أنطوان لافوازييه
أنطوان-لوران دُ لافوازييه (بالفرنسية: Antoine-Laurent de Lavoisier) عاش ما بين 26 أغسطس 1743 - 8 مايو 1794م، أحد النبلاء الفرنسيين ذو صيت في تاريخ الكيمياء والتمويل والأحياء والاقتصاد. أول من صاغ قانون حفظ المادة، وتعرّف على الأوكسجين وقام بتسميته (في عام 1778م)، وفنّد نظرية الفلوجستون، وساعد في تشكيل نظام التسمية الكيميائي. وعادةً يشار إلى لافوسيه بأنه أحد آباء الكيمياء الحديثة.
حياته
بدأ محاميا ثم نال جائزة لابتكاره نظاما جديدا لانارة الشوارع في باريس، وكان يقضي وقت الفراغ في الأبحاث الكيميائية، حيث يعرف بأبي الكيمياء الحديثة، تم إعدامه بعد قيام الثورة الفرنسية. بتهمة ترطيب تبغ الجيش خلال عمله في لجنة المعايير المترية. ورغم أنه لم يثبت عليه شيء فقد أُعدم. وما زالت العبارة التـي قيلت له في قاعة المحكمة: "الجمهورية ليست بحاجة إلى علماء بل بحاجة إلى عدالة" وصمة في تاريخ القضاء الفرنسي واستخفافاً مشيناً للعبقرية مثيلها نادر في التاريخ. وهو مثل كثير من الناس قد درسوا علوماً أخرى غير التي برزوا فيها فقد درس القانون، وحصل على شهادة علمية فيه، ولكنه لم يعمل بالقانون. التحق بالكثير من الوظائف المدنية، وكان بالغ النشاط في أكاديمية العلوم الملكية، كما أنه عمل في منطقة تحصيل الضرائب، ولذلك عندما قامت الثورة الفرنسية فقد ارتابوا في أمره. وحاكموه ومعه 27 عضواً من هذه المنظمة ومحاكمات الثورة لا تكون دقيقة بقدر ما هي عاجلة، وفي يوم 8 مايو سنة 1794 حوكموا جميعاً وأدينوا، وتقرر إعدامهم شنقاً ولكن زوجة لافوازييه هي التي انقذته. وكانت سيدة بالغة الذكاء وساعدته كثيراً في أبحاثه. وعند محاكمة لافوازييه تقدمت زوجته بطلب العفو عنه ورفض القاضي طلبها قائلاً "إن الثورة لا تحتاج إلى عباقرة" ولكن زميلا له هو جوزيف لاجرانج كان أقرب للحقيقة عندما قال "إن قطع رقبة لافوازييه لا يستغرق دقيقة واحدة، ولكن مائة سنة لا تكفي لتعوضنا عن واحد مثله".
ما قبل لافوازييه
عندما ولد لافوازييه في باريس كان علم الكيمياء متخلفاً كثيراً عن علوم الفيزياء والرياضيات والفلك، وعلى الرغم من أن كثيراً من الحقائق الكيميائية قد اهتدى إليها العلماء فإن أحداً منهم لم يفلح في أن يصوغ هذه الحقائق في نظرية شاملة. وكان يعتقد في هذا الوقت خطأ أن الهواء عنصر. كما لم يفهم أحد مكونات النار، بل أن الفكرة الشائعة في ذلك الوقت كانت خاطئة جداً، كان يعتقد أيضاً أن كل المواد القابلة للاحتراق تتكون من مادة سميت "الفلوجيستون"، وأن هذه المادة تنطلق أثناء الاحتراق. وفي الفترة بين 1754 و1774 أفلح عدد من الكيميائيين النابهين مثل جوزيف بلاك وجوزيف بريستلي وهنري كافنديش وغيرهم في فصل غازات هامة: كالأكسجين والهيدروجين وثاني أكسيد الكربون ولما كان هؤلاء العلماء قد سلموا بوجود مادة الفلوجيستون فإنهم لم يدركوا معنى المواد الكيماوية التي اكتشفوها، فكانوا يشيروا مثلاً إلى الأوكسجين على أنه الغاز الذي تجرد من الفلوجيستون ولم يفهم أحد في ذلك الوقت لماذا يزداد احتراق عود من الخشب في غاز الأكسجين أكثر من احتراقه في الغاز العادي.
