The Periodic Table Crash Course Chemistry

مرحبًا، أنا هانك غرين، أهلاً بكم في Crash Course Chemistry. وسنتحدث اليوم عن أهم جدول على الإطلاق. ليس جدول الامتحانات ولا جدول المحتويات ولا جدول أعمالي ولا جدول الماء الرقراق، لا. إنه جدول العناصر الدوري، وهو فهرس دقيق فيه معلومات مكثفة عن شتى أنواع الذرات في الكون. أريد أن أتحدث إليكم اليوم عن اختراع هذا الجدول، وهو بصراحة أحد أهم منجزات العقل البشري. كي نبدأ، دعونا نغلق أعيننا ونتخيل. تخيلوا أنكم في سيبيريا، وأنكم فتى بعمر الثالثة عشرة، وأبوكم الذي كان بروفسورًا لكنه صار كفيفًا، تاركًا عائلتك المكونة من أكثر من 10 إخوة وأخوات معدمين، قد مات. أعلم، ليس عرساً. أعادت أمك افتتاح معمل مهجور لصناعة الزجاج كي تعيل الأسرة في بلدتكم الصغيرة، قاصدة من ذلك بشكل أساسي أن تدر دخلاً يكفي لإدخالك الجامعة يومًا ما. بعد سنة يحترق المعمل. لكن أمك ترى قدراتك، وتعرف أن لديك عقلًا علميًا متقدًا، وتأبى أن تبدده هباء. إذن، بما أن إخوتك جميعهم غادروا المنزل ليعيشوا حياتهم الخاصة، توضب أمك أمتعتك وتربطها على ظهر الحصان، وتربطك إلى نفسها، وتقطع معك ألفي كيلومترًا عبر جبال الأورال على ظهر الحصان إلى جامعة في موسكو. هناك، وبالنيابة عنك، تتوسل الأم من كامل قلبها، لكنهم يرفضونك. فتقطعان سوية 650 كيلومترًا إلى سانت بطرسبيرغ حيث الجامعة التي تخرج منها أبوك كعالم. وبفضل الحظ أو العناد الروسي الشديد الذي لا يلين، يقبلون بك أنت ومؤخرتك التي أنهكها السرج طالباً. أما أمك، وقد أتمت مهمتها، تموت من فورها. إن تخيلتم القصة كما قلت لكم، فربما تشعرون بفضل كبير تدينون به لأمكم، وبرغبة شديدة في الحرص على تحقيق شيء يتناسب وتضحياتها. ولعل هذا أحد الأسباب التي جعلت ديميتري آيفونوفيتش مينديليف دُرة العلماء الروس وصاحب نظريات غيرت جذريًا نظرتنا للعالم. قضى مينديليف وقتًا طويلًا في المختبرات كطالب في دراسة علم الكيمياء الجديد المزدهر، كما عمل مع جميع العناصر المتوفرة آنذاك فأوصلته معرفته لاكتشافات مميزة عن خصائصها. هذه الاكتشافات ستفيدنا لاحقاً. فلنتخيلوا من جديد أنكم مينديليف، أحب تخيل ذلك، وأنكم تعرفون مجموعة أشياء في الكيمياء مع أنكم ما زلتم لا تعرفونها حتى الآن، لكننا نتخيل فحسب. إذن فنحن في ستينيات القرن التاسع عشر، وهناك حوالي 60 عنصرًا معروفًا لدى البشرية، كما أن أوزانها الذرية معروفة كلها تقريبًا. لذا، كان الترتيب الأبسط لها هو ترتيبها تبعًا لأوزانها الذرية. لكنك، ولحذاقتك، وبشكل مثير للاهتمام، تكتشف أن أهم علاقة بين العناصر ليس لها علاقة بالوزن الذري. الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم والروبيديوم كانت ميالة جدًا للتفاعل مع الكلور والفلور واليود والبروم، أما البريليوم والمغنيسيوم والكالسيوم والسترونتيوم فكانت متشابهة لكنها أقل تفاعلاً. لكن بتفحص سريع، تدرك أنت ومعك جماعة من الكيميائيين، حتى نكون منصفين، أن هناك علاقة بين الأوزان الذرية، لكنها علاقة دورية. في بداية قائمة العناصر، تتكرر الصفات كل سبعة عناصر. ملاحظة هامشية: نعرف الآن أنها تتكرر كل ثمانية عناصر، لكن في ستينيات القرن الـ19 كانت العناصر تُدرس بناء على قابليتها للتفاعل، فلم تُكتشف العناصر النبيلة غير المتفاعلة ولذلك تكررت الدورة كل سبعة عناصر. بزيادة كتلة العناصر، يصبح التكرار أقل دورية، أي أنه ليس مثالياً، ولكنه ما يزال موجودًا. يقول بعض زملائك، "هذه هي الحياة. كان التكرار في البداية مثاليًا، لكنه أسفل القائمة يقل انتظامًا." أما أنت فلا تسمع لهم وتصبح مهووسًا، مهووسًا بمثالية الدورية. فتكتب أسماء وأوزان وخواص