نویسنده: کالین ا. رُنان
مترجم: حسن افشار
مترجم: حسن افشار
پیشرفت های شیمی در سده ی نوزدهم
در قرن نوزدهم، شیمی در دو راستای اصلی پیشرفت بسیاری کرد. نظریه اتمی ماده از نو جان گرفت؛ و این بار در قالبی تازه و محکم. و شیمی آلی پا به عرصه وجود گذاشت. این هر دو پیامد های پردامنه ای داشتند؛ نه تنها برای خود شیمی بلکه برای فیزیک و زیست شناسی نیز.
تولد دوباره نظریه اتمی با تلاش آموزگاری کوئیکر(1) به نام جان دالتن (1766-1844) امکان پذیر شد. پدر دالتن در ایگلزفیلد واقع در کامبرلند بافنده بود و او در همان جا به دنیا آمد. در کودکی به مدرسه روستا فرستاده شد و ظاهراً در دوازده سالگی در همان جا معلم شد، گرچه توفیق چندانی نیافت. پس از مدت کوتاهی کارگری در املاک کوچک، در پانزده سالگی برای تدریس به مدرسه ای شبانه روزی در کندال رفت. مدرسه دارای کتب علمی بسیار و مقداری تجهیزات علمی بود ـ از جمله یک تلسکوپ، یک میکروسکوپ و یک تلمبه هوا. ظاهراً در همین جا بود که دالتن، به یاری طبیعیدانی محلی به نام جان گاف، علم آموخت. او در همین زمان شروع به ثبت روزانه وضع هوا کرد. تا سال 1792 آن قدر پیش رفت که توانست استاد کالج جدید نانکانفورمیست(2)ها در منچستر شود. در این جا او با «انجمن ادبی و فلسفی منچستر» تماس پیدا کرد که از قدیمی ترین انجمن های دانش پژوه انگلستان بود.
کار عملی دالتن شامل مشاهده فجر، مطالعه باد تجاری( و تحقیق در علت ریزش باران بود. دالتن کاشف قانون فشارهای جزیی گازها و قانون دیگری در ارتباط با انبساط آن ها بود (دومی به قانون شارل معروف است چون آن را پیش از او ـ در حدود سال 1787 ـ و مستقل از او، ژاک شارل نیز کشف کرد). دالتن همچنین نخستین کسی بود که کوررنگی را مورد مطالعه جدی قرار داد ـ او خود از این نقص رنج می برد. ولی البته مهم ترین خدمت او ارائه نظریه اتمیش بود؛ و عجیب این که او نه با مطالعه شیمی بلکه از مجرای علاقه اش به هواشناسی به سوی آن کشیده شد. با علم به این که لاووازیه کشف کرده بود که هوا مرکب از لااقل دو گاز با اوزان متفاوت است، دالتن از خود چند سوال اساسی درباره جو زمین کرد. این سوالات بیشتر فیزیکی بودند تا شیمیایی. مثلاً نسبت این گازها چقدر بود؟ آیا بخار آب موجود در هوا به صورت ترکیب شیمیایی با گازها وجود داشت یا فقط با آن ها مخلوط بود؟ باز وقتی پی برده شد که مقدار گازی که جذب بخار آب می گردد، در گازهای مختلف فرق می کند، او از خود پرسید که چرا چنین است. و باز در جو، مگر نه این که دو گاز آن ـ اکسیژن و نیتروژن ـ وزن های متفاوتی دارند؛ پس چرا نیروی جاذبه گاز سنگین تر را از گاز سبک تر جدا نمی کند؟ تجربه دالتن از بررسی فشار حاصله، بعد از ترکیب گازها، همراه با تفکر استدلالی درباره همه مسائل فوق الذکر، او را به این نتیجه رسانید که گازها با هم مخلوطند ولی به صورت ترکیب شیمیایی نیستند. دلیلش به گمان وی این بود که همه ذرات (یا به قول او «اتم »های )گاز را گرما احاطه کرده، از هم جدا نگه می دارند و مانع از استقرار آن ها در گروه های مجزا می گردد. سپس دالتن این فکر را با این فرض گسترش داد که هر گاز مرکب از اتم های نوع خویش است. هر چه گاز سنگین تر باشد، اتم های آن سنگین ترند؛ و اتم های همنوع یکدیگر را جذب می کنند. در نتیجه دالتن به مفهومی پرقدرت دست یافت که هم حالت ماده را توضیح می داد و هم این را که چرا مواد شیمیایی دارای اوزان متفاوت و در واقع دارای رفتار شیمیایی متفاوتند.
