بازنشر/ مروری بر زندگی Karl Ziegler، یکی از مکشتفین کاتالیزگر Ziegler-Natta/ برنده نوبلی که پلی پروپیلن ها را تجاری کرد

بسپار/ ایران پلیمر آقای Karl Ziegler در تاریخ 26 ماه نوامبر سال 1898در Helsa به دنیا آمد. این دانشمند آلمانی که موفق به دریافت جایزه‌ی نوبل شیمی در سال 1963 شد، فعالیت‌های ارزنده‌ای در زمینه‌ی بسپارها انجام داد. فعالیت‌های او در زمینه‌ی آمیزه‌های آلی فلزی، تولید صنعتی پلی‌اتیلن با کیفیت بسیار خوب را ممکن ساخت. لازم به ذکر است که جایزه‌ی نوبل به Karl Ziegler و Giulio Natta که یک دانشمند ایتالیایی بود به صورت همزمان اهدا شد چراکه Natta از آمیزه‌های آلی فلزی Ziegler استفاده کرده و پلی پروپیلن را به صورت تجاری قابل استفاده نمود.

زندگی اولیه و تحصیلات

در ابتدا مطالعه‌ی یک کتاب فیزیک بود که علاقه‌ی Ziegler به دانش را برانگیخت. مطالعه‌ی این کتاب باعث شد تا او فعالیت‌های علمی تجربی را در خانه و بسیار فراتر از آنچه در مدرسه می‌آموخت، انجام دهد. پدر او یک کشیش لوتری (مربوط به مارتین لوتر) بود. او معمولا اساتید دانشگاه را از دانشگاه Marburg که نزدیک به خانه بود برای شام دعوت می‌کرد. صحبت با این اساتید و گرفتن راهنمایی از آنان باعث شد تا Ziegler فعالیت‌های منحصر به فردی را انجام داده و جایزه‌ای از طرف مدرسه به عنوان دانش آموز برتر در سال آخر دبیرستان را دریافت کرد. او دروس سال اول دانشگاه را به صورتی جهشی رد کرده و به سال دوم در دانشگاه Marburg رفد. او در سال 1920 مدرک دکتری خود در رشته‌ی شیمی را از این دانشگاه دریافت کرد. در سال 1922 او با Maria Kurtz ازدواج کرده، در سال 1925 او به تکمیل رساله‌ی دکتری خود پیوست و برای استادی در دانشگاه تقاضا داد.

[EasyDNNGallery|10624|Width|800|Height|800|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

تصویری از Karl Ziegler و همسرش Maria Kurtz در محل کار او در دانشگاه

شغل علمی

پس از ارائه‌ی یک سخنرانی علمی در دانشگاه Marburg و دانشگاه فرانکفورت در سال‌های 1925 و 1926، Ziegler مقام استادی در دانشگاه Heidelberg را پذیرفت و از سال 1926 تا 1936 به فعالیت در این دانشگاه مشغول بود.

او پس از ورودش به دانشگاه Heidelberg شروع به تحقیقات در زمینه‌ی آمیزه‌های کربنی و شیمی مواد آلی فلزی کرد.

در سال 1936، Ziegler از شهرت بین‌المللی خود استفاده کرده و ریاست موسسه شیمی در دانشگاه Halle به او واگذار شد.

در سال 1943، موسسه‌ی تحقیقاتی زغال سنگ Kaiser Wilhelm که امروزه با عنوان بسیار معروف و معتبر Max Planck شناخته می‌شود، واقع در Mülheim ریاست این موسسه را به Ziegler واگذار کرد. او در ابتدا اطمینان کاملی برای فعالیت در این سمت نداشت. در نهایت پس از گفتگوهای بسیار، این موسسه قبول کرد که Ziegler را در انتخاب موضوعات تحقیقاتی آزاد بگذارد به شرطی که نتیجه‌ی تحقیقات او منجر به اختراعات و ثبت آن‌ها (Patent) بشود. نزدیک به دو سال، برای دیدار خانواده‌اش در Halle و محل کارش در Mülheim در رفت و آمد بود تا اینکه در سال 1945 به دلیل پیشروی ارتش روسیه خانواده‌ی او به Mülheim نقل مکان کردند. در سال 1949، Ziegler به بازسازی جامعه‌ی شیمی آلمان کمک کرد تا اینکه بین سال‌های 1949 تا 1951 به سمت ریاست این جامعه به فعالیت مشغول شد.