ما بعد لافوازييه
كانت تجارب لافوازييه من النوع الكمي بالدرجة الأولى. قام بتعيين تركيب حامضي "النيتريك والكبريتيك" وكان أول من أنتج "الغاز المائي" Water - Gas واخترع "المغياز" Gasometer (وهو جهاز لقياس كميات الغازات يستعمل عادة في المختبرات).أدخل لافوازييه مصطلحات وأسماء كيميائية جديدة قبلها غيره من الكيميائيين وحلت محل النظام القديم. استطاع لافوازييه وحده أن يضم فتافيت الحقائق الكيميائية التي اكتشفت. ويصنع منها إطاراً متكاملاً. وأول ما فعله هو إنكار ما سماه العلماء بالفلوجيستون، كما أنه الوحيد الذي أكد أن الاحتراق معناه الأتحاد الكيميائي بين الأوكسجين والمادة المشتعلة، كما أن الماء ليس عنصر ولكنه اتحاد كيميائي بين الأكسجين والهيدروجين وكما أن الهواء ليس عنصر وإنما هو أيضاً خليط هما الأوكسجين والنتروجين ، وهذه الحقائق تبدو واضحة تماماً هذه الأيام. ولم تكن واضحة تماماً في عهد لافوازييه ولا الذين سبقوه، بل إن عدد من علماء عصره كالعادة لم يصدقوا ما أتى به لافوازييه بعد أن كشف لهم هذه الحقائق الجديدة، ولكن بعد أن أصدر لافوازييه كتابه الشهير مبادئ الكيمياء سنة 1789، أخذ الجيل الجديد من العلماء يقتنع بوجهة نظره. وبعد أن كشف لافوازييه أن الماء والهواء ليسا من العناصر، فإنه قد كتب قائمة بهذه العناصر الجديدة، وهذه القائمة تضمنت بعض الأخطاء. الحديثة لكل العناصر المعروفة كانت إضافة للعناصر التي اهتدى إليها لافوازييه. ثم إنه أول من اتخذ للعناصر وللمعادلات الكيميائية رموزاً. وبمقتضى هذه الرموز أصبحت الكيمياء عالمية، ويمكن فهمها في كل لغة.
إسهامات أنطوان لافوازييه في علم الكيمياء الحديثة
كان العلماء لا يزالون مهتمين بالمفهوم اليوناني القديم عن العناصر الأربعة؛ التراب والهواء والنار والماء حتى عام ١٧٧٠ . وكانت تلك الفكرة تجذب علماء الكيمياء الحديثة بشكل خاص؛ حيث كانوا يفكرون في إمكانية تحويل كل عنصر من تلك العناصر إلى عنصر آخر فمثلاً، يؤدي غليان الماء وتسخينه مدة طويلة إلى تبخره مخلفاً القليل من الفضلات والرواسب. والسؤال هو: هل يمكن أن يكون الماء قد تحول إلى تراب؟
هذا، ويعد أنطوان لافوازييه من أعظم الباحثين في جميع أنحاء العالم. وكان والده ثريا ويعمل محاميا، لذلك، مارس أنطوان لافوازييه مهنة المحاماة قبل أن يتجه إلى العلوم. وفي السابعة والعشرين من عمره وعندما كان بالفعل عضوا في الأكاديمية الفرنسية للعلوم، قام باختبار لتحويل الماء إلى تراب. لذا، قام بتسخين الماء شديد النقاء في وعاء زجاجي لمدة 100 يوم، ثم قام بجمع وتكثيف كل البخار المتصاعد. وفي النهاية، ظهر بعض الرواسب، ولكن ومن خلال الملاحظة الدقيقة أدرك أنطوان لافوازييه أن تلك الرواسب لم تنتج من الماء بل من تحلل الجدار الداخلي للوعاء الزجاجي.
