خطوات نحو الجدول الدوري

دو شانكورتوا

وقد أعرب دو شانكورتوا عن دعمه لفرضية براوت، وذهب في ذلك لدرجة تغييره قِيَمَ الأوزان الذرية وتقريبها إلى أعداد صحيحة في منظومته الدورية؛ فالصوديوم الذي وزنه الذري ٢٣، ظهر في منظومته بعيدًا بدورة كاملة عن الليثيوم الذي وزنه الذري ٧. وفي العمود التالي، وضع عناصر المغنسيوم والكالسيوم والحديد والإسترونشيوم واليورانيوم والباريوم، وفي الجدول الدوري الحديث تقع أربعة من هذه العناصر، وهي المغنسيوم والكالسيوم والإسترونشيوم والباريوم بالفعل في نفس المجموعة. وتبدو إضافةُ الحديد واليورانيوم لأول وهلة خطأً صريحًا، ولكن كما سنرى لاحقًا، فإن الكثير من الجداول الدورية القديمة ذوات النمط القصير كانت تُدرِج بعضَ العناصر الانتقالية ضمن ما صار يُسمَّى الآن «عناصر المجموعة الرئيسية».

شكل ٤-١: لولب دو شانكورتوا الدوري.

كان ذلك الرجل الفرنسي عاثرَ الحظ إلى حدٍّ ما في أن أول وأهم ما نشره لم يتضمَّن شكلًا توضيحيًّا لمنظومته، وهو إغفال علمي شديد الوطأة، إذا أخذنا في الاعتبار حقيقةَ أن استخدام الأشكال والرسوم البيانية هو الجانب الحاسم والمهم في أي منظومة دورية. ولكي يعالج دو شانكورتوا مشكلته، أعاد نشر بحثه بصفته الشخصية، ولكنْ نتيجةً لهذا لم يَحْظَ هذا البحث بما هو مطلوب من الصيت الذائع والانتشار الواسع، وبقي مغمورًا مبهمًا في مجتمع الكيميائيين الفرنسيين في تلك الآونة. بل إن اكتشاف دو شانكورتوا الرئيسي لم يلحظه أحد من علماء الكيمياء في العالَم؛ لأنه لم يكن واحدًا منهم، إذ كان جيولوجيًّا. وفي النهاية يمكننا القول إن الاكتشاف لم يُلحَظ؛ لأنه سبق أفكار علماء زمنه.

في واقع الأمر، حتى بعد أن حقَّقَ مندليف قدرًا طيبًا من الشهرة عن منظومته الدورية، التي بدأ نشرها في عام ١٨٦٩، لم يكن معظم الكيميائيين قد سمعوا بعدُ عن بحث دو شانكورتوا، لا في وطنه فرنسا ولا في أي بلد آخَر. ثم أخيرًا في عام ١٨٩٢، بعد ظهور بحث دو شانكورتوا الثوري، جاء ثلاثة من الكيمائيين، وبلغوا مبالغ متفاوتة في محاولتهم إحياء بحثه.

ففي إنجلترا شعر فيليب هارتوج بالاستفزاز بعد سماعه مندليف وهو يقول إن دو شانكورتوا لم يكن يعتبر منظومته شيئًا طبيعيًّا؛ ومن ثَمَّ نشر هارتوج بحثًا يعضد فيه دو شانكورتوا. وفي نفس الوقت في فرنسا، قدَّمَ اثنان — هما بول إميل لو كوك دو بواسبودران، وَألبير أوجست لابارن — دفاعين مماثلين لصالح ريادة مُواطِنهما، واستعادَا على الأقل شيئًا ولو يسيرًا من شرفه الغالي.

نيولاندز

شكل ٤-٢: مجموعات نيولاندز السبع الأولى للعناصر في عام ١٨٦٣.

فعلى سبيل المثال: تكونت المجموعة ١ لديه من الليثيوم (٧)، والصوديوم (٢٣)، والبوتاسيوم (٣٩)، والروبيديوم (٨٥)، والسيزيوم (١٢٣)، والثاليوم (٢٠٤). ومن منظور حديث نقول إنه وضع الثاليوم في موضع غير صحيح؛ إذ إنه ينتمي في الحقيقة إلى مجموعة البورون والألومنيوم والجاليوم والإنديوم. كان عنصر الثاليوم قد اكتُشِف قبلها بعام واحد فقط على يد رجل إنجليزي يُدعَى ويليام كروكس، ولكن أول شخص وضع هذا العنصر في موضعه الصحيح في مجموعة البورون، كان مكتشِفًا مشارِكًا للمنظومة الدورية واسمه يوليوس لوثار ماير، وكان يعمل في ألمانيا. وحتى مندليف العبقري وضع الثاليوم في غير مكانه السوي في جداوله الدورية الأولى، ففعل مثل نيولاندز؛ إذ جعل ذلك العنصر ضمن الفلزات القلوية.

