• مشکی
  • سفید
  • سبز
  • آبی
  • قرمز
  • نارنجی
  • بنفش
  • طلایی
  • تعداد بازديد :
  • 11964
  • سه شنبه 1383/3/5
  • تاريخ :

رؤیایی كه سبب یك كشف شد

در اوایل سده هجدهم، روشنایی سالن های تئاتر و دیگر اماكن عمومی لندن را با گازی كه از روغن نهنگ تهیه می شد تأمین می كردند. وقتی این گاز را برای توزیع در مخازن متراكم می كردند، مایع معطّر و فرّاری جدا می شد. مایكل فارادی دانشمند مشهور انگلیسی این مایع را مورد مطالعه قرار داد و در حوالی سال 1825 ثابت كرد كه تنها از كربن و هیدروژن با نسبت های مساوی تشكیل شده است. بعدها معلوم شد این مایع كه بـَنزِن نام گرفت از اجزای قطرانی است كه به هنگام تولید كـُك از زغال تقطیر می شود. تركیبات معطر ( آروماتیك) مشابهی در بسیاری از منابع طبیعی دیگر نیز یافت شدند.

بـَنزِن به سبب ویژگی های عجیبی كه داشت، معماری نظری عمده ای در پیش روی شیمیدانان قرار داده بود، اكثر تركیباتی كه فقط حاوی كربن و هیدروژن بودند و در آن نسبت اتمهای هیدروژن به اتمهای كربن كم بود، رفتاری متفاوت با بنزن داشتند. ( در این مورد نسبت آنها 1 به1 بود، چون مشخص شده بود كه فرمول مولكولی بنزنC6H6 است.)

مولكولهای مزبور را نسبت به هیدروژن ، غیر اشباع می نامیدند؛ به عبارتی دیگر می شد چندین مولكول هیدروژن به آنها اضافه كرد، اما در مورد بنزن چنین نبود. بنزن جنبه های غریب دیگری هم داشت؛ تا سال 1865 هیچ كس نتوانسته بود فرمول ساختاری مناسبی برای آن پیشنهاد كند. امافریدریش آگوست كـِكِوله (Kekule) ، مردی بود كه در آن سال موفق به این كار شد.

ككوله در سال 1829در دارمشتات آلمان به دنیا آمد. او به قصد تحصیل در رشته معماری وارد دانشگاه گیسن شد. اما در گیسن تحت تأثیر یوستوس فون لایبیگ قرار گرفت و سخنرانی های جذاب او باعث شد عمرش را وقف شیمی كند. از گیسن به پاریس رفت تا زیر نظر ژان باتیست آندره دوما و شارل آدولف وورتز به تحصیلات خود ادامه دهد، و سپس به انگلستان رفت و با بهترین شیمیدانان انگلیسی مشغول همكاری شد. پس از بازگشت به آلمان، ابتدا در هایدلبرگ به تدریس پرداخت و سپس در سال 1858 به عنوان استاد شیمی به گـِنت بلژیك رفت. تا سال 1865 در گنت باقی ماند، تا سرانجام به بن دعوت شد تا كرسی خالی آ. و. هافمن را به عهده گیرد. ككوله در بن در همین مقام باقی ماند تا در سال 1896، سال فوت آلفرد نوبل، در گذشت. سه جایزه از پنج جایزه نخست شیمی نوبل نصیب شاگردان او شد: یاكوب وانت هوف (1901)، امیل فیشر(1902) و آدولف فون بایر (1905). ككوله به عنوان یكی از بزرگترین استادان شیمی در سده نوزدهم شناخته شد.

با وجود شهرتی كه در مقام استادی داشت، اما شیمیدانان ، ككوله را بیشتر به سبب نظریاتی كه درباره ساختار مولكولی تركیبات آلی ارائه داد می شناسند. تا قبل از سال 1858 متخصصان شیمی آلی از یك جهت كورمال كورمال گام برمی داشتند. گرچه به موفقیت های چشمگیری دست یافتند، اما در سطح مولكولی از ساختار موادی كه با آنها كار می كردند هیچ تصور ذهنی نداشتند.