العناصر على بطاقات وتنثرها على مكتبك وتبعثرها وتمزقها في غيظ، وذلك حتى تدرك في يوم من الأيام أن هناك ببساطة بطاقات مفقودة! سبب عدم توافق الأرقام ليس عيبًا في أفكارك وإنما أن هناك عناصر لم تُكتشف بعد. منغمسًا في اكتشافك العظيم تضع فراغات في الجدول، فتبدأ قطع الأحجية فجأة بالتجمع. دورات من سبعة عناصر لأول سطرين، والهيدروجين في فئة خاصة، ثم دورات من 18 عنصرًا للسطرين التاليين. من شدة تيقنك تتوقع خواص العناصر المفقودة. وعندما يأتي عالم فرنسي ويقول إنه اكتشف أحد هذه العناصر، فإنك تجادله قائلاً إنك اكتشفته أولاً في مخك. وعندما ترى بياناته التي لا تطابق بياناتك، تنشر مقالاً تقول فيه إن بياناته عن العنصر الجديد الذي اكتشفه خاطئة. إن ثقتك بنفسك وبإطارك النظري الجديد وصلت لهذا الحد. وهل تعرف ما أغرب شيء في ذلك؟ أنك على حق، فبيانات العالم الفرنسي كانت خاطئة! أنت، ومع أنك لم تعاين العنصر الذي اكتشفه، تعرف عنه أكثر مما يعرف هو، وذلك لأنك مينديليف، سيد العناصر. انتهت فقرة التخيل في هذه الحلقة، كانت ممتعة. المجموعات التي صنفها مينديليف تشبه كثيرًا تلك التي ندرسها اليوم. بدءًا من اليسار، نجد الفلزات القلوية الناعمة اللامعة شديدة التفاعل، وهي من شدة تفاعلها يجب أن تُحفظ في غازات خاملة أو زيت كي لا تتفاعل مع الجو. إن ما تطمح إليه الفلزات القلوية هو أن تتخلص من إلكترون وتصبح أيونًا موجبًا، أو كاتيون. وتحاول دائمًا إغراء عنصر مثير من جانب الجدول الآخر. لذا، بالطبع، ونظرًا لقابليتها الشديدة للتفاعل، لا نجدها في الطبيعة وحدها مستقلة، بل إن على الكيميائيين استخلاصها من المركبات التي تحويها. ثم لدينا الفلزات القلوية الترابية، وقابليتها للتفاعل كبيرة لكن ليس كالفلزات القلوية، فهي تشكل كاتيونات بشحنتين موجبتين بدلاً من واحدة. الكالسيوم الذي ترونه هنا، يمر بتفاعل مشابه جدًا لتفاعل الصوديوم مع الماء، لكنه أبطأ ما ينتج حرارة أقل. الجزء الأوسط من الجدول الذي يشكل مستطيلًا يحوي العناصر الانتقالية، وهي ما نتخيله عندما نتصور المعادن، كالحديد والنيكل والذهب والبلاتينيوم. إن معظم العناصر فلزات، قابليتها للتفاعل ضئيلة وهي موصلة ممتازة للحرارة. وما يهمنا أكثر من ذلك هو أنها موصلة ممتازة للكهرباء، وهي طيعة جدًا ويمكن ثنيها وطرقها وتشكيلها بشكل صفائح، وهي شديدة الأهمية في الكيمياء، لكنها بشكل عام مشابهة لبعضها البعض. أقصى اليمين وقبل الغازات النبيلة، نجد الهالوجينات، وهي غازات شديدة التفاعل تشكّل أيونات سالبة، أو أنيونات، بشحنة سالبة واحدة، وتحب التفاعل مع الفلزات الترابية القلوية والقاعدية. المستطيل الواقع بين الهالوجينات والعناصر الانتقالية يحوي مزيجًا عشوائيًا من الفلزات واللافلزات والغازات وشبيهات الفلز، ولا تصبح أيونات إلا تحت ظروف غير اعتيادية كأن تقذفها بأيونات أخرى، لذا فهي مملة قليلاً بشكل عام، لكنها مثيرة للاهتمام من ناحية الكيمياء العضوية التساهمية، كما سنوضح لاحقًا. في الأسفل، وعلى جزيرتها الخاصة تعيش اللانثانيدات والأكتينيدات، وهي فلزات لم تُكتشف في عهد مينديليف وذلك لأنها جد متشابهة درجة يستحيل فيها فصلها عن بعضها البعض. وأخيرًا، في أقصى اليمين، وهي أيضًا عناصر لم تكن مكتشفة أثناء وضع مينديليف لجدوله، الغازات النبيلة غير القابلة للتفاعل. مثل الكثير من العلماء المهووسين، لم يصل مينديليف لنقطة ظن فيها أن جدوله انتهى، فأخفاه عن الناس فترة، ونشره فقط في كتاب كيمياء جديد كان يعمل عليه ليجني مالًا كان يحتاجه. وكغيرها من الاكتشافات العلمية، كان هناك علماء غيره في طريقهم لإتمام هذا الاكتشاف. كان هناك ستة نشروا أعمالهم عن دورية العناصر