کیمیای شیمی

مورخ و تذکره نویس معروف بغدادی، ابن الندیم، از قول محمد بن زکریای رازی نقل می‌کند که انسان وقتی سزاوار نام فیلسوف می‌شود که به کیمیا دست یابد تا از همه بی نیاز شود و همگان به او نیازمند شوند ...
کیمیا همان شیمی است و مُعَرب کلمه‌ی یونانی Xemeia است که معنای آن اختلاط و امتزاج است. آرزوی کیمیاگران این بود که با اختلاط و امتزاج مواد مختلف، فلزات ناقص و کم بها – مثل مس – را به فلزات کامل و گران‌بها – مثل طلا – تبدیل کنند. آنان البته هرگز به این آرزوی دیرین خود دست نیافتند اما در این راه آن‌قدر در باره‌ی مواد مختلف و خواص آن‌ها مطالعه و تحقیق کردند که از حاصل پژوهش‌های آن‌ها علم شیمی شکل گرفت. رازی در ری، نزدیک تهران، تولد یافت (251 – 313 هجری قمری). این اعجوبه‌ی تاریخ علم، یکی از بزرگ‌ترین دانشمندان ایران و نیز بزرگ‌ترین پزشک بالینی اسلام و قرون وسطی است. او نه تنها بر ریاضیات، نجوم، ادب، طب، طبیعیات، نورشناخت، فیزیک، الاهیات و ماوراء الطبیعه تسلط داشت بلکه فیلسوفی بود دارای استقلال رأی و اندیشه، و شیمی‌دانی بود پژوهش‌گر و دل‌باخته‌ی عمل و تجربه. می‌گویند صد و نود و هشت کتاب نوشت. تألیف دویست و سی و هفت کتاب دیگر را نیز به او نسبت می‌دهند. کشف الکل و اسید سولفوریک از افتخارات اوست. رازی در پایان عمر به علت کثرت مطالعه و تحریر و تجربه‌های شیمیایی نابینا شد. این تذکر تاریخی از باب یادآوری این نکته است که حتی در بیش از هزار سال پیش، رازی به فراست دریافته بود که آدمی وقتی از همگان بی نیاز می‌شود که به دانشِ کیمیا (شیمی) مسلط شود، و ما اکنون این نکته را بهتر درمی‌یابیم.
در تعریف علم شیمی گفته‌اند «شیمی علمی است که از ترکیب مواد و تغییراتی که در شرایط گوناگون در ترکیب آن‌ها دست می‌دهد و قوانینی که این تغییرات تابع آن‌ها هستند بحث می‌کند ....» همه‌ی جهان قلمرو ترکیب و تجزیه و تغییر است و از این نظر شیمی همه‌ی جهان را در بر می‌گیرد. این گستردگی را حتی در تعداد زیاد مقالات تخصصی که در کنگره‌های شیمی ارائه می‌شود می‌توان دریافت کرد. برخی از این مقوله‌ها به تهیه و ساخت (سنتز) مواد شیمیایی اختصاص دارند از جمله مثلاً تهیه‌ی پُلی آکریل آمید سولفات که در تصفیه‌ی آب برای جداسازی ذرات معلق، به مثابه عامل انعقاد این ذرات، کاربرد دارد. هم‌چنین است تهیه‌ی لانولین از پساب کارخانه‌های پشم شویی، که در توضیح آن باید گفت لانولین یکی از مواد اولیه‌ی صنایع دارویی، بهداشتی و آرایشی است. این ماده در پشم وجود دارد و به چربی پشم موسوم است. به هنگام شست و شوی پشم در کارخانه‌های پشم شویی، لانولین به همراهِ آبِ شست و شو وارد فاضلاب می‌شود. در این روش، به بازیابی و استخراج مناسب لانولین از فاضلاب‌های کارخانه‌های پشم شویی پرداخته می‌شود. از دیگر موارد، روش جدیدی برای تولید الیاف نایلون شصت و شش است که با اجرایی شدن آن ظرفیت تولید این الیاف به پنج برابر افزایش می‌یابد. هم‌چنین باید به استخراج رنگینه‌ی طبیعی گلرنگ و مطالعه‌ی خواص رنگرزی آن اشاره کرد. گلرنگ که به نام‌های کازیره، زعفران کاذب، خشک دانه، گل زردک، و تاغالا مشهور است به علت خواص جالبی که دارد از گیاهان مهم بومی محسوب می‌شود. در گل‌های خشک گلرنگ ماده‌ای به نام کارتامین وجود دارد که رنگینه‌ی بسیار مهمی است و برای رنگرزی الیاف طبیعی به ویژه پشم و ابریشم به کار می‌رود. از دیگر موارد عبارت است از ساخت ماده‌ای به نام اتیل هایدا به منزله‌ی یک داروی مؤثر برای بررسی فعالیت کبدی.