به عنوان نمونه، گرچه نسبت كربن، هیدروژن، اكسیژن و نیتروژن در اوره و سیانات آمونیم هردو1:4:1:2 است، اما فریدریش وهلردر سال1858 نشان داد كه این دو با یكدیگر تفاوت دارند . آنها را ایزومر یكدیگر می خواندند، اما هیچ كس نمی توانست بفهمد كه چگونه امكان دارد تعداد یكسانی اتم مشابه به اشكال متفاوت به یكدیگر متصل شوند.

ارائه فرمول ساختاری قابل قبولی برای بنزن از جانب ككوله در سال 1865 آن قدر پر اهمیت بود كه دانشمندان جشن بزرگی را در سال 1890، یعنی بیست و پنجمین سالگرد اعلام این فرمول، در تالار شهر برلین برگزار كردند. توسعه صنعت رنگ صناعی در آلمان، و نیز شكوفایی شیمی آلی در نیمه دوم سده نوزدهم در همان كشور تا حد زیادی مرهون نظریات ساختاری ككوله و شاگردانش بود. در آن مراسم، ككوله سخنرانی ای كرد كه در مهمترین مجله شیمی آلمان منتشر شد. جمله های زیر از ترجمه انگلیسی آن سخنرانی كه در سال 1958 به مناسب یكصدمین سالگرد ارائه نظریه عمومی ساختارها منتشر شد، و در آن ككوله چگونگی كشف این نظریه را شرح می دهد، برگزیده شده اند:

اكنون شما سالگرد ارائه نظریه بنزن را جشن می گیرید. اول از همه باید به شما بگویم كه به عقیده من نظریه بنزن تنها نتیجه، و در واقع نتیجه بسیار آشكار دید گاه هایی بود كه درباره ظرفیت اتمها و ماهیت پیوندشان با یكدیگر در ذهن خود شكل داده بودم، یعنی دیدگاه هایی كه به همین سبب امروزه آنها را نظریه ظرفیت و ساختار می نامیم. دیگر چه كاری می توانستم با آن ظرفیت های مصرف نشده بكنم؟ در مدت اقامتم در لندن در جاده كلاپهام سكونت داشتم. اما بسیاری از اوقات شبها را با دوستم هوگومولر می گذراندم. درباره موضوعات مختلفی صحبت می كردیم، اما بیش از همه به شیمی عزیزمان می پرداختیم. در یكی از شب های مطبوع تابستان با آخرین اتوبوس از راه خیابان های خلوت شهر بر می گشتم، و طبق معمول در طبقه بالا و سرباز آن نشستم. غرق خیالاتم بودم كه ناگهان اتمها در پیش چشمانم شروع به جست و خیز كردند. تا آن هنگام هر وقت این موجودات كوچك در نظرم پدیدار می شدند، همیشه در حركت بودند؛ اما تا آن زمان هرگز نتوانسته بودم، به ماهیت حركتشان پی ببرم. ولی حالا می دیدم كه چگونه در جای جای ذهنم دو اتم كوچكتر به كنار هم می آمدند و تشكیل جفتی را می دادند؛ این كه چگونه اتم بزرگتری دواتم كوچكتر را در بر می گرفت؛ و چگونه اتمهای باز هم بزرگتری بر سه یا حتی چهار اتم كوچكتر چنگ می انداختند؛ در حالی كه مجموعه اینها به صورت رقصی گیج كننده به دور یكدیگر می چرخیدند، دیدم كه چگونه بزرگترها تشكیل زنجیری را دادند، و كوچكترها را تنها در انتهای زنجیرها به دنبال خود می كشیدند... فریاد راننده كه رسیدن به جاده كلاپهام را اعلام می كرد مرا از رؤیاهایم بیدار كرد. اما تا پاسی از شب به كشیدن نقشهایی از این تصاویر رؤیایی گذراندم. این بود سرچشمه نظریه ساختاری .