در واقع Ziegler در سنتزهای بسپارش خود شیمی آلی کلاسیک را با روش‌های تجربی-تحلیلی در هم آمیخت. علاقه‌ی طولانی مدت او به واکنش‌های لیتیومی با بوتا دی ان باعث شد تا آغاز به تولید آمیزه‌های لاستیک سنتزی کند. در این حیث و بیث Ziegler به این نتیجه رسید که اتیلن به راحتی با بوتا‌دی‌ان وارد واکنش می‌شود.

در سال 1953 او زنجیره‌ی صافی (بدون شاخه‌های جانبی) از پلی‌اتیلن را ساخت. در واقع این ماده اولین پلاستیکی بود که دمای ذوب بسیار بالا و جرم مولکولی زیادی داشت. البته در دهه‌های اول سال‌های 1900 یک شیمیدان فرانسوی به نام Victor Grignard به این نتیجه رسیده بود که منیزم برومید آلی (متیل منیزیم برومید) با زیرآیندهای اسیدی برای ساخت زنجیرهای بلندتر هیدروکربنی و الکلی وارد واکنش می‌شود.

فعالیت‌های اولیه‌ی Ziegler در سال‌های 1940 تا 1950 در مورد آمیزه‌های سدیم آلی، پتاسیم آلی و لیتیوم آلی نشان داد که آمیزه‌های لیتیوم آلی نسبت به واکنش گر‌های Victor Grignard بسیار قوی‌تر بوده و به جای زنجیرهای تصادفی شاخه‌ای که منجر به تولید بسپارهای اتیلنی یا سایر منومرها با دمای ذوب اندک می‌شوند، سنتز بسپارهایی غیر شاخه‌ای، با دمای ذوب بیشتر و بسیار ماندگارتر را منجر می‌شوند. این فعالیت‌های Ziegler کمک‌های شایان توجهی به دانشمندان علم شیمی در آن سال‌ها کرد.

پلی‌اتیلن

بین سال‌های 1952 و 1953، Ziegler و Hans-Georg Gellert که یکی از دانش آموزان سابق او در Halle بود، به این نتیجه رسیدند که واکنش بسپارش آمیزه‌های آلی لیتیومی به جز مرکبات لیتیوم آلومینیوم، به صورت معکوس به لیتیوم هیبرید و یک آلکیل تبدیل می‌شود.

برای یافتن اینکه کدامیک از فلزات لیتیوم یا آلمینیوم فعال‌تر می‌باشند، Gellert آمیزه‌های آلی آلمینیومی را مورد بررسی قرار داد. تری اتیل آلمینیوم مولکول‌های اتیلن بسیاری را به صورت انتها به انتها اضافه کرده ولی زنجیرهای حاوی اتم کربن از لحاظ طولی با یکدیگر اختلاف داشتند. دلیل این موضوع رقابت واکنش اتمام زنجیری بوده که موجب اختتام بسپارش شده است.

تحقیقات Ziegler شخصی به نام Heinz Martin و دو دانشجوی فارق التحصیل به نام‌های Erhard Holzkamp و Heinz Breil را به خود مشغول داشته بود. این افراد در نهایت دلیل واکنش اختتام زنجیری را دریافتند. در همین راستا، Holzkamp در یک ظرف استیل ضد زنگ اتوکلاو در اتمسفر 100 تا 200 و دمای 100 درجه‌ی سلسیوس معادل با 212 درجه ی فارنهایت، اتیلن و ایزوپروپیل آلمینیوم را تحت واکنش قرار داد. آن‌ها انتظار داشتند تا عدد فردی از آلکن (آمیزه‌ای آلی با پیوند دوگانه‌ی کربن) ساخته شود در حالی که تنها 1 بوتن ساخته شد. بررسی‌های انجام شده‌ی بیشتر توسط Ziegler و Holzkamp نشان داد که تمیز کردن اسیدی اتوکلاو باعث باقی ماندن درصدهای کمی از نیکل شده که این مساله باعث ایستادن واکنش بسپارش می‌شود. در واقع Holzkamp این مساله را با افزودن عمدی نمک نیکل به مخلوط اتیلن تری اتیل آلمینیوم در یک رآکتور شیشه‌ای به اثبات رساند.