انطلاقا من ذلك، استنتج لافوازييه أنه لا يمكن تحويل الماء إلى تراب. والأهم من ذلك هو ما أظهره خلال تلك التجربة من أهمية الحرص على القياس الدقيق. ويعد ذلك أحد لإسهامات العديدة التي قدمها لعلم الكيمياء الحديثة خلال العقدين التاليين، أو في الواقع علم الكيمياء بأكمله خلال الفترات التالية.
إسهامات أنطوان لافوازييه في تفسيرعملية الاحتراق وأسبابها
عندما بلغ أنطوان لافوازييه الثلاثين من عمره، كان يعد واحدا من علماء الكيمياء البارزين في فرنسا. وكان أنطوان لافوازييه منشغلا بالتعرف على السبب وراء احتراق الأشياء. وكان كثيرا ما يراوده الشك في التفسير العامالمقبول لدى العلماء لاحتراق الأشياء؛ وهو أن الأشياء المحترقة تطلق مادة اللاهوب (جوهر النار). فعند تسخين قطعة من الرصاص في وجود الهواء، فإنها تكون قشرة ملونة يطلق عليها اسم الكلس. ويفقد الكلس مادة اللاهوب أيضا. وقد شاعت تلك النظرية منذ أن قدمها الألماني جورج شتال عام ١٧٢٣ ، وذلك لأنها كانت تقدم تفسيراً للكثير من الأشياء في ذلك الوقت.
أما أنطوان لافوازييه، فقد أدرك وجود خطأ ما بالنظرية منذ البداية. كما أصبح وضع تلك النظرية يزداد سوءا مع اتجاه علماء الكيمياء الحديثة إلى تحري الدقة والمقاييس الدقيقة في أبحاثهم. إذ، كيف يمكن أن تصبح الشمعة المحترقة - والتي تفقد مادة اللاهوب - أخف وزنا، بينما يزداد وزن قطعة الرصاص عند تسخينها وفقدها اللاهوب هي الأخرى؟ والسؤال الذي يطرح نفسه هنا هو: هل هناك نوعان من اللاهوب، أحدهما يحسب وزنه بالسالب؟
للحصول على إجابات لذلك اللغز، قام أنطوان لافوازييه بتسخين الرصاص في وعاء مغلق؛ بحيث لا يتمكن أي شيء من الدخول أو الخروج منه. وقد لاحظ زيادة وزن قطعة الرصاص نظرا لتكون الكلس، مع عدم تغير وزن الوعاء نفسه بعد التجربة. واستنتج من ذلك أن الوزن الذي اكتسبه الرصاص فقده الهواء الذي يوجد بالوعاء. وبالتالي، فإن الكلس لم يتكون نتيجة فقد الرصاص لمادة اللاهوب وإنما لأنه اكتسب شيئا جديدا من الهواء.
هكذا، عند احتراق الشمعة فإنها تفقد جزءاً من وزنها. لكن، يظل الوزن الكلي للوعاء ثابتا في كلتا الحالتين. وبالتالي، ما زال هناك جزء من الحقيقة لم يتم كشفه. ومن الممكن افتراض أن تلك المادة ما زالت موجودة ولكنها اتحدت مع مادة أخرى موجودة بالهواء لتكون أحد الغازات غير المرئية. وتلك المادة في الهواء هي التي تتسبب في عملية الاحتراق وتكوين المعادن للكلس. كما أنه من الممكن استخراجها من الحديد الخام عند تسخينه مع الفحم النباتي للحصول على الحديد. هذا، وتفترض نظرية العنصر الملتهب القديمة في تفسير الاحتراق أن الفحم النباتي يمد الحديد الخام بمادة اللاهوب. أما الآن، فإن أنطوان لافوازييه يقترح أن الفحم النباتي هو الذي يقوم بسحب المادة المجهولة من خام الحديد.
بناء على ذلك، قدم أنطوان لافوازييه بديلاً ممكنا لنظرية العنصر الملتهب القديمة لتفسير عملية الاحتراق والتكليس والانصهار. ولكن يبقى أمر واحد وهو اكتشاف عامل الاحتراق. وقد ظهرت الإجابة عن ذلك السؤال بعد عام واحد فقط.
