الجدول لا يكذب

بالحدس العبقري والجرأة، نجح البروفيسور الروسي الشاب دميتري إيفانوفيتش مندلييف في إنشاء نظام يلخص المعرفة الموجودة ويسمح حتى اليوم بالنظر إلى المستقبل

8 فبراير 2016 – اخترع أثناء النوم - عن ولادة فكرة الجدول الدوري لديمتري مندليف

وكان انتصار مندليف الكبير في التنبؤ بالعناصر التي لم يتم اكتشافها بعد في قواعد بيانات الجمعية الكيميائية الأمريكية، والتي تعتبر الأكثر شمولا وحداثة، حيث تضم أكثر من 30 مليون مادة مدرجة. لكن قاعدة بيانات أخرى، في صفحة واحدة، تحتوي على معلومات ليس فقط عن المواد الموجودة، ولكن أيضًا عن تلك التي لم يتم إنشاؤها بعد: "الجدول الدوري للعناصر".

المعرفة الموجودة فيه لا حصر لها: فهي لا تتطلب سوى القليل من الفهم لطريقة تنظيمها ومبادئ الترابط الكيميائي بين الذرات - ولا تزال ترشد كل من يشارك في علم المواد اليوم. ومن المثير للدهشة أن نكتشف أن الجدول المحدث لعام 2001، والذي يضم 115 عنصرًا - بما في ذلك 23 عنصرًا من صنع الإنسان - لا يختلف في الأساس عن الجدول الذي وضعه ديمتري إيفانوفيتش مندلييف عام 1869، في وقت لم يكن العالم العلمي يعرف سوى 63 عنصرًا فقط. العناصر، ولم يكن لدى أحد أي فكرة عن بنية الذرة. من خلال الحدس المبتكر والجرأة، تمكن أستاذ روسي شاب من إنشاء نظام يلخص المعرفة الموجودة ويربط الحقائق ويسمح حتى اليوم بإلقاء نظرة على المستقبل.

بدأت قصة مندليف في مدينة توبولسك في سيبيريا، حيث وُلد عام 1834 وهو الابن الأكبر لعائلة أنجبت أطفالاً (ليس من الواضح ما إذا كان هو الطفل الرابع عشر أم السابع عشر). مما أثار استياءه أن الصبي اضطر إلى التركيز على اليونانية واللاتينية في المدرسة. تعرف على العلوم في دروس خصوصية مع ناشط سياسي تم نفيه إلى سيبيريا وتزوج إحدى الأخوات الأكبر سناً في عائلة مندليف. على ما يبدو، بالإضافة إلى التعليم العلمي، تلقى صهره المعلم أيضًا تعزيزات لاستعداده للشجاعة وعدم الخضوع للاتفاقيات. ولكن فيما بعد ادعى مندليف أن والدته هي التي ساهمت أكثر في تعليمه وتكوين شخصيته.

أصيب والده، مدرس الأدب، بالعمى قرب ولادة طفله الأصغر. ولذلك تم وضع عبء إعالة الأسرة على عاتق والدته، التي بدأت في تشغيل مصنع للزجاج ببراعة كبيرة. وفي غضون عام واحد، توفي والده واحترق مصنع والدته، وقررت المرأة النشيطة الانتقال إلى موسكو لرعاية مواهب بن زاكونيا الواضحة. لكن مؤسسات التعليم العالي في المدينة الكبيرة أغلقت أبوابها بحجة عدم وجود حصص قبول وعدم كفاية مستوى الطلاب من سيبيريا. كما تم إغلاق البوابات في سان بطرسبرج. وعندما أدركت أن الموهبة لم تكن كافية، قامت بإجراء اتصالات: كان مدير المعهد التربوي المركزي في سانت بطرسبرغ صديقًا لزوجها الراحل، وبالتالي تم قبول الشاب مندليف للدراسة.