در مورد نظریه بنزن هم اتفاق مشابهی روی داد. درمدتی كه در گـِنت اقامت داشتم، در خوابگاه دلپذیری زندگی می كردم كه كنار خیابان اصلی بود. اما اتاق مطالعه ام به كوچه تنگی مشرف بود و هیچ آفتابی به آن نمی رسید. مشغول نوشتن كتاب درسی ام بودم، اما كارها پیشرفت خوبی نداشت؛ افكارم متوجه جاهای دیگر بود. صندلی ام را مقابل آتش شومینه گذاشتم و به خواب رفتم. باز هم اتمها در پیش چشمهانم جست و خیز می كردند. این بار گروههای كوچكتر متواضعانه در پشت صحنه  باقی ماندند. حال با چشم ذهنم، كه دیگر به این گونه مناظر عادت كرده بود، می توانستم ساختارهای درشت تری را كه آرایشی چند بعدی داشتند تشخیص دهم: گاه ردیف های بلند به هم نزدیكتر می شدند و با حركتی مار مانند درهم می پیچیدند. اما نگاه كنید! چه می دیدم؟ یكی از مارها دم خود را به دندان گرفته بود و در مقابل چشمانم به دور خود می چرخید. چنان از خواب پریدم كه گویی صاعقه ای بیدارم كرده باشد؛ و این بار نیز بقیه شب را به تنظیم جزئیات فرضیه ام گذراندم.

رؤیاهای ككوله در طبقه بالای اتوبوسی در لندن و در كنار شومینه ای در گنت منجر به ارائه نظریات مهمی درباره ساختار مولكولهای آلی شد، كه نقش بسزایی در گسترش این علم داشتند. رؤیای نخست، كه در آن اتمها تشكیل زنجیری را دادند ، اتم بزرگتری دو اتم كوچكتر را در بر می گرفت ،  و اتمهای باز هم بزرگتری بر سه یا حتی چهار اتم چنگ می انداختند ، باعث شد ككوله این نظر را پیش بكشد كه برخی از اتمهای كربن در حالی كه اتمهای هیدروژن و اتمهای دیگر به آن متصل اند به صورت زنجیرهایی به یكدیگر وصل می شوند. به عنوان نمونه الكل متیلیك و الكل اتیلیك را، كه فرمول ساده شده شان راCH4O وC2H6O می دانستند، می شد با فرمولهای ساختاری كه در شكل 1 و 2 آمده اند، نمایش داد.

به همین ترتیب، فرمول ساختاری اوره را می شد به شكل 3 نشان داد، در حالی كه فرمول ساختاری سیانات آمونیم به صورت شكل 4 نمایش داده می شد.

رؤیای دوم، كه در آن ماری دم خود را گاز گرفته بود، سبب شد ككوله ساختاری حلقوی برای بنزن پیشنهاد كند، كه در آن شش اتم كربن به صورت حلقه ای به هم متصل شده بودند. همانطور كه در شكل های 1 تا 4 می بینید، كربن با چهار خط به اتمهای دیگر وصل شده است، و در برخی از موارد با دو خط به اتمی نظیر اكسیژن،O)) یا نیتروژن،( N)، اتصال دارد؛ این همان ظرفیت چهارتایی است كه ككوله پس از رؤیای اولش در تركیبات آلی برای كربن پیشنهاد كرد. در فرمول بنزن، كه در آن شش اتم كربن به صورت حلقه ای قرار گرفته اند، و به هر كدام یك اتم هیدروژن متصل شده است، تنها سه خط ( پیوند ظرفیتی) برای اتصال هر اتم كربن به یك اتم هیدروژن و دو اتم كربن دیگر وجود دارد، مگر آنكه نظیر آنچه در شكل 5 می بینید، پیوندهای دوگانه ای اضافه شوند. این همان كاری بود كه ككوله با ظرفیت های مصرف نشده فرمولش كرد.

گرچه بسیاری از شیمیدانان ساختار حلقوی را پذیرفتند و از آن استقبال كردند، اما دیگران به احتمال وجود اشتباهی در آن اشاره كردند. اگر دو اتم دیگر جایگزین دو اتم هیدروژن مجاور می شدند، دو ایزومر مختلف به دست می آمد، كه در یكی از آنها این دو اتم ( كه در شكل 6 با حرفx  نشان داده شده اند) به اتمهای كربنی متصل بودند كه پیوند دوگانه ای بین آنها بود ( یا دوخط، نظیر آنچه در شكل 6 الف می بینید) ولی در دیگری دو اتم به اتمهای كربنی اتصال داشتند كه پیوند ساده ای بین آنها بود ( یا یك خط، نظیرشكل 6 ب).

