Τα Δομικά Στοιχεία της Δημιουργίας

ΚΥΤΤΑΞΤΕ γύρω σας σ’ αυτή τη γη. Τι μπορείτε να ιδήτε; Κανείς δεν μπορεί να μην επηρεασθή από την ανυπέρβλητη ομορφιά των λόφων και των βουνών, από τα συναρπαστικά χρώματα και σχήματα των ζώων, των πτηνών και των εντόμων. Αυτό το εξαιρετικά περίπλοκον της δημιουργίας καταπλήσσει τη φαντασία.

Διερωτηθήκατε ποτέ από πού προήλθε όλη αυτή η αφθονία των ωραίων και καταπληκτικών πραγμάτων; Ποια είναι τα δομικά στοιχεία της δημιουργίας; Πώς συγκεντρώνονται αυτά τα δομικά στοιχεία για να παραγάγουν τα αναρίθμητα υλικά πράγματα που υπάρχουν παντού τριγύρω μας; Όταν κοιτάζωμε το πλήθος των θαυμαστών δημιουργημάτων, βλέπομε έναν κόσμο φαινομενικά στερεό. Θα σας προξενούσε έκπληξι να μάθετε ότι όλα αυτά είναι κατασκευασμένα από βασικά δομικά στοιχεία που τα ίδια είναι 99.9 τοις εκατό τίποτε, δηλαδή κενό;

Από χιλιάδες χρόνια ο άνθρωπος προσπάθησε να ανακαλύψη το μυστικό του τι ακριβώς είναι αυτό που αποτελεί την ύλη. Τα λεξικά ορίζουν την ύλη «εκείνο από το οποίο όλα είναι κατασκευασμένα.» Αλλά από τι είναι κατασκευασμένα; Μόνο αυτόν τον αιώνα, και στην πραγματικότητα μόνο τα τελευταία τριάντα ή σαράντα χρόνια, άρχισαν πραγματικά οι επιστήμονες να κατανοούν τη θεμελιώδη φύσι των υλικών πραγμάτων. Τώρα οι ερευνηταί μάς λέγουν ότι όλα τα υλικά πράγματα, είτε είναι βράχοι, φυτά, ζώα, ποτάμια, είτε οτιδήποτε άλλο το οποίον μπορούμε ν’ αντιληφθούμε χρησιμοποιώντας τις σωματικές μας αισθήσεις, αποτελούνται από δομικά στοιχεία που τα ίδια αποτελούνται από τρία βασικά μέρη.

Αυτά τα τρία βασικά μέρη, ανάλογα με τον αριθμό που το καθένα βρίσκεται στο δομικό στοιχείο καθορίζουν τη φύσι και τις ιδιότητες κάθε στοιχείου ή «ατόμου» που σχηματίζουν.a

Πρώτα, όμως, ας κάμωμε σαφείς τους ορισμούς μας. Με τη λέξι «άτομο» εννοούμε «το μικρότερο σωματίδιο ενός στοιχείου,» και η λέξις «στοιχείο» έχει ορισθή ως «μια ουσία που δεν μπορεί με χημικά μέσα να διαλυθή σε απλούστερες ουσίες.» Επί παραδείγματι, αν μπορούσαμε να πάρωμε ένα δείγμα του στοιχείου που είναι γνωστό ως χρυσός, και εξακολουθούσαμε να το υποδιαιρούμε σε διαρκώς μικρότερα τεμάχια, θα ήταν τελικά αδύνατο, να το διαιρέσωμε περισσότερο χωρίς να χάση την αρχική του χημική ταυτότητα. Αυτό το πιο μικρό κομμάτι είναι το άτομο. Οποιαδήποτε περαιτέρω διαίρεσις θα εσήμαινε τη διάσπασι του ατόμου στα προαναφερθέντα μέρη, που ονομάζονται, πρωτόνια, ουδετερόνια και ηλεκτρόνια.

Τα πρωτόνια και τα ουδετερόνια είναι περίπου ίσα σε βάρος, με τη διαφορά ότι ενώ τα πρωτόνια φέρουν θετικό ηλεκτρικό φορτίο, τα ουδετερόνια δεν έχουν φορτίο, γι’ αυτό είναι ουδέτερα. Σχετικά μιλώντας, τα πρωτόνια και τα ουδετερόνια είναι τεράστια σε σύγκρισι με τα ηλεκτρόνια, διότι έχουν μάζα περίπου 2.000 φορές μεγαλύτερη. Τα μικροσκοπικά ηλεκτρόνια φέρουν αρνητικό ηλεκτρονικό φορτίον, και επειδή είναι πάντοτε ίσα σε αριθμό με τα πρωτόνια, το άτομο είναι ένα ουδέτερο σώμα.

