تاریخچه فرار شیمی-قسمت دوم-جیم الخلیلی

در سال 1869 يک شيميدان روسيه اي تصوري خارق العاده داشت ،او با معمايي درگير بود که براي نسل ها دانشمندان را مبهوت خود کرده بود و براي اولين بار او ساختار سازنده ي طبيعت را نمايان ساخت،عناصر,که در نظم طبيعي خود مرتب شده بودند و نام او ديميتري مندليف بود و او در آستانه ي شکستن کد مخفي کيهان بود که داشت به يکي از زيباترين آفريده هاي بشري تبديل مي شد:جدول تناوبي عناصر و اين داستان آن عناصر است،ساختار سازنده اي که جهان را مي سازند داستان قابل توجه کشف آنها و اينکه چگونه کنار هم قرار گرفتند که نشان مي دادند چگونه ي دنياي مدرن درست شده است اسم من جيم الخليلي است و از آن موقع من به مطالعه ي اسرار ماده مشغول بوده ام من مجذوب تاريخ انفجاري شيمي بوده ام من يک سري عنصر جالب کشف کرده ام و من ديدم که چطور شيمي در کوره هاي کيمياگران ساخته شده است حالا من مي خواهم به سفرم ادامه دهم من تلاش پيشگامان شيمي را برخواهم داشت همچنانکه تلاش مي کردند تا از آشوب عنصري منطقي در بياورند و بر ترس بنيادي ما از بي نظمي فائق آيند آيا مي تواند طرحي عظيم در بستر عناصر قرار گرفته باشد؟ و مي فهمم چطور نظم مخفي دنياي طبيعي با تمام شکوهش نمايان مي شود.نظم عناصر

به عنوان يک فيزيکدان هسته اي عمرم را بر روي مطالعه بر دنياي درون اتمي صرف کرده ام ساختار سازنده ي بنيادي ماده ولي براي انجام آن کار من نياز دارم عناصر سازنده ي دنياي خودمان را درک کنم:عنصرها،سياره ي ما تنها از 92 عنصر تشکيل شده است زميني که بر روي آن راه مي رويم,هوايي که ما نفس مي کشيم,ستاره هايي که به آنها خيره مي شويم حتي ما بدن ما تماما از عناصر تشکيل شده اند ،حالا ما اسم و شماره ي تمامي عناصري که در طبيعت به صورت طبيعي رخ مي دهند را مي دانيم ولي 200 سال پيش آن عناصر تازه داشتند اصرار خود را برملا مي کردند،در آغاز قرن 19 تنها 55 عدد کشف شده بودند ،از جيوه ي مايع تا منيزيوم خيره کننده و يد فرار و دانشمندان هيچ ايده اي نداشتند که چه تعداد ديگري امکان دارد پيدا کنند يا اينکه تعداد نامحدودي از آنها وجود دارد يا نه ولي سوال بزرگ اين بود که چطور آنها کنار يکديگر قرار مي گيرند؟ آيا آنها ستاره هاي تصادفي بودند يا دنيايي عنصري بودند که از منطق و نظم متولد شده بودند؟ حل کردن اين پازل چالشي جالب بود و اولين جرقه هاي جواب آن از يک منبع غير محتمل به دست آمد ،جان دالتون يک مرد فروتن و باهوش بود و او يک اشتياق بسيار بريتانيايي داشت:آب و هوا،او در اينجا در ناحيه ي درياچه در سال 1766 به دنيا آمد و او آنقدر باهوش بود که به عنوان يک پسر 12 ساله در مدرسه به بچه هاي ديگر آموزش مي داد در راه بازگشت به خانه او عاشق تماشاي سيستم هواشناسي بود که در سرتاسر زمين پراکنده بود او آنقدر شيفته بود که به مدت 57 سال دفتر يادداشت روزانه ي هواسنجيش را نگه داشت و هر روز چه آفتاب بود يا باران مي آمد مشاهدات دقيقش که 200 هزار عدد مي شود را وارد مي کرد و دالتون مردي بازنشسته و ساکت با تفريحاتي کم بود او در طول عمرش مجرد بود که چيز زيادي در سر راه زندگي اجتماعيش نداشت و تنها سرگرميش هفته اي يکبار بازي اي بولينگ مانند بود و هر پنج شنبه بعد از ظهر او کاملا تفريحاتش را خودش مي ساخت و او شايد به نظر کمي خسته کننده مي آمد ولي در حقيقت دالتون يک خواننده ي مشتاق و شخص متفکري بود و زير ظاهر آرامش سرش پر از ايده هاي تندروانه بود،دانشمندان اخيرا چيزي بسيار مهم را درباره ي روشي که عناصر ترکيب مي شوند تا مواد مرکب بسازند را کشف کردند ،وقتي که آنها اين کار را انجام مي دهند هميشه با نسبتي مشابه اين کار را انجام مي دهند،دالتون آن جدول نمکي,نمک طعام را مي شناخت که هميشه از يک قسمت سديم و يک قسمت کلرين تشکيل مي شود،پس اهميتي ندارد که يا نمک از شهر درياچه نمکي آورده شده باشد يا سيبري,هميشه به نسبت وزن مشابه هستند و دالتون گمان مي کرد که اين اتفاق بيافتد،هر عنصر بايد از ساختار سازنده ي مخصوص خودش درست شده باشد،چيزي که او به آن ذرات نهايي مي گفت.اتم ها،اين يک روشنگري کورکورانه بود که کاملا زمينه را پشت سر گذاشت ،همه چيز,او پيشنهاد مي کرد,کل جهان بطور لايتجزاء از ذرات کوچکي تشکيل شده است البته يوناني ها 2 هزار سال زودتر به ايده ي اتم هاي اشاره اي کرده بودند ولي به آن توجهي نکردند،حالا چوب را با نظريه ي خودش از ماده برداشت،چيزي که دالتون توضيح مي داد انقلابي بود او به اساس نظريه ي اتمي حمله مي کرد و از تحقيقاتي خبر مي داد که تا قرن بعدش ثابت نشد او اظهار مي کرد که به تعداد انواع اتم ها عنصر وجود دارد و و درست مثل هر عنصر که متفاوت است اتم هاي عنصرها هم وزن متفاوتي دارند و يک وزن اتمي منحصر به فرد و هر عنصر وزن اتمي مخصوص به خود را دارد چه جامد باشد,چه مايع و يا حتي گاز