بسیاری از دیگر مقولات مطرح در کنگره‌های شیمی مباحث متنوع دیگری از دنیای شیمی را دربر می‌گیرد از جمله پژوهش‌هایی در زمینه‌ی جدا سازی مواد و اندازه گیری دقیق آن‌ها، که در شیمی از اهمیت والایی برخوردار است. از جمله‌ی این مقولات عبارتند از تغلیظ، جداسازی و اندازه گیری مقدار ناچیز سرب در آب دریا، ابداع یک سیستم حساس الکترودی برای اندازه گیری مقادیر کمِ آرسنیک، توسعه‌ی یک روش آنالیز برای جداسازی و تعیین مقدار اورانیوم، توریوم، رادیوم و پلونیوم در غلظت‌های پایین و کاربرد این روش در بررسی مسائل زیست محیطی. در توضیح مورد اخیر باید گفت از این روش می‌توان برای بررسی نمونه‌های مختلف خاک، سنگ، رسوب‌های مختلف، گیاهان، آب و ... استفاده کرد. در این حال، سرعت و دقت شناسایی و اندازه گیری، خیلی بیش تر از روش‌های پیشین است. و باز می‌توان اشاره کرد به اندازه گیری مقادیر ناچیز سولفیت به روش اسپکترومتری (طیف سنجی)، که از این روش جدید و حساس برای تعیین مقادیر ناچیز سولفیت در آب چشمه‌ها و بعضی از انواع آب میوه‌ها با موفقیت استفاده می‌شود. هم‌چنین است اندازه گیری تالیوم در خون. در توضیح این مورد لازم است گفته شود که در سال‌های اخیر اندازه گیری مقدار عناصر ناچیز در بافت‌های بدن انسان اهمیت زیادی کسب کرده است، زیرا حتی همین مقدارِ کمِ برخی از عناصر، نقش مهمی در سلامت یا بیماری انسان دارد. در بین عناصر موجود در بدن انسان، اندازه گیری کیفی و کمی عنصر سمی تالیوم اهمیت ویژه‌ای دارد. مقدار تالیوم در بدن انسان (حتی در بدن مسموم شدگان) بسیار کم است. و به همین دلیل اندازه گیری آن در بافت‌ها و مایعات زیست شناختی دشوار است. در این روش برای اندازه گیری تالیوم در خون، از اسپکتروسکوپی جذب اتمی استفاده می‌شود. از دیگر موارد می‌توان اشاره کرد به اندازه گیری و تعیین عناصر سنگین و بررسی خاصیت تعویض یونی خاک. در این رابطه توجه داریم که بررسی میزان عناصر سنگین در خاک از جهات مختلف حائز اهمیت است. این عناصر در بازدهی محصولات کشاورزی و آلودگی محیط زیست بسیار مؤثرند. عناصر سنگین به آسانی جذب گیاهان می‌شوند و از طرق آن‌ها وارد چرخه‌ی مواد غذایی می‌گردند و در نهایت به زندگی انسان آسیب می‌زنند. در این روش میزان کادمیوم، منگنز و سرب در چهار نوع خاک مختلف، به روش جذب اتمی اندازه گیری شده است. مورد دیگر، روش جدیدی برای تشخیص مورفین در نمونه‌ی ادرار معتادان است. آزمایشگاه‌های سم شناسی مراکز پزشکی قانونی موظفند مقدار مورفین موجود در ادرار اشخاص معتاد یا مظنون به اعتیاد را تشخیص دهند. روش‌های پیشین چندان دقیق نبوده‌اند. در این روش جدید، مقدار مورفین در ادرار مصرف کنندگان هروئین، با دقت و سرعت بیش‌تری اندازه گیری می‌شود. هم‌چنین می‌توان از اندازه گیری مقادیر ناچیز سولفید نام برد، که در روشی آسان، حساس و سریع در مورد آب چشمه‌ها و ... صورت می‌گیرد.