إسهامات أنطوان لافوازييه في استبدال اللاهوب بالأكسجين
في نهاية عام ١٧٧٤، قام رجل الدين والعالم الإنجليزي جوزيف بريستلي بزيارة العالم المشهور أنطوان لافوازييه في باريس، وهناك أخبره عن الاكتشاف الذي توصل إليه بشأن الغاز الذي يساعد على اشتعال الأشياء بشكل أسرع من اشتعالها في الهواء العادي (١٧٧٤). وقد أثار ذلك الاكتشاف اهتمام العالم أنطوان لافوازييه، إذ أنه من الممكن أن يكون هذا الغاز هو عامل الاحتراق الذي أراد أنطوان لافوازييه اكتشافه للقضاء على نظرية العنصر الملتهب القديمة وإثبات عدم صحتها إلى الأبد. لذلك، فإنه سرعان ما قام بإعادة تجارب بريستلي وتعامل معها بالطرق المنهجية التي اعتاد عليها. لكنه، للأسف، عند نشره تلك النتائج لم يشر إلى بريستلي بأي شكل من الأشكال على الرغم من ذكره في مناسبات كثيرة أنه يدين له بالفضل في ذلك الاكتشاف.
قام أنطوان لافوازييه بحرق الزئبق المكلس عن طريق تسخينه بواسطة تركيز أشعة الشمس عليه عدة أسابيع حتى شاهد الكلس الأحمر. بعد ذلك، قام بوضع الوعاء الذي استخدمه في عملية التسخين في وضع مقللوب بالماء، فارتفع مستوى الماء في أثناء التجربة في إشارة إلى امتصاصه شيء من الهواء. وعند امتصاص خمس الهواء المستخدم في التجربة، توقف التفاعل. ثم اكتشف أنطوان لافوازييه أن الهواء المتبقي الذي لم يتم استخدامه في التجربة لا يساعد على الاحتراق أو الحياة. وأطلق عليه اسم آزوت ويعني في اللغة اليونانية "لا حياة". وهو ما أطلق عليه دانيال رذرفورد الغاز الذي يحتوي على مادة اللاهوب (١٧٧٢) ويعرف الآن باسم النيتروجين.
بعد ذلك، قام أنطوان لافوازييه بجمع كل أجزاء الكلس وتسخينها مرة أخرى ولكن تحت درجة حرارة أعلى هذه المرة، فلاحظ تحلل الكلس مخلفاً فقاعات لامعة من الزئبق وتصاعد غاز ما. وتلك هي النتيجة نفسها التي توصل إليها جوزيف بريستلي. كما وجد أن كمية الغاز المتصاعد نفسها تساوي كمية الغاز الذي تم امتصاصه خلال تسخين كلس الزئبق لأول مرة. وقد لاحظ، كغيره من العلماء، أن ذلك الغاز له خواص مميزة منها أنه يساعد على زيادة الاشتعال بشكل أسرع، كما أن استنشاقه يؤدي إلى زيادة شعور الحيوانات مثل الفأر بحيوية ونشاط أكبر. لذلك، أسماه غاز الحياة، بينما أطلق عليه بعض العلماء غاز الاشتعال أو الغاز النقي وتتوافق جميع تلك الأسماء مع خواص ذلك الغاز.
في عام ١٧٧٨، استقر أنطوان لافوازييه على تسميته غاز الأكسجين لاعتقاده بوجود ذلك الغاز في جميع الأحماض حيث يعني الاسم في اللغة اليونانية صانع الأحماض. وقد راودته تلك الفكرة نتيجة ملاحظته أنه عند احتراق كل من الكبريت والفسفور والكربون في وجود الأكسجين، تتصاعد غازات أو رماد (الأكاسيد) تتحول إلى أحماض عند ذوبانها في اماء. وتعد تلك الفكرة مقبولة ظاهريا إلا أنها غير صحيحة. ذلك، لأنه كما تبين بعد ذلك، أنه ليس كل الأحماض تحتوي على غاز الأكسجين، كما أنه ليس جميع الأكاسيد حمضية وعلى الرغم من ذلك، ظل الاسم مستخدما حتى الآن.