سه بادکنک را در نظر بگیرید که هر کدام با يک گاز متفاوت پر شده اند حالا آنها تقريبا به يک اندازه هستند پس آنها بايد تعداد مشابهي اتم داشته باشند،دالتون گمان کرد که اتم هاي متفاوت وزن هاي اتمي متفاوتي دارند پس هر کدام از اين بادکنک ها بايد وزن متفاوتي داشته باشند،خب اين بادکنک قرمز با گاز هليوم پر شده است و اگر من رهايش کنم شناور مي شود،هليوم بسيار سبک است ،اين بادکنک دوم با گاز آرگون پر شده است و اگر من رهايش کنم به آرامي فرو مي رود،آرگون سنگين تر از هليوم است،بادکنک سوم با گاز کريپتون پر شده است و اگر من رهايش کنم مثل سنگ مي افتد.پس دالتون در مسير درستي قرار داشت.اتم هاي متفاوت از عناصر متفاوت وزن هاي متفاوتي دارند.براساس اين نظريه و کار کردن به تنهايي دالتون اولين تلاش ها را براي وضع کردن نظمي بر دنياي سرکش عناصر انجام داد و اين مجوعه ي مرموز از نمادها به خط کردن دالتون از عناصري که توسط وزن مرتب شده اند است او با هيدروژن شروع مي کند سپس شما پايين مي رويد و در شماره ي 7 اکسيژن را مي بينيد و در آخر جيوه با شماره ي 167 قرار دارد،اينطور که معلوم است دالتون کل قضيه را به درستي نگرفته است ولي او جهش نظريه اي عظيمي با کار خالص از چشمان ذهنش انجام داد،دويست سال پيش جان دالتون از تصورش به عنوان يک ميکروسکوپ استفاده مي کرد ولي امروزه ما تکنولوژي آن را داريم تا خطوط تراز اتمهاي مختلف را با اين اسکن کردن ميکروسکوپ هاي تونل درست کن ببينيم اين مثل يک ميکروسکوپ عادي نيست چون از نور استفاده نمي کند،اتم ها کمتر از يک ميليونم يک ميليمتر عرض دارند که کوچکتر از طول موج يک نور مرئي است و اين ميکروسکوپ از الکترون ها استفاده مي کند تا سطح مواد را اسکن کنند و اتم هاي مجرد را بردارند مثلاً فلز مس يک فلز درخشنده است که براي حيات ضروري است باعث حرکت از عصر حجر به عصر مفرغ شد قطعه هاي مس مي تواند در سطح زمين پيدا شود ولي معمولا نياز است از سنگ معدن استخراج شودو مواد ترکيبي مس در رگ هاي بعضي از حيوانات جريان دارد خون اختاپوس در کنار حلزون ها و عنکبوت ها آبي است

ايده ي جان دالتون در ابتداي سده ي 1800 که عناصر وزن هاي اتمي متفاوتي دارند توسط اکثر دانشمندان رد شد ولي يک نفر به او باور داشت ،شيميدان سوئدي به نام جانز جيکوب برزليوس و برزليوس شيفته ي اعمال يک نوع نظم به عناصر بود و او متقاعد شده بود که هر چه بيشتر درباره ي وزن هر عنصر بدانيم به نوعي ضروري و مهم است و وقتي که درباره ي نظريه ي دالتون شنيد برنامه اي جاه طلبانه ريخت اين وظيفه اي عظيم بود در حقيقت به نوعي به نظر احمقانه مي آمد اين شيميدان تنهاي سوئدي برنامه ريزي کرد تا وزن اتمي هر عنصر را با دقت اندازه گيري کند و اين بدون ذره اي شواهد براي اينکه حتي اتم ها وجود داشته بودند بود ولي قبل از اينکه برزليوس بتواند شروع کند,او بايد هر عنصر را با دقتي حيرت انگيز تصفيه کند,تقطير کند و صاف کند و اين چيزي بسيار دورتر از کاري آسان بود در آن زمان تعداد بسيار کمي از دستگاه هاي شيميايي اساسي نياز داشتند تا با اين دقت کار کنند و اصلا اختراع نشده بود ولي اين قرار نبود مردي مثل برزليوس را متوقف کند او ماموريتي داشت پس برزليوس تصميم گرفت تجهيزات آزمايشگاهي خودش را بسازد

شيشه گري نيازمند فيزيکي قوي است و بايد در دماهاي بالايي کار بکنيد برزليوس بايد خيلي خودش را وقف اين کار کرده باشد من مي خواهم الان شيشه را در بياورم که حدود هزار درجه ي سانتيگراد است من از يک قالب چوبي استفاده مي کنم تا شيشه را سرد و و فرم دهم اين يک تنگ آزمايشگاهي ته گرد است که قطعه ي مهمي براي تجهيزات بنيادي شيمي است که برزليوس بايد استفاده کرده باشد.حالا من مي خواهم مقداري هوا به آن وارد کنم که در لوله گير مي کند و حرارت باعث مي شود منبسط شود

برایِ برزلیوس بسیار سخت بوده این قضیه چون مي گويند که 12 سال طول مي کشد تا در شيشه سازي استاد شويد او شيشه گري با مهارت بوده است از شواهدي که من از کارهاي او ديده ام چيزي که او مي ساخت دستگاه هايي با دقت بالا بود که اين فرآيند را بسيار سخت تر از ليوان يا کوزه ي معمولي مي کند از عکس هايي که من ديده ام من نمي دانم که او چگونه آنها را ساخته است خب شيشه گري چيزي نيست که فيزيکدان هاي نظريه اي مثل من معمولا بتوانند انجام بدهند ولي من مي خواهم بفهمم چقدر استاد شدن در اين مهارت سخت است منظورم اينه که اين ثابت مي کند که چقدر برزليوس با استعداد بوده است او چيزهايي بسيار پيچيده درست مي کرد و اگرچه او به دنبال نظم عناصر بود,يک پاداش وجود داشت