او نظراتش نخست در سا ل1803 در مقاله ای پیرامون جذب گازها که آن را تقدیم «انجمن ادبی و فلسفی منچستر» کرد و سپس در سخنرانی هایی که در شهرهای لندن و ادینبور و ایرادنمود ابراز داشت، ولی نخستین بار که نظریه او تحت نام خودش به طور کامل منتشر شد، در سال 1808 در کتابی از او با نام نظام جدید فلسفه شیمیایی بود. هر چند یک سال پیش از آن، توماس امسن در چاپ جدید نظام شیمی خود به آن اشاره کرده و به معروفیت آتی آن کمک کرده بود.
جوهر نظریه دالتن فقط این نبود که همه عناصر شیمیایی مرکب از اتم های نوع خویشند، بلکه این قید را نیز شامل می شد که فعل و انفعالات شیمیایی چیزی بیش از پیوستن و جدا شدن این ذرات اولیه نیست. او نوشت:«آفرینش تازه یا نابودی ماده در قدرت عامل شیمیایی نیست». این نظریه چیزی بیش از فکری نبوغ آسا بود، چنان که پژوهش های بعدی نشان داد. این نظریه قوانین کمی شیمی را توضیح می داد. چون گرچه دالتن بدون آگاهی از این که چند میلیارد اتم در یک تکه ماده وجود دارد نمی توانست وزن یک اتم را معین کند، اما با فرض این که در حجمی معین همیشه همان تعداد اتم وجود دارد می توانست وزن نسبی آن را به دست آورد. این توضیحی ساده و بنیادین بر اساس قوانین مشخص در اختیار شیمیدانان می گذاشت. یقیناً نظریه اتمی تازگی نداشت. یونانی ها یکی داشتند و بویل نیز یک نظریه اتمی ابتدایی ارائه کرده بود؛ اما نظریه جدید دقتی داشت که نظریات اتمی پیشین فاقد آن بودند. این بدان معنا بود که وزن نسبی اتم ها را با توزین مواد دخیل در فعل و انفعال شیمیایی می شد به دست آورد. این خود انقلابی در دقت و شناخت بود.
چون سودمندی و اعتبار نظریه با پژوهش های بعدی تأیید شد، جمع حامیان آن وسعت یافت. دو مرد که بیشترین کمک را به پذیرش آن کردند، یکی گی لوساک(1778 ـ 1850) و دیگری آمدئو آوگادرو(1776 ـ1856)بود.
