ویلیام رمزی یکی از برندگان جایزهی نوبل شیمی بود که نام خود را با کشف گازهای نجیب یا بیاثر در تاریخ این علم جاودانه کرد.
سر ویلیام رمزی (Sir William Ramsay)، شیمیدان اسکاتلندی برندهی جایزهی نوبل شیمی بود. او در سال ۱۹۰۴ بهخاطر کشف آرگون بهعنوان گازی کامل در هوا، این جایزه را ازآن خود کرد. رمزی پس از کشف آرگون، تحقیقات بیشتری دربارهی گازهای مشابه آن انجام داد و هلیوم، نئون، کریپتون و زنون را نیز کشف کرد. کشفیات او بخش جدیدی به جدول تناوبی عناصر اضافه کرد.
رمزی در جریان کشف گازهای بیاثر، در ایزولهکردن آنها نیز موفق بود. او اولین لامپ نئونی جهان را نیز درخلال آزمایش کشف یکی از گازها و پس از فعالسازی جریان برق به آن ساخت.
تولد و تحصیل
ویلیام رمزی در ۲اکتبر۱۸۵۲ در گلاسکو اسکاتلند متولد شد. پدر او، ویلیام سی. رمزی، مهندس عمران بود. مادرش نیز کاترین رابرتسون نام داشت. پدرومادر ویلیام در زمان تولدش حدودا چهلساله بودند و او، فرزند آخر خانواده بود.
خانوادهی رمزی سابقهی پرباری در علم و دانش داشتند. خانوادهی پدری او، از هفت نسل قبل در صنعت رنگ مشغول بودند. پدربزرگ ویلیام انجمن شیمی گلاسکو را در اسکاتلند تأسیس کرد و عمویش، سر اندرو رمزی، یکی از زمینشناسان مشهور تاریخ بود. خانوادهی مادری ویلیام نسلدرنسل پزشک بودند.
ویلیام در پنجسالگی برای تحصیلات ابتدایی به مدرسهی Mr. Stark در نزدیکی محل زندگی خود رفت. او دوران کودکی معمولی داشت و مانند دیگر همسالانش از اسباببازیهای مختلف لذت میبرد. البته، موسیقی و کتاب خواندن عادتهایی بودند که ویلیام را از دیگران مجزا میکردند. کتابهای دلخواه ویلیام در کودکی، نوشتههای هانس کریستن اندرسن و آر. ام بالنتین بود.
ویلیام عاشق حیوانات بود و سگهای خانواده را ماهرانه آموزش میداد. پس از مدتی، اطرافیان متوجه شدند او علایق خاصی دارد و خود را تاحدودی از جامعهی اطراف و مدرسه مجزا میکند. درواقع، ویلیام در مدرسه دقت لازم را در کلاسها نداشت. یکی از نکات درخورتوجه کودکی او، خواندن انجیل به زبانهای دیگر، همچون فرانسوی و آلمانی بود که در روزهای مراسم کلیسا، این زبانها را تمرین می کرد.
در سال ۱۸۶۳ و دَهسالگی، رمزی به آکادمی گلاسکو رفت؛ درحالیکه دو سال از تمامی همکلاسیهای خود کوچکتر بود. برنامهی کلاسی آنها سنگین و با تمرکز بر علوم کلاسیک و همچنین زبان لاتین بود. رمزی در دوران تحصیل در این مدرسه، بهصورت خودآموز شیمی را آموخت و توانست لوازم آتشبازی بسازد.
پس از پایان تحصیلات در دورهی دبیرستان، نوبت به ادامهی تحصیل در دانشگاه گلاسکو رسید. در سال ۱۸۶۶ و چهاردهسالگی، ویلیام وارد دانشگاه شد. برنامهی درسی او در دانشگاه زبانهای لاتین و یونانی و منطق و ریاضیات را شامل میشد. در زمانهای فراغت، او بههمراه دوست همیشگیاش، هنری فایف، آزمایشهای شیمیایی انجام میداد. فایف دانشجوی شیمی بود.