نکته ي جالب درباره ي برزليوس اين بود که اين مهارت هايي که او به عنوان يک شيشه گر ياد گرفت به او اجازه ي يک کشف شگفت انگيز را داد و در سال 1824 او يک عنصر جديد را کشف کرد چون فهميد که يکي از اجزاي تشکيل دهنده ي شيشه سيليکون است،سيليکون يک عنصر نيمه فلزي است که درون بعضي از شهاب سنگ ها پيدا شده است،نزديک تر به خانه زير پاي شماست و پوسته ي زمين اصولا از مواد معدني سيليکاته درست شده است و سيليکون بعد از اکسيژن دومين عنصر فراوان است اکثرا در طبيعت به عنوان ماسه يا کوارتز يافت مي شود.شیشه يک ماده ي مرکب ساخته ي دست بشر است که مي تواند در مقابل حرارت مقاوم باشد ضد آب و غير چسبنده باشد ولي دستاورد نهايي سيليکون بايد تراشه ي سيليکوني باشد که اندازه ي کامپيوترها را از اندازه ي يک اتاق به اندازه ي کف دست تغيير داد و سيليکون جزء 4 عنصر آخري بود که برزليوس جدا کرد.در کنار توريم,سريم و سلنيوم.سپس او يک دهه ي بعدي زندگيش را صرف اندازه گيري وزن اتمي در يک حرفه ي بسيار منطقي در برابر دنياي طبيعي به ظاهر بي نظم کرد.برزليوس با زحمت 2 هزار ماده ي مرکب شيميايي را مطالعه کرد.او وزن مي کرد,اندازه مي گرفت و او بر روي کوچکترين جزئيات حساسيت به خرج مي داد.تا اينکه وزن تقريبي 45 عنصر متفاوت را به دست آورد.بعضي از نتايج او هم بسيار بطور قابل توجهي درست هستند.او يک گاز به نام کلرين را وزن کرد و يک پنجم درصد با چيزي که ما امروزه مي دانيم اختلاف دارد

ولي تا زماني که برزليوس نتايجش را توليد کرد دانشمندان ديگر شروع به اندازه گيري وزن اتمي کرده بودند و جواب هاي کاملا متفاوتي به دست آورده بودند حالا آنها به يکديگر مي پريدند که شايد توسط يک ميل ذاتي براي پيدا کردن معني در بي نظمي اتفاق مي افتد. تلاش برزليوس براي نظم مسري بود. دانشمندان به همه جا براي يافتن الگوها نگاه مي کردند و يکي از اين دانشمندان شيميدان آلماني يوهان ولفگنگ دوبرينير بود او باور داشت که جواب در وزن هاي اتمي قرار ندارد بلکه به خواص و واکنش هاي شيميايي عناصر مربوط است.چيزي که دوبرينير فهميده بود اين بود که اگر شما تمام عناصري را که تا آن زمان شناخته شده بود را در نظر بگيريد شما اغلب مي توانيد سه چيزي که او ثلاثي مي ناميد را برداريد که خواص شيميايي بسيار نزديکي به هم داشتند به عنوان يک مثال ما اينجا فلزات قليايي را داريم و من مي خواهم اولين و سبکترين آنها,ليتيوم را بردارم و ما مجبوريم اينها را زير روغن نگهداري و انبار کنيم چون آنها با هوا و رطوبت واکنش نشان مي دهند.پس اينجا ليتيوم داريم و شما مي توانيد صداي آن را بشنويد.و صداي آن هيدروژن است ،هواي قابل اشتعال آزاد شده است و در زمان يکسان از خود يک رد صورتي به جا مي گذارد،ما يک فشارسنج آنجا گذاشتيم که به ما مي گويد که چيزي که باقي مانده است خورنده است و آن يک محلول قليايي درست مي کند و من نوعي قلياي خورنده را نفس مي کشم و واکنش بسيار گرمازا است به عبارت ديگر حرارت بسيار زياد مي شود و فلز ذوب مي شود و دومين فلز در اين ثلاثي سديم بود و وقتي که سديم را به داخل بياندازيم جرقه هاي نارنجي.و آن جرقه هاي نارنجي يک رنگ هستند و مثل چيزي که در نورهاي خياباني دريافت مي کنيد نور خيابانها داخلشان سديم دارند.درسته

خب سومين فلز پتاسيم است و پتاسيم بسيار ناآرام است و شما مي توانيد شعله هاي بنفش را ببينيد و شما مي تونيد گرايش هايي را در اين ثلاثي ها ببينيد همگي آنها يک کار انجام مي دهند.نه؟بله

صدا به ما مي گويد که هيدروژن دارد بيرون مي آيد ما مي فهميم که قليا تشکيل شده است ولي ليتيوم تقريبا اهلي است و سديم بيشتر تحريک پذير بود و پتاسيم در آغاز ترسناک مي شود ،دوبرينير فهميد که اين عناصر بايد از يک خانواده باشند چون با روشي مشابه واکنش نشان مي دهند و اينجا اشاره اي به يک الگو يا طرح وجود داشت ولي بر روي تعداد کمي از عناصر کار مي کرد اين عمل هم نسبت به وزن اتمي کار را جلوتر نبرد عکس بزرگتر,نظم جهاني از تمام عناصر هنوز براي ديدن سخت بود و اين تغييري نکرد تا اين که پيشرفتي توسط يکي از بزرگترين ذهن هاي علمي قرن 19 انجام شد

در سال 1848 در غرب دور سيبري يک آتش عظيم يک کارخانه را نابود کرد مدير کارخانه با ورشکستگي رو به رو شد او يک بيوه به نام ماريا مندليف بود که فداکاري قابل توجهي براي پسر باهوشش انجام داد يک پسر 14 ساله به نام ديميتري مندليف و ماريا از هوش زياد پسرش باخبر بود و با اراده اي آهنين تصميم گرفت او را آموزش دهد پس به همراه ديميتري او تصميم گرفت به سفري 1300 مايلي از سيبري به سنت پترزبورگ برود و به طرز شگفت انگيزي آنها قسمت زيادي از سفر را به خوبي طي کردند

