جوزف پریستلی و کشف اکسیژن

نوشته رویستون م. رابرتس                               ترجمه محی الدین غفرانی

کشف اکسیژن را هم به جوزف پریستلی انگلیسی نسبت می دهند، و هم به کارل ویلهلم شیله سوئدی. شیله اکسیژن را بیش از یک سال قبل از پریستلی کشف کرد اما پس از آنکه پریستلی در سال ۱۷۴۴ نتیجه آزمایش خود را اعلام کرد و ویژگی های مرموز “هوا”ی جدیدی را که کشف کرده بود شرح داد، شیله نتایج تحقیقاتش را منتشر ساخت. به همین دلیل افتخار این اکتشاف بیشتر نصیب پریستلی شد. جوزف پریستلی مرد عجیبی بود. در سال ۱۷۳۳ در فیلدهد، در نزدیکی لیدز انگلستان، به دنیا آمد. او که در یک خانواده کالوینی مذهب سختگیر پرورش یافته بود، خود را برای پوشیدن جامه روحیانیان آماده می کرد، اما عقاید روشنفکرانه اش باعث شد که نه تنها کلیسای انگلستان، بلکه کالوین مذهبیان هم او را بدعت گذار در دین بخوانند. با این حال در ۱۷۶۷ پریستلی در ۳۴ سالگی پیشوای روحانی یکی از کلیساهای اقلیتها در لیدز شد. وی در همین زمان کتابدار و منشی ارل شلبرن بود، که در دولت ویلیام پیت مقام وزارت خارجه را به عهده داشت. پریستلی در یکی از چندین سفرش به لندن با بنیامین فرنکلین آشنا شد، که علاقه اش را به علم برانگیخت، و دوستی شان تا آخر عمر ادامه یافت. پریستلی به طور تفننی به شیمی روی آورد، ولی چندی نگذشت که بخش عمده ای از، اوقاتش را به او اختصاص داد. او تجربه گری بود که در مشاهده توانایی زیادی داشت، اما پایه علمی اش سست بود و به همین سبب، نتایجی که از آزمایشهایش می گرفت گاهی نادرست و اغلب بی ربط بودند. خانه او در لیدز کنار یک کارگاه آبجوسازی بود، و پریستلی کنجکاو شد درباره طرز کار آن، و بخصوص درباره گازی که بر بالای مشروبها در حال تخمیر معلق بود، مطالبی بداند. وی دریافت که به قول خودش این “هوا” تراشه های مشتعل چوبی را که در مجاورت مایع قرار می داد خامخوش می کرد، و اینکه مخلوط گاز و دودی که از روی لبه های خمره می گذشت “به زمین می افتاد”. وی بر اساس این مشاهده نتیجه گرفت که گاز مزبور (که دی اکسید کربن بود) نسبت به هوای معمولی سنگینتر است . او یاد گرفت چگونه این “هوا”ی سنگین را در آزمایشگاه خانگی اش تهیه کند، و دریافت آبی که این گاز در آن حل شده باشد طعم تند و دلپذیری دارد – هر کس که به نوشابه های گازدار و دیگر انواع آب کربنات دار علاقه داشته باشد می فهمد منظورش چه بود. در ۱۷۷۳ نشان انجمن سلطنتی به دلیل اختراع آب سودا به پریستلی اعطا شد. آزمایشهایی که پریستلی بر روی این گاز انجام داد باعث شد به مطالعه گازهای دیگری که قادر به تهیه شان بود بپردازد. در همین