وعلى الرغم من أنها لم تكن جامعة بل كلية للمعلمين، إلا أن مندليف تلقى تدريبًا علميًا ممتازًا بفضل أعضاء هيئة التدريس بالجامعة الذين قاموا بالتدريس أيضًا في الكلية وسمحوا له بالمشاركة في الأبحاث. وبعد أن تأهل للتدريس، حصل على منحة دراسية بمرتبة الشرف مكنته من الدراسة في مراكز النشاط العلمي آنذاك في فرنسا وألمانيا. وعندما عاد إلى روسيا عمل في مدرسة فنية وعُين فيما بعد أستاذاً للكيمياء في جامعة سانت بطرسبورغ. لذلك أصبح محاضرًا موقرًا: في أداء متحمس وغريب الأطوار (بشعر ولحية لم يكلف نفسه عناء إخبارها إلا مرة واحدة في السنة ومزاج عاصف ورثه، حسب قوله، من أسلافه التتار) مبتكرات من جبهة العلم، وثقفته في التفكير العلمي، وجرفت من بعده كثيرين.

ولكن شيئا ما أزعج راحته. كمدرس، كان من المستحيل بالنسبة له عدم وجود كتاب كيمياء محدث باللغة الروسية. ولذلك قرر التوجه إلى الكتابة، لكنه وجد نفسه بعد ذلك مضطرا للتعامل مع الفوضى التي سادت عالم الكيمياء. كان القرن التاسع عشر مليئًا بالنشاط الكيميائي، ومنذ بدايته وحتى منتصفه تضاعف عدد العناصر المعروفة. لكن المعرفة المتراكمة تراكمت، واستنتج مندليف أنه لن يتمكن من تأليف كتاب مناسب حتى ينشئ هيكلًا منظمًا للعناصر المختلفة.

وهكذا، ولاعتبارات تعليمية، فقد اقترب من مهمة علمية أغفلها كثيرون قبله. كانت نقطة انطلاق مندليف، مثل أسلافه، هي أن العالم لا يمكن أن يقوم على مجموعة عشوائية من الجسيمات، وأن البحث عن الانتظام في خواص العناصر يجب أن يكون مرتبطًا بترتيبها في زيادة الوزن الذري.

اعتاد مندليف أن يلعب لعبة السوليتير في رحلاته الطويلة من منزله في المدينة إلى منزله في الريف. كما أنه يتعامل مع بحثه مثل لعبة الورق. לכל יסוד הכין כרטיס עם שמו ותכונותיו, ואת 63 הכרטיסים פרש בסדר עולה של משקלים אטומיים: מאטום המימן, שלו יוחס הערך ,1 ועד ליסוד עופרת – שהאטום שלו כבד ממימן פי .207 לאחר מכן ניסה למיין אותם על פי קווי דמיון שונים, פעם ועוד مره.

وفي يوم الاثنين 17 فبراير 1869، فجأة، سار كل شيء على ما يرام. وقد وجد مندليف أنه عندما يتم ترتيب العناصر ترتيبًا تصاعديًا للأوزان الذرية، فإن خصائصها تتغير تدريجيًا ودوريًا: فبعد كل بضعة عناصر، يظهر مرة أخرى عنصر تكون خصائصه وسلوكه مشابهة للعنصر الذي ظهر من قبل. في طاولته، قام مندليف بترتيب العناصر بحيث تتغير الخصائص تدريجيًا في الصفوف الأفقية - "الدورات"؛ بينما في الأعمدة الرأسية - "العائلات" - كانت هناك أسس مماثلة.

كيف نجح مندليف في مهمة فشل فيها أسلافه، ولماذا تم ربط اسمه بالجدول الدوري بينما الألماني لوثر ماير الذي قدم جدولاً مشابهاً في ذلك الوقت يظهر في التاريخ كملحق لقصته؟
الجواب معقد. مثلما أنه من الصعب تجميع اللغز عندما تكون القطع مفقودة، كان من الصعب اكتشاف النمط عندما يكون عدد العناصر المعروفة صغيرًا، وكانت بعض البيانات خاطئة. وهكذا، على سبيل المثال، وبحسب الأوزان الذرية المعروفة في ذلك الوقت، فإن عنصر البورون، B، يجب أن يظهر قبل البريليوم، Be، لكن الخواص الكيميائية أشارت إلى الترتيب المعاكس. مشبعًا بالإيمان بالدورات والعائلية، قرر مندليف أن هناك خطأ في الأوزان ووضع العناصر بالترتيب الذي يعتبره صحيحًا. أثبتت التجارب التي أجريت لاحقًا أنه كان على حق.