من به دنبال رد پاي آنها تا سنت پترزبورگ که آنوقت پايتخت امپراطوري روسيه بود هستم بعد از سفر دشوارشان در جلگه هاي روسيه مادر و پسر بالاخره به سنت پترزبورگ رسيدند ماريا مندليف به چيزي که مي خواست رسيد ولي اين سعي و تلاش او را از پا درآورد او ده هفته بعد فوت کرد داستان اينطور ادامه پيدا مي کند که آخرين کلمات او اين بود:"از توهمات خودداري کن و به دنبال حقايق علمي و استنباطي باش" و مندليف جوان قول داد که به آن عمل کند او روز و شب مطالعه مي کرد تا به روياي مادرش عمل کند و تبديل به بااستعداد ترين دانشجوي شيمي در نسل خودش شد

شيمي راه درازي از ايده ي 4 عنصري يوناني ها خاک,هوا,آتش و آب طي کرده است ولي هنوز 63 عنصري که تا به آن زمان کشف شده وجود دارد که هيچ نظم وترتيبي براي آنها وجود ندارد حالا جستجو براي يک الگو يا طرح,ذهن بعضي از بزرگترين انسان ها را درگير خود کرده بود ولي هيچ کس نمي توانست بر سر چگونگي پيدا کردن آن توافق کند.مندليف وقتي که اولين کنفرانس جهاني شيمي را رسيدگي مي کرد هنوز يک دانشجو بود شيميدان هاي جهان دور هم جمع شده بودند تا به اين اختلاف نظري که موضوع اصليشان را که گمراهي در وزن اتمي بود را منحرف مي کرد را خاتمه دهند مندليف هنگامي که شيميدان سيسيلي استانيلائو کانيزارو بر برنامه مسلط شد تماشا مي کرد.کانيزارو هنوز باور داشت که وزن اتمي کليد دسترسي به عناصر است و او در آستانه ي يک کشف خارق العاده و يک روش قابل اعتماد براي محاسبه ي آنها بود او مي دانست که حجم هاي مساوي گازها شامل تعداد مساوي اي از مولکولها هستند پس به جاي کار با مايع و جامد ها پيشرفت او در استفاده از چگاليت گازها و بخارها بود تا وزن اتمي هر اتم را اندازه گيري کنند

کانيزارو سخنراني اي کرد که به شواهد جديدي حمله مي کرد که شيميدان هاي همراه موافقت خود را اعلام کردند پس از آنجاييکه کار برزليوس در متقاعد کردن ديگران شکست خورده بود روش جديد کانيزارو يک استاندارد پذيرفته شد و بالاخره شيميدان ها روشي براي اندازه گيري با دقت براي وزن هاي اتمي پيدا کردند و اين لحظه اي بود که همه منتظر آن بودند.قطعا با وزن هاي اتمي دقيق آنها قادر مي شدند تا اسرار عناصر را بازگو کنند.يک شيميدان نوشت:"مثل اين بود که مقياس ها از چشمانم مي افتادند و شک داشت جاي وضوحي آرامش بخش را مي گرفت يک نوسان کامل در هوا وجود داشت بالاخره به نظر مي رسيد نظم عناصر در چنگ دانشمندان باشد"

مندليف را برق گرفته بود ولي شيميدان ها به زودي دريافتند که حتي مرتب کردن عناصر با استفاده از وزن اتمي عناصر نامرتب هستند و آنها هنوز چيزي حياتي را گم کرده بودند و سپس در سال 1863 يک شيميدان انگليسي منزوي به نام جان نيولندز يک کشف غير عادي انجام داد،نيولندز متوجه شد که وقتي عناصر را به ترتيب وزنشان مرتب مي کنيم چيز بسيار عجيبي اتفاق مي افتد،تصور کنيد که هر عنصر يک کليد بر روي پيانو است که براساس وزنشان مرتب شده اند آنوقت اين کربن خواهد بود بعد از آن نيتروژن اکسيژن,فلوئور,سديم,منيزيم,آلومينيوم و بالاخره سيليکون قرار دارد

فکر کردن به عناصر مثل يک گام موسيقيايي نيولندز گمان مي کرد که در تمام نت هاي هشتگانه خواص معيني وجود دارند که به نظر تکرار مي شوند تا هارموني داشته باشند او به آن قانون هنگام يا اوکتاو گفت اين اولين تلاش جدي براي پيدا کردن قانوني از طبيعت بود که تمامي عناصر شناخته شده را کنار يکديگر آورد

نيولندز با افتخار ايده اش را به خوب و بي نقص جامعه ي شيمي در سال 1866 مطرح کرد اين لحظه ي بزرگ او بود ولي قياس موسيقي او به نظر نمي رسيد به ريسماني بخورد آنها کاملا در درک مطالب او ناتوان بودند شيميدان هاي جمع شده گفتند ايده ي نيولندز مسخره بود و او مي تواند عناصر را به ترتيب حروف الفبا مرتب کند و اين با چيزي که با نظريه اش بيان مي کرد فرقي نداشت شايد حتي آنها با ريشخندي گزنده پيشنهاد کردند که نيولندز مي توانست با عناصرش آهنگي بنوازد اين بايد ضربه اي خرد کننده براي نيولندز بوده باشد ولي آيا واقعا جان نيولندز با قانون هنگام هايش به دنبال چيز خاصي بود؟اين يک مفهوم عجيب است که تمام هشت عنصر با روشي مشابه رفتار مي کنند سوپرايز کننده نبود که مردم فکر مي کردند ايده ي نيولندز احمقانه بود اينجا 8 عنصر براساس وزن اتميشان مرتب شده اند و من مي خواهم خواص آنها را با بو کردن آنها کاوش کنم اولين عنصر کلرين است اين يک گاز سبز مايل به زرد است که بطور زياد سمي است اگر من بو بکشم بله بوي متفاوتي از رنگبري مي دهد دومين آنها پتاسيم است ولي هيچ بويي نمي دهد و همچنانکه 5 عنصر باقي مانده را بو مي کنم کلسيم,گاليوم,ژرمانيوم و آرسنيک که در حالت خالصش سمي نيست و سلنيوم که هيچ بويي ندارد بالاخره شماره ي 8,برم من همين الان مي توان ببينم که يک گاز است مثل کلرين,يک گاز مايل به قرمز که بسيار سمي است من بايد بسيار مراقب باشم چون من توصيه نمي کنم که اين کار را در خانه امتحان کنيد بوي آن بسيار شبيه کلرين است فقط بسيار بدتر و بسيار قوي تر و بنابراين به نظر مي آيد که قانون هنگام در اينجا عمل کند چون عنصر هشتم برم در خواص مشابه اولين عنصر کلرين است امروزه ما قانون هنگام هاي نيولندز را به نام قانون خصلت تناوبي مي شناسيم ولي در آن زمان موسسه او را ريشخند مي کرد و نيولندز هيچ وقت نتوانست اسمي براي خود دست و پا کند راه براي ديميتري مندليف باز شده بود کسي که با خطوطي مشابه فکر مي کرد مندليف خود را در اتاق حبس مي کرد و با عناصر سرگرم مي شد اينجا تبديل به زادگاه يکي از بزرگترين دستاوردهاي علمي شده است:جدول تناوبي

