الكيميائيّ الّذي صمّم دورق التجارب

تُعدّ القنينة مخروطيّة الشكل ذات القاع المسطّح والعنق الضيق أحد الرموز الأكثر ارتباطًا بعالم الكيمياء. يَعرف هذه القنينة، المسمَّاة بدورق إيرل نيماير، كلّ من مارس التجارب في مختبرات الكيمياء. على الرغم من أنّ إميل إيرل نيماير، عالِم الكيمياء الّذي اخترع هذه القنينة، كان شخصيّة بارزة في مجال علوم الكيمياء في القرن التاسع عشر، إلّا أنّ كيميائيّين ذوي خبرة وتجربة لا يعرفون ولا يتذكّرون ما ساهم به هذا العالِم في مجال العلوم الكيميائيّة. لعلّ ذكرى ميلاده المائتين تكون بمثابة فرصة مناسبة لتمجيد ذكراه. 

الطب، الصيدلة والكيمياء

وُلدَ ريكارد أوغوست كارل إميل إيرل نيماير (Erlenmeyer) في الثامن والعشرين من يونيو / حزيران سنة 1825 في قرية ويهن، التابعة اليوم لِبلدة تاونوس شتاين المجاورة لِفيسبادن في ألمانيا. كان أبوه كاهنًا بروتستانتيًّا وأمه بنتٌ لِرجل أعمال ناجح. فضّل إيرل نيماير أن يتعلّم الطب في جامعة غيسن، مع أنّ أبويه  أرادا أن يكون كاهنًا. استمع، ضمن تعليمه، إلى محاضرات من الكيميائيّ المعروف يوستوس فون ليبيغ (von Liebig) فحفّزته هذه المحاضرات ودفعته إلى إعادة قولبة مسار تعليمه والتوجّه نحو تعلّم الكيمياء. 

خاف والداه على مصدر رزقه ومعيشته وألحّا عليه الدمج ما بين الطب والكيمياء، فَتعلّم الصيدلة. فتح، مع نهاية تعليمه وحصوله على اللقب، صيدليّة في بلدة كاتسنإيلنبوغن الصغيرة، وأغلقها بعد سنة واحدة وأنشأ صيدليّة في فيسبادن. شعر إيرل نيماير بالملل من عمله في الصيدليّة واشتاق كثيرًا لعالم الدراسات والأبحاث. أكمل تعليمه، جنبًا إلى جنب مع عمله في الصيدليّة، وحصل على شهادة الدكتوراة في الكيمياء من جامعة غيسن سنة 1850. أغلق الصيدليّة بعد خمس سنوات وانتقل إلى هايدلبرغ وحاول الاندماج في الأكاديمية أو في الصناعة الكيميائيّة. 

عمل إيرل نيماير في هايدلبرغ في مختبر روبرت بنسن (Bunsen)، المعروف لطلّاب الكيمياء بفضل موقد المختبر الّذي طوّره. تمحورت دراسته حول تطوير الأسمدة الصناعيّة الّتي تعتمد على الفوسفور. تمّ اعتماد إيرل نيماير سنة 1857 أستاذًا مشاركًا خاصًّا (بريفت- دوتسنت)، وهي رتبة تتيح له التدريس في الجامعة. استغلّ إيرل نيماير هذه الفترة الزمنيّة وتجوّل في أوروبا وقابل خلال تجواله علماء رياديّين في بريطانيا وفرنسا. 

الزجاجة المثاليّة

عمل إيرل نيماير في سنواته الأولى باحثًا مستقلًّا في مختبر خاصّ أنشأه في منزل مأجور، ودرّس أيضًا في مختبر آخر شبيه بمختبره، أنشأه زميله وصديقه كيكوليه (Kekulé). نشر إيرل نيماير، كونه باحثًا مستقلًّا، تطويره طريقةً لإنتاج كلوريد الحديديك (FeCl3)، وهي مادّة ذات أهميّة في إنتاج صبغة “الأزرق البروسيّ” (Prussian Blue)، المكوِّن المهمّ في ألوان أخرى وفي الحبر، في منظّفات الغسيل وفي المزيد من المنتجات، وعمل أيضًا مستشارًا للعمليّات الكيميائيّة في مصنع تابع لأحد أصدقائه جرت فيه محاولة إنتاج كميّات صناعيّة من الصبغة، كما قدّم مشورته لاحقًا لشركات أخرى في الصناعة الكيميائيّة. أشار عليه صديق آخر باختيار التوجّه الأكاديميّ وعدم الانخراط شخصيًّا في أعمال الصناعة الكيميائيّة، فاستجاب لمشورته بعد أن كان قد عقد النيّة على الانشغال فيها. 

