أهمية علم الكيمياء وتطورة
١- توضح المقصود بالعلم بشكل عام وعلم الكيمياء بشكل خاص.
٢- تحدد سمات وخصائص علم الكيمياء الذي تميزه عن غيره من العلوم.
٣- تفسر العلاقة بين علم الكيمياء، والتقنية، والمجتمع.
٤- تصف علاقة علم الكيمياء بالعلوم الأخرى.
٥- تعطي نبذة مختصرة عن التطور التاريخي لعلم الكيمياء.
٦- تحدد إسهامات العلماء العرب والمسلمين في تطور الكيمياء.
مقدمة :
خلق الله الإنسان وميزه عن سائر المخلوقات بالعقل الذي تمكن بواسطته من فهم وتفسير الكثير من الظواهر الطبييعية التي يشاهدها من حوله. وقد تراكمت المعرفة العلمية عبر السنين نتيجة لنشاط العلماء وسعيهم الحثيث للبحث عن الحقائق والمعرفة العلمية حول الكون الذي يحيط بنا وإيجاد التفسيرات المنطقية التي توضح كيفية حدوث تلك الظواهر وأسباب حدوثها. ولذلك تنوعت المعرفة العلمية وتعددت فروعها حيث أصبح لدينا ما يسمى بالعلوم الطبيعية والعلوم الإنسانية، والعلوم الاجتماعية.
فالعلوم الطبيعية ترتبط ارتباطاً وثيقاً بمشاهدات الإنسان ومعرفته حول البيئة التي يعيش فيها وما تحويه من جمادات ونباتات وحيوانات وطاقة. كما أن العلوم الطبيعية تقدم العديد من التفسيرات للظواهر الطبيعية الكبرى التي يسهل إدراكها بالحواس، وكذلك محاولة تفسير الظواهر الدقيقة التي يصعب مشاهدتها بالعين المجردة .
ومن خلال ما تقدم قد يتبادر إلى ذهنك العديد من التساؤلات مثل : ماهو العلم ؟ ومما يتكون؟ وكيف يمكن الوصول إلى مكوناته؟ وهل هناك ضوابط ومعايير وأخلاقيات تنظم عملية العلم.
ولاشك أن الإجابة عن هذه الأسئلة يحتاج إلى مزيد من البحث فهناك العديد من التعريفات ووجهات النظر، إلا اننا سنحاول تقديم تعريف للعلم يجمع عليه الكثير من العلماء والمتخصصون في مجال التربية العلمية.
حيث يُعرف العلم على أنه نشاط إنساني عالي يتم بواسطته التوصل إلى البناء المعرفي بكل مكوناته من حقائق ومفاهيم ومبادئ وقوانين ونظريات، والتي تسهم في وصف وتفسير مافي الكون من مواد وطاقات وأحياء وجمادات. ويستخدم العلماء طرق منظمة من البحث والاستقصاء والاستكشاف للحصول على المعرفة العلمية وتنقيحها وتعديلها وتنميتها .
ما هو علم الكيمياء :
من خلال الشكل (۱) يتضح أن علم الكيمياء ( هو العلم الذي يهتم بدراسة المادة وتركيبها وخواصها والتغيرات المختلفة التي تطرأ عليها عند حدوث التفاعلات مع المواد الأخرى أو عند حدوث تغيرات في الطاقة ).
ولذلك يمكن القول أن كل المواد التي يتكون منها هذا الكون يمكن وصفها ودراستها بواسطة علم الكيمياء ويكفي أن نقول أن أجسامنا ما هي إلا مصنع كيميائي تتم فيه العديد من التفاعلات الكيميائية وذلك مع كل نفس تتنفسه ومع كل حركة نتحركها. كما أن الكيمياء تدخل في صناعة الغذاء والكساء ووسائل المواصلات .
التطور التاريخي لعلم الكيمياء :
معنى كلمة كيمياء يشير بعض المؤرخين أن كلمة كيمياء مشتقة من كلمة السيمياء، أو الكيميا (alchemy) وكلاهما تدلان على ممارسة علم الكيمياء.
