تويت
الكيمياء الكهربية - المعهد الملكي .. الكيميائي المحترف
الكيمياء الكهربية
اكتشف فاراداي قانونين أساسيين يحكمان تأثير التيار الكهربي في المحاليل. ينص القانون الأول على أن كمية التحلل الكيميائي في المحلول تتناسب مع كمية الكهرباء التي تمر من خلاله (في الحقيقة تسمى وحدة قياس كمية الكهرباء المنقولة في التحليل الكهربي فاراداي على شرفه).
وينص القانون الثاني على أن الكتلة المترسبة على القطب بإمرار كمية معينة من التيار تتناسب مع الوزن الذري للمادة مقسوما على شحنتها (أو الوزن المكافئ) . وفي جوهر الأمر، فإن هذين القانونين يشيران إلى الكهرباء كمادة كيميائية تلعب دورا في التفاعلات الكيميائية بنسب محددة، وقد بنى الكثير على هذا الأساس.
استنتج فاراداي كذلك أن التحليل الكهربي تفكك المادة بواسطة الكهرباء) قد حدث عندما سرت الكهرباء خلال المحاليل. وقد اختار أن يطلق اسم «أيونات» (Ions) على كل الأجزاء المشحونة كهربيا، وذلك من الكلمة الإغريقية(الهائم).
وقد وضع نظريته أن هذه الأيونات» تهيم بين أقطاب (Poles البطارية) (أطلق عليها اسم electrodes) ، حاملة التيار الكهربي. كان فاراداي يرغب في حينه أن يجد بادئة تضاف للكلمات أيون وإلكترود للدلالة على شحنتها - موجبة أو سالبة . فقام باستشارة العالم ويليام ويلويل (19) من كامبريدج. اقترح فاراداي البادئات الممكنة مثل ديكسيو dexio (يسار)، غير أن ويلويل لم ينصحه باستخدام هذه المصطلحات، واقترح بدلاً عنها آنود وكاثود وآينون وكايتون. إذا كنت مع ذلك مازلت ملتزما بالتعبيرات ديكسيو وسكايو، فإنني في حيرة، كيف يمكن تركيبها مع كلمة آيون من دون إدماج الكثير من الحروف اللينة، الأمر الذي سيزعج القراء ...» (20) .
لم تكن مصطلحات فاراداي مع ذلك هي التي أزعجت القراء، لكن ما أزعجهم هو اكتشاف آخر هز العالم النظري : فقد أثبت هانز كريستيان أويسترد وجود تداخل بين الكهرباء والمغناطيسية، وذلك عندما تسبب سلك يحمل تيارا كهربيا في انحراف إبرة مغناطيسية كانت موجودة بجواره. كانت أولى التجارب قد أجريت في أثناء محاضرة، وقد كتب يقول إن التجربة لم تحدث انطباعا كبيرا في القاعة. لكن أنباء التجربة أحدثت انطباعا قويا لدى فاراداي، فبدأ يجري التجارب على هذه الظاهرة. لكن لسوء الحظ، تعرض فاراداي أثناء ذلك لسخط واستهجان ديفي الشخص الذي كان يحترمه بشدة.
ربما يكون ويليام هايد ولاستون الذي ارتبطت شهرته بالبلاديوم هو أول من قرر أن المجال المغناطيسي الناشيء عن التيار لم يكن موجها ناحية السلك أو عكس ذلك، بل يتحلق حول السلك. وقد راهن على أن سلكا يمر به التيار يمكن أن يدور حول سلك آخر ينقل التيار الكهربي، وأصبح الرهان مفتوحا للجميع. وفي أبريل العام 1821 ، حاول ولاستون وديفي إجراء التجربة لكنها فشلت. كان فاراداي قد سمعهم يناقشون النتائج لكنه لم ير الجهاز المستخدم. كان كل من يقدر على مغادرة لندن في الصيف يغادرها كما فعل ولاستون وديفي، بينما بقي فاراداي للعمل في مخطط تاريخي، كان مطلوبا منه أن يكتبه عن الكهرومغناطيسية. وفي أثناء الكتابة كان يقوم بإعادة التجارب المنشورة ليتأكد من النتائج، ويجري بعض التجارب الخاصة به بما في ذلك بيان دوران السلك الناقل للتيار حول مغناطيس، أو دوران مغناطيس حول السلك الناقل للتيار. وعندما نشر نتائجه لم يُشر إلى ولاستون. وفي أكتوبر عاد ديفي وولاستون.