ككوله نظریه ساختار حلقوی را اصلاح كرد تا توضیح دهد چرا چنین ایزومرهایی وجود ندارند. وی چنین فرض كرد كه در ساختار حلقوی شكل 5 ، پیوندهای ساده و دوگانه بین اتمهای كربن حلقه به سرعت با یكدیگر جابه جا می شوند. بنابراین ایزومرهایی كه در شكل 6 نشان داده شده اند به یكدیگر قابل تبدیل اند، و نمی توان آنها را از هم جدا كرد. در فاصله بین سالهای 1865 تا1890 چندین ساختار احتمالی دیگر برای بنزن پیشنهاد شد، اما هیچ یك نتوانست مانند ساختار ككوله، امتحان خود را در برابر قراین تجربی پس بدهد. گر چه تا سالها پس از جشن بیست و پنجمین سالگرد ارائه فرمول ككوله، الكترونها كشف نشده بودند( چه رسد به مكانیك كوانتومی )، اما دید گاه ككوله در زمینه ساختار بنزن و هزاران تركیب آروماتیك مشابه، با دیدگاه امروزی كه بر مفهوم مكانیك كوانتومی اتصال الكترونی اتمها مبتنی است، شباهت زیادی دارد.

برخی از مؤلفان از داستان ككوله درباره رؤیاهایی كه دیده بود و نقشی كه در پیشنهاد معماری مولكولی داشتند انتقاد، و حتی آن را انكار كرده اند. ككوله در دهه 1860 در نوشته های خود به نشأت گرفتن نظریاتش از این رؤیاها اشاره ای نكرد. با این حال، بسیاری از دانشمندان در نوشته های رسمی خود مشخص نمی كنند كه نظراتشان از كجا ناشی شده اند، و حتی داده ها را به ترتیبی ارائه می دهند كه تقریباً عكس ترتیب واقعی رویدادهاست.

بسیار اتفاق افتاده است كه تصادفها، تخیلات و رؤیاها نقش مهمی در اكتشافات بزرگ ایفا كرده اند، اما آنها تنها سرآغاز اكتشافات بوده اند. نباید از اینكه ككوله مایل نبود در نوشته های اولیه اش تصریح كند كه نظریاتش راجع به ساختار مولكولی را در خواب دیده  بود، و اینكه صبر كرد تا این مطلب را در جشن بیست و پنجمین سالگرد ابراز كند، تعجب یا تردید كنیم. درباره این جمله دیگر سخنرانی اش، كه مشخصه دانشمندی بزرگ ولی در عین حال رؤیایی است، فكر كنید:

آقایان، بیاموزیم كه رؤیا ببینیم، شاید به حقیقت دست پیدا كنیم. اما مواظب باشیم كه رؤیاهایمان را وقتی منتشر كنیم كه آگاهی ، بیداری آنها را آزموده باشد.

ككوله نمی توانست برنده جایزه نوبل شود، چون این جوایز برای نخستین بار پس از مرگش اعطا شدند. اما او درست همان شخصیتی بود كه نوبل در نظر داشت. نوبل چند ماه پیش از مرگش گفته بود: می خواهم به رؤیایی ها، كه زندگی واقعی خود را به دشواری می گذرانند، كمك كنم.

نه تنها ابداع رنگها، بلكه حتی عرضه داروهایی نظیر سولفانیل آمید و آسپیرین، بنزین با عدد اكتان بالا، شوینده های صناعی، پلاستیك ها، و پارچه هایی نظیر داكرون، همه از ثمرات شیمی آروماتیك هستند، كه ككوله با ارائه ی فرمول بنزن، آن را پایه گذاری كرد.


مقالات مرتبط

L S D چیست؟

آزمون پاپ چیست ؟

تفلون؛ از بمب اتمی تا درون ماهیتابه

دانستنی هایی درباره ی قندی كه شیرین است اما چاق نمی كند.

چرا مولكولهای چپ دست و راست دست با یكدیگر متفاوت اند؟

كپكی كه سبب كشف پنی سیلین شد

UserName