وكلمة كيمياء يقال أنها عربية لأنها مشتقة من الفعل « كمى – يكمي ويعني ستر – يستر » أو « أخفى – يخفي مما يدل على أن هذا العلم كانت له أسراره التي لا تذاع لسائر الناس، بل يتداولها المشتغلون بهذا العلم في العصور القديمة.
مراحل تطور علم الكيمياء :
المرحلة الأولى :
وفيها ارتبط علم الكيمياء بصناعة بعض الأدوات وخاصة بعد اكتشاف بعض المعادن، حيث توحي الشواهد الأثرية أن الإنسان قد مارس علم الكيمياء بطرق متعددة خاصة بعد أن عرف الإنسان النار واستخدمها لطهو الطعام فكانت هذه العملية تمثل أول العمليات الكيميائية . إضافة إلى ذلك هناك دلائل تؤكد ممارسة الإنسان القديم للطب بشكل بدائي وهذا يؤكد قيام الإنسان في ذلك الوقت بتجهيز الأدوية من الأعشاب. كما أن صناعة الفخار عن طريق تعريض الصلصال الحرارة الشمس إنما هي عملية كيميائية .
وفي الفترة الواقعة بين ٦ آلاف و ٧ آلاف سنة قبل الميلاد تم صناعة أدوات من النحاس عن طريق الطرق ساعدت في صناعة الحراب وأدوات الزراعة.
وفي مرحلة لاحقة تمكن الإنسان من إكتشاف بعض العناصر مثل الذهب والفضة واستطاع تشكيل هذه المعادن وصناعة أدوات الزينة. وبحلول الفترة ٣ آلاف قبل الميلاد كان صناع الفلزات قد اكتسبوا خيرات ومهارات تساعدهم في تمييز الخامات أثناء تسخين تلك الفلزات، وقد استطاع السومريون صناعة البرونز عن طريق خلط معدن النحاس بالقصدير والتي كانت تتميز بدرجة صلابة عالية مكنتهم من صناعة الأسلحة وأدوات الحراثة التي تدوم لفترة أطول، وسمى هذا العصر بالعصر البرونزي نسبة لانتشار استخدام سبيكة البرونز .
وفي نفس الفترة قبل ثلاثة آلاف سنة قبل الميلاد تم اكتشاف الحديد في مصر وكانوا يطلقون عليه اسم فلز السماء وهو ما يوضح أن أول عينات تم الحصول عليها كانت موجودة في نيزك . وقد تمكن أطباء الهندوس من تحضير الحديد المكرين أو الصلب وذلك عن طريق تسخين الحديد في وجود الكربون.
وفي تلك الفترة اكتشف الإنسان الدهانات والصبغات واستخدمها في صناعة الملابس، كما تم اكتشاف صناعة الزجاج عن طريق المصريين القدماء.
وتميزت هذه المرحلة بانتشار خرافة سيطرت على عقول الكيميائين وهي محاولة الحصول على الذهب من المعادن الأخرى.
وحدة بناء المادة : كان الإغريق هم أول من بدأوا بالتفكير بوحدة بناء المادة وذلك في العام ٦٠٠ قبل الميلاد، حيث كان الفيلسوف “طاليس” يعتقد أن الماء هو المادة الأساسية الحام لكل ما هو موجود في الطبيعة وكان متأثرا بالتعاليم الدينية البابلية.
ثم بعد ذلك ظهرت نظرية الأربعة عناصر على يد فلاسفة أثينا الذين اعتقدوا أن أساس كل الأشياء هو ( التراب – والماء – والهواء – والنار)، وسادت هذه الفكرة وسيطرت على عقول الكيميائيين حتى نهاية القرن الثامن عشر.
وفي القرن الخامس قبل الميلاد جاء فلاسفة الإغريق بفكرة جديدة مفادها أن المادة تتكون من وحدات صغيرة جداً تسمى بالذرات وهذه الذرات غير قابلة للفناء ودخلت كلمة ذرة (Atom) كمصطلح جديد في ذلك الوقت .
وفي العام الثالث قبل الميلاد أعاد أرسطو الناس إلى فكرة العناصر الأربعة وأضاف إليها خصائص جديدة هي الحرارة والبرودة والسيولة والرطوبة وهي التي تكسب المادة خصائص متعددة حسب زعمه.