احتج أصدقاء ولاستون لدى ديفي حول ما افترضوه اغتصابا لأبحاث ولاستون، بذل فاراداي جهدا عظيما في أبحاثه التي نشرت بعد ذلك ليشير إلى أسبقية ولاستون فيما يتعلق بهذه الظاهرة، ويبدو أن هذا قد هدا الخواطر وأعاد الريش المنفوش إلى حالته إلا في أمر واحد : عندما قام أصدقاء فاراداي بتقديم طلب لانتخابه في الجمعية الملكية بعد بضع سنوات أمر ديفي فاراداي بسحب الطلب. أجاب فاراداي بأنه لم يتقدم هو بالطلب وأن أصدقاءه لن يسحبوه، قال ديفي عندئذ إنه سيسحبه بنفسه. عندها أجاب فاراداي بأنه لا يشك في أن ديفي سيقوم بما يراه في مصلحة الجمعية. (لابد أن نشير هنا إلى أن هذا الحادث كان الوحيد الذي وجدنا أن فاراداي يرد فيه بجفاء على ديفي).
كانت هذه مجموعة من الظروف غير المواتية في كل الأمور، ففاراداي كان إنسانا على خلق حتى أنه يستحيل أن نصدق أنه يفعل أي شيء غير أخلاقي عامدا ، والتصريح بأنه قام بارتكاب ذلك أمر مفزع. ويمكن أن نتقبل فكرة أن أناسا عديدين عندهم الشواهد نفسها يمكن أن يصلوا النتيجة نفسها مع الاحتفاظ بميزة الإدراك المتأخر، وأن السبق في الإنجاز لا يعني بالضرورة السبق المطلق في الخلق. وفي الحقيقة، على الشاطئ الآخر للأطلنطي، وفي الولايات المتحدة حيث كان معظم الأوروبيين ينظرون إليها كحالة ركود، استعرض جوزيف هنري التداخل بين الكهرباء والمغناطيسية، وفي عدم وجود أي عون من ولاستون أو ديفي أو فاراداي. لكن فاراداي قد عانى من هذه الواقعة، وتعرض كذلك للهجوم من جبهات أخرى. كانت الذرات في نموذج بيرزيليوس لها قطبان، أي عليها شحنة موجبة وأخرى سالبة لكنهما معزولتان. لم يكن ذلك ليتوافق مع وجهة نظر فاراداي في أن الشحنة تنتقل بواسطة أيونات موجبة وأيونات سالبة فقط. ومن هنا أعلن بيرزيليوس خطأ نتائج فاراداي. وعندما افترض فاراداي أن القوة الكهربية هي مجال (أي أنها قوة محسوسة خلال الفراغ ولا تحتاج إلى وسيط فيزيائي لم يأخذ أحد هذا الكلام مأخذ الجد . وقد أصيب فاراداي بانهيار عصبي في العام 1839 ، متأثرا كذلك بتسمم زئبقي. وقد أمضى السنوات الخمس التالية يهتم بالشؤون الإدارية أكثر من التجارب.
وفي العام 1845 طور ويليام طومسون، وهو مستقبلا لورد كيلفن، معالجة رياضية لخطوط فاراداي الحدسية غير المادية للقوى. جدد هذا الأمر نشاط فاراداي، ودفعه لإجراء اختبارات على تأثير المجال الكهرومغناطيسي في الضوء ودراسة المواد البارامغناطيسية والديا مغناطيسية وظواهر فيزيائية أخرى. وفي النهاية، تمكن جيمس كلارك مكسويل من بناء نظرة محكمة عن المجال على أساس أبحاث فاراداي، لكن فاراداي لم يستطع تتبع التوصيف الرياضي لماكسويل لأنه كان في حالة أفول إبداعي، ركز جهوده في التدريس وفي محاضرات عيد الميلاد للأطفال. ومات في سن 71 في منزل كانت الحكومة البريطانية قد منحته إياه اعترافا بفضله.