على الرغم من أن أنطوان لافوازييه هو الذي أطلق عليه هذا الاسم، فإنه لم يكن أول الأشخاص الذين حاولوا اكتشاف غاز الأكسجين. فقد سبقه إلى ذلك كل من بريستلي وكارل شايلي. ويعد كارل شايلي أول من اكتشف وجود غاز الأكسجين عام ١٧٧٧ ، لكنه لم يكن أول من أعلن عن اكتشافه. كما هناك اثنان آخران كانا على علم بوجود مثل ذلك الغاز في هواء، وهما: جون مايو (١٦٧٤) وستيفن هيلز (١٧٢٧).
أما السبب في تكون الكلس وعملية الاحتراق بشكل عام لا يعود إلى انطلاق مادة اللاهوب كما كانو يظنوا من قبل؛ بل إلى حدوث تفاعل كيميائي مع الأكسجين الموجود بالهواء. لكن، كان أصحاب نظرية العنصر الملتهب على صواب إلى حد ما في أن عمليات الاحتراق والتكليس والتفاعلات الأخرى تشتمل على انطلاق عنصر ما واتحاده مع عنصر آخر. لكنهم أخطئوا في تحديد ذلك العنصر فقط. وبذلك، فإنه في حالة استبدال غياب مادة اللاهوب بوجود غاز الأكسجين، يمكن أن نفهم العلاقة جيداً؛ وهي أن السبب في احتراق المواد يرجع إلى احتوائها على غاز الأكسجين وليس إلى غياب مادة اللاهوب. وبالتالي، لا يمكن أن يحدث الاحتراق في وجود غاز النيتروجين فقط، لعدم وجود الأكسجين الذي يساعد على الاشتعال وليس لأنه مشبع بمادة اللاهوب. وبذلك، أشار أنطوان لافوازييه إلى عدم أهمية نظرية العنصر الملتهب. والأكثر من ذلك أنه استطاع جمع غاز الأكسجين في إناء مما يدل على وجوده، بعكس مادة اللاهوب الوهمية التي لم يستطع أحد جمعها من قبل.
على الرغم من أن أنطوان لافوازييه توصل إلى حجة قوية في اكتشافه السابق، فإنه لم يحصل على التأييد الفوري من قبل جميع العلماء. فعلى سبيل المثال، ظل بعض العلماء المؤيدين لنظرية العنصر الملتهب مثل جوزيف بريستلي وهنري كافندش متمسكين بآرائهما. على أية حال، انتهت نظرية العنصر الملتهب تماما بوفاة هذين العالمين.
إثبات أنطوان لافوازييه عدم صحة نظرية العناصرالأربعة
شهد عام ١٧٨٥ سقوط نظرية العناصر الأربعة (التراب والهواء والنار والماء) المهيبة. فقد تم |لقضاء على الاعتقاد أن التراب أحد تنك العناصر بسبب اكتشاف العديد من أنواع الأتربة المختلفة تماما في تركيبها وبالتالي، أصبح من غير الممكن دعم الاعتقاد بأن التراب هو أحد العناصر الجوهرية المكونة للأرض، بل إنه أصبح اعتقاداً أحمق ولا أساس له من الصحة.