المرحلة الثانية :
حيث تم خلالها ارتباط علم الكيمياء بمهنة الطب، فقد انصبت الجهود على استخدام علم الكيمياء لتحضير الأدوية والعقاقير الطبية، حيث كان للصينيين والهنود إسهاما بارزا في تطور علم الكيمياء، وكان الطب هو الحافز لتطور علم الكيمياء. ولكنهم شغلوا أنفسهم بخرافة جديدة وهي البحث عن مادة تطيل العمر وأسموها (إكسير الحياة )، حيث حاولوا تحضير ما يسمى بمشروب الذهب حيث اعتقدوا أن الذهب غير قابل للفساد وبالتالي ربما يصلون إلى دمج الذهب في أجسادهم فتطول أعمارهم.
المرحلة الثالثة :
وقد ارتبطت هذه المرحلة بظهور المنهج التجريبي على يد علماء العرب والمسلمين. ويشير الكثير من المؤرخين أن القرن التاسع والعاشر يعدان بمثابة العصر الذهبي للحضارات الإسلامية، حيث كان الفضل يعود لعلماء العرب والمسلمين في وضع الأسس للكثير من العلوم، ومنها علم الكيمياء، حيث قاموا بترجمة علوم الأمم ونقدوها وصححوا ما جاء فيها من خرافات خاصة تلك التي ارتبطت بعلم الكيمياء كما كان لهم الفضل في استخدام الملاحظة الدقيقة والتجريب للتوصل إلى تفسيرات تعتمد على الأسس والمبادئ العلمية الخالية من الخرافة والشعوذة.
إسهامات العلماء العرب والمسلمين في تطوير علم الكيمياء :
من الأمور التي لا ينكرها أحد هو تفوق الحضارة العربية الإسلامية في المجال العلمي. وقد مثل القرن الثامن وحتى القرن الثالث عشر الميلادي بزوغ العصر الذهبي الذي تفوق فيه العرب والمسلمون علمياً واقتصاديا. وحينما سقطت مدينة طليطلة سنة ( ٤٧٥ هـ – ۱۰۸٥م ) سارع ديموند في إنشاء معهد لترجمة الكنوز العربية والإسلامية إلى اللغة اللاتينية، وأسس “فريدريك الثامن جامعة في نابولي عام (٦٢١هـ / ۱۲۲٤م) لتقوم بترجمة العلوم العربية والإسلامية إلى اللغة اللاتينية. وانتشرت تلك المراجع في أنحاء أوروبا، حيث أصبحت المؤلفات العلمية للعرب والمسلمين مراجع هامة حتى بعد عصر النهضة الكبرى في أوروبا.
وقد برز العديد من علماء المسلمين الذين كان لهم إسهامات عظيمة في مجال الكيمياء وهم :
۱- جابر بن حیان (۷۳۷م ۸۱۳م) :
ومن أهم مؤلفاته وأكثرها ندرة ( السموم ودفع مضارها ) والذي ألفه عام (١٩٨هـ / ۸۱۳ م) واتبع فيه المنهج التجريبي العلمي، وقد اتبع هذا المنهج في جميع أعماله واستحق بموجب ذلك لقب المؤسس الحقيقي لعلم الكيمياء والذي كان يسمى من قبل ( علم الصنعة ) .
وعمد جابر بن حيان إلى التجربة في بحوثه، حيث كان له مختبراً في الكوفة وكان يوصي تلاميذه بقوله : ( وأول واجب أن تعمل وتجري التجارب لأن من لا يعمل ويجري التجارب لا يصل إلى أدنى مراتب الاتقان، فعليك يا بني بالتجربة لتصل إلى المعرفة، ولذلك استحق جابر لقب المؤسس الحقيقي لعلم الكيمياء، وقد قال عنه برتينو Berthelat : إن خابر في الكيمياء ما لأرسطوا في المنطق.