تمحورت أبحاثه الأخرى في تلك الفترة حول ما تحويه ألواح القصدير والحديد من الفوسفور، وذلك بهدف تطوير طريقة لإعادة تدوير الفلزّات، وحول عمليّات تفكيك الزلاليّات (البروتينات)، وطرق إنتاج جزيئات الطرطرات- موادّ تستخدم كثيرًا في صناعة الغذاء والأدوية- بدرجة نقاوة عالية للصيدليّات. نشر إيرل نيماير دراسات في علم المعادن وطوّر أدوات مخبريّة جديدة. اخترع حامل أنابيب الاختبار رائج الاستخدام، وعرض دورق المختبر الّذي سُمّي لاحقًا باسمه. 

دورق الإيرل نيماير له حسنات كثيرة. يتيح عنقه الرفيع إغلاقه بغطاء زجاجيّ أو سدّه بإحكام بسدّادة من الفلّين، أو بسدّادة يمرّ منها أنبوب يهدف لدفق مادّة ما من خلاله، أو لتجميع الموادّ الناتجة من التفاعلات. يتيح هيكل الدورق مخروطيّ الشكل خلط الموادّ داخله بسهولة دون أن تنسكب منه أو تتناثر إلى الخارج، ويتيح قاعُه المسطّح وضعه ثابتًا وبسهولة على أيّ مسطّح عمل، دون الحاجة إلى حامل مناسب، كما يتيح تسخين الموادّ الّتي فيه بسهولة. لقد أصبح تصميمه مميّزًا، وهو أحد الرموز الأكثر شهرة في المختبرات الكيميائيّة، حتّى في الثقافة الشعبيّة. 

طوّر إيرل نيماير أيضًا “بطانة الإسبستوس” الّتي ما زالت تستخدم في المختبرات، وهي عبارة عن شبكة من طبقات مصنوعة من الإسبستوس توضع فوق الموقد في المختبر، ويوضع عليها الوعاء الزجاجيّ وفيه المادّة المراد تسخينها. يضمن الإسبستوس انتشار الحرارة بشكل متجانس وتجنّب انفجار الوعاء الزجاجيّ نتيجة تركيز حرارة شعلة الموقد على موقع واحد- وهي ظاهرة كانت منتشرة قبل تطوير الزجاج المقاوم لدرجات الحرارة العالية. 

من التطبيق إلى النظريّة

نشأ إيرل نيماير وترعرع في منتصف القرن التاسع عشر، الفترة الّتي حصل فيها انقلاب في الكيمياء، خاصّةً في فرنسا وبريطانيا، الدولتان الرائدتان في هذا المجال. طرح باحثو الجيل الشاب طرق البحث والعمل التقليديّة، والّتي أكل عليها الدهر وشرب، جانبًا وفضّلوا المفهوم الشموليّ الّذي يجب وفقًا له معرفة خواصّ الموادّ الّتي تشارك في التفاعلات الكيميائيّة جيّدًا كي يتسنّى فهم تلك العمليّات والتفاعلات، وألّا يقتصر الأمر على التجربة والخطأ. شمل هذا الانقلاب أيضًا توحيد طرق الكتابة والرموز المتّبعة في الكيمياء، والمقاييس والأوزان الّتي يستخدمها الباحثون في هذا المجال. 

تمخّض مجالان جديدان عن هذا الانقلاب، أو أنّهما وُلدا، على الأقلّ، جنبًا إلى جنب مع هذا الانقلاب. أحد هذين المجالَين هو الكيمياء العضويّة الّتي تتوسّطها كيمياء مركّبات الكربون. تحوّلت الدراسات والأبحاث الّتي أجريت على هذه الموادّ إلى فرع منفصل من المعرفة في إطار موضوع الكيمياء، بعد أن اتّضحت أهميّتها البالغة في الصناعة والطبّ والزراعة وفي مجالات أخرى. أمّا المجال الثاني فهو الكيمياء النظريّة الّتي لا تعتمد بالضرورة على التجارب في المختبر، وتتركّز في فهم العمليّات الكيميائيّة والتنبُّؤ بحدوثها وتطويرها وتخطيطها اعتمادًا على معرفة خواصّ الموادّ معرفة عميقة. 

توسّط إيرل نيماير بؤرة هذه العاصفة الانقلابيّة. صحيح أنّه نشأ على ركاب الباحثين من العهد القديم، إلّا    أنّه سرعان ما أصبح واحدًا من رياديّي التغيير، جنبًا إلى جنب مع علماء آخرين مثل كيكولي والروسيّ ألكسندر بوتليروف (Butlerov)، أحد روادّ المباني الكيميائيّة للجزيئات. 