در کتابخانه خانه اش تمام نسخه ي اصلي کتاب هاي او هستند.اينها کتاب هاي او هستند که توسط خودش نوشته شده اند وقتي مي گم يعني مال خودش نيستند اينها کتاب هايي هستند که او نوشته است.هزاران جلد و اين بسيار قابل توجه است و اگر شما به کتابخانه اش نگاه کنيد.سوپرايز خواهيد شد چون شايد 10 درصد از کتابهايش اختصاص به شيمي و فيزيک دارد ولي همه چيز وجود دارد:الکترونيک,اصول فني جغرافيا و غيره.او يک دانشمند جامع العلوم بود و مندليف کنجکاوي فکري با وسعتي داشت او مشهور به لئوناردو داوينچي روسيه اي بود

تا سال 1869 مندليف سعي مي کرد الگويي براي عناصر براي دهه ها پيدا کند هر نظمي که او و شيميدان هاي دنيا را سعي مي کردند وضع کنند هنوز عناصري بودند که در اين الگوها جا نمي شدند يک نظريه ي جهاني که به نظر دور از دسترس مي رسيد ولي حالا مندليف به ايده ي جديدي رسيده بود

او تعداي کارت ساخت و بر روي هر کدام يک عنصر و وزن اتميش را نوشت،شايد به نظر عجيب به نظر برسد بنابراين خاطره انگيزترين بازي کارتي در تاريخ علم شروع شد او آن را بازي شيميايي ناميد و شروع کرد به چيدن کارت ها تا ببيند کجا يک الگو وجود دارد جايي که همه چيز در کنار هم جور باشد.قبلا شيميدان ها به يکي از دو روش عناصر را طبقه بندي مي کردند يا با خواصشان مثل آنهايي که بسيار قوي با آب واکنش نشان مي دهند يا مرتب کردن آنها توسط وزن اتميشان که اين کارهايي است که برزليوس و کانيزارو انجام مي دادند