وفي أثناء فترة الإنجازات العظمى لفاراداي كان نشاط ديفي قد قل وأصبح قانعا بدور الراعي الأكبر للكيمياء، وكان يعمل مع ولاستون كسكرتيرين مناوبين للجمعية الملكية، ثم أصبح رئيسا لها بعد وفاة جوزيف بانكس على رغم أن بانكس كان يعتقد دائماً أن ديفي مفعم بالنشاط والحيوية أكثر من اللازم لشغل منصب الرئيس) (21) . . ومع أنه كان يقوم أحيانا ببعض البحوث، إلا أن مسيرته العلمية كانت في أفول. وقد اخترع مصباحا للمناجم لا يتسبب في انفجار الغاز الذي كان يتسبب في الكوارث المأساوية المتكررة في ذلك الوقت. ظل زواج ديفي كذلك مصدرا للإحباط بالرغم من أنه قد اكتشف هو والليدي ديفي أنهما يمكن أن يستمرا على نحو مقبول إذا قللا من أزمات وجودهما معا إلى الحد الأدنى. أصبح من عادة ديفي أن يذهب في رحلات صيد طويلة وحده بينما كانت الليدي ديفي ترفه عن نفسها بواسطة جرعة صباحية من روم معتق في لبن طازج (22) .
وقد كتب ديفي في أواخر أيامه عملين تأمليين بعيدين عن الكيمياء عناوينهما : «السالمونيا » أو «أيام الصيد بالصنارة»، و«المواساة في الأسفار». ومع أن حياة ديفي توصف بأنها «تراجيدية» إلا أن أفضل وصف لها أنها حزينة إلى حد ما. فقد أنجز الكثير في حياته، وعندما وافته المنية كان على سريره والوقت ليل، وأخوه إلى جواره. وقد عاش قرابة 50 عاما .
ومن بين الإنجازات الكثيرة المنسوبة لديفي، لم ندرج اثنين بالتحديد -توصيف الكلور واليود كعناصر - ذلك لأن فضل اكتشافهما موضع جدل.
وتختلف الروايات حول ذلك تبعًا لموقع المتحدث وعلى أي جانب يقف من القنال. كان المجادل الآخر للحصول على شرف هذه الاكتشافات هو كيميائي فرنسا الاول في ذلك الوقت، جوزيف لويس جاي لوساك .
الكيمياء الكهربية
اكتشف فاراداي قانونين أساسيين يحكمان تأثير التيار الكهربي في المحاليل. ينص القانون الأول على أن كمية التحلل الكيميائي في المحلول تتناسب مع كمية الكهرباء التي تمر من خلاله (في الحقيقة تسمى وحدة قياس كمية الكهرباء المنقولة في التحليل الكهربي فاراداي على شرفه).
وينص القانون الثاني على أن الكتلة المترسبة على القطب بإمرار كمية معينة من التيار تتناسب مع الوزن الذري للمادة مقسوما على شحنتها (أو الوزن المكافئ) . وفي جوهر الأمر، فإن هذين القانونين يشيران إلى الكهرباء كمادة كيميائية تلعب دورا في التفاعلات الكيميائية بنسب محددة، وقد بنى الكثير على هذا الأساس.
استنتج فاراداي كذلك أن التحليل الكهربي تفكك المادة بواسطة الكهرباء) قد حدث عندما سرت الكهرباء خلال المحاليل. وقد اختار أن يطلق اسم «أيونات» (Ions) على كل الأجزاء المشحونة كهربيا، وذلك من الكلمة الإغريقية(الهائم).
وقد وضع نظريته أن هذه الأيونات» تهيم بين أقطاب (Poles البطارية) (أطلق عليها اسم electrodes) ، حاملة التيار الكهربي. كان فاراداي يرغب في حينه أن يجد بادئة تضاف للكلمات أيون وإلكترود للدلالة على شحنتها - موجبة أو سالبة . فقام باستشارة العالم ويليام ويلويل (19) من كامبريدج. اقترح فاراداي البادئات الممكنة مثل ديكسيو dexio (يسار)، غير أن ويلويل لم ينصحه باستخدام هذه المصطلحات، واقترح بدلاً عنها آنود وكاثود وآينون وكايتون. إذا كنت مع ذلك مازلت ملتزما بالتعبيرات ديكسيو وسكايو، فإنني في حيرة، كيف يمكن تركيبها مع كلمة آيون من دون إدماج الكثير من الحروف اللينة، الأمر الذي سيزعج القراء ...» (20) .