مقولات دیگری از شیمی وجود دارد که بیش‌تر جنبه‌ی کاربردی دارند. از میان آن‌ها به دو مورد اشاره می‌کنیم. یکی آب فلزکاری سرامیک و چینی به طریقه‌ی الکترولس و الکترولیز است. در توضیح، لازم است گفته شود که قرار دادن لایه‌ای نازک از فلز بر روی سرامیک و چینی در سال‌های اخیر در صنعت و به ویژه در صنایع الکترونیک مورد توجه خاصی واقع شده است و به سرعت رو به تکامل می‌رود. مقاومت مکانیکی خوب سرامیک و چینی و خواص حرارتی مناسب آن‌ها در مقایسه با مواد مشابه، آب‌کاری این مواد را مقرون به صرفه می‌سازد. به طور سنتی این کار به طریقه‌ی اسپری کردن یا افشاندن فلز مذاب بر روی قطعات سرامیکی صورت می‌گیرد که اولاً به حرارت بسیار زیاد نیاز دارد، ثانیاً اسپری به صورت کاملاً یکنواخت روی سرامیک قرار نمی‌گیرد. با این روش جدید، این نقایص مرتفع شده است. مورد دوم عبارت است از کاربرد لوله‌های پُلی اتیلن به جای لوله‌های فولادی در شبکه‌های گازرسانی. در این رابطه متذکر می‌شویم که از سال‌های دهه‌ی 1960 میلادی، کاربرد لوله‌های پلی اتیلن در انشعابات فشار کم شبکه‌های شهریِ گاز رسانی به جای لوله‌های فولادی، نخست در امریکا و کانادا و بعد در سایر کشورها متداول گردید. در طول نیم قرن گذشته لوله‌های پلی اتیلن با سرعت بیش‌تری جای لوله‌های فولادی را گرفته‌اند زیرا تولید انبوه آن‌ها آسان‌تر است، قیمتشان کم‌تر است و عمر نسبتاً طولانی‌تری دارند. هدف از طرح این بوده است که با انجام آزمایش‌های استاندارد برروی این لوله‌ها و کسب اطلاعات فنی، اقدام به بومی سازی ساخت آن‌ها شود. بسیاری از مقولات ارائه شده در کنگره‌های شیمی هم‌چنین به معرفی و بررسی و شناسایی فعل و انفعال‌های گوناگون شیمیایی و مباحث مربوط به شیمی نظری، عمومی و تحلیلی اختصاص می‌یابد، مثلاً پژوهش‌های مربوط به آنتی بیوتیک بیتامایسین.