هنگام بود که “عدسی سوزان” یا ذره بین درشتی به قطر ۳۰ سانتی متر به او داده شد که آفتاب را متمرکز می کرد بدین ترتیب او را قادر می ساخت تا مواد را تا دماهای زیاد گرم کند. یکی از ابداعات پریستلی در زمینه مطالعه گازها (یا آنطور که خودش می گفت “هوا” ها) ابزاری برای جمع آوری آنها روی جیوه بود. او موادی را در ظرف شیشه ای سربسته ای بر سطح جیوه مایع می گذاشت و با عدسی سوزانش آنها را حرارت می داد. اگر گازی تولید می شد، در بالای جیوه، که بر خلاف آب گازها را حل نمی کرد، تجمع می یافت. یکی از مواد بی شماری که پریستلی بدین ترتیب حرارت داد اکسید جیوه بود، که آن را “کلس سرخ جیوه” می نامید. وقتی این جامد قرمز رنگ را حرارت داد تجزیه شد، و گاز بی رنگی بر بالای جیوه مایع تولید کرد. پریستلی این گاز را با شعله شمع مورد آزمایش قرار داد. اکثر گازهای دیگری که به دست می آورد شعله شمع را خاموش می کردند. پریستلی در کتاب تجربیات و مشاهداتی در زمینه انواع گوناگون هوا که بعدا منتشر کرد، شرح می دهد که در مورد این “هوا” چه اتفاقی افتاد: اما آن چیزی که مرا بیش از آنچه بتوان وصف کرد به شگفتی واداشت، این بود که شمع در این هوا با شعله خیره کننده ای می سوخت. نمی توانم بعد از گذشت این همه وقت به خاطر آورم که قصدم از انجام این آزمایش چه بود، اما می دانم که به هیچ وجه انتظار چنین نتیجه ای را نداشتم. اگر به هر دلیلی در آن موقع شمع روشنی پیش رویم نبود چه بسا هرگز این آزمایش را انجام نمی دادم. تکه چوب نیم افروخته ای در آن شعله ور می شد و به سرعت می سوخت. هیچ نمی دانستم این مشاهدات را چگونه توجیه کنم. پریستلی در مقدمه همین کتاب نوشت: مطالب این مجموعه تصویر روشنی از حقیقت آنچه بارها در نوشته های فلسفی ام متذکر شده ام ارائه خواهد داد؛ و همچنان که این مسئله بیش از پیش تحقیقات فلسفی گسترده تری را می طلبد، مشخص می شود که هر چه از آن گفته شود کم است، آن مسئله این است که در این حرفه نقش آنچه آن را بخت می نامیم، یا به عبارت فلسفی نقش مشاهده رویدادهایی که ناشی از علل نامعلوم باشند، بیشتر از هر گونه طرح مدون یا نظریه از پیش تصور شده ای است. من به سهم خود صراحتا اذعان می کنم، که به هنگام آغاز آزمایشهایی که در این مجموعه نقل کرده ام، آن قدر از ارائه فرضیه ای که پیگیری آن به کشفیاتم منجر شود دور بودم، که حتی اگر این فرضیه ها را برایم نقل می کردند، بسیار در نظرم بعید می نمودند، و هنگامی که واقعیتهای مسلم پس از مدتها توجهم را به خود جلب کردند، با کندی و درنگ بسیار بود که در مقابل قرائنی که حواسم عرضه می کردند، سر تسلیم فرود آوردم.

