زندگی نامه توماس گراهام و دستاورد های علمی برجسته او
توماس گراهام (Thomas Graham) شیمیدان برجسته اسکاتلندی است که در سال ۱۸۰۵ میلادی در شهر گلاسکو اسکاتلند متولد شد. این دانشمند سابقه فعالیت در کالج دانشگاهی لندن و رویال کالج علم و تکنولوژی دارد.
توماس گراهام در طول فعالیت های علمی خود مطالعات گسترده ای روی رفتار فیزیکی ملکول ها انجام داد. این مطالعات منجر به کشف پدیده های مهمی شد. گراهام را اغلب به خاطر قانون نفوذ مولکولی گراهام و فرایند دیالیز می شناسند.
در این مقاله از شریه علمی جهان شیمی به بررسی زندگی نامه توماس گراهام و فعالیت های علمی او می پردازیم.
زندگی نامه توماس گراهام
توماس گراهام در سال ۱۸۰۵ میلادی در گلاسکو اسکاتلند متولد شد. پدر گراهام تولید کننده نساجی بود و قصد داشت تا پسرش را به کلیسای اسکاتلند بفرستد. برخلاف آرزو هایی که پدر برای پسرش داشت، توماس در سال ۱۸۱۹ به دانشگاه گلاسکو وارد شد.
در دانشگاه او دریافت که به به شیمی علاقه فراوانی دارد. او پس از دریافت مدرک کارشناسی ارشد در سال ۱۸۶۲ دانشگاه را ترک کرد. توماس گراهام آزمایشگر برجسته و در عین حال معلم بدی بود. او اکنون به عنوان پدر شیمی کلوئید ها نامیده می شود.
گراهام به عنوان استاد شیمی در کالج های مختلف از جمله کالج سلطنتی علوم و فناوری دانشگاه لندن مشغول به تدریس شد. او پس از تأسیس انجمن شیمی در سال ۱۸۴۱ در لندن، به عنوان عضو خارجی از آکادمی علوم سلطنتی سوئد انتخاب شد.
گراهام انجمن شیمی را در سال۱۸۴۱ و در لندن تاسیس کرد. در سال ۱۸۶۶ بود که به عنوان عضو خارجی از آکادمی علوم سلطنتی سوئد انتخاب شد. توماس گراهام در ۱۶ سپتامبر سال ۱۸۶۹ و در شصت و چهار سالگی درگذشت.
فعالیت های کاری توماس گرهام
- همکاری در انجمن سلطنتی (۱۸۳۶)
- اولین رئیس‌جمهور از جامعه شیمی لندن (۱۸۴۱)
- جایزه جکر از آکادمی علوم پاریس (۱۸۶۲)
- خانه توماس گراهام، مقر انجمن سلطتنتی شیمی در کمبریج انگلستان
فعالیت های علمی توماس گراهام
بیشترین شهرت گراهام در علم شیمی از دو جهت است که در ادامه به بررسی آن می پردازیم.
- مطالعات وی روی نفوذ مولکولی گاز ها که منجر به ارایه قانون گراهام شد. این قانون بیان می کند آهنگ نفوذ مولکولی یک گاز با معکوس ریشه دوم جرم مولکولی آن متناسب است.
- مطالعات وی روی پدیده دیالیز که در بسیاری از تجهیزات پزشکی امروزی کاربرد دارد، حاصل مطالعات گراهام روی کلویید ها بود.
گراهام در خلال پژوهش هایی که در زمینه دیالیز انجام داد، دستگاهی ساخت که برای جداسازی اجزای کریستالی از کلویید ها کاربرد داشت. این دستگاه را به نوعی می توان نسل اول دستگاه های دیالیزی دانست که امروزه در مراکز درمانی مورد استفاده قرار می گیرد. مطالعات گراهام در زمینه دیالیز باعث ایجاد شاخه ای جدید در علم شیمی به نام شیمی کلویید ها شد.
قانون پخش مولکولی یا نفوذ مولکولی و یا واپخش گراهام
این قانون در سال ۱۸۴۸ میلادی توسط توماس گراهام بیان شد. او به طور تجربی دریافت که سرعت نفوذ گاز با جذر جرم مولکولی گاز، به طور معکوس متناسب است.
بر اساس قانون واپخش گراهام، سرعت نفوذ گاز ها، یعنی تعداد مولکول های عبور کرده از حفره در ثانیه، به جرم مولکولی گاز ها بستگی دارد. در واقع گاز هایی که جرم مولکولی کم تری دارند سریع تر از گاز هایی که جرم مولکولی بیشتری دارند، از درون حفره عبور می کنند.
از این رو می توان گفت، گازی که دارای جرم مولکولی پایین تری است، سرعت نفوذ مولکولی بالا تری دارد. به همین دلیل، زمان مربوط به نفوذ آن کم تر است. به این ترتیب، مولکول های سبک تر سرعت بالا تری دارند. سال ها بعد تئوری کامل تری از قانون گراهام به صورت تئوری سینتیکی و جنبشی گازها ارائه شد.