نبوغ زياد مندليف مي خواست آن دو روش را با هم ترکيب کند مغايرت و نابرابري بر عليه او در رشد بود کمتر از نصف عناصري که ما امروزه مي شناسيم کشف شده بود پس او با نصف ها کارت ها بازي مي کرده است او سه شب و سه روز بدون خوابيدن بيدار ماند و فقط به مشکل فکر مي کرد سپس در 17 فوريه با کولاکي در بيرون از خانه او تصميم گرفت در خانه بماند او بسيار خسته بود و بالاخره خوابيد او در ادامه ي داستان خوابي خارق العاده ديد او 63 عنصر شناخته شده را ديد که در جدولي بزرگ چيده شده بودند که آنها را به يکديگر مربوط مي کرد اين پيشرفتي خارق العاده بود من مي توانم مندليف را تصور کنم که احساسي مثل بسيار ديگري از پيشگامان علمي داشت اين عزم و يا حتي افسردگي است که يک معما را حل مي کند و سپس لحظه ي يافتم و آشکار سازي و الهام مندليف حقيقتي عميق درباره ي طبيعت دنياي ما را آشکار کرد که الگوي شمارشي زير ساختار ماده است و اين جدول تناوبي اي است که ما امروزه مي شناسيم و ريشه در در اکتشافات مندليف دارد و از ساختار سازنده ي کل جهان رمزگشايي مي کند و آن را منطقي نشان مي دهد حالا اگرچه اين براي ما بسيار آشنا است بر روي ديوار هر آزمايشگاه شيمي اي در هر مدرسه اي در دنيا وجود دارد اگر شما به آن نگاه کنيد بسيار الهام بخش است چيزي که بسيار قابل توجه است اين است که رابطه ي بين تک تک عناصر مرتب شده را نشان مي دهد مندليف به طرز خارق العاده اي وزن اتمي عناصر و خواص را به يک درک جهاني از تمام عناصر ترکيب کرده است اگر آن را به ترتيب بخوانيم وزن اتمي قدم به قدم با هر عنصر زياد مي شود ولي سپس اگر عمودي به آن نگاه کنيم عناصر در خانواده هايي با خواص مشابه گروه بندي شده اند پس در اين سمت فلزات قليايي هستند,از ليتيوم تا سزيم و سپس در آن طرف هالوژن ها قرار دارند مثل کلرين سمي,برم و يد.همگي بسيار واکنش پذير هستند و در کنار آنها در بالا عناصر ضروري براي حيات قرار دارند کربن,نيتروژن,اکسيژن.تمامي غير فلزات ولي در وسط نواري پهن وجود دارد همگي فلز هستند و 4 برابر غير فلزات,فلزات وجود دارد.همه چيز مرتب شده است.اين چشم اندازي شيميايي است و يک نقشه ي عالي از شرح عناصر است جدول تناوبي هميشه اين شکلي نبوده است يک مدل ديگري است شايد حدود 2 سال طول کشيده است تا مندليف فرم جديد را به دست بياورد ولي اين قابل توجه است که اين بنياد جدول تناوبي مدرن است.از اينجا شروع شده است.پيش نويس اوليه ي مندليف بي نقص نبود براي اينکه کاري کند جدولش کار کند,او بايد کاري حيرت انگيز انجام مي داد او بايد فضاهايي را براي عناصري که هنوز ناشناخته بودند باقي مي گذاشت.او آنقدر درباره ي مدلش مطمئن بود که نمي توانست نتايج را پنهان کند پس در جايي که مدل کار نمي کرد او فضايي را براي عنصرهايي که هنوز کشف نشده بودند خالي مي گذاشت خب براي مثال اين علامت سوال در اينجا او پيش بيني کرد که يک فلز مقداري سنگين تر از همسايه اش کلسيم بايد بوده باشد و اينجا دو فلز بيشتر يکي که او پيش بيني کرده بود که بايد رنگي خاکستري تيره داشته باشد و ديگري بايد نقطه ي ذوب پاييني داشته باشد مندليف جسارت آن را داشت تا باور کند که او در گذر زمان اثبات خواهد شد مثل اين که مندليف يک پيامبر(پرافت به معنی پیشگوی و کلا پیشگویی هست) شيميايي بوده باشد و آينده را در يک تفسير خيالي از قوانين ماده پيش بيني کرده باشد ولي قبل از اينکه او ادعاي پيروزي کند,بايد براي شکاف هايش توضيحي ارائه مي کرد و روشي جديد از تشخيص دادن عناصر در سال 1859 اختراع شد اين به يمن گوستاو کيرشهف و همکارش مردي که چراغ بونزن را ساخت اختراع شد.رابرت بونزن يک آزمايشگر فوق العاده نترس بود او چشم راستش را در يک انفجار در آزمايشگاهش از دست داد حالا او مي دانست که وقتي که عناصر متفاوت را در شعله ي چراغ بونزنش بسوزانيد رنگ هاي فوق العاده اي ظاهر مي شوند.اين يکي مس است اين يکي استرونتيوم است و اين يکي پتاسيم است بونزن سوال برايش پيش آمده بود که آيا تمام عناصر امکان دارد يک رنگ منحصر به فرد خودشان را داشته باشند يا نه و بنابراين او و کيرشهف آماده ي کار شدند کيرشهف مي دانست که وقتي که نور سفيد از ميان يک منشور نشان داده مي شود به تمام رنگ هاي طيفيش تقسيم مي شود تمام رنگهاي رنگين کمان از قرمز تا زرد تا آبي و بنفش و او اين ايده را مطرح کرد و با طیف نما آزمایشش کرد که یه منشور در وسط دارد و دو تلسکوپ در طرفینِ خود دارد.سپس بونزن و کيرشهف با هم شروع به کار کردند تا با استفاده از ابزار جديدشان مواد مختلف را آناليز کنند آنها ماده ي مرکبي را برداشتند که حاوي سديم بود و اگر من در چراغ بونزن آن را حرارت بدهم نور سديم از ميان اولين تلسکوپ رد مي شود و توسط منشور به خطوط طيفيش تقسيم مي شود سپس آنها از دومين تلسکوپ رد مي شوند و اگر من نگاه کنم بله.من مي تونم دو خط نارنجي ببينم که طيف منحصر به فرد سديم هستند هيچ عنصر ديگري اين الگو يا طرح را نشان نخواهد داد با استفاده از اين تکنيک,آنها در واقع دو عنصر جديد را کشف کردند سزيم طلايي مايل به نقره اي و روبيديم که به خاطر رنگ قرمز ياقوتي طيفش نامگذاري شده است از همين تکنيک استفاده شد تا ببينند پيش بيني مندليف از جاي خالي هايش درست بوده يا نه او با جزئيات دقيق توضيح مي داد يک عنصر ناشناخته که در جدول تناوبي بعد از آلومينيوم مي آمد او پيش بيني کرد که بايد يک فلز نقره اي با وزن اتمي 68 باشد سپس در سال 1875 يک شيميدان فرانسوي از طيف نما استفاده کرد تا همچين عنصري را شناسايي کند:گاليم،گاليوم يک فلز سفيد مايل به نقره اي زيبا است و تقريبا نرم است اگرچه مندليف وجود آن را پيش بيني کرده بود توسط يک شيميدان پاريسي به نام پائول اميل لکوگ د بويزباردن پيدا شد،گاليوم نقطه ي ذوب بسيار پاييني دارد و با نقطه ي جوش 2204 درجه ي سانتيگراد. نسبت به مواد شناخته شده ي ديگر در بازه ي بزرگي از دماها مايع است.از گاليوم براي ساختن نيمه رساناها استفاده مي شود.در ديود هاي پخش کننده ي نور يا ال اي دي ها يافت مي شود.يکي از مواد مرکب گاليوم نشان مي داد که در حمله به مقاومت دارويي مالاريا تاثير گذار است.ولي با اين که مندليف جاهاي خالي اي براي گاليوم و عناصر ديگر در نظر گرفته بود جدول او کامل نبود.يک گروه بود که کاملا از او دوري مي کرد.يک خانواده ي کاملا جديد از عناصر.داستان کشف آنها با يک جستجوي جهاني ديگر شروع شد.براي يک عنصر بيرون از محيط زمين.در آگوست سال 1868 يک خورشيد گرفتگي کامل در هند لحظه اي بود.که ستاره شناس فرانسوي پير جانسن منتظر آن بود.او مي دانست اين امکان وجود دارد که از يک طيف نما استفاده کند.تا بعضي از عناصر را در نور خورشيد شناسايي کند.ولي شدت نور خورشيد به اين معني بود که عنصرهاي بسيار زيادي مخفي شده اند.جانسن اميد داشت بتواند در طي يک خورشيد گرفتگي کامل چيزهاي بيشتري ببيند.زماني که خورشيد کمتر کور کننده بود.هنگامي که جانسن خورشيد گرفتگي را مطالعه مي کرد.اثر رنگي اي کشف کرد که قبلا ديده نشده بود.او با يک عنصر ناشناخته رو به رو بود.خطوط طيفي مشابهي توسط ستاره شناس ديگري مورد تاييد قرار گرفت:نرمن لاکير.او آن را به اسم خداي خورشيد يوناني هلیوم ناميد چون فکر مي کرد که فقط مي تواند در خورشيد وجود داشته باشد.شيميدان اسکاتلندي وارد مي شود.ويليام رامزي.کسي که هليوم فرازميني را به زمين مربوط کرد.رامزي با يک سنگ راديو اکتيو به نام کلويت آزمايشي انجام داد.به وسيله ي حل کردن سنگ در اسيد.گازي با يک وزن اتمي 4 جمع کرد و همان طيف منحصر به فردي که لاکير ديده بود.هليوم.هليوم دومين عنصر فراوان بعد از هيدروژن در جهان است و اين يکي از عناصري است که درست بعد از انفجار بزرگ توليد شده است.هليوم مايع براي سرد کردن قطب هاي ابر رساناها در اسکنرهاي ام آر آي مورد استفاده قرار مي گيرد غواص هاي اعماق دريا براي مقابله با تاثيرات مواد مخدر بر روي مغز از جذب افزايش يافته ي نيتروژن از هليوم استفاده مي کنند و يک عنصر سازنده ي حياتي در مسابقه ي فضايي بود که براي سرد کردن هيدروژن و اکسيژن براي موتور راکت مورد استفاده قرار مي گرفت