كما أن جابر كان أول من وضع قوانين الاتحاد الكيميائي وقانون النسب الثابتة والتي نسبت خطأ إلى دالتون الانجليزي الذي جاء بعد جابر بن حيان بعشرة قرون. وقد طور جابر طرقاً قياسية لعملية التبلر والتكلس والذوبان والتسامي والاختزال وناقش بوضوح العمليات المختلفة لتحضير الصلب وصبغة الشعر. وتتلخص أهم أعماله في محال علم الكيمياء في الآتي:
أ- اكتشاف الصودا الكاوية.
ب- تحضير ماء الذهب.
ج- أول من ابتكر طريقة الفصل الذهب عن الغضة بالحل بواسطة الأحماض وهي الطريقة السائدة إلى يومنا هذا .
د- أول من اكتشف حمض النتريك.
ه- أول من اكتشف حمض الهيدروكلوريك .
و- أضاف جوهرين إلى العناصر التي اكتشفها اليونان وهما الكبريت والزئبق.
ز- أول من استخرج حمض الكبريتيك وسماه زيت الزاج.
ح- أدخل تحسينات على طريقة التبخير والتصفية والانصهار والتبلور والتقطير.
ط- أعد الكثير من المواد الكيميائية مثل سلفيد الزئبق وأكسيد الأرسين.
٢- أبو بكر محمد بن زكريا الرازي ( ٢٥٠هـ – ٣٢٠هـ ) :
وهو تلميذ جابر بن حيان ويعده الغربيون والشرقيون مؤسس علم الكيمياء الحديثة، وقد بلغت مؤلفاته ما يقارب من ۲۲۰ مؤلفاً وقيل أنه فقد بصره يسبب كثرة التأليف.
وقد تميزت كتاباته بالالتزام بالمنهج العلمي التجريبي، وقد كان أميناً في اقتباساته ودقيقاً في ذكر المصطلحات وتعريفها بطريقة تسهل الفهم، وقد كان أول من استخدم الزئبق في تركيب المراهم وكذلك استخدام الفحم في إزالة الألوان والروائح من المواد العضوية.
ومن أهم كتبه سر الأسرار والذي صنف فيه الرازي المواد الكيميائية تبعاً لأصلها ( حيوانية، ونباتية، ومعدنية أو مشتقة من كيمياويات الخرى). كما قسم المعادن إلى فصائل هي :
الفلزات : مواد قابلة للانصهار ويمكن طرقها.
أرواح الكبريت والزرنيخ والزئبق وكلوريد الأمونيوم (مواد تتطاير في النار).
أحجار : مواد تتغلق أو تتحطم إذا طرقت .
الزاجات ( مركب يذوب في الماء ومكون من فلز وكبريت وأكسجين).
البورات ملح الصوديوم مع البورون والموجود في الطبيعة.
النطرق : ( كربونات الصوديوم الموجودة في الطبيعة ).
رماد النبات والأملاح : ( ملح كلوريد الصوديوم وهو ملح الطعام ) .
البوتاس: (كربونات البوتاسيوم من رماد الخشب ).
النيتر : ( نيترات البوتاسيوم والصوديوم).
٣- على الحسين ( ابن سيناء ) ( ٣٧٠ – ٤٢٨هـ الموافق ۱۰۳۷۹۸۰م) :
كان ابن سيناء من أكثر المؤلفين المسلمين غزارة وتأثيراً في زمنه وكان طبيباً يحضر أدويته بنفسه، وكعالم في مجال الكيمياء فانه قام بتقسيم المعادن إلى أحجار ومواد قابلة للانصهار وكبريت وأملاح وقد رفض فكرة أنه يمكن معالجة الفلز بالإكسير ذهباً، وقد اختار مجمع الصيادلة في انجلترا ابن سيناء وجالت اليوناني كاعظم اثنين تدين لهما علوم الصيدلة بالفضل. وأهم مؤلفات ابن سيناء القانون في الطب ، وهو المرجع الذي اعتمد عليه أطباء العرب والأوروبيين على مدى الخمس مائة عام التالية .
٤- عز الدين الجلدكي ( ٧٤٣هـ / ١٣٤٢م) :
ويُعد من أوائل من وضعوا قانون النسب الثابتة والذي نسبه علماء الغرب إلى جوزیف برادست ۱۷۹۹م والذي جاء بعد الجلدكي بخمسة قرون. ولقد كان الجلدكي أول من فكر باستخدام الكمامات من معامل الكيمياء.