وهذا بالطبع ليس إلا إعادة لاكتشاف العلاقة الثلاثية بين هذه العناصر؛ إذ إن:

وفي عام ١٨٦٤ بدأ نيولاندز في نشر سلسلة من المقالات تَلمَّسَ من خلالها طريقَه نحو منظومة دورية أفضل، ونحو ما سمَّاه فيما بعدُ قانونَ الثُّمانيَّات؛ وهي فكرة تقول إن العناصر تتكرَّر بعد الانتقال خلال تتابُع من ثمانية. وفي عام ١٨٦٥ أدرج ٦٥ عنصرًا ضمن منظومته، واستخدم أعدادًا ترتيبية بدلًا من الأوزان الذرية كوسيلةٍ لترتيب العناصر في تتابُع من الأوزان المتزايدة. ثم بدأ حينئذٍ، بثقة تامة في كتابة قانون جديد، بينما اقتصر دو شانكورتوا على وضع هذا الاحتمال في اعتباره، ولكن سرعان ما رفضه.

أودلنج

برز كيميائي آخر لينشر جدولًا دوريًّا مبكرًا وهو ويليام أودلنج، الذي كان بخلاف نيولاندز، كيميائيًّا أكاديميًّا رائدًا. كان أودلنج قد حضر مؤتمر كارلسروه وصار مدافعًا مغوارًا عن أفكار كانيزارو في بريطانيا، كما شغل مناصب مهمة؛ مثل درجة الأستاذية في الكيمياء بجامعة أكسفورد، ومدير المعهد الملكي بشارع ألبيمارل في لندن. وقام أودلنج مستقلًّا بنشر نسخته الخاصة من الجدول الدوري، وذلك بترتيب العناصر على أساس تزايُد أوزانها الذرية، كما فعل نيولاندز، وبإظهار العناصر المتشابهة في أعمدة رأسية.

ولا نعرف بوضوح السببَ في عدم قبول اكتشاف أودلنج، فهو لم تنقصه المؤهلات الأكاديمية. ويبدو أن السبب هو حقيقة أن أودلنج نفسه كان يُعْوِزه الحماس لفكرة الصفة الدورية الكيميائية، وكان ممتنعًا عن الاعتقاد بأنها قد تمثِّل قانونًا للطبيعة.

هنريخز

في الولايات المتحدة عاش شاب دنماركي حديث الهجرة إلى البلاد، اسمه جوستافوس هنريخز، وكان منشغِلًا باستحداث منظومته الخاصة لتصنيف العناصر، التي نشرها في شكل شعاعي يلفت الأنظار. ولكن ما كتبه هنريخز كان يميل لأن ينطمس تحت طبقات من التلميحات الغامضة للخرافات والأساطير الإغريقية القديمة وغيرها من أوجه التطرُّف الشاذة، فضلًا عن حقيقة أنه كان يتعمَّد أن ينأى بنفسه عن زملائه وعن الاتجاهات الكيميائية السائدة في تلك الآونة.

وقبل ذلك بسنوات قليلة، وتحديدًا في عام ١٨٥٩، كان الألمانيان جوستاف كيرشوف وروبرت بنسن قد اكتشفا أن كل عنصر يمكن جعله يبعث ضوءًا يمكن من ثَمَّ تفريقه باستخدام منشور زجاجي وتحليله كميًّا. واكتشفَا أيضًا أن كل عنصر على حدة يعطي طيفًا مميزًا يتكوَّن من مجموعة من الخطوط الطيفية الخاصة بدآ في قياسها، ونشرَا القياسات التي توصَّلَا إليها في جداول تفصيلية. وقد أشار بعض الباحثين إلى أن هذه الخطوط الطيفية قد تقدِّم معلوماتٍ عن العناصر المختلفة التي أنتجتها، ولكن هذه الافتراضات واجهتِ انتقاداتٍ عنيفةً من أحد مكتشفيها؛ وهو بنسن. في الواقع، ظل بنسن معارِضًا لفكرة دراسة الأطياف بهدف دراسة الذرات أو تصنيفها بطريقة أو بأخرى.

شكل ٤-٣: منظومة هنريخز الدورية.

ومع ذلك، لم يتردد هنريخز في ربط الأطياف بذرات العناصر، وصار بصفة خاصة مهتمًّا بحقيقة أنه في حالة أي عنصر معين، تكون تردُّداتُ خطوطه الطيفية على ما يبدو عبارةً عن مضاعفات بأعداد صحيحة لأصغر فارق؛ فعلى سبيل المثال: في حالة الكالسيوم، لُوحِظ وجود نسبة مقدارها ١ : ٢ : ٤ بين تردداته الطيفية. وكان تفسير هنريخز لهذه الحقيقة جريئًا ومتسقًا؛ إذ قال إنه إذا كانت أحجام المدارات الكوكبية تنتج سلسلة منتظمة من الأعداد الصحيحة، كما ذكر آنفًا، وإذا كانت النِّسَبُ بين فروق الخطوط الطيفية تنتج أيضًا نِسَبًا من أعداد صحيحة، فإن سبب ذلك الأخير قد يكمن في النِّسَب الحجمية بين الأبعاد الذرية للعناصر المختلفة.