شیمی و فلزات سرطان زا

یدایش حیات در کره‌ی ‌زمین با پیدایش دی ان اِی و همتای آن آر ان اِی آغاز شده است. دی ان اِی مولکول پلیمری بزرگی است که در یاخته قرار دارد و در هر انسانی منحصر به فرد است. می‌توان دی ان اِی را به کتاب‌خانه‌ای تشبیه کرد که همه‌ی کتابهای آن در مورد شخص شما نوشته شده است. اطلاعاتی که در این کتاب‌ها انباشته شده است فقط به شما اختصاص دارد و تنها دو قلوی یکسان شما می‌تواند در آن‌ها سهیم باشد زیرا هر دو دارای دی ان اِی یکسان خواهید بود. خنده، گریه، و تمام خصوصیات جسمی و حتی اخلاقی شما، از اطلاعاتی سرچشمه می‌گیرند که در دی ان اِی جمع آوری شده است و آن هم از پدر و مادر به شما به ارث رسیده است. در اوایلِ تکوینِ حیاتِ هر انسان، یعنی هنگامی که تخم تشکیل می‌شود، دی ان اِی به سرعت تکثیر می‌شود و میلیون‌ها و میلیون‌ها یاخته را به وجود می‌آورد. پس از آن مرحله‌ی تفکیک و تخصیص فرا می‌رسد که در آن، یاخته‌ها، بر حسب وظایف اختصاصی که بعداً باید انجام دهند تمایز و تنوع می‌یابند و به اصطلاح تخصصی می‌شوند. بدین سان اندام‌های مختلف بدن مثل دست و پا و چشم و گوش و ... پدید می‌آیند. وقتی که جنین تکمیل شد و انسان آینده تکوین یافت اطلاعاتی که این روند را باعث شده بود در قسمتی از خاطره‌ی دی ان اِی بایگانی می‌شود و دی ان اِی دیگر به آن اطلاعات دسترسی پیدا نمی‌کند. مثلاً اگر خدای ناکرده در تصادفی دست، پا یا عضو دیگری را از دست بدهید دی ان اِی که در آغاز، خود باعث پدید آمدن این اعضا شده بود دیگر نمی‌تواند عضو از دست رفته را ترمیم کند. البته در این مرحله نیز همه‌ی آن اطلاعات در دی ان اِی موجود هست ولی به اصطلاح سویچ آف یا خاموش است. برخی از مواد شیمیایی که دی ان اِی با آن‌ها سر و کار نداشته است و آن‌ها را نمی‌شناسد، یعنی موادی که نتیجه‌ی صنعتی شدن زندگی امروزه ی ماست و به دست انسان‌ها تولید می‌شوند، وقتی وارد بدن بشوند می‌توانند آن بخش بایگانی را تحریک کنند و دی ان اِی را دوباره وادار به تکرار کارهایی بکنند که در آغاز تشکیل جنین می‌کرده است. این وضع البته بسیار خطرناک است و یکی از خطرها سرطانی شدن یاخته‌هاست، زیرا سرطان هم بنا به تعریف، عبارت است از تکثیر بی‌رویه و سریع یاخته‌ها.
از عمر نخستین دی ان اِی میلیون‌ها سال می‌گذرد، اما برای نخستین بار در سال 1869 میلادی توسط فردریک میشر، شیمی‌دان آلمانی، شناخته و جدا شد. او نوارهای زخم بندی بیماران را جمع می‌کرد و می‌شست و قسمت خونین آن‌ها را جدا می‌کرد و روی آن اسید کلریدریک می‌ریخت. میشر در عمل متوجه شد که در این ماده‌ی چرکی، بخشی وجود دارد که در اسید حل نمی‌شود و آن را نوکلئی یا اسید نوکلئیک نامید که در واقع همان دی ان اِی بود به علاوه‌ی پروتئین. در همان سال‌ها استاد دیگری در مقاله‌ای اعلام کرد که آن چه میشر کشف کرده در عین حال ناقل صفات ارثی نیز هست. بسیاری از دانشمندان و حتی خودِ فیشر به مخالفت با این نظر برخاستند و این اندیشه‌ی نو به فراموشی سپرده شد. در سال 1944 میلادی، استاد آوِری از انستیتو راکفلر امریکا، پس از آزمایش‌های بسیار ثابت کرد که آن‌چه میشر کشف کرده همان دی ان اِی است که امروز می‌شناسیم و ناقل خواص ارثی است و برخلاف آن چه تصور می‌شد پروتئین هم نیست. در سال 1953 میلادی دو دانشمند به نام‌های واتسون و کریک برای نخستین بار ساختمان دی ان اِی را ترسیم و توصیف کردند و به اخذ جایزه‌ی نوبل نائل گشتند ....
