روز مول و عدد آووگادرو؛ جشن جهانی شیمیدان ها

✍️نویسنده:جمال عبدالله زاده 📚 دانشجوی شیمی محض و عاشق تاریخ شیمی ،محاسبات شیمی و مبانی فکری و انتزاعی علم شیمی✍️

داستان شکل گیری و پیدایش عدد آووگادرو این است که در قرن نوزدهم شیمیدان ها ترمودینامیک آماری را به شدت توسعه دادند.ایده اساسی و مهم نظریه ترمودینامیک آماری در شیمی این بود که به جای مطالعه و بررسی یک مولکول منفرد و یا یک اتم تک و تنها باید در یک چارچوب کلی و نگاه آماری تعداد بسیار زیادی از اتم ها و مولکول ها را به دقت مطالعه کرده و مدل سازی ریاضی را انجام دهیم.ترمودینامیک آماری به زبان ساده به ما می گوید که خواص شیمیایی مواد تنها مربوط به یک مولکول یا یک اتم نمی باشد بلکه هزاران و میلیاردها مولکول و یا اتم در کنارهم خواص ماده را می سازند و شکل می دهند.شیمیدان ها به تدریج یادگرفتند که رفتار مولکول ها را به صورت گروهی و جمعی بررسی کنند و مدل های مولکول منفرد و منزوی را رها کنند.لازمه تحقق این امر شمردن و محاسبه تعداد دقیق مولکول ها و اتم ها در جرم مشخصی از ماده بود.عدد آووگادرو به عقیده من دقیقا مفاهیم انتزاعی و ماهیت آماری و گروهی مولکول ها در شیمی را تداعی می کند.یک راه دیگر برای پی بردن به حقیقت عدد آووگادرو استفاده از روش های کریستالوگرافی اشعه ایکس می باشد.در این روش با محاسبه دقیق فاصله بین اتم ها و همچنین تحلیل شکل کریستالی آنها و ابعاد و فضای مولکول ها نهایتا عدد آووگادرو را به دست می آورند.روش دیگر برای درک مفهوم عدد آووگادرو قوانین الکترولیز فاراده در الکتروشیمی می باشد.در این روش کل بار الکتریکی معادل یک مول الکترون را محاسبه می کنیم و سپس تقسیم بر بار بنیادی الکترون می کنیم و به این ترتیب عدد آووگادرو به دست می آید.چون ثابت فاراده قدیمی تر از عدد آووگادرو می باشد بنابراین می توان از روی مفهوم ثابت فاراده به صورت محاسباتی به مفهوم عدد آووگاورو رسید.اگر دقت کرده باشید عدد آووگادرو در خیلی از متون محاسبات شیمی در کنار ثابت جهانی گازهای آرمانی و ثابت بولتزمان ظاهر می شود.علت این موضوع این است که عدد آووگادرو با بقیه ثابت های بنیادین محاسبات شیمی ارتباط مستقیم و نزدیکی دارد و دروازه ای برای شناخت بقیه ثابت ها نیز می باشد.ویژگی مشترک عدد آووگادرو و ثابت بولتزمان این است که هر دو ماهیت جمعی و آماری دارند و انبوهی از مولکول ها را توصیف می کنند.در حالت کلی همیشه حاصل ضرب ثابت بولتزمن و عدد آووگادرو برابر ثابت جهانی گازهای آرمانی می باشد و رابطه R=KN برقرار می باشد.پس در محاسبات شیمی وجود ثابت بولتزمن سرنخ و رمزی است که به ما می گوید در حال مطالعه و بررسی رفتار گروهی و آماری مولکول ها هستیم و عدد زیبای آووگادرو این جور مواقع نمایان می شود.در سال۱۸۶۵ یوهان جوزف لوشمیت شیمیدان اتریشی با استفاده از نظریه جنبشی مولکولی گازها تعداد ذرات موجود در یک سانتی مترمکعب از یک گاز فرضی را در شرایط استاندارد تخمین زد و عدد 1025×2.6867773 موسوم به ثابت لوشمیت را به دست آورد.روش و دیدگاه یوهان جوزف لوشمیت بر اساس مدل سازی حرکت مولکول ها در فضای سه بعدی یا اصطلاحا three dimensional molecular space بود و مثل خیلی از نظریات پیشرفته ترمودینامیک آماری در آن دوره برای فهم دقیق حرکت مولکول ها از مکعب های کوچک cubic به عنوان مدل شماتیک و انتزاعی استفاده می کرد.در سال ۱۹۰۹ دانشمند فرانسوی جان باپتیست پرین با استفاده از مفهوم حرکت براونیBrownian motion در مولکول ها توانست عدد آووگادرو را اندازه بگیرد و روش جدیدی برای محاسبه عدد آووگادرو پیدا کرد.نظریه حرکت براونی به زبان ساده حرکت کاتوره ای و بی نظم و درهم برهم مولکول ها و اتم ها را توضیح می دهد و حرکت تصادفی و بی نظم مولکول ها را توجیه می کند.پدیده حرکت براونی فقط مختص مولکول های گازی خالص نیست بلکه در در کلویید ها نیز به وفور مشاهده می شود.اگر چه عدد آووگادرو به نام شیمیدان برجسته ایتالیایی آمدئو آووگادرو ثبت شده است ولی خود آقای آووگادرو نقش مستقیمی در کشف این ثابت بنیادین نداشته است.