از سال ۱۸۶۹ و در کتابخانهی دانشگاه گلاسکو، مطالعات جدی ویلیام رمزی دربارهی علم شیمی شروع شد. در دوران تعطیلات دانشگاه، او به این مطالعات جدی مشغول بود و سال بعد، شیمی را نیز به دروس اصلیاش اضافه کرد. در دانشگاه گلاسکو، لرد کلوین، فیزیکدان بزرگ، فیزیک را تدریس میکرد و رمزی یکی از شاگردان کلوین بود. در آن زمان، فیزیک بهنام علوم طبیعی شناخته میشد.
در سال ۱۸۶۹، رمزی تحصیلات مقطع کارشناسی را بهپایان رساند. دو سال پس از فارغالتحصیلی، او نزد ویلیام اندرسن شیمی تجربی را مطالعه کرد. رمزی برای ادامهی مطالعات و تحصیل به دانشگاه توبینگن رفت تا زیرنظر ویلهلم فتیگ، شیمیدان بزرگ آن زمان آموزش ببیند. در آگوست۱۸۷۲ و نوزدهسالگی، ویلیام رمزی مدرک دکتریاش را دریافت کرد.
پس از اخذ مدرک دکتری، ویلیام به گلاسکو بازگشت و بهعنوان دستیار اندرسن در کالج اندرسن مشغول بهکار شد. پس از مدتی، وی بهعنوان استاد شیمی در دانشگاه بریستول استخدام شد. در سال ۱۸۷۹، ویلیام رمزی زمینههای تحقیقاتیاش را به شیمیفیزیک تغییر داد. او قصد داشت حجم مولکولی عناصر را باتوجهبه نقطهی جوششان اندازهگیری کند.
این شیمیدان اسکاتلندی در آن سالها تحقیقاتش را روی ترکیبات شیمیایی پیچیدهی استخراجشده از گیاهان (آلکالوئیدها) معطوف کرد. رمزی در تحقیقات خود، عملکرد فیزیولوژیکی مواد را بررسی میکرد و توانست ارتباط زیرساختی آنها را با پیریدین از ترکیبات شامل نیتروژن و بسیار شبیه به بنزن کشف کند.
رمزی در ادامهی تحقیقاتش با سیدنی یانگ، شیمیدان بریتانیایی همکاری کرد. این دو مشترکا حدود سی مقاله دربارهی خصوصیات فیزیکی مایعات و گازها منتشر کردند. تحقیقات این دوران، مهارتهای رمزی را برای سالهای بعد و کشف گازهای بیاثر شکل داد.
شروع فعالیت کاری و کشف آرگون
در سال ۱۸۸۷ و ۳۵سالگی، ویلیام رمزی عضو هیئتعلمی شیمی در دانشگاه UCL شد و در آنجا، تحقیقاتش را دربارهی گاز نیتروژن ادامه داد. مطالعات بسیار گستردهی او دربارهی این گاز و انواع اکسید نیترروژن، مقالههای متعددی را نتیجه داد. مهارتهای رمزی برای تحقیقات آتی دربارهی گازها، در حین همین تحقیقات نیتروژن کسب شدند.
یکی از اقدامات مهم رمزی در دوران مدیریت دانشگاه UCL، اعطای مجوز تحصیل همزمان زنان درکنار مردان بود. او این سیاست را در بدو ورود خود اجرا کرد. پیشازآن، کلاسهای دخترانه و پسرانهای این دانشگاه جدا بودند.
شرکت در جلسهی آموزشی جان ویلیام استرات مشهور به لرد رایلی، یکی از فیزیکدانان بزرگ آن سالها، بر زندگی ویلیام رمزی تأثیر گذاشت. در سال ۱۸۹۴، رمزی در کلاس لرد رایلی بزرگ حاضر شد. رایلی مسئلهای را برای مخاطبان جلسهی خود شرح داد. او به این نتیجه رسیده بود که نیتروژن موجود در هوا، ۰.۵درصد از نیتروژن استخراجشده از ترکیبات نیتروژن چگالتر است. رمزی پس از کلاس از رایلی اجازه گرفت روی این موضوع تحقیق کند. با توافق رایلی، ارتباط نزدیک این دو دانشمند شروع شد.