ژوزف گی لوساک در سن لیونار در نزدیکی لیموژ در فرانسه چشم به جهان گشود. نوزده ساله بود که به اکول پلی تکنیک (جدید رفت. او پس از موفقیت در امتحان و مسابقه ورودی به اکول راه یافته بود؛ و همچنان نوید بخش ادامه داد تا آن که وارد دانشکده ای اختصاصی به نام «مدرسه پل ها و شاهراه ها »شد و زیر بال برتوله قرار گرفت. در سی و یک سالگی استاد شیمی اکول پلی تکنیک و سال ها بعد استاد شیمی در «ژاردن د پلانت»(3) شد. او پیش از تصاحب کرسی شیمی در اکول پلی تکنیک، برای مطالعه هوای بالای زمین، با بالون پرواز کرده و بر آن شده بود که پژوهشی در مورد خواص ترکیبی گازها انجام دهد. دستیار او در این پژوهش، طبیعیدان، کاشف و دانشمندی به نام آلکساندر فون هومبولت(1769 ـ 1859) بود. به عنوان بخشی از پژوهش خود، گی لوساک و فون هومبولت جریانی الکتریکی از آب عبور دادند. (اینک که پیل ولتا به عنوان منبع دایمی الکتریسیته در دسترس بود، کسان دیگری نیز همین آزمایش را انجام دادند. )سپس در اکول، او کار را وسعت داد. تا سال 1811 گی لوساک آن قدر تجربه به دست آورده بود که نه تنها نشان دهد که آب مرکب از دو قسمت هیدروژن و یک قسمت اکسیژن است بلکه ـ بعد از آزمایش با مواد دیگر ـ همه گازها در حجم هایی با یکدیگر ترکیب می شوند که با هم نسبت ساده ای دارند. این، همچنان که او خاطر نشان ساخت، چیزی بود که اگر نظریه دالتن صحت داشت انتظار می رفت.
کنت آمدئو آوگادرو(4) در سال 1776 در تورین ایتالیا به دنیا آمد. او که پسر وکیل و مدیر سرشناسی در کلیسا بود، حرفه پدر را دنبال کرد تا آن که در سال 1806 علاقه به علم و به ویژه کشفیات بدیع ولتا او را بر آن داشت که حقوق را کنار بگذارد و فیزیک ریاضی را دنبال کند. نام او را اینک چیزی به یاد می آورد که هنوز معروف به «فرضیه آوگادرو»است. این فرضیه در واقع راه حلی برای مسئله ای است که گی لوساک نتوانست آن را حل کند. کار گی لوساک توضیح نمی داد که چرا وقتی گازها ترکیب می شوند، گاهی به نظر می رسد که فضای کم تری را اشغال می کنند. برای مثال، وقتی دو حجم هیدروژن و یک حجم اکسیژن با هم ترکیب می شوند و بخار تولید می کنند؛ فضایی که این بخار اشغال می کند کم تر از آن است که هیدروژن و اکسیژن به طور مجزا اشغال می کنند. اگر حجم های مساوی از گازها دارای تعداد اتم های مساوی بودند؛ نباید چنین می شد. اما آوگادرو پی برد که وقتی گازها با هم مخلوط می شوند، اتم ها می توانند با هم ترکیب شوند و گروه های اتمی ایجاد کنند. فی المثل در مورد آب، دو حجم از زوج اتم های هیدروژن با یک حجم از زوج اتم های اکسیژن ترکیب می شود و دو حجم آب تولید می کند(یا به زبان نمادین
با دقتی که اکنون جزیی از شیمی بود، با روش نامگذاری جدیدی که لاووازیه در پایان قرن هجدهم ابداع کرده بود، و با ارائه نظریه اتمی، این نیاز احساس شد که باید روشی برای خلاصه نویسی در شیمی وجود داشته باشد که با آن بتوان دقیقاً توضیح داد که در فعل و انفعالی معین چه اتفاقی می افتد. همان طور که ما خود در مورد فرضیه آوگادرو انجام دادیم. نظریه اتمی فرصت خوبی برای این فراهم آورد و دالتن، خود با استفاده از علامات مدور برای نمایش عناصر، پیشقدم شد؛ گرچه موانعی نیز در راه بود. و سرانجام، یونس یا کوپ برسیلیوس(5)(1779-1848) شیمیدان سوئدی بود که روشی واقعاً رضایت بخش ابداع کرد. کوتاه نویسی شیمیایی او خود عین سادگی بود و اساس روشی بود که امروزه نیز به کار می رود. اتم هر عنصر با حرف(یا حروف) اول نام آن نشان داده می شد. حرف H نماینده اتم هیدروژن بود، حرف O نشانه اتم اکسیژن، zn نمودار اتم روی و الخ. این روش فوق العاده کارا بود، زیرا در یک نگاه می شد فهمید که فعل و انفعال از چه قرار است.
