هيرمان ستودينجر .. والأثر الكبير في تطوير صناعة اللدائن
هيرمان ستودينجر هو كيميائي ألماني ولد في 23 مارس 1881 وتوفي في 8 سبتمبر 1965
قبل مائة عام، شهد العالم بداية ثورة في الكيمياء وتكنولوجيا المواد. ففي الثاني عشر من يونيو 1920، نشر هيرمان ستودينجر وهو أحد علماء الكيمياء العضوية، الذي كان يعمل آنذاك في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيوريخ، بحثاً كان من شأنه أن يغير فهمنا للكيمياء إلى الأبد، وأن يمهد الطريق لانتشار المواد الاصطناعية التي كان لها تأثيرات عميقة على العالم الحديث؛ حيث تغيرت مجالات البناء والتصنيع والتعبئة والتغليف وعلم الأحياء والطب وغير ذلك الكثير بشكل لا رجعة فيه بفضل إتقان البشر المفاجئ لكيمياء جديدة لم تعد تقتصر على ما تقدمه الطبيعة.
هيرمان ستودينجر هو كيميائي ألماني ولد في 23 مارس 1881 وتوفي في 8 سبتمبر 1965 .. بدأ في سنة 1926 بالتدريس في جامعة فرايبورغ.
في سنة 1934 حاول الحصول على الجنسية لسويسرية فقام مارتن هايدغر بالوشاية به إلى عميد الجامعة لكونه شخص سلمي مختبأ. طلب منه الاستقالة فرفض فتم إبعاده لتجنب الفضيحة قام بسلسلة من البحوث القيمة في كيمياء الجزيئات الكبيرة خاصة على الجزيئات المتراكبة أو المعقدة مثل السيليولوز والمطاط مما كان له أثر كبير في تطوير صناعة اللدائن.
تحصل سنة 1953 على جائزة نوبل في الكيمياء.
Table of Contents
هيرمان ستودينجر والبلمرة
كانت البحثية لـ هيرمان ستودينجر، ” حول البلمرة ” أول من اقترح أن الوحدات الصغيرة من الجزيئات يمكن أن ترتبط تساهميًا معًا في سلاسل طويلة تُعرف بالجزيئات الكبيرة أو البوليمرات. وفي تعليقه على البوليمرات في عام 1936، قال هيرمان نفسه “ليس من غير المحتمل أن يتم اكتشاف طريقة عاجلاً أم آجلاً لإعداد ألياف صناعية من منتجات صناعية عالية الجزيئات، لأن قوة ومرونة الألياف الطبيعية تعتمد حصريًا على بنيتها الجزيئية الكبيرة – أي على جزيئاتها الطويلة ذات الشكل الخيطي”. ولكن من هو هيرمان ستودينجر، ولماذا يرمز هذا الوصف البسيط للجزيئات الكبيرة إلى أحد أهم الاكتشافات العلمية في القرن العشرين ؟
تلقي هذه النسخة من مجلة رواد العلوم الضوء على حياة وعمل ستودينجر، وتسلط الضوء على تأثيره على 100 عام من علم البوليمر ، وترى أين أصبح علم البوليمر الآن وإلى أين قد يتجه، حيث أدت المخاوف بشأن البلاستيك الدقيق والنفايات البلاستيكية إلى ظهور فروع جديدة في هذا المجال مجهزة بشكل أفضل لتحديات هذا القرن حيث نتعلم الدروس من القرن الماضي.
بدايات هيرمان ستودينجر
وُلِد هيرمان ستودينجر في مدينة فورمز الألمانية عام 1881، في وقت كانت فيه هذه الأمة الفتية تمر بمرحلة تصنيع سريعة. وفي غضون بضع سنوات من توحيدها عام 1871، أصبحت ألمانيا المصدر المهيمن للحديد وقائدة عالمية في صناعة الكيماويات المتنامية. انجذب هيرمان، الذي كان مهتمًا في البداية بعلم النبات، إلى هذا الانجذاب الذي لا يقاوم للصناعات الجديدة واختار دراسة الكيمياء بدلاً من ذلك، وحصل على درجة الدكتوراه عام 1903 من جامعة هاله.