رمزی در تحقیقات خود در آگوست۱۸۹۴، ترکیبات شناختهشده را از نمونهای از هوا حذف کرد. این ترکیبات اکسیژن و دیاکسیدکربن و نیتروژن را شامل میشدند. پسازآن، رمزی نتیجه گرفت گاز دیگری با نسبت حجمی ۱/۱۸ در هوا باقی مانده است. او با استفاده از روش طیفنگاری، سعی کرد گاز جدید را کشف کند. ویلیام متوجه شد طیف این گاز، با هیچ گاز شناختهشدهای همخوانی ندارد.
در سال ۱۸۹۵، رایلی و رمزی مقالهای مشترک منتشر کردند. آنها در مقالهی خود از این کشف جدید صحبت کردند و این گاز را با استفاده از کلمهی یونانی Argos بهمعنای تنبل یا غیرفعال، آرگون نام نهادند. دلیل انتخاب نام نیز آن بود که رمزی متوجه شد گاز جدید با هیچ عنصری ترکیب و واکنش نشان نمیدهد.
پس از انتشار مقالهی مشترک رمزی و رایلی، بسیاری از دانشمندان آن زمان از آنها انتقاد کردند. یکی از بزرگترین منتقدان، دیمیتری مندلیف، مؤلف جدول تناوبی بود که اعتقاد داشت آرگون، نیتروژنی سهاتمی با فرمول شیمیایی N3 است. درنهایت، آزمایشهای طیفنگاری و اندازهگیریهای گرمایی رمزی نشان داد آرگون از اتمهای تکی تشکیل شده است. جامعهی علمی پس از مشاهدهی یافتههای بعدی رمزی، آرگون را بهعنوان یک عنصر پذیرفتند.
ویلیام رمزی دربارهی آرگون گفته بود:
آرگون را نباید عنصری نایاب درنظر بگیریم. یک سالن بزرگ بهاحتمال زیاد بهقدری آرگون در خود دارد که یک انسان نمیتواند وزن آن را تحمل کند.
کشف هلیوم
در سال ۱۸۶۸، دانشمندی با نام پیر جانسن اولین نشانهها از وجود هلیوم را مشاهده کرد. او از طیفنگار برای مطالعهی برآمدگیهای پرتوی خورشید در خورشیدگرفتگی استفاده میکرد که اولین نشانهها از این گاز را مشاهده کرد. جانسن در طیفنگاری خود متوجه رگههایی زردرنگ شد که شبیه به طیف سدیم بودند. نورمن لاکیر دانشمند بعدی بود که روی این خطوط باریک تحقیق و احتمال وجود عنصر جدید را تقویت کرد. در سالهای بعدی، وجود گاز هلیوم تأیید و نام آن نیز از کلمهی یونانی هلیوس بهمعنای خدای خورشید اقتباس شد. البته دانشمندان تا سالها توافقی بر سر وضعیت شیمیایی و فیزیکی این کشف جدید نداشتند.
رمزی در سال ۱۸۹۵ و پس از کشف آرگون بههمراه رایلی، مقالهای از ویلیام هیلبرند را مطالعه کرد. ویلیام در این مقاله توضیح داده بود چگونه با اضافهکردن اسید به سنگ معدنی اورانیوم، گاز غیرفعال را آزاد کرد. البته او اعتقاد داشت این گاز، نیتروژن است. رمزی شک داشت گاز متصاعدشده آرگون باشد؛ بههمیندلیل، دربارهی این گاز جدید تحقیق کرد.
آزمایش اضافهکردن اسید به اورانیوم را ویلیام رمزی نیز تکرار و اینبار او گاز را جمعآوری کرد. طیفنگاریهای این دانشمند نشان داد گاز ایجادشده، نه نیتروژن و نه آرگون است. طیفهای گاز جدید هیچ شباهتی به موادمعدنی نداشت. خطوط موجود در طیف گاز جدید، با خطوط مشاهدهشده در طیف خورشید مشابه بودند. این یافتهها احتمال هلیومبودن گاز جدید را افزایش داد.