كما تم التشكيك في أن الهواء أحد تلك العناصر بعد الدراسات المتفحصة لكل من السويدي كارل شايلي والإنجليزي جوزيف بريستلي والاسكتلنديين دانيال رذرفورد وجوزيف بلاك. قام العالم الفرنسي أنطوان لافوازييه بتلخيص أفكار جميع هؤلاء العلماء والتوسع فيها وإثبات صحتها. وبالتالي، أصبح لدى الذين اعتقدوا في تلك المعلومات (حيث لم يقبل الجميع بها) الشك في أن الهواء عبارة عن خليط من عدة غازات وليس مادة واحدة بسيطة كما كان يعتقد. كما ثبت أن معظم الهواء يتكون من الغاز المميت أو السام الذي لا يشتعل ولا يساعد على الاشتعال؛ والذي يؤدى إلى اختناق الحيوانات عند استنشاقه. بينما يمثل الهواء الحيوي نسبة صغيرة تقدر بحوالي ٠ ٢ بالمائة من الهواء. ويتميز هذا الغاز بأنه يساعد على الاشتعال، وتستنشقه الحيوانات كي تعيش. أطلق أنطوان لافوازييه على تلك الغازات اسم الآزوت والأكسجين. والآن يعرف الآزوت باسم غاز النيتروجين بالإضافة إلى ذلك، فقد ثبت أن الهواء يحتوي على نسبة قليلة من الهواء الحبيس (ثاني أكسيد الكربون) والماء في صورة بخار. ومن الممكن فصل جميع تلك المكونات عن بعضها ببساطة: وانطلاقا من ذلك، فإنه لا يوجد ما يعرف باسم جوهر الهواء.
قد جاء الدور الآن على الماء لإثبات خطأ نظرية العناصر الأربعة. حيث استطاع العالم الإنجليزي هنري كافندش الحصول على الماء بتسخين الغاز القابل للاشتعال (الهيدروجين) الذي اكتشفه لافوازييه مع غاز الأكسجين. وفي عام ١٧٨٥ ، شرح لافوازييه طبيعة الماء بطريقة مثيرة أمام جمع غفير من الجماهير. حيث قام بغلي الماء ثم بتمرير البخار المتصاعد على الحديد الأحمر الساخن الذي أدى إلى تحلل الماء إلى الغازات المكونة له (الأكسجين والهيدروجين). ثم قام بجمع الأكسجين والهيدروجين في إناء زجاجي كبير اشتعل محدث صوت فرقعة. وفي النهاية، عاد الماء إلى الظهور مرة أخرى.
أما فيما يتعلق بالعنصر الرابع وهو النار، فقد استبدل فيه أنطوان لافوازييه فكرة جوهر النار المتمثلة في نظرية العنصر الملتهب التى كانت تستخدم في تفسير عملية ااحتراق، بنظرية أخرى تشتمل على غاز الأكسجين (١٧٧٥). وعلى الرغم من أنه وفقا لهذه النتائج، يكون قد تم القضاء على نظرية العناصر الأربعة، فإن أنطوان لافوازييه أصر على وجود ما يسمى بجوهر الحرارة؛ وهو عبارة عن سائل لا وزن له يوجد في الأجسام الساخنة بكميات كبيرة أكثر من الأجسام الباردة. وقد وضع ذلك العنصر الحراري على قمة قائمة العناصر لديه (١٧٨٩). وقد استغرق الأمر نصف قرن من البحث لإثبات عدم صحة تلك الفكرة وذلك على الرغم من الاعتراض عليها في وقت مبكر بواسطة أحد العلماء عام ١٧٩٨ .
ملحوظات أخرى
لافوازييه هو العالم المسئول عن جعل الكيمياء علماً دقيقاً، وذلك بإجراء تجارب شديدة الدقة والوضوح على التفاعلات الكيميائية. ساهم أيضاً بصورة متواضعة في دراسة علم الجيولوجيا وكذلك في علم وظائف الأعضاء. وهو الذي أثبت أن عملية التنفس هي عملية احتراق أيضاً، وبناء على ذلك فإن الكائنات الحية، الحيوان والإنسان، تستمد طاقتها من عملية احتراق بطيئة للمواد العضوية مستخدمة في ذلك الاكسجين الموجود في الهواء الذي نستنشقه. ولهذه الدقة والوضوح والقدرة الهائلة على التنظير استحق لافوازييه أن يوصف بأنه أبو علم الكيمياء.
كل قوانين انطوان لافوازييه
- 1-قانون بقاء الكتلة وينص على أن وزن مادتين كيميائيتين منفصلتين توازي وزن المادة الجديدة الناتجة من اتحادهما حتى مع تغير صيغة المادة المشكلة كيميائيا و كيفية ترابطها
- 2- ينص قانون حفظ المادة على أن :المادة لا تفنى ولا تستحدث بل تتغير من شكل إلى شكل آخر