دی ان اِی از چهار باز به نام‌های آدنین، گوانین، سیتوزین، و تیمین تشکیل شده است. دی ان اِی و آر اِن اِی از نظر ساختمانی خیلی شبیه یک‌دیگرند اما از نظر خواص فیزیکوشیمیایی با هم تفاوت بسیار دارند. در بدن انسان دو شاخه از دی ان اِی با هم‌دیگر اتصال پیدا می‌کنند و به صورت یک ساختمان حلزونی یا نردبانی رخ می‌نمایند. این ساختمان دو شاخه‌ای از دو پیوند هیدروژنی میان آدنین و تیمین، و سه پیوند هیدروژنی میان گوانین و سیتوزین پدید آمده است. این پیوند هیدروژنی بسیار مهم است. اگر دی ان اِی این پیوند را از دست بدهد می‌گویند غیر طبیعی شده است. شکسته شدن پیوند هیدروژنی را ذوب دی ان اِی می‌نامند. امروزه بیش از چهار هزار بیماری ارثی یا ژنتیکی شناخته شده است. مثلاً در همین دو دهه‌ی اخیر بود که برای اولین بار در کانادا، ژن ناقص بیماری شیزوفرنی (جنون جوانی) را شناختند و جدا کردند. پیدا کردن یک ژن ناقص بسیار دشوار است زیرا ساختمان بسیار بزرگ دی ان اِی از میلیون‌ها میلیون بازهای چهارگانه تشکیل شده است و تنها شکسته شدن پیوند هیدروژنی در یکی از این بازها و در یک ناحیه‌ی بسیار کوچک است که موجب نقص ژنتیکی می‌شود. پیدا کردن این ژن ناقص درست مثل این است که یک دیکشنری صد هزار صفحه‌ای به شما بدهند و بگویند یک لغت غلط در این صد هزار صفحه وجود دارد، لطفاً آن را پیدا کنید! بیش‌تر بیماری‌های ژنتیکی بر اثر نقص و اختلال در پیوند هیدروژنی میان بازهای دی ان اِی پدید می‌آیند. همه‌ی موجودات زنده، از تک سلولی‌ها و باکتری‌ها و گیاهان و انسان‌ها، دی ان اِی دارند و اختلاف آن‌ها تنها به مقدار بازهای گوانین و سیتوزین مربوط می‌شود ...
در سال 1953 میلادی، وقتی ساختمان دی ان اِی تعریف شد همه معتقد بودند که دی ان اِی ساختمان بسیار محکم و تغییرناپذیری دارد. اما در سالیان اخیر معلوم شد که دی ان اِی هم تحت تأثیر مواد شیمیایی و شرایط فیزیکی محیط زیست خود، تغییر می‌کند. یکی از مسائل بسیار مهمی که این روزها اهمیت جهانی پیدا کرده است و بسیاری از دانشمندان در مورد آن بررسی و تحقیق می‌کنند وجود یون‌های فلزی در بدن انسان و تأثیر آن‌ها بر روی دی ان اِی است. این یون‌های فلزی یا در بدن وجود دارند و یا از خارج می‌توانند وارد بدن شوند (مثلاً در مورد کسانی که در محیط کارشان با مواد فلزی و نمک‌های فلزات سروکار دارند). یون‌های فلزی تحت شرایط مختلف و در غلظت‌های مختلف اثرهای گوناگونی بر بدن انسان دارند. یکی از این اثرها پایدار یا ناپایدار کردن پیوند هیدروژنی میان دو شاخه‌ی دی ان اِی است که سبب سست یا پاره و شکسته شدن آن می‌گردد ...