رمزی برای ادامهی تحقیقات خود با لاکیر تماس گرفت و از او دربارهی تکرار آزمایش درخواست کرد. لاکیر درخواست را پذیرفت و آزمایش را شبیه به روش رمزی تکرار کرد. نتایج او نیز با نتایج رمزی برابر بودند. درنهایت، میتوان جانسن و لاکیر را کاشفان هلیوم دانست؛ اما هیچکدام از آنها این گاز را بهعنوان عنصر جدید اثبات نکردند. تحقیقات رمزی عنصربودن هلیوم را تأیید و نمونههایی از آن را نیز به جامعهی علمی ارائه کرد.
پیشبینی گروه گازهای بیاثر
تحقیقات رمزی روی گازها و کشف چند عنصر جدید برای جدول تناوبی، او را بهسمت تخمین گروهی جدید در جدول کشاند. در سال ۱۸۹۶، ویلیام رمزی پیشبینی کرد گروهی جدید با نام گازهای اتمسفر باید در جدول تناوبی عناصر وجود داشته باشد. او به گروه هالوژن متشکل از عناصری همچون فلورین و کلورین و برومین اشاره کرد و گروه جدید را در سمت راست آنها و متشکل از هیلوم و آرگون و گازهای کشفنشدهی دیگر پیشنهاد داد.
نکتهی درخورتوجه آن است که در سالهای تحقیقات رمزی، اطلاعات کمی دربارهی عناصر وجود داشت. درواقع، بسیاری از دانشمندان حتی به وجود اتمها نیزشک کردند. تحقیقات رمزی در جدول تناوبی، براساس وزن اتمی عناصر انجام میشد و ازنظر برخی، اعتبار لازم را نداشت. دلیل اصلی این نداشتن اعتبار را نیز دو دهه بعد هنری موزلی با کشف اعداد اتمی بهعنوان اساس جدول اثبات کرد.
بههرحال پیشبینیهای رمزی با وجود مشکلاتی که جامعهی علمی ایجاد کردند، درنهایت اثبات شد. تعدادی از گازهای موردبحث این دانشمند را نیز در سالهای بعد خودش کشف کرد.
کشف نئون و اولین لامپ نئونی تاریخ
رمزی پس از کشف هلیوم و آرگون و جانمایی آنها در جدول تناوبی، بهدنبال عنصری برای پرکردن فضای خالی میان این دو بود. او در سال ۱۸۹۶ یکی از دانشجویان بااستعداد UCL بهنام موریس تراورس را به ادامهی تحصیل و کار در دانشگاه تشویق کرد. تراورس از سال ۱۸۹۴ دستیار رمزی بود و قصد داشت بهمدت دو سال به آلمان برود. درنهایت، او نتوانست دربرابر درخواست استادش مقاومت کند. درواقع، رمزی بزرگترین رؤیای شیمیدانان، یعنی کشف عنصر جدید را در ذهن شاگردش کاشته بود.
تصمیم رمزی برای کشف عناصر جدید و خصوصا گازهای نجیب جدی بود. او در سال ۱۸۹۷ برای انجمن علوم مدرن بریتانیا در تورنتو کانادا سخنرانی و تصمیم خود برای کشف عنصر جدید را بهصورت رسمی اعلام کرد.
کاشف گازهای بیاثر برای پیداکردن عنصر جدیدش، مسیر کشف هلیوم را تکرار کرد. او دربارهی مواد معدنی در پی یافتن گازی جدید تحقیق و بررسی کرد. رمزی حتی نمونههایی از شهابسنگها را نیز برای بررسی استخراج گاز جدید تهیه کرد؛ اما درنهایت، به نتیجهای نیرسید.
در سال ۱۸۹۸، تغییر اساسی در روند مطالعاتی رمزی ایجاد شد. او محاسبهای دربارهی شتاب فرار اتمها از جوّ انجام داد و به این نتیجه رسید که گاز مدنظرش را جاذبهی زمین نگه داشته و برخلاف هلیوم، از جوّ خارج نمیشود. رمزی تصور کرد در زمان کشف آرگون، گاز نجیب دیگر با غلظت پایینتر را ازدست داده است.