لم تكن مصطلحات فاراداي مع ذلك هي التي أزعجت القراء، لكن ما أزعجهم هو اكتشاف آخر هز العالم النظري : فقد أثبت هانز كريستيان أويسترد وجود تداخل بين الكهرباء والمغناطيسية، وذلك عندما تسبب سلك يحمل تيارا كهربيا في انحراف إبرة مغناطيسية كانت موجودة بجواره. كانت أولى التجارب قد أجريت في أثناء محاضرة، وقد كتب يقول إن التجربة لم تحدث انطباعا كبيرا في القاعة. لكن أنباء التجربة أحدثت انطباعا قويا لدى فاراداي، فبدأ يجري التجارب على هذه الظاهرة. لكن لسوء الحظ، تعرض فاراداي أثناء ذلك لسخط واستهجان ديفي الشخص الذي كان يحترمه بشدة.
ربما يكون ويليام هايد ولاستون الذي ارتبطت شهرته بالبلاديوم هو أول من قرر أن المجال المغناطيسي الناشيء عن التيار لم يكن موجها ناحية السلك أو عكس ذلك، بل يتحلق حول السلك. وقد راهن على أن سلكا يمر به التيار يمكن أن يدور حول سلك آخر ينقل التيار الكهربي، وأصبح الرهان مفتوحا للجميع. وفي أبريل العام 1821 ، حاول ولاستون وديفي إجراء التجربة لكنها فشلت. كان فاراداي قد سمعهم يناقشون النتائج لكنه لم ير الجهاز المستخدم. كان كل من يقدر على مغادرة لندن في الصيف يغادرها كما فعل ولاستون وديفي، بينما بقي فاراداي للعمل في مخطط تاريخي، كان مطلوبا منه أن يكتبه عن الكهرومغناطيسية. وفي أثناء الكتابة كان يقوم بإعادة التجارب المنشورة ليتأكد من النتائج، ويجري بعض التجارب الخاصة به بما في ذلك بيان دوران السلك الناقل للتيار حول مغناطيس، أو دوران مغناطيس حول السلك الناقل للتيار. وعندما نشر نتائجه لم يُشر إلى ولاستون. وفي أكتوبر عاد ديفي وولاستون.
احتج أصدقاء ولاستون لدى ديفي حول ما افترضوه اغتصابا لأبحاث ولاستون، بذل فاراداي جهدا عظيما في أبحاثه التي نشرت بعد ذلك ليشير إلى أسبقية ولاستون فيما يتعلق بهذه الظاهرة، ويبدو أن هذا قد هدا الخواطر وأعاد الريش المنفوش إلى حالته إلا في أمر واحد : عندما قام أصدقاء فاراداي بتقديم طلب لانتخابه في الجمعية الملكية بعد بضع سنوات أمر ديفي فاراداي بسحب الطلب. أجاب فاراداي بأنه لم يتقدم هو بالطلب وأن أصدقاءه لن يسحبوه، قال ديفي عندئذ إنه سيسحبه بنفسه. عندها أجاب فاراداي بأنه لا يشك في أن ديفي سيقوم بما يراه في مصلحة الجمعية. (لابد أن نشير هنا إلى أن هذا الحادث كان الوحيد الذي وجدنا أن فاراداي يرد فيه بجفاء على ديفي).
