تجربة ٧: كيمياء الأحجار الكريمة

لقد قالت: «لكن القوانين الكيميائية موجودة» فلكونها امرأة، كانت بحاجة إلى إيمان.

أناتول فرانس في روايته «جزيرة البطريق»، ١٩٠٠

أحضِرْ كيسَين من البلاستيك ذاتيَّيِ الإغلاق في حجم الشطيرة، وكيسَين من البلاستيك ذاتِيَّي الإغلاق في حجم الجالون، ثم ارتدِ نظارتك الواقية. أحضر علَّاقة ملابس (شماعة)، ثم علِّقها بحيث تعمل كالميزان، ربما يكون أفضل وضع لتعليق العلَّاقة هو استخدام عصا مكنسة مُثبتة على كرسيَّين. ضع بداخل كل كيس كبير بالتساوي مِلءَ ملعقة شاي بلاستيكية (٥ مليلترات) من زبد الطرطير مع نصف كوب من فوق أكسيد الهيدروجين (٦٠ مليلترًا). اخلط هذه المكونات جيدًا بفرك كل كيس من الخارج بأصابعك. لا تغلق الأكياس الآن.

صبَّ داخل كل كيس صغير من الأكياس التي بحجم الشطيرة ملعقةً صغيرة (٥ مليلترات) من محلول كبريتات النحاس (مجهَّز كما هو موصوف في قائمة المشتريات والمحاليل). أحكِم غلق هذَين الكيسَين تمامًا وضع واحدًا داخل كل كيس من الكيسَين الكبيرَين. الآن أحكم غلق الكيسَين الكبيرَين وعلقهما بمشابك غسيل على علَّاقة الملابس، واحدًا عند كل طرف. عدِّل وضْعَ الكيسَين على علَّاقة الملابس بتحريك مشابك الغسيل جيئة وذهابًا حتى يحدث توازن بين كلٍّ من الكيسَين، وتستوي علَّاقة الملابس. يعمل هذا الميزان اليدوي جيدًا إذا كانت علَّاقة الملابس معلقة حول شيء مستدير؛ من ثَم يمكن لكُلَّاب العلَّاقة أن يتحرك جيئة وذهابًا بطريقة غير مقيدة. بمجرد أن يتوازن الكيسان ثبت مشبكَي الغسيل في مكانَيهما بشريط لاصق. تحقَّقْ مرة أخرى من أن الكيسَين لا يزالان متوازنَين.

نأتي الآن إلى الجزء الذي يتطلب الحذر. افتح أحد الكيسَين الصغيرَين اللذَين داخل الكيسَين الكبيرَين من الخارج دون أن تفتح الكيس الكبير. صب محلول كبريتات النحاس من الكيس الصغير على خليط زبدة الطرطير وفوق أكسيد الهيدروجين الذي بداخل الكيس الكبير. يبدأ التفاعل ببطء، لكن يحدث فوران في خلال عشر ثوانٍ. أخيرًا تفسح طرطرات النحاس ذات اللون الأزرق السماوي المثير المجال للخليط الآخر الجيري من مركب الطرطرات مع أكسيد النحاس البرتقالي اللون. يُولِّد التفاعل حرارة كافية حتى إنه يمكنك ملاحظة تكثف داخل الكيس الكبير وتشعر بالدفء من الخارج. وتُذكرنا الألوان المبهرة الناتجة عن التفاعل بألوان الأحجار الكريمة لسبب جيد جدًّا؛ ألا وهو أن ألوان الأحجار الكريمة، مثل اللازَوَرْد والفيروز، تنشأ من أملاح النحاس، ويبدو العديد من أملاح النحاس بمقادير ضئيلة في شكل خطوط وعروق ملونة في الأحجار اللامعة.

ويُعتبَر كلٌّ من خروج الحرارة والفقاعات وتغير اللون من مؤشرات حدوث التفاعل. ولم تَعُد المادة الآن التي في كيس التفاعل هي نفس المادة الأصلية، لكن إذا كنت حذرًا أثناء فتح الكيس الداخلي، ينبغي أن تظل علَّاقة الملابس متوازنة. ويُعتبَر فعل الاتزان هذا مثالًا على «حفظ الكتلة» وهي فكرة أن الكتلة لا تنشأ ولا تتلاشى بفعل الوسائل الكيميائية؛ فكتلة المتفاعلات، أي المواد التي في الكيس الذي تُرِك كما هو ولم يحدث فيه تفاعل، لا تزال هي كتلةَ النواتج نفسَها، أي الموادَّ الزرقاء والخضراء في الكيس التي سُمِح لها بالتفاعل فيه. ولا يُهِم كيف تتغير الأشياء، لكن يكفي أن بعض الأشياء تظل كما هي.

والجزء الثاني من هذه التجربة قد تم بالفعل. تذكر أن الفينول الأحمر الذي هو الأسُّ الهيدروجيني (pH) لمياه حمام السباحة قد تغير لونه إلى اللون الأصفر عند إضافته إلى الماء، وإلى اللون البنفسجي المحمر لدى إضافته إلى محلول بيكربونات الصودا. وتذكر أيضًا أن محلول الخل والحديد قد تحول إلى اللون الأحمر عند إضافة فوق أكسيد الهيدروجين. وتُشير هذه الملحوظة إلى أن ثمة فرقًا بين الماء وفوق أكسيد الهيدروجين ومحلول النشادر ومحلول الخل. ما هذا الفرق؟ الصيغة الكيميائية للماء (H2O)، أي ذرَّتا هيدروجين وذرة أوكسجين. وصيغة فوق أكسيد الهيدروجين (H2O2)، أي ذرَّتا هيدروجين وذرَّتا أوكسجين. والعنصر النشط في القواعد مثل محلول البيكربونات هو أيون الهيدروكسيد (OH) الذي يتكون من ذرة هيدروجين وذرة أوكسجين. والعنصر النشط في الأحماض مثل الخل هو أيون الهيدرونيوم (H3O+)، ويتكون من ذرة واحدة أوكسجين وثلاث ذرات هيدروجين.
وعليه يكون لديك: H2O، H2O2، OH، H3O+، حيث لا يُوجَد الكثير من الاختلاف في كتابتها! لكن شتان الفرق بينها من الناحية الكيميائية، مما يُوضح لنا المبدأ الذي يُطلَق عليه قانون النسب الثابتة وهو يدور حول أنه ليست العناصر وحدها هي التي تُحدد طبيعة المركب، بل النسب أيضًا، وعواقب حفظ الكتلة وقانون النسب الثابتة هي الموضوعات التي سنتناولها في الفصل التالي.

جميع الحقوق محفوظة لمؤسسة هنداوي © ٢٠٢٢