قبل از اينکه او هليوم را بر روي زمين کشف کند ويليام رامزي يک گاز جديد از هوا جدا کرده بود.آرگون با وزن اتمي 40.حالا رمزي با يک معما رو به رو بود.او فهميد که عناصر جديد با جدول تناوبي جور در نمي آيند و پيشنهاد کرد که بايد يک گروه گمشده وجود داشته باشد پس جستجوي او آغاز شد او سه گاز ديگر را پيدا کرد که آنها را نئون که به يوناني يعني جديد کريپتون به معني پنهان و زنون به معني غريبه ناميد.گروه به نام گازهاي نجيب شناخته شدند چون آنها واکنش ناپذير بودند وخيلي گوشه گير به نظر مي آمدند.اين خانواده از گازها رديف هاي جدول تناوبي را کامل کردند.حالا شايد مندليف از وجود اين عناصر فرار خبر نداشت.ولي او ايده اي محکم از روابط عناصر را وضع کرد.و او مطمئن شد که مکاني براي هر عنصر جديد در جدولش وجود خواهد داشت و اهميتي نداشت که آن عنصر کي کشف شده است.اين جدول تناوبي يک مثال شايع از روش علمي در کار است.از حجم يک داده مندليف يک الگو پيدا کرد به او اجازه داد پيش بيني هايي کند که مي شد آنها را با آزمايش هاي آينده امتحان کرد و راه را براي دانشمندان قرن 20 هموار کرد تا ثابت کنند او و نظريه اش درست است.او در سن 72 سالگي درگذشت.او يک قهرمان در روسيه و يک ابر قهرمان در جهان علم بود

جدول تناوبي او در سنگي اينجا در مرکز سنت پترزبورگ براي هميشه به يادگار مانده است و سرانجام او عنصري را به نام خود داشت.مندليوم بعلاوه يک حفره يا دهانه در سمت تاريک ماه به نام دهانه ي مندليف اداي احترام به مردي که از زمين هاي لم يزرع سيبري آمد تا تبديل به طراح نهايي عناصر شود

بالاخره جدول تناوبي نظمي را از آشوب در آورد ولي هيچ چيز راجع به اينکه چرا جهان ما اينطور است نمي گويد چرا بعضي از اتمها فعال هستند يکي آرام,بعضي خنثي و ديگري فرار هستند.چهل سال ديگر طول کشيد تا يک شاخه ي کاملا مجزا از علم جوابي براي آن پيدا کند.در سال 1909 ارنست رادرفورد براي اولين بار به درون اتم نگاه کرد.رادرفورد پيشنهاد داد که ساختار اتم.مثل يک منظومه ي خورشيدي مينياتوري است.يک فضاي خالي با تعداد کمي الکترون.که به طور تصادفي به دور يک هسته ي چگال و مثبت باردار شده مي گردند.ولي تا زماني که نيلز بوهر به ميان نيامد اتفاقي نيافتد.دروازه بان سابق فوتبال دانمارکي و فيزيکدان برنده ي نوبل در آينده.او پيشنهاد داد که الکترون ها در لايه اي ثابت به دور هسته مي چرخند و ايده ي او بود که منجر به کشفي شد که اين لايه ها تنها مي توانستند تعداد مشخصي از الکترون ها را جا بدهند.اين زمين فوتبال را تصور کنيد که يک اتم است.يک اتم تنها از يک عنصر اين هسته است.اگر اين هسته در مقياس واقعي بود.نزديکترين الکتروني که به دور آن مي چرخيد.پشت جايگاه تماشاگران قرار مي گرفت.پس من مقياس آن را پايين آورده ام.اينجا به نزديکترين لايه به هسته.تنها مي تواند دو الکترون وجود داشته باشد و بعد از آن تکميل است.اينجا در دومين لايه.تنها 8 الکترون مي تواند وجود داشته باشد و بعد از آن هم تکميل است.سومين لايه 18 الکترون دارد و همينطور ادامه پيدا مي کند.لايه هاي بيروني مي توانند تعداد بيشتري از الکترون ها را در خود جا دهند.بنابراين الکترون ها در لايه هاي مجزاي خود قرار مي گيرند و هيچ چيز در بين اينها قرار ندارد.نظريه ي بوهر توضيح مي دهد که چرا عناصر اينطور که هستند رفتار مي کنند معلوم شد که به تعداد الکتروني که در بيروني ترين لايه قرار مي گيرد ربط دارد براي مثال مدل بوهر نشان داد که سديم 11 الکترون دارد دوتا اينجا,8تا اينجا,و تنها يک عدد در لايه بيروني و فلورين 9 عدد دارد دو تا اينجا و 7 تا در بيروني ترين لايه براي اينکه کاملا پايدار باشند اتم ها يک لايه ي بيروني کامل از الکترون ها دارند بنابراين يک اتم سديم مي خواهد يک الکترون از دست بدهد تا يک لايه ي بيروني کامل داشته باشد در حاليکه يک اتم فلورين در لايه ي بيرونيش يک شکاف دارد پس با گرفتن يک الکترون مي تواند آن را تکميل کند...در اين روش يک اتم سديم و يک اتم فلورين مي توانند به وسيله ي مبادله ي يک الکترون به يکديگر بچسبند و سديم فلوئوريد تشکيل بدهند.کار بوهر و بسياري ديگر از دانشمندان قسمت اوليه ي قرن 20 منجر به يک توضيح براي تمام عناصر و ماده ي مرکب شد که چرا بعضي از عناصر با يکديگر واکنش نشان مي دهند تا مواد مرکب را بسازند و چرا بقيه اين کار را انجام نمي دهند و چرا عناصر خواصي را که دارند,دارند و اين در عوض توضيح مي دهد که چرا جدول تناوبي فرم حال حاضرش را دارد.مندليف موفق شد بدون درک اينکه چرا بايد اينطور باشد يک الگوي جهاني را آشکار کند.براي يافتن جواب فيزيکدانها به اعماق دنياي درون اتمي اي نقب زدند که مندليف حتي نمي دانست اصلا وجود دارد.اين کار چيزي کمتر از يک پيروزي نبود...حتي آلبرت انيشتين هم تحت تاثير قرار گرفته بود.او نوشت «اين بالاترين فرم موسيقيايي در حوزه ي تفکر است».ولي هنوز يک سوال بنيادي بي پاسخ مانده بود...چه تعداد عناصر وجود دارد؟ مي تواند بي نهايت عنصر بين هيدروژن با سبک ترين وزن اتمي و اورانيوم,سنگين ترين عنصر شناخته شده وجود داشته باشد؟