کار برسیلیوس بیش از اختراع یک زبان نمادین کارا برای سیمی بود. او تلاشی جدی برای اندازه گیری اوزان اتمی به عمل آورد و گرچه پاره ای از مقادیری که به دست آورد بعدها باید عوض می شد، اما روی هم رفته سنجش های او آن قدر دقت داشت که مقادیری در اختیار شیمیدانان دیگر گذاشت که توانستند برای تعیین دقیق تر ترکیب مواد مختلف به آنها تکیه کنند. او همچنین در حالی که سرگرم تجزیه ترکیبات شیمیایی بسیاری برای اندازه گیری اوزان اتمی بود موفق به کشف موادی تازه شد. مسائل شیمیایی دیگری نیز توجه او را به خود جلب کردند. او کوشید با این مسئله عجیب در آویزد که چرا برخی از موادی که از لحاظ شیمیایی همسانند، متفاوت از هم رفتار می کنند؛ اما هنوز برای یافتن پاسخ زود بود و برسیلیوس به جایی نرسید. با این حال او بود که نام «پروتئین» را ساخت ـ از پروتیوس یونانی به معنی «اولیه» ـ زیرا گرچه او خود بر روی این ماده پژوهشی انجام نداده بود، اما به اهمیت شیمیایی اساسی آن وقوف داشت.
در حالی که برسیلیوس و گروهی دیگر، به ویژه پی یر دولن و الکسی پتی(6) بیشتر سرگرم مسئله وزن اتمی بودند، گروهی دیگر از شیمدانان وقت خود را به تحقیق درباره عملکرد شیمیایی پیل ولتا اختصاص داده بود. یک جنبه از این الکتروشیمی جدید استفاده از پیل برای تجزیه محلول های شیمیایی بود. ما قبلاً استفاده از آن را برای تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن دیدیم؛ اما با محلول های دیگر نیز وسیعاً مورد استفاده قرار گرفت؛ به ویژه توسط سر هامفری دیوی. دیوی در سال 1778 در پنزانس به دنیا آمد. بعدها هنگامی که مشغول خواندن طب بود به شیمی علاقه پیدا کرد. پس از مدتی شاگردی نزد جراح و داروسازی قابل، در بیست سالگی، سرپرستی «مؤسسه پنوماتیک» در بریستول به او سپرده شد. مؤسس آن پزشکی به نام توماس بدوز(7) بود که اکنون از این رو به یاد می آید که به نبوغ دیوی پی برد. هدف مؤسسه درمان بیماری هایی مانند سل ریوی با استفاده از گازهای مختلف بود ـ لغت «پنوماتیک» در نام آن نیز از همین روست. دیوی سه سال در بریستول ماند، ولی در سال 1801 به «مؤسسه سلطنتی» در لندن رفت که دست برای پژوهش بازتر بود. او پیش از سفر موفق به کشف خاصیت سکرآور و بیهوشی زای نیترواکسید(«گاز خنده آور»)شده بود. دیوی یک سال در لندن مقام دستیار را داشت، ولی بعد در مؤسسه به مقام استادی شیمی رسید و در همان جا با موفقیت قابل ملاحظه ای کار کرد، تا سال 1812 که با بیوه زنی ثروتمند پیمان زناشویی بست و از استادی کناره گرفت؛ ولی ازدواجش موفق نبود. خوشبختانه دیوی کاملاً با مؤسسه قطع رابطه نکرده و کار تحقیقاتی خود را در آنجا ادامه می داد.
آنچه نام دیوی را در اذهان مردم زنده نگه داشته است، اختراع چراغ ایمنی معدنچیان در سال 1815 است که نتیجه مأموریتی برای تحقیق در مورد گازهای قابل انفجار («نم آتشزا») در معادن بود. ولی این پس از کناره گیری او از «مؤسسه سلطنتی» بود که در آن وقت خود را صرف پژوهش شیمیایی ناب می کرد. دیوی چند ماده جدید کشف کرد و پیشقدم کار در زمینه شیمی زراعی شد؛ اما مهم ترین کار او مطالعه الکتروشیمی بود. او کار را با استفاده از پیل ولتا برای تجزیه انواع محلول ها آغاز کرد؛ و این روش منجر به این کشف مهم شد که مواد قلیایی همه مرکبند ـ چیزی که قبلاً اظهار شده ولی به اثبات نرسیده است. به علاوه دیوی در ادامه این جنبه از پژوهش خود با تجزیه مواد قلیایی مانند پتاس (KOH) و سودا
نشان داد که لاووازیه در این ادعای خود به راه خطا رفته است که اکسیژن «پایه اسید»هاست. با یک رشته آزمایش های نبوغ آسا و نمونه به لحاظ دقت، او توانست نشان دهد که ماده ای که بتواند در محلول، ذرات هیدروژن دارای بار الکتریکی (که ما امروزه آن ها را «یون هیدروژن» می نامیم»)آزاد کند اسید است. به عبارت دیگر، این نه اکسیژن بلکه هیدروژن است که باید «پایه» اسیدها در نظر گرفته شود.دیوی گرچه از پیل الکتریکی به عنوان ابزاری پژوهشی استفاده می کرد اما خود متحیر بود که در درون آن چه اتفاقی شیمیایی می افتد. «پیل»های او در واقع باتری هایی مرکب از ورق های مس و روی در آب بود. موقعی که او شروع به بررسی کار آن ها کرد، متوجه شد که اگر آب خالص باشد الکتریسیته ای تولید نمی شود. فقط موقعی الکتریسیته تولید می شود که آب دارای ماده ای باشد که به کمک آن بتواند به روی اکسیژن بدهد(یعنی آن را اکسیده کند). این روش ساخت که الکتریسیته در فرایندی کاملاً شیمیایی می تواند تولید گردد. پژوهش بیشتر، با استفاده از ورق هایی از جنس فلزات دیگر، او را به این نتیجه رساند که «جاذبه های شیمیایی و الکتریکی معلول یک علتند». به گفته دیگر، میل ترکیبی یک ماده با ماده دیگر همانند جاذبه الکتریکی بین اجسام است.
آوازه دیوی فراوان و جهانی بود. او در سال 1807 از سوی «انستیتو دو فرانس» مفتخر به دریافت «جایزه ناپلئون» شد، گرچه در همان زمان بریتانیا و فرانسه با هم در جنگ بودند. بین سال های 1813 و 1815 در سفری به دور اروپا، او از فرانسه گذشت و با اجازه شخص ناپلئون با جمعی از دانشمندان فرانسوی ملاقات کرد. جالب این که پس از بازگشت به بریتانیا نیز با هیچ سرزنشی روبرو نگشت و سه سال بعد مفتخر به دریافت لقب بارونت شد. امروزه واکنش های جهانی در برابر پژوهش علمی به سختی می تواند بدین سان باشد. اینک وضع تغییر کرده و پژوهش علمی، در جنگ افروزی، کاربردها و پیامدهای بیشتری دارد. باری، سفر از طریق فرانسه این امکان را برای او فراهم آورد که موضوع پژوهش الکتروشیمیایی را با گی لوساک و همکارش لویی تنار، که سرگرم کار با باتری بزرگی با صفحات فلزی بسیار بودند، در میان بگذارد. آن ها به او گفتند که فکر می کنند میزان تجزیه مایع بین صفحات بستگی به جریان الکتریکی دارد(یعنی به مقدار جریانی که عبور می کند) نه به فلزی که جنس صفحات را تشکیل می دهد. این معما را مایکل فارادی دستیار جوان دیوی حل کرد که نشان داد جریان الکتریکی در همه جای مایع عمل می کند، نه فقط در نقاطی که با صفحات تماس دارد. فارادی مایع داخل باتری را «الکترولیت» خواند و اتم هایی با بار مثبتی را که در داخل آن حرکت می کنند «یون» نامید. سپس توانست، برای اعمال شیمیایی و الکتریکی داخل باتری، قوانینی بیابد. در سال 1833 او چیزی گفت که از بصیرت علمی فوق العاده ای حکایت داشت. او نوشت:«اتم های ماده به طریقی دارای یا وابسته به نیروهای الکتریکی است که چشمگیرترین خواص آن ها را تشکیل می دهد. یکی از این خواص میل ترکیبی آن هاست. » اهمیت این گفته را به زودی درخواهیم یافت.