انشغل  إيرل نيماير أيضًا في الكيمياء النظريّة، وفي محاولات فكّ شيفرة العمليّات. كان هو أوّل من طرح الفكرة الانقلابيّة بأنّه يمكن أن ترتبط ذرّات الكربون فيما بينها برابطة ثنائيّة أو حتّى ثلاثيّة، ولا يقتصر الارتباط بينها على الرابطة الأحاديّة، وأنّ تلك الرابطات، الثنائيّة والثلاثيّة، أقوى من الرابطة العاديّة وتحتاج لكميّة أكبر من الطاقة لفكّها. اقترح بوتليروف، من جانبه، أوّل وصف تخطيطيّ لمثل هذه الرابطات، وذلك من خلال تسجيلاته الّتي وصف فيها مباني الجزيئات. 

نحن نعرف اليوم أنّ الذرّات تتشارك فيما بينها بزوج واحد من الإلكترونات عند تكوّن الرابطة الأحاديّة،وبزوجين من الإلكترونات عند تكوّن الرابطة الثنائيّة، وثلاثة أزواج من الإلكترونات عند تكوّن الرابطة الثلاثية. لم يكن الإلكترون قد اكتُشف بعد، إذ تمّ اكتشافه سنة 1897، وتمّ فكّ شيفرة مبنى الذرّة بعد مرور عشرين عامًا على اكتشاف الإلكترون. تبرز عظمة إنجازات إيرل نيماير الفكريّة من خلال ما توصّل إليه من المفاهيم دون أن يعرف شيئًا عن مبنى الذرّة- حتّى أنّ وجود الذرّات بحدّ ذاته كان لا يزال موضع جدل في ذلك الحين. 

دفعت علاقة إيرل نيماير الوطيدة ببوتليروف كثيرًا من الطلاب الجامعيّين الروس للتعلّم عنده. نشأ بعض هؤلاء وترعرعوا لاحقًا وأصبحوا شخصيّات مرموقة في الكيمياء العضويّة مثل فلاديمير ماركوفنيكوف (Markovnikov) وألكسندر بورودِن (Borodin) الّذي اشتهر موسيقارًا إلى جانب شهرته ككيميائيّ. 

قوانين الكحول

نال إيرل نيماير مراده أخيرًا في المؤسّسة الأكاديميّة، إذ عُيّنَ أستاذًا في جامعة هايدلبرغ، وذلك سنة  1863،عند بلوغه الثامنة والثلاثين من عمره، فقد أصبح باحثًا مشهورًا بجدارة. تمّت ترقيته بعد خمس سنوات لرتبة أستاذ كبير ومدير المختبرات في معهد ميونيخ التكنولوجيّ. 

تناولت دراساته وأبحاثه الأكاديميّة الكيمياء النظريّة بشكل خاصّ. ومن أبرز اكتشافاته المهمّة فكّ شفرة مبنى جزيء النفتالين، الّذي استُخدم مبيدًا مهمًّا ورائجًا لسنين عديدة، واستُخدِم أيضًا في مجالات أخرى. اكتشف إيرل نيماير أنّ جزيء النفتالين يتكوّن من حلقتين متلاصقتين من ذرّات الكربون، وقد جاء اكتشافه هذا بعد وقت قصير من اكتشاف زميله كيكولي المبنى الخاصّ بالحلقة البِنزينيّة، المكوّنة من ستّ ذرّات كربون- وهو أحد المباني المهمّة في الكيمياء العضويّة. 

تناولت غالبيّة دراساته وأبحاثه كيمياء الكحول النظريّة . الإيثانول على سبيل المثال (CH3CH2OH) هو الكحول الّذي يدخل في المشروبات الروحيّة المُسكِرة، والكحول عامّةً هي مجموعة من المركّبات العضويّة التي تحوي جزيئاتها ذرّة أوكسجين مربوطة بذرّة هيدروجين (OH)- والمسمّاة مجموعة كحوليّة أو هيدروكسيليّة. يُستخدم الكحول كثيرًا جدًّا، وقد اكتشف إيرل نيماير إحدى الظواهر المهمّة في كيمياء الكحول: تميل الإينولات- والّتي تكون فيها المجموعة الهيدروكسيليّة (الكحوليّة) مربوطة بذرّة كربون مرتبطة بذرة كربون أخرى برابطة ثنائيّة، للتحوّل إلى كيتونات- وهي جزيئات تنفصل فيها ذرّة أوكسجين المجموعة الهيدروكسيليّة عن ذرّة الهيدروجين مُكوّنة رابطة ثنائيّة مع ذرّة الكربون.