رمزی و تراورس درادامهی تحقیقات خود، نمونههایی از آرگون را منجمد کردند و فشار روی آن را کاهش دادند. آنها درادامه امکان تبخیر آهسته را برای این نمونهی آزمایشگاهی فراهم کردند. پسازآن، اولین گاز تبخیرشده جمعآوری شد. مرحلهی بعدی، ثبت گزارش طیف گاز جدید بود تا تفاوت احتمالی آن با آرگون مشخص شود. رمزی برای آزمایش شرایط جدید، ولتاژ زیادی به گاز استخراجشده وارد کرد. درنتیجهی این ولتاژ اتفاقی افتاد که او و دستیارش را شوکه کرد.
تراورس دربارهی یافتههای آزمایش گاز جدید نوشت:
نور شدیدی که از لولهی آزمایش متصاعد شد، داستان اصلی کشف جدید بود. اتفاقی بود که هیچگاه فراموش نکردیم. برای یک لحظه، طیف گاز هیچ اهمیتی نداشت؛ چون هیچ مادهای در جهان، نوری را ایجاد نمیکرد که برای یک لحظه تجربه کردیم.
آزمایش رمزی و تراورس بهصورت اتفاقی اولین لامپ نئونی تاریخ را ایجاد کرده بود. بهعلاوه، آنها بالاخره گاز بیاثر بعدی را کشف کردند و نام آن را از روی کلمهی یونانی نئون بهمعنای «جدید» گذاشتند.
کشف کریپتون و زنون
رمزی و تراورس بهنوعی کریپتون را پیش از نئون کشف کردند. آنها در جریان تحقیقات برای کشف نئون، حدود یک لیتر هوای مایع را تبخیر کردند تا درنهایت، ۱۰۰ میلیلیتر از آن باقی ماند. رمزی در تحقیقات بهدنبال گازی سبکتر از آرگون بود که درنهایت به کشف نئون انجامید. باوجوداین، ایدهای جدید در جریان تحقیقات پیش آمد که شاید گازی بیاثر و سنگینتر در این ترکیب وجود داشته باشد.
گاز سنگینتر احتمالی، باید در ۱۰۰ میلیلیتر از مایع باقیمانده مشاهده میشد. تراورس بقیهی مایع را بخار کرد تا درنهایت، به مقدار ۱۰ میلیلیتر رسیدند. اکسیژن و نیتروژن از مایع باقیمانده حذف شدند و درنهایت، نمونهای از این گاز به طیفنگار وارد شد و در ۳۱می۱۸۹۸، در طیف ایجادشده نشانههایی از آرگون و دو خط روشن جدید، یکی زرد و دیگری سبز دیده شد.
رمزی و تراورس پس از تکرار و بهینهسازی آزمایشها، به این نتیجه رسیدند که گاز نجیب جدیدی کشف شده است. گاز کشفشده سنگینتر از آرگون بود و از کلمهی Kryptos یونانی بهمعنای «مخفی»، برای نامگذاری آن (کریپتون) استفاده شد.
در جولای۱۸۹۸ و پس از فشردهسازی بیشتر هوا، تراورس نمونهای از گاز را استخراج کرد که در لولهی آزمایش تخلیهی الکتریکی نور آبی داشت. طیف گاز جدید و آزمایشهای بعدی نشان داد سنگینترین گازِ بیاثر است. رمزی این گاز را از روی کلمهی یونانی زنون بهمعنای «سنگینترین» نامگذاری کرد.
ویلیام رمزی علاوهبر تحقیقات دربارهی گازهای نجیب، با امیلی استون، شیمیدان بریتانیایی دیگر نیز در حوزهی تحلیل مواد معدنی و محاسبهی وزن اتمی عناصر همکاری میکرد. نتایج تحقیقات آنها در مقالههای متعدد دربارهی انرژی سطحی مولکولها و ترکیب مایعات منتشر شد.