با گذشت سال های شیمی، علمی دقیق شده بود؛ و در میانه دهه 1830 یقیناً می شد آن را یکی از علوم «دقیقه» به شمار آورد. در عین حال شیمی روز به روز پیچیده تر شد، چندان که دیگر نمی توان پیشرفتش را جزء به جزء دنبال کرد. ولی یک جنبه جدید وجود دارد که باید از آن سخن گفت: رشد«شیمی آلی». واژه «آلی» از این جهت مورد استفاده قرار گرفت که مواد مورد نظر در موجودات زنده یافت می شد؛ گرچه بعدها پی برده شد که این مواد تنها با حیات گیاهی و جانوری پیوند ندارد. موضوع از این جهت تازگی داشت که در روزهای نخست پیدایش شیمی علمی گمان رفته بود که مواد گیاهی و جانوری اساساً متفاوت از مواد دیگر است و قوانین و نظرات یکسانی را نمی توان در مورد هر دو به کار برد. ولی در قرن نوزدهم، کاربرد یک علم بنیادین واحد در مورد همه چیز، چه جاندار و چه بیجان، مشخصه بینش علمی بود. زمانی که مانع از سر راه برداشته شد، روشن شد که دست کم برخی از مواد آلی مانند نشاسته و شکر و بعضی روغن ها و مواد رنگی می توانند مثل مواد معمولی در شیمی مورد بررسی قرار گیرند. به علاوه از شیرترش و بعضی انواع صمغ های طبیعی اسید به دست آمد. دیگر شک نبود که شیمی می تواند عرصه ای وسیع تر از آن را که زمانی تصور شده بود دربربگیرد.
گرچه شیمیدانان به طور اعم هنوز بر این باور بودند که یک نیروی حیاتی در درون موجودات زنده دست در کار است؛ اما تجزیه شیمیایی نشان می داد که خواه چنین نیرویی در کار باشد خواه نباشد، برخی مواد زنده یقیناً دارای مواد شیمیایی معمولی نیز هستند. در واقع خود لاو وازیه دیده بود که همه ترکیبات «آلی» که بررسی کرده است دارای کربن و همچنین معمولاً دارای هیدروژن است. بعد در سال 1828، شیمیدانی آلمانی به نام فریدریش وولر(8) که با برسیلیوس مطالعه و کار می کرد، کشف کرد که اوره
اینک نوبت یوستوس فون لیبیک بود که با روش های تازه تجزیه شیمیایی، شیمی آلی را جلوتر براند. لیبیک در سال 1803 در دارمشتات آلمان به دنیا آمد. هنوز سن و سالی نداشت که به شیمی علاقه پیدا کرد؛ زیرا پدرش آزمایشگاهی داشت که در آن، با ساختن مواد دارویی و رنگی، حرفه خانوادگی را دنبال می کرد. سپس لیبیک شاگرد یک داروفروش شد؛ و بعد در بن و ارلانگن به تحصیل شیمی پرداخت. در سال 1822 نوزده ساله بود که دکترای خود را دریافت کرد؛ و لازم دید که برای ادامه تحصیل به خارج برود. پس به پاریس رفت و در محضر درس استادانی چون گی لوساک، تنار و دولن نشست. مقاله ای از او درباره اسیدهای قابل انفجار موسوم به فولمینات ها (CNOH) چنان هومبولت را تحت تأثیر قرار داد که ترتیبی داد که مرد جوان با گی لوساک کار کند. سپس هومبولت حاکم باواریا لوتویک اول را متقاعد ساخت که برای لیبیک یک آزمایشگاه و یک کرسی استادی در دانشگاه گیسن تدارک ببیند. در این جا لیبیک در مقام استاد «خارق العاده»، از سال 1824 تا سال 1852 که به مونیخ رفت، نسل ها دانشجو تربیت کرد.