٥- أبو الحسن الهمداني ( ٣٣٤هـ ٩٤٥م) :
وقد ألف كتاب الجوهرتان العقيقتان المائعتان في الصفراء والبيضاء والذي ترجم إلى الالمانية ونشره كريستوفر لوك مع النص العربي سنة ١٩٦٨م في جامعة “أوبسالا” في السويد .
٦- أبو قاسم الجريطي (۳۹۸هـ ۱۰۰۷م) :
وهو من أوائل من وضعوا أسس الاتحاد الكيميائي وأوائل من ذكر قاعدة بقاء المادة والتي نسبت بالخطأ لكل من “بروستيلي ولافوازيه ” .
٧ – أبو المنصور الموفق ( القرن الرابع الهجري – العاشر الميلادي) :
وهو يعد مؤسس علم الكيمياء الصناعية التي نالت شهرتها ومكانتها في المناهج الجديدة في جامعات العالم .
المرحلة الرابعة :
وتسمى هذه المرحلة بمرحلة الفلوجستون وهي المرحلة التي بدأت منذ ظهور نظرية الفلوجستون في القرن السابع عشر، حيث اقترح جورج شتال في الفترة الواقعة بين عامي ۱۷۰۱م و ۱۷۰۳م أن المواد القابلة للاحتراق تحوي عنصراً سماء الفلوجستون : “Pholgiston” وهي كلمة إغريقية تعني الاحتراق أو الشعلة.
وقد افترضت هذه النظرية أن الاحتراق يحدث عند انطلاق عنصر الفلوجستون من المادة، وأن المواد تختلف في مقادير الفلوجستون الذي تملكها، ولذلك فسرت هذه النظرية أن المواد التي تحوي علي فلوجستون بكميات كبيرة تكون سريعة الاشتعال ولا يتخلف عن احتراقها رماد كثير كما فسرت هذه النظرية تحول المعادن إلى كلس ( أكسيد ) عند تسخينها في الهواء، حيث قيل أنها تفقد الفلوجستون وفقاً للمعادلة.
كما فسرت هذه النظرية ظاهرة استخلاص المعادن من خاماتها عن طريق تسخينها مع الفحم النباتي، حيث تفيد النظرية أنه عند تسخين الفحم الغني بالفلوجستون مع كلي فإن الفحم يفقد ما به من فلوجستون إلى الكلس، فيتحول هذا الكلس إلى معدان.
وعلى الرغم من نجاح هذه النظرية في تفسير بعض الظواهر، إلا أنها فشلت في تفسير العديد من المشاهدات، فقد انهارت هذه النظرية والتي شغلت العلماء قرابة قرن من الزمان، وذلك عندما أثبت لافوازييه بتجاربه الشهيرة على احتراق الكبريت والفوسفور والزئبق بأن الفلزات تحترق في الهواء وتتحد مع جزء منه وهو الأكسجين ، ويؤدي ذلك إلى زيادة في وزن المعدن، وبهذه الطريقة أثبت أنه لا يتصاعد أي فلوجستون في هذه العملية، وذلك لأنه لا يحدث فقدان في وزن المعدن عند تسخينه، وقد أثبت ذلك من خلال تفاعل الزئبق مع الأكسجين ، وفقاً للمعادلة.
المرحلة الخامسة :
وهي المرحلة التي بدأت في نهاية القرن الثامن عشر، وقد تميزت هذه المرحلة بظهور العديد من الاكتشافات العلمية على يد علماء بارزين مثل الافوازييه والعالم السويدي كارل شيلي وظهرت خلال هذه المرحلة نظرية دالتون ونظرية طومسون.
المرحلة السادسة :
وهي المرحلة التي بدأت منذ مطلع القرن التاسع عشر الميلادي وتميزت بالانفجار المعرفي في مجال الكيمياء، حيث تطورت النظريات في مجال الكيمياء ومنها على سبيل المثال ظهور النظريات الذرية الحديثة، فقد برزت نظرية بوهر ونظرية الكم لشرود نجر، وسوف يتم تقديم عرض تاريخي لتطور هذه النظريات في فصول لاحقة.