من هو جيلبرت إن. لويس

ولد العالم الأمريكي جيلبرت نيوتن لويس، مؤسس الكيمياء الفيزيائية، في مدينة ويموث، ولاية ماساتشوستس، الولايات المتحدة، في 23 أكتوبر 1875، واهتم بدراسة الديناميكا الحرارية الكيميائية، ودرس نموذج الإلكترون الزوجي للرابطة التساهمية، والنظرية الإلكترونية للأحماض والقواعد، وفصل ودراسة الديوتيريوم ومركباته، كما عمل على الفسفرة والحالة الثلاثية، إلى أن توفي في 23 مارس 1946، في مدينة بيركلي، ولاية كاليفورنيا .

من هو جيلبرت إن. لويس

عاش لويس في فترة شبابه في مدينة لينكولن بولاية نبراسكا، وتلقى تعليمه في المنزل من والديه، ثم التحق بالمدرسة التحضيرية لجامعة نبراسكا في لينكولن عندما كان في الثالثة عشرة من عمره، وانتقل في عام 1893 خلال العام الثاني من دراسته إلى جامعة هارفارد، حيث تخرج في عام 1896 بدرجة البكالوريوس في الكيمياء .

عمل لويس معلمًا في أكاديمية فيليبس في مدينة أندوفر بولاية ماساتشوستس لمدة عام ، ثم انتقل لجامعة هارفارد مرة أخرى ليستكمل دراسته وفي عام 1898 حصل على درجة الماجستير ، وفي العام الذي يليه حصل على الدكتوراه في الكيمياء الكهروميكانيكية للزنك والكادميوم تحت إشراف ثيودور ريتشاردز .

عمل لويس كمدرب في جامعة هارفارد لمدة عام، ثم انتقل إلى ألمانيا لإجراء دراساته العليا في مختبرات “Wilhelm Ostwald” و “Walther Nernst”، قبل العودة مجددًا إلى جامعة هارفارد والعمل كمدرس لمدة ثلاث سنوات، ومن ثم انتقل إلى جزر الفلبين وعمل كمراقب للأوزان والمقاييس .

التحق لويس بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في كامبريدج عام 1905م .

في عام 1912، تم تعيين لويس عميدًا دائمًا لكلية الكيمياء ورئيسًا لقسم الكيمياء في جامعة كاليفورنيا بيركلي .

عمل لويس في مجال الكيمياء لمدة لا تقل عن أربعة وثلاثين عاما من عمره. خلال هذه الفترة، أسس قسم الكيمياء في إحدى الولايات الأمريكية الكبرى. على الرغم من تعيينه كعميد للكلية وعدم تدريسه، اشتهر لويس بتعليقاته الذكية ومهارته في الحديث خلال الندوات البحثية للطلاب والمدرسين. كان لويس معروفا أيضا بروحه المرحة. كان يستخدم التورية بشكل ملحوظ في كتابة المراجعات البحثية، حيث كان يختار كلماته بعناية في ذهنه ثم يمليها لمساعديه أثناء سيره في الغرفة ذهابا وإيابا وهو يدخن السيجار. اشتهر بهذه العادة أثناء إقامته في الفلبين .

تزوج لويس من ماريهينكلي شيلدون في عام 1912 وأنجبا ثلاثة أطفال، اثنين من الأولاد وفتاة .

الديناميكا الحرارية الكيميائية

الموضوع الرئيسي لكافة أبحاث لويس هو الديناميكا الحرارية الكيميائية، حيث استمرت النظرية الشاملة للتوازن الكيميائي قبل عشرين عاما منذ تطويرها عالم الفيزياء الأمريكي يوشيا ويلارد جيبس، ولا تزال هناك فجوة كبيرة بين النظرية والتطبيق حتى عام 1899. وأظهرت تلك النظرية أن التوازن الكيميائي يتحدد بواسطة الطاقات الحرة للمواد المتفاعلة. كما لا تزال هناك بيانات غير منظمة وضخمة حول تفاعلات المواد الكيميائية في بداية القرن، جمعها العديد من الكيميائيين مثل “يوليوس طومسن” من الدنمارك و”بيير أوجين مارسيلين بيرثيلو” من فرنسا. تم أيضا تطوير سلسلة من القوانين التجريبية حول سلوك الغازات المثالية والحلول المخففة، والتي تعتبر أساسا لجوهر الكيمياء الحديثة، وتبناها الكيميائي “أوستوالد سفانتي أرينيوس” في السويد وهولندا ونيرنس .