تتواجد الصورتان، لتوخّي الدقّة، في حالة اتّزان كيميائيّ، أي إنّ الإينولات تتحول إلى كيتونات أو إلى مركّبات شبيهة بالكيتونات تُدعى ألدهيدات، وتتحوّل الكيتونات إلى إينولات. يبقى التركيب الكيميائيّ للجزيء (الصيغة الجزيئيّة) على ما هو عليه خلال هذه العمليّة، إلّا أنَّ مادّةً جديدة تنتج عقب تغيّر الأربطة في الجزيء وتغيّر هيكله. تسمَّى المركّبات الّتي تتشابه جزيئاتها بتركيبها الكيميائيّ (صيغتها الجزيئيّة) وتختلف بمبناها وخواصّها المتزامرات (الإيزوميرات). عندما يكون الفرق بين جزيئين متزامرَيْن هو في موضع ذرّة هيدروجين واحدة فقط، كما هو الحال في الحالة الّتي وصفت، يسمَّى المتزامران بالتاوتوميرَين. تسمَّى هذه الظاهرة الّتي اكتشفها إيرل نيماير بتاوتوميريّة (صِنْو) كيتو- إينول، ويعرفها كيميائيّون كثيرون باسم “قاعدة إيرل نيماير”.  

عمل إيرل نيماير، إلى جانب عمله في الكيمياء النظريّة، أيضًا في مجال الكيمياء التطبيقيّة. فقد طوّر طرقًا لإنتاج موادّ كثيرة، منها حمض الجليكوليك، وحمض البيروفيك والكاربوكستريل. كما ابتكر طريقة لفهم عمليّات تحليل الزلال (البروتين) عن طريق تحديد النسبة بين كميّة الحمض الأمينيّ ليوسين وبين كميّة الحمض الأمينيّ تيروسين، وهما حمضان من الأحماض الأمينيّة الّتي تتكوّن منها الزلاليّات (البروتينات). أصبح إيرل نيماير، بفضل هذه الإنجازات، إحدى الشخصيات المهمّة والبارزة في الكيمياء العضويّة في أواسط القرن التاسع عشر. 

للأجيال القادمة

أخذت حالة إيرل نيماير الصحيّة تتراجع شيئًا فشيئًا ما اضطرّه، إلى جانب عوامل أخرى، إلى اعتزال التعليم الأكاديميّ في سنة 1883 وتقليص عمله. تمّ، على الرغم من ذلك، اختياره رئيسًا للشركة الألمانيّة للكيمياء بعد مرور عام واحد، تقديرًا لمكانته المرموقة في هذا المجال. واصل، بعد انتهاء مدّة ولايته هذه، عمله المقلّص، وعمل، من ضمن مهام أخرى، مستشارًا في مختبرات أكاديميّة أو تجاريّة. نقل مكان سكناه إلى فرانكفورت ثمّ انتقل إلى أشافنبورغ المجاورة سنة 1893، حيث عمل في الأبحاث المستقلّة تحت رعاية عالِم النباتات هيرمان دينغلر (Dingler)، زوج ابنته ماريا. الفيزيائيّ هوغو دينغلر هو حفيد هيرمان، وقد كان فيزيائيًّا وفيلسوفًا معاديًا للساميّة وأصبح عضوًا في الإس إس وفي غيرها من المنظّمات النازيّة. 

كانت لإيرل نيماير وزوجته أوغوستا بنت أخرى، اسمها باولا، وابن اسمه إميل، مثل اسم والده. عمل إميل الابن هو الآخر في الكيمياء، وطوّر طريقة لإنتاج الأحماض الأمينيّة سمّيت “تفاعل (تركيب) إيرل نيماير”.  وكان حفيده هانز إيرل نيماير كيميائيًّا كذلك. عمل في سويسرا وحاول، بخلاف ابن عمه معادي الساميّة، مساعدة العلماء الّذين فرّوا من ألمانيا خلال الحرب العالميّة الثانية وقبلها. 

توفي إيرل نيماير في أشافنبورغ سنة 1909 عن عمر يناهز 83 عامًا. ترك وراءه تراثًا حافلًا بالكثير من المساهمات الرياديّة في مجالات الكيمياء النظريّة والكيمياء العضويّة- وهي لا تقلّ أهميّة عن الدورق المشهور المسمَّى باسمه.