تقريبًا في فترة نشر مينديليف لعمله نفسها. لكن مينديليف تميز ببضعة أشياء عنهم. أولاً، كان مهووسًا، كان يعرف بياناته أكثر من غيره وكان قد قضى وقتًا طويلًا جدًا في العمل على نظرية ظن الكثيرون أنها مجرد نزوة عابرة. ثانيًا، كان يدرك ما لا يدركه غيره وهو أن لفكرة الدورية تبعات بعيدة المدى. يبدو وكأنه كان لديه إيمان عميق بالأهمية الكونية لما يفعله، لا بل يقيناً دينياً. كان مينديليف يؤمن بالله، لكنه كان يرى الديانات المنظمة طريقة خاطئة للوصول لطبيعة الله التي يتعذر معرفتها. أحب تخيل أنه رأى نمطًا إلهيًا في جداوله وشعر وكأنه تعرف على الله كما لم يعرفه أحد من قبل. هذا بالطبع تخمين مني لا غير. وكما نعرف الآن، فإن دورية العناصر ظاهرة فيزيائية، وتسببها الإلكترونات، التي بدورها غريبة إلى حد كبير ولكن ليس إلى حد الغموض. لكننا سنتحدث عن غرابة ذاك الواقع الفيزيائي في الحلقة التالية. الجدول الدوري الذي نعرفه ونحبه، أو أحبه أنا على الأقل، هو تمثيل للواقع أو طريقة لفهم وتصنيف الكون حسبما هو الآن. لكن هيئة الجدول ليست كتابًا مُنزلًا، فقد تصور عالم معاصر لمينديليف الجدول على مسمار أو أسطوانة، حيث تلتف العناصر من جانب لآخر. وبينما يبدو جدول مينديليف كخريطة معلقة على حائط، تخيله عالم الجيولوجيا دي شانكورتوا أشبه بكرة. لسوء حظ دي شانكورتوا، فإن الناشرين لم يستطيعوا طباعة جدوله الأسطواني ثلاثي الأبعاد فنشر بحثه بلا توضيح بصري لأسطوانته الدورية للعناصر، وتم تجاهله بشكل عام. أظنهم افتقروا لمهارات الحرف الورقية آنذاك. أنا معجب جدًا بنموذج الجدول الدوري هذا الذي يمكنكم قصه ولصقه، ويمكنكم أن تصنعوا نموذجكم الخاص، انظروا للرابط في وصف الحلقة. كما أنه هناك تصاميم أخرى للجدول الدوري تقدم أفضليات مختلفة لا يقدمها الجدول الذي نعرفه. إن جدولنا الدوري بصراحة غير معتز بمظهره كثيرًا، فاللانثانيدات والأكتينيدات ينبغي أن تكون جزءًا منه ولكنها مفصولة عنه وذلك لأنه يصعب أن يُطبع الجدول هكذا على الورق، لكن هكذا ينبغي في الأساس أن يكون شكله. وسيكون من الأفضل أن يُلف في دائرة، كي يكون الفلور والنيون والصوديوم بجانب بعضهم البعض، بدل أن يكونوا على طرفين متقابلين من الرسم، وذلك لأن ما يفرقها هو بروتون واحد! كانت مساهمة مينديليف للعلم أكبر مما بدت عليه في بداية الأمر. فقد انتهى به المطاف لوضع دليل للكيميائيين المستقبليين يشرح لهم فيها أشياء لن تُكتشف بعد 25 أو 50 أو حتى 100 سنة. وبعد أن نُشرت نظريات مينديليف وقُبلت، كانت الصرخة الطاغية من جمع العلماء تقول: "لماذا؟ لماذا؟ لماذا؟" ومع أن مينديليف لم يشغل باله بذلك، فقد نفى وجود الذرات وأي شيء لم يره بعينيه، إلا أنه اتضح أن الإجابة على أول "لماذا؟" هي الإلكترون. هذا الإلكترون الشقي. لو عاش مينديليف حتى اكتشافه لكرهه. أما أنتم فسوف يتكون لديكم احترام للإلكترونات بعد أن تتعلموا عنها في الحلقة القادمة من Crash Course Chemistry. شكرًا لمتابعتكم هذه الحلقة من Crash Course Chemistry. إن كنتم منتبهين فقد أصبحتم تعرفون القصة العظيمة الجميلة والمريعة لديميتري مينديليف، وكيف نظم العناصر في الجدول الدوري، وكذلك بعض أساسيات علاقات العناصر ببعضها البعض في الجدول، وما ميز مينديليف عن زملائه، وكيف يمكن تحسين الجدول الحالي. هذه الحلقة من Crash Course Chemistry من تأليفي وتصوير وإخراج كايتلين هوفمايستر ومونتاج نك جنكنز. دقق النص بلايك دي باستينو والدكتور هايكو لانغنر، مصمم الصوت هو مايكل أراندا. والرسومات من إعداد فريق Thought Café. ضعوا أسئلتكم إن وجدت في التعليقات في الأسفل. شكرًا لتعلمكم معنا في Crash Course Chemistry.