این دانشمند بزرگ اسکاتلندی در شرکتی صنعتی بهنام Industrial and Engineering Trust سرمایهگذاری کرد. این شرکت ادعا میکرد فناوری استخراج طلا از آب دریا را دارد. آنها شرکت خود را در سال ۱۹۰۵ تأسیس کردند و برای استخراج، زمینی را در ساحل شرقی انگلستان خریدند. درنهایت، البته هیچ محصولی را این شرکت تولید نکرد. رمزی در دورهی کوتاهی در سالهای ۱۹۱۱ و ۱۹۱۲ مدیر انجمن علمی بریتانیا بود.
ویلیام رمزی، کاشف گازهای بیاثر، اولین دانشمندی بود که کتابهای آموزشی شیمی براساس جدول تناوبی عناصر تدوین کرد. کتابهای او با عنوان شیمی غیرآلی و آموزش ابتدایی سیستم شیمی برای مدارس و دانشگاهها در سال ۱۸۹۱ منتشر شدند.
جایزهی نوبل و زندگی شخصی و مرگ
این شیمیدان اسکاتلندی در دوران زندگی خود جوایز متعددی کسب کرد. او در سال ۱۸۸۸ عضو افتخاری انجمن سلطنتی شد و در سال ۱۹۰۲، مقام شوالیه و لقب «سِر» را ازآنِ خود کرد.
ویلیام رمزی در سال ۱۹۰۴ موفق شد جایزهی نوبل شیمی را دریافت کند. او این جایزه را بهخاطر دستاوردهایش در کشف گازهای بیاثر و نیز جانمایی آنها در جدول تناوبی دریافت کرد.
رمزی در سال ۱۸۸۱ و در زمان کار در دانشگاه بریستول با مارگارت بوچانان ازدواج کرد. بوچانان هم اهل گلاسکو بود و حاصل ازدواج او با ویلیام، دختری بهنام الیزابت و پسری بهنام ویلیام جورج بود. خانوادهی رمزی علاقهی زیادی به سفر داشتند و زمانهای زیادی را در اروپا و آمریکای شمالی سپری میکردند. او و همسرش در زمستان۱۹۰۱ به هند سفر کردند تا در پروژهی ساخت مرکزی علمی بهنام Tata به مسئولان آنجا مشاوره دهند.
رمزی عاشق یادگیری زبانهای جدید بود. او مهارت بسیاری در فراگرفتن زبانهای لاتین، یونانی، آلمانی و فرانسوی داشت. بهعلاوه این دانشمند بزرگ در سفر نیز مفاهیم اولیهی زبان کشورها را میآموخت و بهعنوان مثال، زبان هندی را نیز تاحدودی میفهمید.
کاشف گازهای نجیب عادات ورزشکردن منظمی هم داشت. او به ورزشهایی همچون تنیس، پیادهروی، قایقرانی و کوهنوردی علاقه داشت. او در سال ۱۹۱۲ و در شصتسالگی از مقام مدیریت UCL بازنشسته شد و در خانهای بزرگ در پنجاه کیلومتری لندن ساکن شد. نکتهی جالب دربارهی رمزی این است که اصطبلهای خانه را نیز به کتابخانه تبدیل کرده بود.
رمزی در طول زندگی خود چندبار دچار پولیپ بینی شد که با جراحیهای متعدد، تا حدودی آن را درمان کرد. او سرانجام به سرطان بینی مبتلا شد و در ۲۳جولای۱۹۱۶ و ۶۳سالگی از دنیا رفت. جسد او در گورستان Holy Trinity در شهر هیزلمیر دفن شد.
از مکانهایی که به افتخار این دانشمند بزرگ ثبت شدند، میتوان به مدرسهی سِر ویلیام رمزی در شهر هیزلمیر اشاره کرد. بهعلاوه، پلاک یادبودی در پلاک شمارهی ۱۲ منطقهی ناتینگهیل لندن بهنام او نصب شده است.
ارسال مطلب به ایمیل دوستاتون: