زندگینامه و دستاوردهای علمی آمدئو آووگادرو

نام آووگادرو Amedeo Avogadro برای تمام کسانی که در دبیرستان درس شیمی و فیزیک را گذرانده‌اند، آشناست. دانشمندی که نامش یادآور عددی بزرگ بود که هم مفهومش برای بچه‌ها سخت بود و هم کارکردن با آن عدد نامانوس. در این یادداشت کوتاه ابتدا تعریفی مختصر و مفید از عدد آووگادرو خواهم گفت و سپس کمی بیشتر درباره زندگی او خواهم نوشت.

یکی از بزرگترین مشکلاتی که دانشمندان در هر زمان با آن روبرو بوده اند، این بوده که بدانند سایر دانشمندان چه می‌کنند. در حقیقت، دانشمندان هیچ وقت مطالعات و تحقیقاتشان را در پرده اسرار نمی‌پوشانند و آن‌ها را در اختیار دیگران قرار می‌دهند. مسلماً از این راه بوده که انسان توانسته است با مطالعه دقیق آثار گذشته، هم با اکتشاف‌ها آشنا شود و هم به خصوصیت‌های ذهنی و اخلاقی گذشتگان پی ببرد. در میان دانشمندان همیشه روح همکاری وجود داشته است و هدف آنها این بوده که به نتیجه‌ای برسند. در گذشته، حاصل اکتشاف‌ها و اختراعات به زبان لاتین نوشته می‌شد تا همه بتوانند از این نتایج بهره‌مند شوند.

امروز، نیز دانشجویان و علاقه‌مندان به علوم، ناگزیرند که یک زبان خارجی را بخوبی بیاموزند تا بتوانند از آثار و نوشته‌های دیگران استفاده کنند. سوای این ماشین‌های الکترونی امروزی می‌توانند زبانی را به زبان دیگر ترجمه کنند و به این ترتیب برگرداندن آثار گذشته‌ها از زبان آن روز به زبان امروز امکانپذیر شده است. بعضی از ماشین‌های الکترونی قادرند تعداد زیادی از گزارش‌های علمی هر کشور را که به زبان آن کشور منتشر می‌شود خلاصه کنند. بیشتر دانشمندان و دانش پژوهان، اوقات خود را به مطالعه مقاله‌ها و آثار گذشتگان اختصاص می‌دهند. گاهی چند اثر از یک دانشمند به چشم می‌خورد که روی موضوع خاصی تحقیق کرده است، گاهی مقاله‌ای دیده می‌شود که نامفهوم و بی‌عنوان است. یکی از این مقاله‌ها، زمانی در فرانسه به چاپ رسید و مدت ۵۰ سال بدون هیچ بررسی بدست فراموشی سپرده شد. اندیشه و نظریه نویسنده مقاله درباره یکی از اصول اساسی علوم فیزیک و شیمی بوده است.

در سال ۱۸۱۱، آمدو آووگادرو، با کوشش زیاد توانست فرق بین اتم و مولکول را که از مهمترین موضوعهای علم امروزی است، کشف کند. البته، این کشف در آن زمان مورد توجه قرار نگرفت و مرورزمان شامل آن شد.

آمدو آووگادرو، در ۹ ژوئن ۱۷۷۶ در شهر تورین ایتالیا به دنیا آمد. پدرش قاضی مشهوری بود که علاقه داشت پسرش روزی حرفه قضاوت را پیشه کند. آمدو، شاگرد نابغه ای بود. در ۱۶ سالگی موفق به اخذ درجه لیسانس شد و در ۲۰ سالگی به دریافت دکترای حقوق نایل آمد. اما پس از سه سال کار و تجربه ایک بار متوجه شد که این حرفه خواسته‌هایش را برآورده نمی‌کند. از این رو، به ریاضیات و فیزیک و شیمی رو آورد و با نوشتن چند مقاله علمی شهرت زیادی در میان جامعه دانشمندان پیدا کرد.

آووگادرو، در سن ۳۳ سالگی به مقام استادی فیزیکی کالج سلطنتی ورچیلی، واقع در شمال ایتالیا، منصوب شد. دو سال بعد، یعنی در سال ۱۸۱۱ فرضیه معروف مولکولی را که بعدها در بوته فراموشی افتاد، در یک مجله علمی فرانسوی منتشر کرد. آووگادرو، بقیه عمرش را در راه پژوهش‌ها و تدریس موضوع‌های علمی گذراند.

کلاس درس او در دانشگاه بعلت جنگ و تظاهرات داخلی نامرتب بود، و چون رهبران ایتالیا تغییر می‌کردند، به دلخواه خود دانشگاه را می‌بستند با آن را باز می‌کردند. سال‌های بین ۱۸۲۰ تا ۱۸۵۰ که دانشگاه تعطیل بود، آووگادرو استاد فیزیک دانشگاه تورین بود. او در سن ۸۰ سالگی از دنیا رفت، در حالی که دنیای علم آن روز به نبوغ این دانشمند هرگز پی نبرد.

امروز، همه می‌دانیم که فرمول شیمیایی آب H2O است، یعنی هر مولکول آب از دو اتم هیدرژن و یک اتم اکسیژن ترکیب شده است. اتم‌ها و مولکول‌ها، ذرات بسیار ریزی‌اند و امروز دانشمندان توانسته‌اند تعداد مولکول‌های بک گاز را حساب کنند. سابقاً، دانشمندان روش‌های مختلفی را برای اندازه‌گیری مولکول‌های یک گاز بکار می‌بردند، اما آووگادرو ثابت کرد که حجم مساوی از هر گاز دارای تعداد مولکول مساوی است، به شرط اینکه اندازه‌گیری گاز در شرایط مساوی از دما و فشار صورت گیرد. امروز، فرضیه آووگادرو در شیمی به قانون آووگادرو معروف است.

دالتون، بنیادگذار نظریه اتمی، عقیده داشت که فرمول شیمیائی آب، Ho است، و اکثر شیمیدان‌ها با او هم عقیده بودند، چرا که هر ترکیب شیمیایی نماینده عناصری است که آن را بوجود می‌آورند. در سال ۱۸۰۸، ژوزف گیلوساک، شیمیدان فرانسوی، با آزمایش‌هایی که انجام داد قسمت زیادی از نظریه دالتون را در این مورد رد کرد. اما در سال ۱۸۱۱، آووگادرو با چاپ مقاله فرضیه مولکولی، نظریه دالتون را تکمیل کرد. در سال ۱۸۶۰، گروهی از دانشمندان، در شهر کارلسرو آلمان گرد هم آمدند تا درباره موضوع‌های مهم علمی بحث و مذاکره کنند. در همین جلسات بود که فرضیه آووگادرو مورد توجه استانیسلائو کانیزاروا (Stanislao Cannizzaro(1826-1910))، شیمیدان ایتالیایی قرار گرفت. وی که به اهمیت و سادگی این فرضیه پی برده بود بدفاع از آن برخاست و گفت: «همه ما باید این حقیقت را بپذیریم که یک مولکول می‌تواند از دو اتم بوجود آید و حتماً لازم نیست که از اتم‌های عناصر مختلف باشد.» چند تن از دانشمندان حاضر در جلسه به فکر فرو رفتند اما نتیجه‌ای گرفته نشد.

کانیزارو، تسلیم نشد و برعقیده خود پافشاری کرد. و آنقدر بحث کرد تا دنیای علم سرانجام حرفش را شنید و نظریه‌اش را پذیرفت. کانیزارو، بخاطر زحمت و کوشش فراوانی که در راه به اثبات رساندن فرضیه مولکولی آووگادرو بخرج داد در سال ۱۸۹۱ به دریافت نشان گپلی از سوی انجمن سلطنتی نایل آمد.

در سال ۱۹۱۱، صدها تن از دانشمندان سراسر جهان در تورین گرد هم آمدند تا یکصدمین سالروز انتشار قانون آووگادرو را جشن بگیرند. و این بزرگداشت بخاطر آن نابغه بزرگ بود که مولکول را کشف کرد.

عدد آووگادرو که به آن ثابت آووگادرو هم می‌گویند و با نماد NA نشان می‌دهند، تعداد اتم‌های موجود در ۱۲ گرم ایزوتوپ خالص کربن-۱۲ است؛ تعریفی عکس یکای جرم اتمی بر حسب گرم. عدد آووگادرو بنا بر تعریف دیگری برابر است با شمار مولکول‌ها و با کمی اغماض، شمار اتم‌ها، یون‌ها و الکترون‌ها در یک مول از هر جسمی. اندازه عددی عدد آووگادرو برابر است با: . در آزمایش‌های بسیاری وابسته به حوزه‌های متفاوت فیزیکی-شیمیایی صحت عدد آووگادرو تایید شده است و هم گرایی چشمگیری میان اعداد به دست آمده از آزمایش‌های متنوع دیده شد. آزمایش‌هایی نظیر حرکت براونی، پراکندگی نور توسط ذره ریز، پراکندگی پرتوهای ایکس توسط بلورها، برقکافت و کشسانی گازها، تابش جسم سیاه و… که جملگی شامل عدد آووگادرو هستند.

آووگادرو که بود؟

آمدئو آووگادرو با نام کامل لورنزو رومانو آمدئو کارلو آووگادرو، دانشمندی ایتالیایی است که به تاریخ ۹ آگوست ۱۷۷۶ در خانواده‌ای اشراف زاده در شهر تورین ایتالیا به دنیا آمد. در تاریخ ۹ جولای ۱۸۵۶، پنج سال بعد از تاسیس دارالفنون در ایران، توسط امیرکبیر، در ۷۹سالگی چشم از جهان فروبست. آمدئو آووگادرو آموزش دبستانی را در خانه تعلیم دید، سپس در تورین به دبیرستان رفت. به تشویق خانواده‌اش به کار قضاوت و علم حقوق گرایش پیدا کرد؛ به طوری که به سال ۱۷۹۲ در ۱۶سالگی دانشنامه حقوق و چهار سال بعد، دکترای فقه [مسیحی] را دریافت کرد. در سال ۱۸۰۱ درحالی که هنوز ۳۰سالش نشده بود، کارش را با دبیری فرمانداری آغاز کرد. قابل توجه اینکه پشتوانه خانوادگی او در سپری کردن مدارج علمی و کسب موقعیت‌های اجتماعی او پیش از ورودش به دنیای فیزیک بیتاثیر نبوده است. در همین دوران بود که اکتشافات دیگر فیزیک دان هموطنش، ولتا؛ ۳۰ سال از خودش بزرگ‌تر بود و ۳۰ سال زودتر از آووگادرو درگذشت، او را سر ذوق آورد و آتش علم را در وجودش شعله ور کرد. آووگادرو آنچنان به وجد آمده بود که به طور خصوصی به تحصیل فیزیک و ریاضیات پرداخت. در سال ۱۸۰۶ در یکی از کالج‌های فرهنگستان تورینو به عنوان دبیر و آزمایشگر انتخاب شد. آووگادرو در خلال کار در کالج، به تنهایی آزمایش‌هایی را انجام می‌داد. او همچنین متاثر از فضای علمی فرانسه، می‌کوشید در جریان دستاوردهای علمی همتایان خود در خارج از ایتالیا و به وپژه فرانسه باشد. معروفیت بیشتر آووگادرو مرهون گزارشی است که به سال ۱۸۱۱ منتشر کرد. این سال مقارن بود با دوران سلطنت فتحعلی شاه قاجار و آخرین سال‌های جنگ ایران و روسیه تزاری که منجر به معاهده گلستان شد. آووگادرو در آن گزارش این فرضیه را پیش کشید که در حجمی معین از هر گازی شمار یا تعداد مشخصی از اتم‌های آن گاز وجود دارد. او در کمال تواضع دستاورد خود را بسط کارهای گی -لوساک نامید. دو سال پیش از آن به سال ۱۸۰۹، گی -لوساک، شیمی دان و فیزیک دان فرانسوی نتایج آزمایش‌هایی را انتشار داده بود که در آن ویژگی حجمی گازهای شرکت‌کننده در یک ترکیب شیمیایی را بیان می‌کرد. آووگادرو برای بیان این ویژگی فرضیه‌ای را مطرح کرد که از دل آن عدد آووگادروی معروف پا به عرصه علم گذاشت. در تاریخ فیزیک این گونه روایت شده که مشابه چنین فرضیه‌ای را آمپر و نیز دیگر دانشمندان هم مطرح کرده بودند، اما به سال ۱۸۶۰ چهار سال بعد از فوت آووگادرو و در میانه دوران سلطنت مظفرالدین شاه قاجار، کانزارو، شیمی دان ایتالیایی، در کنگره‌ای به وضوح پیشگامی آووگادرو را اثبات کرد و تعریف روشن و واضحی از «اتم و مولکول» ارائه داد. با این وجود تاریخ دقیق تعیین اندازه عدد آووگادرو به پایان سده نوزدهم بازمی گردد. در سال ۱۸۱۹ آووگادرو به عضویت رسمی فرهنگستان علوم تورینو انتخاب شد و بعدها به سمت رئیس کمیسیون اوزان و مقادیر فرهنگستان منصوب شد. او در این سمت برای رایج کردن «دستگاه متری / متریک» در ایتالیا بسیار کوشید. درباره زندگی آووگادرو اطلاعات کمی در دسترس است، اما منابع تاریخی ذکر کرده‌اند که از نقاط عطف زندگی غیرعلمی او همراهی‌اش با حرکت انقلابی به سال ۱۸۲۱ بود که منجر به ازدست دادن شغل دانشگاهی‌اش شد. او بعد از این واقعه گفته بود: چه خوب شد، حالا می‌توانم به تحقیقاتم بپردازم. آووگادرو مردی متین، موقر و مذهبی بود. در زندگی خانوادگی، او و همسرش، فلیسیتا مازه، صاحب شش و به روایتی هشت فرزند بودند.