با کشف دلیل واکنش اختتام زنجیری، Ziegler به یک واکنش گر برای سرکوب این واکنش اختتام نیاز داشت. به همین منظور از Holzkamp و Breil خواست تا سایر فلزات را که مشابه نیکل هستند مورد آزمایش قرار دهد. در همین راستا، Holzkamp کرومیوم را تحت واکنش قرار داده و پلی‌اتیلن را همراه با بوتن و سایر آلکن‌ها ساخت. از طرف دیگر Breil عوامل انتقال مشابه دیگری را مورد آزمون قرار داده که ناامیدانه متوجه شد تیتانیم و زیرکونیوم واکنش بسپارش را تسریع می‌نمایند.

با ایجاد یک شرایط تلفیقی حاصل از فشار زیاد، دمای زیاد و سوختن تیتانیوم و تجزیه‌ی پلی‌اتیلن، Martin تصمیم گرفت تیتانیم را تحت شرایط اتمسفری مورد بررسی قرار داده و پلی‌اتیلن را بسازد. نتیجه‌ی این آزمایش پلی‌اتیلنی قوی، بدون شاخه، با دمای ذوب زیاد و بسیار صلب بود. در همین راستا Ziegler به ساماندهی مجدد موسسه پرداخت چراکه ترجیح میداد فعالیت‌های گسترده‌تری در این زمینه انجام دهد.

یکی از دلایل موفقیت Ziegler این بود که با نتایج تجربی تحقیقات خود همراه میشد صرف نظر از اینکه نظریات قبلی خود چه بوده است. به علاوه، او تحقیقات خالص را به عنوان راهی برای سود رساندن به جامعه تلقی می‌کرد. او کاربردهای صنعتی فعالیت‌های خود را همیشه در نظر می‌گرفت و در همین راستا فعالیت‌های خود را پیش میبرد. نتیجه‌ی اکتشافات او در صنعت آلمینیوم منجر به تولید الکل‌هایی با زنجیرهای بلند و وزن مولکولی زیاد شد. نتیجه‌ی این تحقیقات او منجر به ایجاد واحد‌های تولیدی کلان در ایالت متحده‌ی آمریکا و آلمان گردید. تا سال 1985، Ziegler مدارک بسیار زیادی را دریافت کرد که این مدارک باعث میشد سالیانه میلیون‌ها دلار به حساب او واریز شود.

سال‌های نهایی و جایزه‌ها

در کنار دریافت جایزه‌ی نوبل، بسیاری از جوامع شیمی و علوم در سراسر دنیا Ziegler را به عنوان یکی از اعضای افتخاری خود مورد پذیرش قرار دادند. در همین راستا او مدال‌های بسیاری را در جهت انجام فعالیت‌های ارزنده اش دریافت کرده است که از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به مدال انجمن شیمی آلمان با عنوان Lavoisier و Duisberg و مدال انستیتو پلاستیک لندن با عنوان Swinburne اشاره کرد.

در سال 1969، Ziegler بازنشسته شده و به عنوان سناتور افتخاری این موسسه درآمد. در جهت حمایت از تحقیقات این موسسه توانست به عنوان کمک هزینه (fund) تا 40 میلیون دویچه را دریافت نماید.

او همچنین به همراه خانواده اش به سراسر دنیا سفر میکرد. تا اینکه در خلال یکی از این سفرها در سال 1972 بسیار بیمار شد و یک سال بعد دار فانی را وداع گفت.

[EasyDNNGallery|10623|Width|800|Height|800|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

در این شکل Ziegler که در وسط قرار دارد با اعضای گروه Hercules در حال صحبت بوده تا بتوانند پلی‌اتیلن با چگالی زیاد را به صورت تجاری تولید نمایند

[EasyDNNGallery|10622|Width|800|Height|800|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

تصویری از اعلام جایزه‌ی نوبل به صورت مشترک به Ziegler و Natta در سال 1963

این مقاله پیشتر در شماره 170ام ماهنامه بسپار به چاپ رسیده است.