لیبیک به ویژه با وولر پژوهش های بسیاری در مورد ترکیبات آلی انجام داد. در عین حال او نویسنده ای پر کار بود: بیش از 30 مقاله علمی نوشت، و کتابی درباره شیمی آلی تألیف کرد، دایره المعارف علم شیمی را فراهم آورد و شروع به انتشار نه یک بلکه دو مجله علمی کرد. او با شیمی زراعی نیز درآویخت. اما مهم تر از همه، او معلمی فوق العاده بود که نفوذش را شاگردانش با خود به همه شاخه های پژوهشی شیمی بردند. اصلاً شاید بزرگ ترین خدمت لیبیک الهام دادن برای انجام پژوهش در شیمی، خاصه در شیمی الی، از طریق تدریس باشد. یکی از شاگردان سختکوش او آوگوست هوفمان شیمیدان آلی بود که در سال 1818 در گیسن به دنیا آمده بود. او پسر معماری بود که ساختمان آزمایشگاه لیبیک در گیسن را بزرگ کرد. هوفمان شیمی خواند و سپس با پیروی از سنت لیبیک در آزمایشگاه به تدریس پرداخت. در سال 1845، آخرین سال های دهه بیست زندگی خود را می گذراند که به لندن رفت تا سرپرستی کالج سلطنتی شیمی را به عهده گیرد که به وسیله گروهی از شاگردانش انگلیسی لیبیک تأسیس شده بود و بعدها در دانشگاه لندن ادغام شد. در این جا هوفمان با موفقیت زیادی تدریس کرد و شروع به پژوهش در شیمی الی مواد قطرانی زغال سنگ نمود که حاصل تقطیر زغال سنگ و حاوی انواع بسیاری از ترکیبات هیدروکربونی است. او برخی از شاگردانش را تشویق به کار در همین زمینه کرد، خاصه ویلیام پرکین را که پسر یک بنای مقاطعه کار بود و به زودی شیمیدان بسیار زبده ای شد ـ او مدتی عملاً دستیار هوفمان بود ـ و در خانه اش آزمایشگاهی برای خود به راه انداخت. پژوهش های پرکین متمرکز بر رابطه میان گنه گنه(که از پوست درخت گنه گنه به دست می آید و مصرف دارویی دارد) و ماده دیگری بود که خود از ماده ای قطرانی به نام کوئینولین به دست می آمد. در سال 1856 پرکین در پژوهش های خود به طور تصادفی موفق به کشف ماده ای با رنگ ارغوانی شد و از آن جا که شم عملی تیزی داشت بی درنگ دریافت که به ماده ای با اهمیت اقتصادی فراوان دست یافته است. رنگ ارغوانی همیشه ماده ای کمیاب بود که از ترشحات یک نوع حلزون دریایی(مورکس برانداریس)به دست می آمد. استفاده از آن نیز در انحصار ثروتمندان بود. ولی اکنون این رنگ را می شد به طور مصنوعی تولید کرد. تازه این رنگ مصنوعی از رنگ حاصل از حلزون دریایی به مراتب دوام بیشتری داشت؛ با این رنگ ارغوانی مصنوعی، پرکین وارد کار تولید تجاری شد و صنعتی را پی ریزی کرد که به زودی صنعت شیمیایی بزرگی شد، زیرا رنگ های مصنوعی زیبای دیگری نیز در سال های بعد کشف شد. ولی این کشف، نتایج علمی مهمی نیز داشت.