دستگاهی لیزری برای اندازه گیری ذرات کوچک و ماکرومولکول‌ها
این دستگاه که در واقع از چندین دستگاه کوچک‌تر تشکیل شده است می‌تواند ذرات کوچک و مولکول‌هایی به اندازه‌ی ده نانومتر تا یک میکرومتر (میکرون) را از هم‌دیگر تجزیه و اندازه گیری کند (هر نانومتر یک هزارم میکرون است). برای این که بدانید ذراتی که این دستگاه اندازه گیری می‌کند تا چه اندازه کوچکند لازم است توضیح دهیم که قطر موی سر انسان در حدود صد میکرون است. اندازه‌ی ویروس‌ها در حدود صد نانومتر است. اندازه‌ی ذرات کربن که در معادن ذغال سنگ پراکنده‌اند و باعث بروز سرطان ریه می‌شوند نیز در همین حدود است. این دستگاه همه‌ی ذراتی را که ابعادشان بین ده تا هزار نانومتر است را تفکیک و اندازه گیری می‌نماید. هدف از ساخت این دستگاه آن بوده است که اجسام مرکب را به اجزای ترکیب کننده‌ی آن‌ها تجزیه کنیم و دریابیم که از هر یک از این اجزا چقدر در آن جسم مرکب وجود دارد. برای اندازه گیری ذرات کوچک و ماکرومولکول‌ها دستگاه‌ها و شیوه‌های متعددی مثل کروماتوگرافی (رنگ نگاری) وجود دارد اما این گونه دستگاه‌ها دربردارنده‌ی برخی جنبه‌های منفی نیز هستند از جمله این که اندازه گیری با این دستگاه‌ها وقت گیر است و اندازه‌هایی هم که به دست می‌آید مطلق نیست بلکه نسبی است. ساخت این دستگاه این جنبه‌های منفی را از بین برد. در ساخت این دستگاهِ مرکب و پیچیده تیمی از مهندسان شیمی، مکانیک، الکترونیک و ... هم‌کاری داشتند. در واقع یکی از علل کندی پیش رفت در برخی از رشته‌های علوم این است که متخصصان رشته‌های مختلف چنان که باید و شاید با هم ارتباط ندارند. اگر زیست شناسان و پزشکان، ریاضی و فیزیک هم می‌دانستند شاید تا حال دستگاهی با شیوه‌ای که بتواند سرطان را پیش از تسلط آن بر بدن تشخیص دهد ساخته شده بود ...
این دستگاه مخلوط مایع را به قطرات بسیار ریز تبدیل می‌کند به طوری که در هر قطره بیش از یک ماکرومولکول وجود ندارد. این قطره نیز توسط دستگاه خشک می‌شود و ماکرومولکول دقیقاً اندازه گیری می‌شود. البته مکانیسم دستگاه به این سادگی‌ها نیست و از چندین قسمت تشکیل شده است ازجمله بخشی به نام Nebulizer-Ec-C Nc. در پایان کار همه‌ی محاسبات را کامپیوتر انجام می‌دهد. هدف اصلی این است که به زودی به کمک این دستگاه بتوان باکتری‌ها و ویروس‌ها را به طور دقیق اندازه گیری نمود. تجزیه و اندازه گیری ذرات بسیار کوچک با این دستگاه تنها هشت دقیقه به طول می‌انجامد، حال آن که اندازه گیری با دستگاه‌های دیگر دست کم سه ساعت وقت می‌برد و کاملاً هم دقیق نیست. هدف این است که با بهبود دستگاه و نوشتن برنامه‌های کامپیوتری مناسب‌تر مدت اندازه گیری به یک دقیقه کاهش پیدا کند. این دستگاه در بیمارستان‌ها و در مورد شناسایی سریع باکتری‌ها، ویروس‌ها، و یا تشخیص سریع سرطان و بیماری‌های دیگر دارای کاربردهای خدماتی بزرگی است.
دانش شیمی قلمرو ظرافت‌هاست. رازی که در پیوند هیدروژن و اکسیژن در یک قطره آب نهفته است کم‌تر از آن رازی نیست که دو انسان را به هم پیوند می‌دهد ...
منبع: راسخون