هنري كافندش الهيدروجين.
في السبعينيات من القرن الثامن عشر الميلادي اكتشف كارل شيل وجوزيف بريستلي الأكسجين.
أواخر القرن الثامن عشر الميلادي عرف أنطوان لافوازيه قانون حفظ الكتلة وافترض نظرية الأكسجين في الاحتراق.
1803م أعلن جون دالتون نظريته الذرية.
1811م قرر إميديو أفوجادرو أن الحجوم المتساوية لجميع الغازات تحت نفس الضغط والحرارة تحتوي على أعداد متساوية من الجسيمات.
أوائل القرن التاسع عشر الميلادي استطاع جونز جاكوب برزيليوس حساب الأوزان الذرية بدقة لعدد من العناصر.
1828م استطاع فريدريك فولر تحضير أول مادة عضوية مخلقة من مواد غير عضوية.
1856م حضر السير وليم هنري بيركن أول صبغة مصنعة.
1869م اكتشف دمتري مندليف ويوليوس لوثر ماير القانون الدوري.
1910م سجل فريتز هابر براءة اختراع طريقة لإنتاج النشادر المصنعة.
1913م اقترح نيلز بور نظريته الذرية.
1916م وصف جليبرت ن. لويس الروابط الإلكترونية بين الذرات.
الخمسينيات من القرن العشرين بدأ علماء الكيمياء الحيوية يكتشفون أن الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (د ن أ) والحمض النووي الريبي (ر ن أ) يؤثران على الوراثة.
أوائل الثمانينيات من القرن العشرين بدأ الكيميائيون في تطوير جهاز يدار بالطاقة الشمسية لإنتاج وقود الهيدروجين بوساطة التحليل الكيميائي للماء.

ورشة الخيميائي ـ رائد المختبر الكيميائي الحديث ـ استخدم الخيميائيون أدوات عديدة مثل الأقماع والمصافي والموازين.
الخيمياء. أثناء الثلاثمائة سنة الأولى بعد ميلاد المسيح قام العلماء والحرفيون في مصر بتطوير وممارسة مهنة كيميائية عُرفت باسم الخيمياء وبنوا عملهم على نظرية تحوّل العناصر لأرسطو، حيث حاولوا تحويل الرصاص والفلزات الأخرى إلى ذهب. وانتقلت الخيمياء إلى شبه الجزيرة العربية في القرن السابع الميلادي ومنها إلى أغلب أوروبا الغربية في القرن الثاني عشر الميلادي. وقد مثلت الخيمياء مصدرًا رئيسيًا للمعرفة الكيميائية حتى القرن السابع عشر الميلادي.

ورغم أن الخيميائيين فشلوا في مسعاهم لصنع الذهب من المواد الأخرى، خلال القرون العديدة التي قضوها في تجاربهم، إلا أنهم اكتسبوا معرفة واسعة بالمواد الكيميائية. ولا يزال الكيميائيون في العصر الحاضر يستخدمون العديد من الأدوات المخبرية والطرق والأساليب التي اخترعها الخيميائيون، مثل الأقماع والمصافي والموازين المستعملة لوزن المواد الكيميائية والجفان (بواتق لصهر المعادن). وتعلّموا تحضير الأحماض والكحولات المختلفة واستعمالها.

كان الكيميائي الأيرلندي روبرت بويل الذي عاش في القرن السابع عشر الميلادي من أوائل الكيميائيين المحدثين وقال إن النظريات لابد أن تدعمها التجارب العملية. وقام بويل بإجراء العديد من التجارب التي أثبتت أن الهواء والتراب والنار والماء ليست عناصر حقيقية. وكان يرى أن أفضل تفسير لخصائص المادة هو الذي تصفه نظرية الذرات التي تقول بأن المادة تتكون من جسيمات صغيرة في حركة دائمة.

الكيمياء العربية. مع نهايات القرن الثالث الهجري وأوائل الرابع أضفى الكيميائيون العرب على هذا العلم أصالة البحث العلمي التجريبي. ومن خلال تجاربهم توصلوا إلى مواد كيميائية جديدة: اكتشفوها أو حضروها مثل حمض الكبريتيك H2SO4 الذي أطلقوا عليه زيت الزاج، وحمض النتريك HNO2 وسموه ماء الفضة وغير ذلك.

وأهم العمليات التي استخدموها في العمليات الكيميائية 1- التسوية 2- التقطير 3- التنقية 4- التسامي 5- التصعيد. وكان أول من استخدم طريقة التصعيد الكندي وقد ألف في ذلك كتابه المعروف باسم تصعيد العطور. كما استخدموا لأول مرة في التاريخ أول ميزان حساس في التجارب المختبرية وذلك نحو عام 190هـ، 805م. كما برعوا في الصناعات الكيميائية التي بدأ عصرها عندهم نحو عام 250هـ، 863م، وصنعوا أول مادة كيميائية مضادة للحريق في منتصف القرن الثالث الهجري أواخر التاسع الميلادي. ونجد أنهم مزجوا الذهب بالفضة، واستخدموا القصدير لمنع التأكسد والصدأ في الأواني النحاسية.