هوفمان از قطران زغال سنگ، بنزن به دست آورده بود این ماده پایه همه رنگ های مصنوعی بود؛ اما مسئله علمی که این رنگ ها مطرح کردند نه ترکیب شیمیایی آن ها بلکه نحوه قرار گیری اتم ها در مولکول های آن ها بود. مسئله دشوار بود، ولی به زودی توسط اوگوست ککوله فون اشترادونیتس (1826-1896) حل شد. ککوله در سال های 1850 پژوهش را آغاز کرده و شروع به مطالعه جابجایی هیدروژن با عناصر دیگر در فعل و انفعالات شیمیایی نموده بود از همین جا او به این نتیجه مهم رسید که بهتر است شیمیدانان، به جای گروهبندی مواد مختلف بر اساس رفتار شیمیاییشان، آن ها را بر اساس نحوه قرارگیری اتم ها یا گروه های اتم هاشان طبقه بندی کنند. او بعدها این فکر را در قالب مفهوم بسیار مهم قدرت ترکیب یا «ظرفیت»(9)(از والنس لاتین به معنی قدرت) ریخت.
علاوه بر تدریس و تألیف و انجام انواع پژوهش های دیگر، ککوله کربن را نیز که در همه مواد آلی موجود است مورد مطالعه ویژه قرار داد. او قدرت ترکیب آن را چهار برابر یافت(ما اینک آن را «چهارظرفیتی» می خوانیم) و پی برد که باید به همین دلیل باشد که کربن می تواند مولکول های زنجیره ای درازی تشکیل دهد که مشخصه ترکیبات آلی است. در مورد بنزن، ککوله می دانست که ماده ای است که هر مولکولش شش اتم کربن دارد؛ اما مسئله دیگری وجود داشت. بنزن مانند بسیاری مواد آلی دیگر که اتم های کربن شان در زنجیره ای باز قرار دارند رفتار نمی کرد. ککوله مدت ها از این بابت در شگفتی بود، تا آن که روزی از روزهای سال 1865 در کنار آتش چرت می زد که ناگهان این فکر به ذهنش آمد که اگر شش اتم کربن در زنجیره ای باشند«بسته، مانند ماری که دم خود را نیش می زند»، همه یافته های تجربی حاصل از کار با بنزن قابل توضیح می شود. او آن ساختمان پایه ـ حلقه بنزن ـ را کشف کرده بود.
کشفیات ککوله اهمیت بسیار داشتند؛ نه تنها از این جهت که نکات بسیاری را درباره واکنش های آلی توضیح می دادند که قبلاً درک نشده بودند؛ بلکه همچنین از این رو که مبنایی در اختیار شیمیدانان می گذاشتند که بر آن می شد ساختمان اتمی گروهی دیگر از مولکول های آلی را هم بنا کرد. این در قرن بیستم موجب پیدایش نگرش های تازه ای در شیمی و زیست شناسی می شد و در زمینه اقتصادی، صنایع بزرگ پتروشیمی و ساخت پلاستیک را ثمر می داد.
پی نوشت ها :
1. Quaker عضو فرقه ای مسیحی که مخالف خشونت و جنگ است.
2. Nonconformist فارغ از قید کلیسای انگلیس.
3. باغ گیاهان.
4. Avogadro , Amedeo
5. Berzelius , jo ̈ns jakob
6. petit , Alexis
7. Beddoes , Thomas
8. Wo ̈hler , friedrich
9. valency