كانت علامات عظمته ككيميائي عضوي واضحة بالفعل قبل عام 1920 بوقت طويل. في عام 1905، وفي سن الرابعة والعشرين فقط، اكتشف ستودينجر الكيتينات ، وهي مركب شائع معروف الآن للكيميائيين في جميع أنحاء العالم. وعلى مدى السنوات القليلة التالية، بصفته أستاذًا في الجامعة التقنية في كارلسروه، نجح أيضًا في صنع بدائل اصطناعية للفلفل والقهوة، وذلك في الغالب استجابة لنقص هذه المواد الغذائية خلال الحرب العالمية الأولى.
وهنا نرى لمحة عن آراء شتودينجر السياسية بشأن العلم وعلاقته بالمجتمع؛ فقد كان يؤمن بشدة بضرورة استخدام العلم لصالح العامة ـ حتى ولو كان ذلك في شيء متواضع مثل صنع بديل للقهوة لا يقل طعمه جودة عن القهوة الحقيقية في أوقات الشدة ـ وهي النظرة التي جعلته على خلاف مع معاصريه أثناء سنوات الحرب. فقد أعرب فريتز هابر، وهو صديق شتودينجر أثناء وجوده في كارلسروه، عن دعمه الحماسي لاستخدام الأسلحة الكيميائية من قِبَل الجيش الألماني، وهو الموقف الذي وجده شتودينجر بغيضاً. وقد عارض هابر علناً، بل إنه نشر في عام 1919 بحثاً باللغة الفرنسية في مجلة للصليب الأحمر يعبر فيه عن أفكار تتعلق بالتكنولوجيا والحرب.
وبعد أن انتهت أهوال الحرب، وهو ما كان بلا شك بمثابة راحة كبيرة لشتودينجر وكثيرين غيره، استيقظ العالم على العقد الجديد من القرن العشرين بتفاؤل. ولم يكن ستودينجر ليتصور أن المشكلة التي كان يعمل على حلها فيما يتصل بالأوزان الجزيئية العالية لبعض المركبات سوف تخلف تأثيراً عميقاً على ما كان يأمل كثيرون أن يكون فجر عالم جديد حديث.
حول البلمرة
قبل عام 1920، كان مجتمع الكيمياء يعتقد أن الأوزان الجزيئية العالية بشكل استثنائي التي تم قياسها لبعض المركبات كانت نتيجة لتجمع الجزيئات في شكل غرويات. وقد تبنى هذا الرأي بشكل خاص هاينريش أوتو فيلاند وإميل فيشر (الذي سميت “إسقاطات فيشر” باسمه)، حيث فاز الأخير بجائزة نوبل في الكيمياء عام 1902 (فاز فيلاند أيضًا بالجائزة عام 1927).
لكن شتودينجر لم يوافق على هذا التفسير الغرواني. أصبح تفسيره الآن مبدأ أساسيًا في الكيمياء اليوم: قال شتودينجر إن هذه المركبات مثل المطاط والسليلوز والبروتينات كانت في الواقع نوعًا من سلسلة المشابك الورقية، تتكون من سلسلة من الوحدات الكيميائية الأصغر والمتكررة، والمرتبطة ببعضها البعض تساهميًا. بعبارة أخرى، كانت هذه بوليمرات.
في حين كان يحظى بالاحترام بين أقرانه وكان عالماً شاباً لامعاً بوضوح، كان من غير المقبول أن يكون هناك خلاف علني مع الرأي العلمي السائد في ذلك الوقت، وخاصة رأي الحائز على جائزة نوبل مثل فيشر. لذلك قوبل تفسير شتودينجر البوليمري للأوزان الجزيئية العالية الموجودة في هذه المركبات بالتشكك الأولي بعد نشر كتاب Über Polymerisation في عام 1920. حتى أن فيلاند قدم النصيحة التالية لشتودينجر؛ ” عزيزي الزميل، تخلَّ عن فكرتك عن الجزيئات الكبيرة، فالجزيئات العضوية ذات الأوزان الجزيئية التي تتجاوز 5000 غير موجودة. قم بتنقية منتجاتك مثل المطاط، وسوف تتبلور وتتحول إلى مركبات ذات وزن جزيئي منخفض ” .