رابطه قانون نفوذ مولکولی گراهام
در رابطه ی بالا
- Rate۱ تجمع گاز اول (حجم یا تعداد مول در واحد زمان) است.
- Rate۲ تجمع گاز دوم است.
- M۱ جرم مولی گاز اول است.
- M۲ جرم مولی گاز دوم است.
کاربرد های قانون نفوذ مولکولی گراهام
- جداسازی هیدروژن سنگین (دوتریم) و هیدروژن.
- یکی از روش های غنی سازی اورانیوم است که بر اساس جداسازی هگزا فلوئورید اورانیوم، مخلوطی از هم پروتون های (ایزوتوپ های) ۲۳۵ و ۲۳۸ اورانیوم به کار می رود.
- فرایند دیالیز
- قانون گراهام در واقع اساس و پایه ای را برای تفکیک ایزوتوپ ها به وسیله ی نفوذ مولکولی فراهم آورده است. این روش می تواند نقش بسیار سخت و بحرانی ای را در توسعه ی بمب اتمی (مبنایی برای تفکیک ایزوتوپ ۲۳۵U از ۲۳۸U) ارائه دهد.
فرایند دیالیز
دياليز فرايندی است كه طی آن، تركيب مواد محلولی كه از طريق يک غشا نيمه تراوا در ارتباط با يک محلول ديگر قرار دارد تغيير خواهد كرد. همودياليز از شايع ترين روش های درمانی بيماران كليوی است.
كليه ها مسئوليت تصفيه و پاكسازی خون از مواد زائد را برعهده دارند. اگر به هر علتی کلیه ها نتوانند به وظايف خود عمل كنند، دياليز جايگزين اعمال و وظايف حياتی كليه ها می شود.
به طور کلی می توان گفت، در بيمارانی كه كليه ها به خوبی كار نمی كنند، دياليز راهكاری است تا شخص بتواند به زندگی خود ادامه دهد. در این صورت بیمار با پيامد های ناشی از ايجاد اختلال در عملكرد كليه ها مواجه نمی شود.
واژه دياليز نخستين بار از سوی توماس گراهام و در سال ۱۸۶۱ ميلادی مورد استفاده قرار گرفت. او برای اولين بار دریافت غشا گياهان می تواند به عنوان يك غشا نيمه تراوا مورد استفاده قرار گيرد. بر اين اساسی بود که برای نخستين بار در سال ۱۹۱۳دستگاه دياليز طراحی و ساخته شد.
پس از اعمال تغييراتی در چگونگی عملكرد دستگاه دیالیز، از اواسط دهه ۱۹۲۰ به عنوان يک راهكار درمانی برای كمک به بهبود وضعيت زندگی بيماران كليوی مورد استفاده قرار گرفت.
روش کار دیالیز
در اين روش، خونی كه در يك مسير عروقی ثابت يا موقت در جريان باشد، با سرعتی حدود ۳۰۰ ميلی ليتر در دقيقه وارد مويرگ هايی ساخته شده از غشای نيمه مصنوعی می شود.
در قسمت مقابل اين دستگاه، مايع دياليز حاوی كلريد سديم، بی كربنات و غلظت هايی از پتاسيم جريان دارد. معمولا هنگامی که تجمع مواد زائد در بدن افزايش یافته و موجب بروز مشکلاتی برای فرد بيمار می شود، انجام دياليز لازم و ضروری خواهد بود.
پزشكان برای تشخيص زمان مناسب دياليز برای بيمار، مواد شيميايی مختلفی نظير كراتينين و اوره خون فرد بيمار را اندازه گیری می کنند.
افزايش مقدار اين دو ماده در خون، نشان دهنده اين موضوع است كه توانايی كليه ها برای تصفيه بدن از مواد زائد كاهش يافته است. روش همودياليز در مقايسه با روش دياليز پريتونيل كه از ديگر انواع دياليز است، روشی رایج تر و شايع تر است. برای خروج آب اضافی و مواد زائد از بدن فرد بيمار، از يک فيلتر خاص كه در حقيقت همان غشای دياليز است استفاده می شود.
اين گروه از بيماران معمولا هفته ای ۳ بار و بر اساس يک برنامه زمانی مشخص به مراكز درمانی مراجعه می كنند. فرآيند درمان در هر مراجعه ۲ تا ۴ ساعت طول می کشد.
در اين مدت زمان، بيمار تحت نظر قرار می گيرد. فشار خون بیمار بررسی و دستگاه دياليز نيز تنظيم می شود. در این فرایند آب و مواد زائد از بدن بیمار خارج می شود. به اين ترتيب، بيمار با توجه به محدوديت هايی كه با آن رو به ر است، می تواند به زندگی خود ادامه دهد.