در ابتداي قرن 20 يک فيزيکدان جوان با استعداد انگليسي هنري موزلي تصميم گرفت اين مسئله را حل کند.او فکر مي کرد که اسرار درون هسته قرار دارد.در مرکز هر اتم.موزلي يک روش منحصر به فرد براي مطالعه ي اتم ها طراحي کرد که دانشمندان امروزه هنوز از يک تکنيک مشابه استفاده مي کنند اگرچه اين طيف سنج اشعه ي ايکس با نوع ابزاري که موزلي استفاده مي کرده است مقداري متفاوت است.يکي از عناصري که او مطالعه کرد مس بود و يک قطعه ي کوچک مس درون اين قرار دارد حالا پشت آن يک منبع راديو اکتيو وجود دارد که تشعشعات با انرژي بالا را به اتم هاي مس شليک مي کند.موزلي مي دانست که هسته ي اتم حاوي ذرات با بار مثبتي است که ما به آن پروتون مي گوييم.همچنين او مي دانست که اطراف هسته الکترونهاي با بار منفي وجود دارد.حالا تشعشعات به مس شليک شده...بعضي از الکترونهاي اتم ها را مي کوبد و اين تاثير اتم ها را مجبور مي کند مقداري انرژي از خود خارج کنند.يک اشعه ي ايکس.و موزلي روشي پيدا کرده بود تا آنها را اندازه گيري کند.او کشفي شگفت انگيز انجام داد.او فهميد که اتم هاي مس هميشه مقدار مشابهي گاز از خود خارج مي کنند.در اين نمودار با اين ميله نشان داده شده است.و اهميتي ندارد که چند بار اين آزمايش را تکرار بکنم من هميشه ميله را در موقعيتي مشابه دريافت مي کنم اين مختص مس است.موزلي اين آزمايش را با عناصر ديگر هم انجام داد و درون اين نمونه تعداد ديگري وجود دارند بنابراين اگر من اين را به بعدي حرکت دهم که روبيديم است و دوباره اين را راه بياندازم.من ميله را در موقعيتي متفاوت مي گيرم و اگر من دوباره آن را به بعدي حرکت دهم که موليبدنوم است.من ميله ي سومي در يک موقعيت جديد مي بينم.هر عنصر انرژي منحصر به فرد خود را دارد.ولي شاهکار او اين بود که تشخيص داد اين مربوط به تعداد پروتونهاست.او اولين کسي بود که تعداد پروتون ها را در هسته ي يک عنصر اندازه گيري مي کرد.عدد اتمي.عددهاي اتمي عددهايي کلي هستند پس برخلاف وزن اتمي هيچ کسر خامي نمي تواند وجود داشته باشد.براي مثال کلرين وزن اتمي اي دارد که با رقم نصف 35.5 و يک عدد اتمي کامل 17 مي آيد

بنابراين موزلي فهميد که اين عدد اتمي است و نه وزن اتمي که عدد و ترتيب عناصر را مشخص مي کند و اينجاست که بسيار هوشمندانه مي شود...چون عدد اتمي با اعدادي کامل بالا مي رود هيچ عنصر اضافي اي بين عنصر شماره ي يک,هيدروژن و شماره ي 92 اورانيوم نمي تواند وجود داشته باشد.نود و دو عنصر تمام چيزي است که مي تواند وجود داشته باشد.هيچ جاي اضافي ديگري وجود ندارد.پس هنري موزلي کاري اساسي کرد که ما را قادر مي سازد با اطمينان بگوييم که 92 عنصر وجود دارداز هيدروژن تا اورانيوم.موزلي هنگامي که تحقيقاتش را تمام کرد تنها 26 سال داشت.ولي استعداد او خيلي زود از دست رفت چون او در حين وقوع جنگ جهاني اول او براي جنگ داوطلب شد.اگرچه به عنوان يک دانشمند مي توانست از اين کار دوري کند.او در صحنه ي نبرد در سن 27 سالگي تيري توسط يک تک تيرانداز به سرش خورد و کشته شد.يک همکار نوشت "نظر به اينکه او چه کارهايي مي توانست انجام دهد مرگ او شايد تنها مرگ گزاف و پر خرجي بود که در طي جنگ براي بشريت اتفاق افتاده است"...جدول تناوبي ائتلافي زيبا از شيمي و فيزيک است،مندليف وشيميدان هاي ديگر از بيرون کار کردند با خواص شيميايي هر عنصر و فيزيکدان ها با دنياي نامرئي اتمها از داخل کار کردند و با اين حال هر دو به نقطه ي يکساني رسيدند و طرح منظم از دنياي طبيعي بالاخره توضيح داده شد،در طرحي با زيبايي فکري و محض پس عصري شروع شد با دانشمنداني که به سمت فهميدن ساختار سازنده ي بنيادي جهان ما تلاش کردند و با دنيايي کاملا مرتب شده و مشخص شده براي ديدن همه تمام شد و ما هيچ وقت به عقب نگاه نکرديم