وكان انتصاره الكبير في التنبؤ بالعناصر التي لم يتم اكتشافها بعد. من أجل هذه ترك مندليف مربعات فارغة بها علامات استفهام وتنبأ بخصائصها. تم تأكيد صحة نبوءاته لأول مرة مع اكتشاف عنصر الغاليوم عام 1875. وفي التقرير الأول عن الغاليوم، وجد تناقض في وزنه النوعي، وكان هناك من استخدم ذلك لإثارة الشكوك حول أفكار مندليف. لكنه تمسك بوجهة نظره، وأعلن أن القياسات كانت خاطئة - وكان على حق مرة أخرى.

لقد شعر مندليف بالقانون رغم أنه لم يستطع تفسيره. وجاء التفسير بعد وفاته عندما تم فك رموز بنية الذرة. وتبين أن الدورية في الخواص الكيميائية لا تعتمد على الأوزان بل على الأعداد الذرية، أي على عدد البروتونات الموجودة في النواة الذرية. ولحسن حظ مندليف، باستثناء الحالات الفردية، كلما زاد العدد، زاد الوزن أيضًا. لكنه كان أكثر من محظوظ: لقد رأى الصورة الكبيرة، وذهب إلى النور ولم يدع الشذوذات تشتت انتباهه. كان العلماء الآخرون الذين حاولوا تنظيم العناصر يخشون كسر الإطار عندما لا يتناسب العنصر مع مكانه، ولم يشاركوا في التنبؤ بالعناصر ولم يقاتلوا من أجل أفكارهم كما فعل مندليف. ولهذا السبب، فإن اسم مندليف - وليس اسمًا آخر - هو الذي لا يزال مرتبطًا بالجدول حتى يومنا هذا.

كان مندليف رجل مبادئ، وليس فقط في مجال عمله. أيد التنظيم السياسي للطلاب واستقال احتجاجًا على رفض السلطات التماسًا قدمه للحصول على مزيد من الحرية داخل الجامعة. لم ينسحب وانتقل للعمل كمدير لمعهد المعايير الروسي. وعلى الرغم من مساهماته الأخرى في العلوم، بما في ذلك تطوير الصناعات النفطية في روسيا، لم يتم انتخابه أبدًا لعضوية الأكاديمية الروسية للعلوم.

ومع ذلك، على الرغم من أنه كان على خلاف مع المؤسسة، أظهر له القيصر اللطف. وفي سن 48، وقع في حب طالبة شابة وتزوجها قبل أن يتم تسوية طلاقه من زوجته الأولى. تقول الشائعات أن أحد النبلاء الروس وقع في موقف مماثل من تعدد الزوجات ووبخه القيصر، واشتكى: "لماذا يُسمح لمندليف وأنا غير مسموح به؟" وكان رد القيصر "قد يكون لمندلييف زوجتان، لكن لدي واحدة فقط".

بدأ توزيع جوائز نوبل في عام 1901. وتم تقديم ترشيح مندليف في عامي 1905 و1906، لكنه لم يفز بالجائزة. حقيقة أنه عمل في روسيا، بعيدًا عن المراكز العلمية الرائدة، لم تساعده، كما فعلت حقيقة أنه حتى وفاته، في عام 1907، لم يتم العثور على تفسير للسلوك الدوري. هل شخصيته وسلوكه غير المنظم هو الذي حرمه من الجائزة، أم أن عالم العلوم فشل في تقدير الرؤية والإبداع؟

* د. هناء أرزي هي مديرة مركز حمادة للتعليم العلمي في تل أبيب

الى موقع حمادة

المزيد عن الموضوع على موقع المعرفة – اعتبارًا من فبراير 2016

• اخترع أثناء النوم - عن ولادة فكرة الجدول الدوري لديمتري مندليف
• اكتمل الصف السابع في الجدول الدوري للعناصر
• فواصل في الجدول الدوري
• انتصار للكيمياء