ومن المواد الكيميائية التي اكتشفها العرب ولها دور كبير في الصناعة، الحمض الأوزوني وأطلقوا عليه الماء المحلل. ويستهلك حاليًا بكميات كبيرة في الصناعات المختلفة مثل الماء الملكي والنتروبنزين، والنتروكليسرين. انظر: العلوم عند العرب والمسلمين (الكيمياء).

مضخة هواء بناها روبرت بويل وروبرت هوك في أواسط القرن السابع عشر الميلادي، وقد استخدمت لدراسة الفراغيات.
نظرية اللاهوب. مع أن هذه النظرية ناجحة جدًا إلا أنها استُبْدلت بها نظرية أفضل. ولقد طُوْرت هذه النظرية في بداية القرن الثامن عشر الميلادي بوساطة كيميائي وطبيب ألماني اسمه جورج أيرنست ستال، الذي ذكر بأن جميع المواد الملتهبة تحتوي على عنصر يسمَّى اللاهوب. وبناء على هذه النظرية، فإن اللاهوب ينتج عن المواد عند احتراقها وأن الهواء ضروري للاحتراق لأنه يمتص اللاهوب المنطلق، وأن النبات بدوره يزيل اللاهوب من الهواء، لهذا فإنه يصبح غنيًا بهذه المادة، ويحترق عندما يصير جافًا. وكجميع النظريات الكيميائية الجيدة، فقد قدمت نظرية اللاهوب تفسيرًا لنتائج العديد من التجارب العلمية المختلفة، وكانت مفتاحًا للباحثين ليتجهوا نحو حقول دراسية يمكن أن ينتج عنها اكتشافات جديدة، لهذا السبب فقد لاقت نظرية اللاهوب قبولاً واتساعًا في القرن الثامن عشر الميلادي وقادت للعديد من الاكتشافات في مجال الكيمياء.

طور كيميائيو منتصف وأواخر القرن الثامن عشر الميلادي طرقًا جديدة لعزل ودراسة الغازات، وبنوا عملهم على نظرية اللاهوب وتوصلوا للعديد من الاكتشافات. ففي الخمسينيات من القرن الثامن عشر الميلادي استطاع الكيميائي والطبيب الأسكتلندي جوزيف بلاك التعرف على ثاني أكسيد الكربون، وهو أول غاز عُرف بأنه ذو خواص تختلف عن الهواء. وفي عام 1766م اكتشف الكيميائي والفيزيائي الإنجليزي هنري كافندش غاز الهيدروجين، وبما أن الهيدروجين ملتهب جدًا فقد اعتقد كافندش بأنه لاهوب نقي.

واكتشف الأكسجين كيميائيان كلٌّ على انفراد، أحدهما سويدي هو كارل شيل في أوائل السبعينيات من القرن الثامن عشر الميلادي، والآخر إنجليزي هو جوزيف بريستلي في عام 1774م. وبما أن الخشب يحترق في الأكسجين أكثر منه في الهواء، فقد اعتقد بريستلي بأن الأكسجين يمكنه امتصاص كميات كبيرة من اللاهوب. وقد سمى بريستلي الأكسجين الهواء الذي لا يحتوي على اللاهوب.

أنطوان لافوازيه درس العمليات الكيميائية في القرن الثامن عشر. هذه المحفورة توضح تجربته التي برهن بها أن الماء يتكون من عنصري الأكسجين والهيدروجين.
مساهمات لافوازيه. أحدث أنطوان لافوازيه، وهو كيميائي فرنسي، ثورة في الكيمياء في أواخر القرن الثامن عشر الميلادي. حيث عمل على إعادة العديد من التجارب التي أجراها من سبقوه من الكيميائيين السابقين. فقد أولى لافوازيه عناية كبيرة لوزن المواد التي تدخل في التفاعلات الكيميائية وكذلك لوزن نواتج التفاعلات، ووجد أن وزن نواتج الاحتراق يساوي وزن المواد المتفاعلة الأصلية. وعرف اكتشاف لافوازيه هذا بقانون بقاء الكتلة أو ا(لمادة).

لاحظ لافوازيه أن وزن الهواء الذي يحدث فيه الاحتراق يقل، ووجد أن هذا الفقد في الوزن نتج من أن المادة المحترقة تتحد مع مادة ما وتزيلها من الهواء، وأن هذه المادة المزالة من الهواء هي نفسها الهواء الذى لا يحتوي على اللاهوب وسمّاها لافوازيه الأكسجين. وقد حلت نظرية لافوازيه الأكسجينية للاحتراق محل نظرية اللاهوب.