بحث عن الأفكار القديمة للمادة فقد كان البشر الأوائل يميزون بسهولة بين المواد التي كانت تستخدم في إنتاج الملابس مثلاً أو هذه التي يمكن تشكيلها على شكل أدوات أو حتى هذه التي كانت تستخدم للأكل، من ثم أطلقوا على هذه الأشياء أسماء مثل “فرو” أو “حجر” أو “أرنب”، ومع ذلك لم يكن لدى هؤلاء الأشخاص فهمنا الحالي للمواد التي تتكون منها هذه الأشياء، وهذا ما سنتكلم عنه في موضوعنا هذا كل ما يخص الأفكار القديمة للمادة.
مقدمة بحث عن الأفكار القديمة للمادة
في مقدمة بحثنا هذا سوف نبدأ بالحديث عن تاريخ المادة من بدء تشكل الفكر القديم للمادة، التطور الفكري حول المادة، وكل ما يخص المادة منذ نشأتها وتطورها عبر العصور لـ أن وصلت على ما به لوقتنا الحالي.
تابع أيضاً:
بدء تشكل الفكر القديم للمادة
يمكن التأريخ لبداية تشكل الفكر القديم للمادة من الوقت الذي اقترح فيه إيمبيدوكليس (وهو الفيلسوف والعالم اليوناني الذي عاش على الساحل الجنوبي لجزيرة صقلية بين 492 قبل الميلاد و 432 قبل الميلاد) إحدى النظريات الأولى التي حاولت وضح الأشياء من حولنا، وقد جادل إيمبيدوكليس في نظريته بأن كل المادة تتكون من أربعة عناصر: وهي النار والهواء والماء والأرض، ونسبة من هذه العناصر الأربعة أثرت في خصائص الأمر، و كان يُعتقد سابقاً أن الحجر يحتوي على كمية عدد ضخم من الأرض، بينما كان يُعتقد أن الأرنب يحتوي على نسبة أعلى من الماء والنار، مما يجعله ناعمًا ويمنحه الحياة، كما افترض إيمبيدوكليس أن كل المادة تتكون من أربعة عناصر: النار والهواء والماء والأرض، وقد كانت نظرية إيمبيدوكليس شائعة جدًا ولكنها واجهت عددًا من المشكلات، فعلى سبيل المثال فبغض النظر عن عدد المرات التي تكسر فيها حجرًا لـ النصف، فإن القطع لا تشبه أبدًا أيًا من العناصر الأساسية للنار أو الهواء أو الماء أو الأرض بحسب نظريته، و بالرغم من هذه المشاكل كانت نظرية إيمبيدوكليس تعتبر تطورًا مهمًا في التفكير العلمي وكانت سائدة في ذلك الوقت لأنها كانت من بين أول من اقترح أن بعض المواد التي تبدو وكأنها مواد نقية مثل الحجر، كانت في الواقع مكونة عبارة عن مزيج من “عناصر” متعددة.
التطور الفكري للمادة بعد عهد إيمبيدوكليس ( نظرية الذرة المقترحة)
جاء العالم والفيلسوف ديمقريطس (460 قبل الميلاد 370 قبل الميلاد)، والذي كان يوناني الأصل أيضاً والذي وضع نظرية حديثة من مسألة المادة، واستندت أفكار ديموقريطس لـ التفكير بدلاً من العلم، كما استندت لـ تعاليم اثنين من الفلاسفة اليونانيين الذين سبقوه: ليوكيبوس وأناكساغوراس، وقال ديموقريطوس في نظريته ما يلي:
- إذا أخذت حجرًا وقطعته لـ نصفين، فإن كل نصف له نفس خصائص الحجر الأصلي، وهكذا إنك إذا واصلت تقطيع الحجر لـ قطع أصغر وأصغر فستصل في مرحلة ما لـ قطعة صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تقسيمها بعد ذلك.
- قد أطلق ديموقريطوس على هذه القطع اللامتناهية من المادة اسم الذرة حيث تعني كلمة الذرة “غير قابلة للتجزئة”.
- اقترح أن الذرة أبدية ولا يمكن تدميرها.
- كما افترض ديموقريطوس أن الذرات كانت خاصة بالمواد التي تتكون منها، مما يعني أن ذرات الحجر كانت فريدة من نوعها للحجر ومختلفة عن ذرات المواد المختلفة مثل الفراء.