ولكن بصفة عامة، تُعتبَر منظومة هنريخز الدورية ناجحةً نوعًا ما في تجميع الكثير من العناصر المهمة وتصنيفها معًا. ومن مزاياها الرئيسية وضوحُ تصنيفاتها، بالمقارنة مثلًا مع منظومتَيْ نيولاندز الأكثر تفصيلًا والأقل نجاحًا في عامَيْ ١٨٦٤ و١٨٦٥. كان هنريخز يمتلك معرفة عميقة بالكيمياء، فضلًا عن براعة في علم المعادن، ولعله كان أكثر مكتشفِي المنظومة الدورية جمعًا بين تخصُّصات مختلفة. وإن حقيقة أنَّ هنريخز توصَّل إلى منظومته من اتجاه يختلف عن الآخرين، قد يمكن الأخذ به لمنح المنظومة الدورية ذاتها دعمًا مستقلًّا.

وفي مقالة نُشِرت في مجلة «ذا فارماسيستس» في عام ١٨٦٩، ناقش هنريخز بعض المحاولات غير الناجحة السابقة لتصنيف العناصر، ولكن بفعله هذا أغفل ذِكْر جميع أترابه من المكتشفين المشاركين مثل دو شانكورتوا ونيولاندز وأودلنج ولوثار ماير ومندليف. ويبدو أن هنريخز قد تجاهَلَ كل المحاولات الأخرى لتصنيف العناصر تصنيفًا مباشِرًا على أساس أوزانها الذرية، وإن كان بوسع المرء أن يفترض أنه ربما كان مدرِكًا لتلك المحاولات، إذا أخذ بعين الاعتبار حقيقة أنه كان مُلِمًّا ببعض اللغات الأجنبية.

لوثار ماير

إن أول منظومة دورية تتصف ببعض التأثير في العالَم العلمي تُعْزَى إلى كيميائي ألماني اسمه يوليوس لوثار ماير كان يعمل بمدينة يينا. ولكن لوثار ماير يُنظَر إليه بصفة عامة باعتباره منافِسًا لمندليف فيما يتعلَّق بمَن اكتشف فعليًّا المنظومة الدورية. ويُعتبَر هذا التقييم حقيقيًّا بوجه عام، ولكن توجد بعض الجوانب في عمله توحي بأنه قد يُعتبَر مشاركًا في الاكتشاف، وليس مجرد منافس عادي.

وفي عام ١٨٦٤ نشر كتابًا قوي التأثير عن الكيمياء النظرية، أدخل فيه جدولَيْه المذكورين. وقد تضمَّن جدولُه الآخَر ٢٢ عنصرًا، وكان مرتَّبًا — جزئيًّا — بحسب تزايد الأوزان الذرية.

شكل ٤-٤: منظومة لوثار ماير الدورية في عام ١٨٦٢.

كان أسلوب لوثار ماير معبِّرًا عنه باعتباره كيميائيًّا نظريًّا أو فيزيائيًّا؛ إذ منح المزيد من التركيز لأمور كمية، مثل الكثافات والأحجام الذرية ونقط الانصهار للعناصر، أكثر من اهتمامه بخواصها الكيميائية. وعلى النقيض من الرواية الشائعة، ترك لوثار ماير بالفعل بعض الثغرات في جدولَيْه الدوريين، بل غامَرَ أيضًا بالتنبؤ ببعض خواص العناصر التي ربما تملأ هذه الفراغات؛ وكان أحد هذه التنبؤات عن عنصر تمَّ فصله في عام ١٨٨٦، وسُمِّي الجرمانيوم. وبخلاف مندليف، كان لوثار ماير يؤمن بوحدة المادة كلها، وكان داعمًا لفرضية براوت عن الطبيعة المركبة للعناصر.

شكل ٤-٥: منظومة لوثار ماير الدورية في عام ١٨٦٨.

كان لجدول لوثار ماير المفقود ميزة كبيرة لتضمُّنه الكثيرَ من العناصر، ولوجود أوضاع معينة أخفَقَ جدولُ مندليف الشهير الذي صدر في نفس العام في التوصُّل إليها. وقد نُشِر الجدول المفقود بعدها، بل أيضًا بعد وفاة لوثار ماير في عام ١٨٩٥؛ أيْ بعد فوات الأوان بحيث لم يَعُدْ له أي تأثير على التساؤل الذي برز عمَّن هو أول مَن أنجز المنظومة الدورية الأولى الناضجة تمامًا.

وخلال فترة ذلك الخلاف العام، اتخذ مندليف أسلوبًا أكثر شدةً؛ إذ افترض أن الفضل يعود إليه وحده؛ لأنه ذهب لأبعد من اكتشاف المنظومة الدورية، حين أصدر عددًا من التنبؤات الناجحة. ويبدو أن لوثار ماير اتخذ وضعًا انهزاميًّا بعض الشيء حين اعترف بأنه كان يفتقر إلى الشجاعة لكي يصدر بعض التنبؤات.