پریستلی به زودی کشف کرد که “هوا”ی جدید او موشی را دو برابر همان حجم هوای معمولی زنده نگه می دارد. او نیز این “هوا”ی جدید را استنشاق کرد و گفت: احساسی که در ریه هایم ایجاد کرد تفاوت محسوسی با هوای معمولی نداشت، اما به خیالم احساس می کردم سینه ام تا مدتها بعد به نحو غربی سبک و راحت شده بود. کسی چه می داند شاید روزی برسد که این هوای پاک از اسباب تجملی آدمهای مرفه گردد. اما تاکنون من و دو موش سعادت تنفس آن را داشته ایم. دو ماه بعد، پریستلی نتیجه تحقیقاتش را با شیمیدان مشهور فرانسوی آنتوان لوران لاووازیه، در میان گذاشت. لاووازیه کارهای پریستلی را تکرار کرد، و مطالعات بیشتری بر روی این گاز جدید انجام داد. او نشان داد که گاز مزبور از اجزای هوای معمولی است، و وقتی فلزات در هوا حرارت داده می شوند، با آنها ترکیب می شود. او آن را عنصر جدیدی دانست، و در ۱۷۸۸ نام اکسیژن را برای آن پیشنهاد کرد، (که یونانی به معنای “اسیدزا” است، چون او (به غلط) فکر می کرد در همه اسیدها اکسیژن وجود دارد). لاووازیه اولین کسی بود که از ترازوهای حساس برای سنجش تغییر وزن مواد اولیه و محصولات واکنشهای شیمیایی استفاده کرد. او بدین ترتیب توانست نشان دهد که وقتی اکسید جیوه حرارت ببیند، همچنان که اکسیژن آزاد می شود، وزن از دست می دهد، و این وزن برابر با وزن گاز آزاد شده است. وی ثابت کرد که عکس این مسئله نیز صادق است: یعنی وقتی فلزی در هوا حرارت ببیند وزنش به اندازه ای افزایش پیدا می کند که با مقدار اکسیژن برداشت شده از هوا متناظر است. او این قبیل یافته ها را در جمله ای خلاصه کرد که به قانون بقای جرم شهرت یافت: ماده نه به وجود می آید، و نه از بین می رود، بلکه از شکلی به شکل دیگر تغییر می یابد. (اکنون به برکت کارهای آینشتاین و دیگر دانشمندان معاصر می دانیم که این قانون را باید اصلاح کرد تا تبدیل ماده به انرژی را نیز در برگیرد.) کشف اکسیژن به دست پریستلی سرنخی به به لاووازیه داد تا توجیهی حقیقی برای احتراق ارائه دهد، و نظریه “آتشمایه” (فلوژیستون) را، که پریستلی سرسختانه تا آخر عمر از آن طرفداری می کرد، شکست دهد. گرچه نظریه آتشمایه درست عکس تفسیر صحیح فرایند احتراق بود، اما حدود یک سال بر شیمی سیطره داشت. احتراق عبارت است از ترکیب اکسیژن با مواد دیگر، و نه ترکیب “آتشمایه” مرموز با هوای جدیدی که پریستلی “هوای بدون آتشمایه” می نامید. بسیاری از دانشمندان بر این عقیده اند که لاووازیه با ارائه نظریه ای درباره احتراق و کشف قانون بقای جرم، پایه گذاری شیمی امروزی بود. پریستلی دو مشاهده تصادفی دیگر درباره اکسیژن داشت. اگر چه این مشاهدات فراتر از آنی بود که پریستلی توانایی تفسیرشان را داشته باشد، اما دست کم آنها را با چنان دقتی ثبت کرد که بعدها دیگران توانستند از آن بهره ببرند. قبل از آنکه پریستلی در آزمایشهای خود گاز مورد بحث را از راه حرارت دادن اکسید جیوه با ذره بین به دست آورد، رابطه ای میان احتراق، تنفس جانوری، و زندگی گیاهی مشاهده کرد. او دریافت هوایی که در آن شمعی سوخته و به طور خود به خود خاموش شده باشد، پس از آنکه گیاهان سبز مدتی در هوای مصرف شده رشد کرده باشند، مجددا باعث احتراق و زنده ماندن موشها می شود. او بدین ترتیب تنفس گیاهان را، که طی آن دی اکسید کربن را می گیرند و اکسیژن پس می دهند، مشاهده کرده بود. اما لازم بود مدتها بگذرد تا دیگران به ماهیت این فرایند پی ببرند. پریستلی مشاهده دوم را “خارق العاده ترین اکتشاف غیر منتظره خود” نامید، و آن مشاهده این مطلب که وقتی “ماده سبز”ی که بر روی دیوارهای شیشه ای آزمایشگاهی اش قرار داشت، در معرض آفتاب قرار می گرفت، گازی آزاد می کرد. او متوجه شد که این گاز همان گازی است که از حرارت دادن اکسید جیوه آزاد می شود، ام نمی دانست که برای اولین بار تولید اکسیژن را از راه فتوسنتز (نورساخت) مشاهده کرده است. در این فرایند انرژی خورشید صرف ترکیب دی اکسید کربن با آب می شود، و طی آن مواد آلی (همان “ماده سبز” پریستلی) و اکسیژن به دست می آیند. بدون فتوسنتز هیچ گونه حیاتی بر زمین دوام نمی آورد.

پسنوشت

پریستلی به خاطر عقاید مذهبی و سیاسی آزادمندانه اش که نه تنها در مواعظ بلکه در نوشته هایش هم از آن طرفداری می کرد، با مشکلات شخصی زیاد مواجه شد. شاید می توانست از اتهام بدعت گذاری مذهبی جان سالم به در برد، اما پریستلی علنا از انقلابهای فرانسه و امریکا جانبداری می کرد. گروهی از اشرار به سبب احساسات پرشوری که درباره انقلاب امریکا ابراز می کرد، کلیسا و خانه اش  را در بیرمنگهام سوزاندند. پریستلی خانواده اش را به لندن نقل مکان داد، اما تا سه سال بعد همچنان مورد اذیت و آزار بودف تا بالاخره در ۱۹۷۴ به امریکا رفت. او هنگام رسیدن به نیویورک مورد استقبال صمیمانه فرماندار کلینتون و دیگر رجال محلی قرار گرفت. آوازه وی به عنوان شخصی روحانی، دانشمند، و روشنفکرد مدتها پیش از او به این مستعمرات، که به تازگی ایالات متحد امریکا نام گرفته بود، رسیده بود. کلیسای یکتا پرست، پیشوایی کلیسایی را به او پیشنهاد کرد؛ دانشگاه پنسیلوانیا از او خواست کرسی تدریس شیمی را بپذیرد؛ تامسن جفرسن با او درباره تأسیس دانشگاه ویرجینیا به مشورت پرداخت،  جورج واشنگتن، نخستین رئیس جمهور امریکا، او را به صرف چای دعوت کرد. پریستلی پیشوایی کلیسا، و تدریس در دانشگاه را نپذیرفت، و دوران پیری را با آرامش در نورتامبرلند، که از دهکده های نخستین ساکنان پنسیلوانیای مرکزی بود، گذراند. وی در آنجا ده سال آخر عمرش را صرف باغبانی و تجربه در آزمایشگاهی کرد که برایش ساخته بودند. او هرگز به نادرستی نظریه آتشمایه متقاعد نشد، اما آن قدر از تعصب به دور بود که اذعان می کرد ممکن است در اشتباه باشد، پریستلی تا ۱۸۰۴ زنده ماند، و دوران ریاست جمهوری دوستش جفرسن را به چشم دید. متاسفانه در همان سالی که پریستلی به امریکا رفت، در پاریس تیغ گیوتین به زندگی درخشان لاووازیه پایان داد. لاووازیه به دست انقلابیون اعدام شد (او نتها شیمیدان بود، بلکه مؤدی مالیاتی اشراف حاکم نیز بود)؛ بر عکس پریستلی را ضد انقلابیون مورد اذیت و آزار قرار داند. نه فرانسویان و نه انگلیسیان، هیچ یک قدر این دو دانشمند بزرگ را در اوج درخشندگی علمی شان نشناختند، اما سرانجام هر دو ملت آن دو را پس از مرگشان گرامی داشتند.

دیدگاه خود را با ما اشتراک بگذارید:

ایمیل شما نزد ما محفوظ است و از آن تنها برای پاسخگویی احتمالی استفاده می‌شود و در سایت درج نخواهد شد.
نوشتن نام و ایمیل ضروری است. اما لازم نیست که کادر نشانی وب‌سایت پر شود.
لطفا تنها در مورد همین نوشته اظهار نظر بفرمایید و اگر درخواست و فرمایش دیگری دارید، از طریق فرم تماس مطرح کنید.