قانون آووگادرو به ما می گوید که در دما و فشار ثابت مول های مولکول های گازی با نماد n با حجم مولکول ها با نمادV متناسب است و تناسب n𝜶V برقرار است ولی به طور واضح و صریح چیزی در مورد تعداد مولکول های موجود در یک مول از ماده را بیان نمی کند و ما را به مفهوم عدد آووگاورو نمی رساند.البته می توان گفت که قانون آووگادرو به قول معروف نقش جرقه ذهنی spark را برای شیمیدان ها بازی کرد و آنها را به فکر واداشت که عمیق تر و ظریف تر به تعداد مولکول ها و طریقه محاسبه آن فکر کنند.هر ساله شیمیدان ها در سراسر جهان و به خصوص در مدارس و دانشگاه های آمریکا در روز ۲۳ اکتبر یا همان روز یک آبان ماه از ساعت ۶:۰۲ صبح تا ساعت۶.۰۲ عصر برای ارج نهادن و یادآوری جایگاه خطیر بنیادین علم شیمی در زندگی و صنعت و جهان هستی مراسم و جشنواره های علمی متنوعی را برگزار می کنند.اما چرا در روز ۲۳ اکتبر برگزار می شود و چرا در این ساعات مشخص برگزار می شود؟ جواب آن ساده است؛ عدد۲۳  و ساعات برگزاری آن و ماه آن همگی از عدد آووگادرو اقتباس شده است. این جشن نمادین ابتدا در بعضی از مدارس آمریکا برگزار می شد ولی بعدها در اقصی نقاط جهان به عنوان یک مناسبت تاریخی و جشن جهانی توسط اساتید، پژوهشگران و دانشجویان شیمی رسمیت یافت.اولین کسی که این مناسب تاریخی را بنا نهاد معلم شیمی آمریکایی آقای موریس اوهلر بود.اگرچه این عدد به نام آمدئو آووگادرو شیمیدان ایتالیایی شده است ولی در حقیقت اولین کسی که به مفهوم و معنای این عدد در علم شیمی پی برد شیمیدان برجسته استانیسلاو کانیزارو بود که پیشنهاد داد این عدد آووگادرو نامیده شود.البته در علم شیمی ثابت دیگری به نام ثابت لوشمیت هم داریم که تقریبا معنا و مفهوم عدد آووگادرو را دارد و از نام یوهان یوزف لوشیمیت شیمیدان اتریشی گرفته شده است؛ همان شیمیدان برجسته ای که اولین بار قطر و ابعاد تقریبی مولکول ها را محاسبه کرد و تاثیر زیادی بر دانشمندان معاصر خود از جمله  دانشمند فرانسوی جان باپتیست پرین و آلبرت اینشتین گذاشت.ولی ثابت لوشمیت رسمیت و اعتبار جهانی مشابه عدد آووگادرو ندارد و تنها در آلمان و بعضی نقاط آلمانی زبان سوئیس و اتریش رسمیت دارد.عدد آووگادرو به معنای ۶.۰۲۲ ضرب در ۱۰ به توان۲۳ عدد ذره موجود در یک مول از یون ها،مولکول ها و یا اتم هاست.به عنوان مثال در هر مول از یک یون کلسیم ۶.۰۲۲ ضرب در ۱۰ به توان ۲۳ یون کلسیم وجود دارد.مهم ترین کاربرد عدد آووگادرو ساده کردن محاسبات شیمی است.عدد آووگادرو در علم شیمی نقش یک سنجه و کفه ثابت در محاسبات را بازی می کند.همچنین دومین دلیل اهمیت عدد آووگادرو ارتباط بین خواص میکروسکوپی و ریز سیستم های شیمیایی در مقیاس اتمی_مولکولی و خواص توده ای و ماکروسکوپی سیستم ها و واکنش ها و فرایندهای شیمیایی می باشد.سومین دلیل اهمیت عدد آووگادرو ایجاد ارتباط معنادار بین تعداد اجزای واکنش دهنده و فراورده در محاسبات استوکیومتری است.به عنوان مثال خیلی راحت با استفاده از عدد آووگادرو می توانیم محاسبه کنیم که ۴.۵ گرم اتانوئیک اسید یا استیک اسید موجود در یک ارلن در آزمایشگاه شیمی آلی دارای چند مولکول استیک اسید می باشد.پس داستان و ماجرای اینکه جامعه شیمی هر ساله روز مول را جشن می گیرد و عدد آووگادرو را نماد و جلوه گاه شیمی می داند مجموعه دلایل تاریخی و علمی فوق می باشد.در ایران یکی از دانشمندان برجسته شیمی که برای اولین بار جشن و مناسبت مول را ارج نهاد شیمیدان تجزیه آقای دکتر رضا سبزی بود که در سال ۱۳۹۵ در دانشکده شیمی ارومیه در جمع دانشجویان شیمی سخنرانی کرد و روز مول را به عنوان عید و جشن شیمیدان ها عنوان کرد؛آن موقع یعنی سال ۱۳۹۵ شمسی آقای دکتر سبزی رئیس دانشکده شیمی ارومیه بود و دانشجویان شرکت کننده اکثرا ورودی های جدید شیمی کاربردی بودند.

✍️✍️دوستان عزیز می توانید ما را در کانال تلگرام اندیشه ورزی و فلسفه شیمی جمال به نشانی t.me/JimiChem دنبال کنید؛ ایستگاه اندیشه ورزی و فلسفه شیمی جمال رسانه ای جالب و جذاب برای علاقه مندان و عاشقان علم شیمی است به ویژه آنان که همواره به معنا و ماهیت و فلسفه شیمی می اندیشند و از آن لذت می برند ✍️✍️جمال عبدالله زاده تاریخ:۱۲ مرداد ۱۴۰۴ خورشیدی