وقد كانت هذه نظرية رائعة حاولت تفسير العالم المادي بأكمله من حيث عدد صغير من الأفكار، وقد افترض ديموقريطوس أن الذرة كانت خاصة بالمواد التي تتكون منها ويجدر الذكر أنه بالرغم من أرسطو وأفلاطون هما من الفلاسفة الأكثر شهرة في اليونان القديمة، فقد رفضوا النظريات من ديموقريطس، وذلك بسبب التأثير الكبير لأرسطو، وقد كان على نظرية ديموقريطس أن تنتظر ما يقرب من 2000 عام قبل إعادة اكتشافها.
التطور الفكري للمادة في العصور الوسطى
ففي عام 1643 أظهر إيفانجليستا توريشلي (عالم الرياضيات الإيطالي وتلميذ جاليليو) عبر نظريته أن الهواء له وزن وقادر على الدفع لأسفل على عمود من الزئبق السائل (وبالتالي اخترع البارومتر)، وقد كان هذا اكتشاف مذهل والتي تقول أنه إذا كان للهواء (هذه المادة التي لا نستطيع رؤيتها أو الشعور بها أو شمها) وزنًا وبالتالي يجب أن يكون مصنوعًا من شيء مادي، لكن كيف يمكن لشيء ما أن يكون له حضور مادي، لكنه لا يستجيب للمسة أو البصر البشري؟ وهذا ما أجاب عليه دانيال برنولي (وهو عالم رياضيات سويسري)، فقد طور نظرية أن الهواء والغازات المختلفة تتكون من جزيئات صغيرة جدا التي هي صغيرة جداً لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، ومعبأة فضفاضة في فراغ يشغل حجم من الفضاء، حيث لا يمكن الشعور بالجسيمات الصغيرة لأنه على عكس الجدار الحجري الصلب الذي لا يتحرك، تتحرك الجزيئات الصغيرة جوارًا عندما تتحرك يد أو جسم الإنسان من خلالها، وعندها استنتج برنولي أنه إذا لم تكن هذه الجسيمات في حركة ثابتة، فإنها ستستقر على الأرض مثل جزيئات الغبار، ولذلك تصور الهواء والغازات المختلفة كمجموعات فضفاضة من جزيئات صغيرة تشبه كرة البلياردو والتي تتحرك باستمرار وترتد عن بعضها البعض.
قانون حفظ الكتلة
سابقاً كان الكثير من العلماء مشغولين بدراسة العالم الطبيعي في هذا الوقت، وبعد فترة وجيزة من المقترح في نظرية برنولي قام الإنجليزي جوزيف بريستلي التجربة مع كسارة الزجاج ونفاياته الزئبق الأحمر في 1773، حيث أن الزئبق مع كسارة الزجاج ونفايته يكون أحمر صلب الحجر، وكان معروفاً و مطمعاً لآلاف السنين لأنه عندما يسخن ذلك، فإنه يتحول لـ الزئبق وهو معدن فضي سائل، وقد لاحظ بريستلي أنه لا يتحول فقط لـ زئبق بل يتحلل في الواقع لـ مادتين عند تسخينه (هما الزئبق السائل وغاز غريب)، وقام بريستلي بجمع هذا الغاز بعناية في عبوات زجاجية ودرسه، وبعد الكثير من الأيام والليالي الطويلة في المختبر تحدث بريستلي عن الغاز الغريب “ما أدهشني أكثر مما يمكنني التعبير عنه جيدًا هو أن شمعة مشتعلة في هذا الهواء ستكون بلهب قوي بشكل ملحوظ”، ولم يقتصر الأمر على اشتعال اللهب بقوة في هذا الغاز، ولكن الفأر الذي تم وضعه في حاوية مغلقة من هذا الغاز عاش لفترة زمنية أطول من الفأر الذي تم وضعه في حاوية مغلقة من الهواء العادي، وقد توضيح اكتشاف بريستلي أن المواد يمكن أن تتحد معًا أو تتفكك لتشكيل مواد حديثة ذات خصائص متعددة، فعلى سبيل المثال يمكن أن يتحد غاز عديم اللون والرائحة مع الزئبق وهو معدن فضي لتكوين كالكس الزئبق وهو معدن أحمر.
قانون لافوازييه
أطلق بريستلي على الغاز الذي اكتشفه الهواء النفاث لكن هذا الاسم لم يدم طويلاً، إليك ما قام به لافوازييه لاستخلاص القانون هذا:
- في عام 1778 أجرى العالم الفرنسي أنطوان لافوازييه الكثير من التجارب على الهواء المتطور وافترض أن الغاز يجعل بعض المواد حمضية، وقد أعاد تسمية الأكسجين الغازي لبريستلي (من الكلمات اليونانية التي تُترجم بشكل فضفاض لـ “صانع الحمض”).
- لكنه ثبت أن نظرية لافوازييه حول الأكسجين والأحماض غير صحيحة، فقد علم لافوازييه من قبل علماء آخرين أن الأحماض تتفاعل مع بعض المعادن لإطلاق غاز انتهاء غريب وقابل للاشتعال يسمى فلوجستون.
- لذا قام لافوازييه بخلط الغازين (الفلوجستون والأكسجين المعاد تسميته حديثًا) في وعاء زجاجي مغلق وأدخل تطابقًا، فرأى أن الفلوجستون يحترق على الفور بوجود الأكسجين وبعد ذلك لاحظ قطرات الماء على الحاوية الزجاجية.
- بعد اختبار دقيق أدرك لافوازييه أن الماء يتكون من تشارك الفلوجستون والأكسجين، ولذلك أعاد تسمية فلوجستون هيدروجين (وكلمة هيدروجين من الكلمات اليونانية التي تعني “صانع الماء”).
- قام لافوازييه أيضًا بإحراق مواد أخرى مثل الفوسفور والكبريت في الهواء، وقد أظهر أنها تتحد مع الهواء لصنع مواد حديثة، فكانت هذه المواد الحديثة تزن أكثر من المواد الأصلية.
- كما أظهر لافوازييه أن الوزن الذي تكتسبه المواد الحديثة قد فقدت من كمية الهواء الذي تم فيه حرق المواد.
النظرية الذرية الحديثة
وضع بريستلي ولافوازييه وآخرون أسس مجال الكيمياء، فمن التجارب التي أجريت والتي أظهرت أن بعض المواد يمكن أن تتحد مع غيرها لتشكيل مواد حديثة، فيمكن تقسيم المواد المختلفة لتشكيل أجزاء أبسط منها، ولكنه عدد قليل من “العناصر” لا يمكن تقسيمها لـ أبعد من ذلك، فما الذي يمكن أن يفسر هذه المجموعة المعقدة من الملاحظات؟
قام جون دالتون (وهو المعلم والعالم البريطاني الاستثنائي) بتجميع القطع وطور أول نظرية ذرية حديثة في عام 1803، إليك ما قام به دالتن لاستخلاص نظريته الحديثة:
- قام دالتون عبر عادته في تتبع وتسجيل الطقس في مسقط رأسه في (مانشستر إنجلترا).
- أدرك دالتون ومن خلال ملاحظاته عن ضباب الصباح وأنماط الطقس المختلفة أن الماء يمكن أن يوجد كغاز يختلط بالهواء ويشغل نفس المساحة مثل الهواء، حيث لا يمكن أن تشغل المواد الصلبة نفس المساحة مثل بعضها البعض فعلى سبيل المثال لا يمكن أن يختلط الجليد بالهواء، وهنا سؤال يطرح نفسه : ما الذي يمكن أن يسمح للماء بالتصرف أحيانًا كمادة صلبة وأحيانًا كغاز؟
- علم دالتون عبر هذا السؤال أن كل المادة يجب أن تتكون من جزيئات صغيرة، ففي حالة الغاز تطفو هذه الجسيمات بحرية ويمكن أن تختلط مع غازات أخرى ( كما اقترح برنولي)، لكن دالتون وسع هذه الفكرة لتطبق على كافة المواد (الغازات والمواد الصلبة والسوائل).
- اقترح دالتون أولاً جزءًا من نظريته الذرية في عام 1803 ثم صقل هذه المفاهيم لاحقًا في ورقته الكلاسيكية عام 1808 بعنوان نظام جديد للفلسفة الكيميائية وهنا يأتي سؤال ما هي العناصر الأساسية لنظرية دالتون؟
عناصر أو مفاهيم دالتون التي بنى عليها نظريته
كان لنظرية دالتون أربعة مفاهيم رئيسية وهي:
- تتكون كل مادة من جسيمات غير قابلة للتجزئة تسمى الذرات: فكان تصور برنولي ودالتون وآخرون للذرات على أنها جسيمات صغيرة تشبه كرة البلياردو في حالات متعددة من الحركة، وفي وقت أن هذا المفهوم مفيد لمساعدتنا على فهم الذرات، إلا أنه ليس صحيحًا.
- كافة ذرات عنصر معين متطابقة و ذرات العناصر المختلفة لها خصائص متعددة، حيث اقترحت نظرية دالتون أن كل ذرة من عنصر مثل الأكسجين متطابقة مع كل ذرة أكسجين أخرى، علاوة على ذلك تختلف ذرات العناصر المختلفة مثل الأكسجين والزئبق عن بعضها البعض،كما قام دالتون بتمييز العناصر كماًا لوزنها الذري؛ ومع ذلك عندما تم اكتشاف نظائر العناصر في أواخر القرن التاسع عشر تغير هذا المفهوم.
- تحوي التفاعلات الكيميائية مزيجًا من الذرات وليس تدمير الذرات، حيث أنه حسب نظريته فإن الذرات غير قابلة للتلف وغير قابلة للتغيير، لذلك تتشكل المركبات (مثل الماء والزئبق )عندما تتحد ذرة كيميائيًا مع ذرات أخرى، وقد كان هذا مفهومًا متقدمًا للغاية في وقته؛ بينما أشارت نظرية دالتون لـ أن الذرات ملتصقة ببعضها البعض، فقد استغرق الأمر أكثر من 100 عام قبل أن يبدأ العلماء في شرح مفهوم الترابط الكيميائي.
- عندما تتفاعل العناصر لتكوين مركبات، فإنها تتفاعل بنسب محددة للأرقام الصحيحة، فقد أظهرت التجارب التي أجراها دالتون وآخرون أن التفاعلات ليست مجرياتًا عشوائية ، وإنما يتم المضي قدمًا فيها كماًا لصيغ دقيقة ومحددة جيدًا، ولكن بعض تفاصيل نظرية دالتون الذرية تتطلب مزيدًا من التوضيح.لذلك وجب التوضيح، ما هو المبهم في نظرية دالتون ؟
العناصر المبهمة في نظرية دالتون
وتتحدد عناصر الإبهام في هذه النقاط:
- العناصر: حيث أنه في وقت مبكر من عام 1660، أدرك روبرت بويل أن التعريف اليوناني للعنصر (الأرض والنار والهواء والماء) لم يكن صحيحًا، فاقترح بويل تعريفًا جديدًا للعنصر باعتباره مادة أساسية ونحن الآن نعرّف العناصر على أنها مواد أساسية لا يمكن تفكيكها بشكل أكبر بالوسائل الكيميائية، وطبعاً العناصر هي لبنات بناء الكون وهي مواد نقية تشكل أساس كل المواد من حولنا، و يمكن رؤية بعض العناصر في شكل نقي مثل الزئبق في ميزان الحرارة؛ فنحن نراها بشكل أساسي في تركيبة كيميائية مع البعض الآخر مثل الأكسجين والهيدروجين في الماء، وفي عصرنا الحالي نحن نعرف الآن ما يقرب من 116 عنصرًا مختلفًا، و يتم إعطاء كل عنصر اسمًا واختصارًا مكونًا من حرف واحد أو حرفين، غالبًا ما يكون هذا الاختصار هو الحرف الأول من العنصر على سبيل المثال يُختصر الهيدروجين بالرمز H والأكسجين على شكل O. وأحيانًا يُعطى العنصر اختصارًا من حرفين؛ على سبيل المثال الهيليوم هو عند كتابة اختصار لعنصر ما يكون الحرف الأول دائمًا كبيرًا ويكون الحرف الثاني (إذا كان هناك واحدًا) صغيرًا دائمًا.
- الذرات: وهي وحدة واحدة من عنصر تسمى الذرة (والذرة هي الوحدة الأساسية للمادة والتي تشكل كل شيء في العالم من حولنا)، وتحتفظ كل ذرة بجميع الخصائص الكيميائية والفيزيائية لعناصرها الأصلية، ففي انتهاء القرن التاسع عشر أظهر العلماء أن الذرات كانت في الواقع مكونة من قطع أصغر “دون ذرية” والتي حطمت مفهوم كرة البلياردو للذرة.
- المركبات: فمعظم المواد التي نتلامس معها هي مركبات وهي مواد تتكون من مزيج كيميائي من ذرتين أو أكثر من العناصر ويسمى “الجسيم” الفردي للمركب بالجزيء، وقد تخيل دالتون في نظريته بشكل خاطئ أن الذرات “ملتصقة” معًا لتكوين جزيئات، لكن ومع ذلك أدرك دالتون بشكل صحيح أن المركبات لها صيغ دقيقة، فالماء على سبيل المثال يتكون دائمًا من جزأين من الهيدروجين وجزء واحد من الأكسجين، تتم كتابة الصيغة الكيميائية للمركب عبر سرد رموز العناصر معًا دون أي مسافات بينها، فإذا كان الجزيء يحتوي على أكثر من ذرة للعنصر، فيتم كتابة رقم هاتف بعد الرمز لإظهار عدد ذرات هذا العنصر في الجزيء، وبالتالي فإن صيغة الماء هي H 2 O وليس H O أو H 2 O 2، كما تخيل دالتون بشكل خاطئ أن الذرات “ملتصقة” ببعضها البعض لتكوين جزيئات، وتخيل دالتون أيضا بشكل خاطئ أن الذرات “ملتصقة” معًا لتكوين جزيئات.
قانون النسب المخصصة
تم اقتراح فكرة أن المركبات قد حددت الصيغ الكيميائية للمرة الاولى في أواخر القرن الثامن عشر بواسطة الكيميائي الفرنسي جوزيف بروست، حيث أجرى بروست عددًا من التجارب ولاحظ أنه بغض النظر عن طريقة تسببه في تشارك عناصر متعددة مع الأكسجين، فإنهم دائمًا ما يتفاعلون بنسب محددة، وعلى سبيل المثال يتفاعل جزءان من الهيدروجين دائمًا مع جزء واحد من الأكسجين عند تكوين الماء، ويتفاعل جزء واحد من الزئبق دائمًا مع جزء واحد من الأكسجين عند تكوين كالكس الزئبقي، وقد استخدم دالتون قانون بروست للنسب المخصصة في تحديث نظريته الذرية، وهنا أتى قانون النسب المخصصة.
مضاعفات النسبة الأساسية
و القانون ينطبق أيضا على مضاعفات نسبة الأساسية، على سبيل المثال:
في كلا المثالين تكون نسبة الهيدروجين لـ الأكسجين لـ الماء 2 لـ 1 لـ 1. عندما تكون المواد المتفاعلة موجودة بما يزيد عن النسب الأساسية، فإن بعض المواد المتفاعلة ستبقى دون تغيير بعد حدوث التفاعل الكيميائي .
تابع أيضاً:
خاتمة بحث عن الأفكار القديمة للمادة
وهكذا وجدنا في انتهاء بحثنا عن الأفكار القديمة للمادة تاريخ المادة من بدء تشكل الفكر القديم للمادة، التطور الفكري حول المادة، وكل ما يخص المادة منذ نشأتها وتطورها عبر العصور لـ أن وصلت على ما به لوقتنا الحالي، كما تعرفنا على النظريات السائدة عن المادة وتطورها عبر العصور.
ويمكن القول بنهاية هذا المقال بحث عن الأفكار القديمة للمادة أنه بتتبع تطور فهمنا للتركيب الذري للمادة تبدأ هذه الوحدة بإسهامات الإغريق القدماء والذين اقترحوا أن المادة تتكون من جزيئات صغيرة، وتصف الوحدة بعد ذلك كيف ساعد قانون لافوازييه في حفظ الكتلة وقانون بروست للنسب المخصصة في نظرية دالتون الذرية في فهمنا للمنطق الذري للمادة.
المراجع
sciencenetlinks.com , , 25/6/2021
courses.lumenlearning.com , , 25/6/2021
ck12.org , , 25/6/2021
chem.libretexts.org , , 25/6/2021