كانت هذه مجموعة من الظروف غير المواتية في كل الأمور، ففاراداي كان إنسانا على خلق حتى أنه يستحيل أن نصدق أنه يفعل أي شيء غير أخلاقي عامدا ، والتصريح بأنه قام بارتكاب ذلك أمر مفزع. ويمكن أن نتقبل فكرة أن أناسا عديدين عندهم الشواهد نفسها يمكن أن يصلوا النتيجة نفسها مع الاحتفاظ بميزة الإدراك المتأخر، وأن السبق في الإنجاز لا يعني بالضرورة السبق المطلق في الخلق. وفي الحقيقة، على الشاطئ الآخر للأطلنطي، وفي الولايات المتحدة حيث كان معظم الأوروبيين ينظرون إليها كحالة ركود، استعرض جوزيف هنري التداخل بين الكهرباء والمغناطيسية، وفي عدم وجود أي عون من ولاستون أو ديفي أو فاراداي. لكن فاراداي قد عانى من هذه الواقعة، وتعرض كذلك للهجوم من جبهات أخرى. كانت الذرات في نموذج بيرزيليوس لها قطبان، أي عليها شحنة موجبة وأخرى سالبة لكنهما معزولتان. لم يكن ذلك ليتوافق مع وجهة نظر فاراداي في أن الشحنة تنتقل بواسطة أيونات موجبة وأيونات سالبة فقط. ومن هنا أعلن بيرزيليوس خطأ نتائج فاراداي. وعندما افترض فاراداي أن القوة الكهربية هي مجال (أي أنها قوة محسوسة خلال الفراغ ولا تحتاج إلى وسيط فيزيائي لم يأخذ أحد هذا الكلام مأخذ الجد . وقد أصيب فاراداي بانهيار عصبي في العام 1839 ، متأثرا كذلك بتسمم زئبقي. وقد أمضى السنوات الخمس التالية يهتم بالشؤون الإدارية أكثر من التجارب.
وفي العام 1845 طور ويليام طومسون، وهو مستقبلا لورد كيلفن، معالجة رياضية لخطوط فاراداي الحدسية غير المادية للقوى. جدد هذا الأمر نشاط فاراداي، ودفعه لإجراء اختبارات على تأثير المجال الكهرومغناطيسي في الضوء ودراسة المواد البارامغناطيسية والديا مغناطيسية وظواهر فيزيائية أخرى. وفي النهاية، تمكن جيمس كلارك مكسويل من بناء نظرة محكمة عن المجال على أساس أبحاث فاراداي، لكن فاراداي لم يستطع تتبع التوصيف الرياضي لماكسويل لأنه كان في حالة أفول إبداعي، ركز جهوده في التدريس وفي محاضرات عيد الميلاد للأطفال. ومات في سن 71 في منزل كانت الحكومة البريطانية قد منحته إياه اعترافا بفضله.
وفي أثناء فترة الإنجازات العظمى لفاراداي كان نشاط ديفي قد قل وأصبح قانعا بدور الراعي الأكبر للكيمياء، وكان يعمل مع ولاستون كسكرتيرين مناوبين للجمعية الملكية، ثم أصبح رئيسا لها بعد وفاة جوزيف بانكس على رغم أن بانكس كان يعتقد دائماً أن ديفي مفعم بالنشاط والحيوية أكثر من اللازم لشغل منصب الرئيس) (21) . . ومع أنه كان يقوم أحيانا ببعض البحوث، إلا أن مسيرته العلمية كانت في أفول. وقد اخترع مصباحا للمناجم لا يتسبب في انفجار الغاز الذي كان يتسبب في الكوارث المأساوية المتكررة في ذلك الوقت. ظل زواج ديفي كذلك مصدرا للإحباط بالرغم من أنه قد اكتشف هو والليدي ديفي أنهما يمكن أن يستمرا على نحو مقبول إذا قللا من أزمات وجودهما معا إلى الحد الأدنى. أصبح من عادة ديفي أن يذهب في رحلات صيد طويلة وحده بينما كانت الليدي ديفي ترفه عن نفسها بواسطة جرعة صباحية من روم معتق في لبن طازج (22) .
وقد كتب ديفي في أواخر أيامه عملين تأمليين بعيدين عن الكيمياء عناوينهما : «السالمونيا » أو «أيام الصيد بالصنارة»، و«المواساة في الأسفار». ومع أن حياة ديفي توصف بأنها «تراجيدية» إلا أن أفضل وصف لها أنها حزينة إلى حد ما. فقد أنجز الكثير في حياته، وعندما وافته المنية كان على سريره والوقت ليل، وأخوه إلى جواره. وقد عاش قرابة 50 عاما .
ومن بين الإنجازات الكثيرة المنسوبة لديفي، لم ندرج اثنين بالتحديد -توصيف الكلور واليود كعناصر - ذلك لأن فضل اكتشافهما موضع جدل.
وتختلف الروايات حول ذلك تبعًا لموقع المتحدث وعلى أي جانب يقف من القنال. كان المجادل الآخر للحصول على شرف هذه الاكتشافات هو كيميائي فرنسا الاول في ذلك الوقت، جوزيف لويس جاي لوساك .
تعليق