انطلق لويس في مسعاه لسد الفجوة بين النظرية والتطبيق من خلال إما قياس مباشر لقيم الطاقة الحرة المفقودة للمواد الكيميائية أو استكمال بيانات المحتوى الحراري الموجودة بقيم إنتروبي، والتي يمكن حسابها بسهولة إذا كانت متاحة. كما أنه من الأهمية بمكان إيجاد طريقة لتوسيع نطاق القوانين التجريبية لتشمل سلوك الغازات الحقيقية والحلول المركزية .

وبدءا من تحقيق الخطوة الأولى، قام لويس بتصميم برنامج تجريبي قوي لقياس قيم الطاقة الحرة والانتروبيا المفقودة. ثم في الخطوة الثانية، قدم مفاهيم الهمة في عام 1901 ومعامل النشاط في عام 1907، وقوة الأيونية في عام 1921 وهي مقياس لمتوسط التفاعلات الكهروستاتيكية بين الأيونات في المحلول. بعد جهود بحثية مكثفة، تم نشر الورقة العلمية `الديناميكا الحرارية والطاقة الحرة للمواد الكيميائية` في عام 1923 بالتعاون مع الكيميائي ميرل راندا .

نظرية الترابط الكيميائي

أيضا، ركز لويس في أبحاثه على دور الإلكترون الذي تم اكتشافه مؤخرا في الارتباط الكيميائي، وبدأ هذا البحث منذ عام 1902، ولكنه لم ينشره إلا في عام 1913 للتعليق على نظريات مماثلة للآخرين، ثم قدم لويس نموذجه الكامل في عام 1916 والذي يشرح الرابطة الكيميائية الكلاسيكية بواسطة زوج من الإلكترونات بين ذرتين، وهذا البحث الذي اشتهر به وسط طلابه حتى اليوم بمصطلح `مخططات نقطة الإلكترون`، وقد قدم لويس هذه المخططات كرسومات على ورقة لتوصيف هياكل الذرات والجزيئات المعروفة الآن باسم هياكل لويس، ويتم مناقشتها في جميع كتب الكيمياء التمهيدية .

شارك لويس في أبحاث عسكرية بعد نشر ورقته العلمية بفترة وجيزة، ثم عاد في عام 1923 إلى موضوع الترابط الكيميائي حيث قام بتلخيص نموذجه بشكل رائع في دراسة قصيرة حملت عنوان “التكافؤ وهيكل الذرات والجزيئات .

– “خلال الفترة من عام 1919 إلى 1921، قام الكيميائي ايرفينج لانجموير بنشر وتطوير نموذج لويس، وترجع العديد من المفاهيم المتعلقة بالترابط الكيميائي إلى لانجموير وليس لويس .

النسبية

لويس نشر أول ورقة علمية عن النسبية في عام 1908، تناول فيها العلاقة بين الكتلة والطاقة بشكل مختلف عن النظرية التي قدمها ألبرت أينشتاين. ثم تعاون مع الكيميائي ريتشارد تولمان لمزج نظريتهما عن النسبية في عام 1909، وأيضا تعاون مع الكيميائيين إيدوين بيدويل وويلسون في تقديم ورقة علمية في الفيزياء الرياضية، حيث لم تكن تدرس الهندسة البديهية من خلال الزمكان فقط، بل تتضمن أيضا ملاحظة خريطة الضغط في الزمكان وتحويلات لورنتز .

في الفترة بين عامي 1933 و1934، كتب لويس أكثر من 26 ورقة علمية تتناول دراسة وفصل خصائص الديوتيريوم ومركباته، ومن ثم درس انكسار النيوترونات في الفترة بين عامي 1936 و1937 .

في عام 1938، نشر عمله الكلاسيكي حول النظرية الإلكترونية للأحماض والقواعد، وتعرف هذه المفاهيم الآن بتعريفات قاعدة حمض لويس .

بدأ لويس بحثه الكلاسيكي عن الحالة الثلاثية ودورها في تحديد طبيعة التفاعل الكيميائي وألوان الأصباغ العضوية، وظل يعمل على هذا البحث حتى وفاته .