ولكن ستودينجر لم يقتنع. فبعد أول تفسير قدمه للبوليمرات، نشر هو وزميله ج. فريتشي في عام 1922 أول دليل مباشر على وجود سلاسل بوليمرية طويلة في المطاط الطبيعي. وفي هذه الورقة قدم ستودينجر للعالم أيضًا مصطلح “الجزيء الكبير”، الذي وصفه بنفسه في عام 1924 على النحو التالي : “بالنسبة لمثل هذه الجسيمات الغروانية، حيث يكون الجزيء متطابقًا مع الجسيم الأولي، وحيث ترتبط الذرات الفردية لهذا الجزيء الغرواني معًا بروابط تساهمية، نقترح تسمية الجزيء الكبير من أجل التمييز بشكل أفضل”.
بحلول نهاية عشرينيات القرن العشرين، كان المزيد والمزيد من الباحثين يجدون أدلة على وجود البوليمرات، مما يؤكد أفكار شتودينجر، وبدأت مسيرة شتودينجر المهنية في الوصول إلى آفاق جديدة. في عام 1926، بدأ العمل في جامعة فرايبورغ حيث بقي لبقية حياته المهنية، وفي عام 1927، تزوج من عالمة الأحياء وعالمة النبات اللاتفية مادجا فويتا ، وكلاهما تعاونا لفهم دور الجزيئات الكبيرة في العمليات البيولوجية.
كيمياء البوليمر تسيطر على العالم
بحلول ثلاثينيات القرن العشرين، كان فهم البوليمرات بناءً على عمل شتودينجر رائجًا، واستخدم الباحثون هذا الوصف الجديد للبوليمرات لصنع بوليمرات صناعية ذات خصائص مادية جيدة بشكل أفضل. أدى هذا الحماس الجديد في عام 1936 إلى إنشاء النايلون، أول بلاستيك صناعي ناجح تجاريًا في العالم. كان مبتكره الكيميائي اللامع والاس كاروثرز، الذي كان يعمل في قسم التجارب التابع لشركة دوبونت في ديلاوير. حفزت شركة دوبونت، مثل العديد من الشركات الكيميائية الأخرى في جميع أنحاء العالم، عمل شتودينجر على البوليمرات.
بحلول عام 1938، تم تصنيع أول فرشاة أسنان بشعيرات من النايلون. في عام 1939، تم الكشف عن أول جوارب من النايلون في معرض مدينة نيويورك العالمي، تحت قسم “عالم الغد”. وبحلول عام 1940، أصبحت جوارب النايلون هذه متاحة تجارياً وحققت نجاحاً تجارياً فورياً، ويرجع هذا جزئياً إلى الحملة التسويقية التي شنتها شركة دوبونت، والتي روجت لمزاعم لم تكن لتتجاوز مكاتب الجهات التنظيمية لمعايير الإعلان الحديثة، مثل أنها “قوية مثل الفولاذ، ودقيقة مثل شبكة العنكبوت”. ومن الواضح أن البوليمرات الاصطناعية ــ أو البلاستيك، كما أصبح عامة الناس يعرفونها ــ كانت المادة اللازمة لعالم حديث.
ولكن البدايات الساحرة لهذه المادة العجيبة ظاهرياً سرعان ما طغى عليها الظل القاتم الذي ألقته ثلاثينيات القرن العشرين على العالم. فقد أدت المآسي العالمية التي شهدتها الحرب العالمية الثانية الوشيكة إلى تحويل اهتمام الناس بالبوليمرات بعيداً عن المنافع الاجتماعية ونحو الأهداف العسكرية. ولا شك أن هذا كان ليسبب لشتاودينغر ألماً عظيماً، ولم تغب آراؤه حول العلم والحرب عن أعين النظام النازي الذي استولى على السلطة في وطنه آنذاك. وطوال ثلاثينيات القرن العشرين ظل شتاودينغر تحت المراقبة المشددة، فتم منعه من مغادرة البلاد، بل وحتى استجوابه من قِبَل الجستابو في عام 1934. ولكن من المؤكد أنه كان محظوظاً بشكل لا يصدق لأن آرائه السلمية لم تسفر عن نتائج أسوأ كثيراً بالنسبة له، كما حدث مع عدد لا يحصى من الآخرين ــ فقد سُمح له بالاحتفاظ بمنصبه في جامعة فرايبورغ، بل وأسس أول معهد أبحاث في أوروبا مخصص بالكامل لأبحاث البوليمرات في فرايبورغ في عام 1940.