Αυτά τα τρία βασικά σωματίδια συνδυάζονται σε αυξανόμενους αριθμούς για να σχηματίσουν τα άτομα των διαφόρων στοιχείων, δηλαδή των δομικών στοιχείων της δημιουργίας. Πόσα στοιχεία υπάρχουν; Για πολύν καιρό επίστευαν ότι υπήρχαν μόνο τέσσερα στοιχεία· δηλαδή ο αέρας, η φωτιά, η γη και το νερό, αλλά καθώς η γνώσις ηύξανε, ανεκάλυψαν βαθμιαίως και άλλα στοιχεία. Τώρα οι κατάλογοι των στοιχείων δείχνουν ότι υπερβαίνουν τα εκατό, από τα οποία μερικά είναι ανθρωποποίητα, τεχνητά και ασταθή.

Τι θα λεχθή όμως γι’ αυτό το 99.9 τοις εκατό του κενού; Αν μπορούσαμε να δούμε ένα μόνο άτομο οποιουδήποτε από τα θαυμαστά πράγματα που είναι γύρω μας, σαν τι θα έμοιαζε; Τι είδους δομή θα είχε;

Δομή του Ατόμου

Όλα τα άτομα έχουν ένα κεντρικό πυρήνα που αποτελείται από ένα συνδυασμό πρωτονίων και ουδετερονίων, που περιβάλλεται από κινούμενα σε τροχιά ηλεκτρόνια. Η μόνη εξαίρεσις σ’ αυτό είναι το άτομο του απλουστέρου στοιχείου, του υδρογόνου, που έχει ένα μοναδικό πρωτόνιο ως πυρήνα του με ένα μοναδικό ηλεκτρόνιο να περιφέρεται σε τροχιά γύρω του.

Έτσι σχηματίζομε μια νοερή εικόνα ενός είδους ηλιακού συστήματος σε μικρογραφία, με τα ηλεκτρόνια να περιφέρωνται σε συγκριτικά μεγάλες τροχιές γύρω από τους μικρούς, συμπαγείς πυρήνες, πολύ όμοια όπως οι πλανήτες κινούνται σε τροχιά γύρω από τον ήλιο. Αυτό το μικροσκοπικό πλανητικό σύστημα είναι διαφορετικό για κάθε στοιχείο και αναπαράγεται σε καθένα από τα άτομα του στοιχείου αυτού. Ποια δύναμις και ακρίβεια παρήγαγε όλα αυτά; Πάρτε, επί παραδείγματι, ένα άτομο του στοιχείου άνθραξ, όπως είναι σχεδιασμένο στο κάτωθι σχηματικό διάγραμμα:

Βέβαια δεν μπορούμε να δούμε ένα ξεχωριστό άτομο, διότι ένα άτομο είναι πολύ απειροελάχιστο. Καθένα απ’ αυτά τα μικροσκοπικά ‘πλανητικά συστήματα’ θα είχε διάμετρο μόνον ένα εκατοντάκις εκατομμυριοστό της ίντσας! Και ο κεντρικός πυρήνας ή ‘ήλιος’ θα ήταν σε μέγεθος το ένα εκατοντάκις χιλιοστό του όλου ατόμου σε διάμετρο!

Αφού ο αριθμός των ηλεκτρονίων στο άτομο μπορεί να ποικίλλη από ένα έως εκατό και πλέον, ανάλογα με το άτομο που εξετάζομε, δεν είναι καταπληκτικό να σκεφθούμε την αξιοθαύμαστη περίπλοκη διευθέτησι μέσα στον απίστευτα μικρό χώρο κάθε ατόμου;

Είναι συναρπαστικό να διαπιστώνουμε ότι όλα τα υλικά πράγματα, όλα τα φαινομενικά στερεά πράγματα, από το πράσινο χορτάρι ως τα βουνά, αποτελούνται από αμέτρητα εκατομμύρια απ’ αυτά τα μικροσκοπικά άτομα, που καθένα τους αποτελείται κυρίως από κενό και χώρο μεταξύ του κεντρικού πυρήνος και των περιστρεφομένων ηλεκτρονίων. Ναι, ένα άτομο είναι το πλείστον κενός χώρος. Έτσι η Επιστημονική Βιβλιοθήκη της Ζωής (στην Αγγλική) στον τόμο Ύλη λέγει: «Αν κάθε άτομο μπορούσε να συμπιεσθή σε μια σφαίρα όχι μεγαλύτερη από τον πυρήνα του, τότε όλος ο όγκος του Μνημείου του Ουάσιγκτων [ύψους 555 ποδών] θα μπορούσε να χωρέση σ’ ένα χώρο μικρότερο από τη γόμα ενός μολυβιού.»

Τα ηλεκτρόνια σε κάθε άτομο περιφέρονται σε τροχιά που αναφέρεται ως «ηλεκτρονικός φλοιός,» και κάθε «φλοιός» είναι μια καθωρισμένη απόστασις από τον πυρήνα. Καθώς τα άτομα γίνονται προοδευτικά πιο περίπλοκα με την προσθήκη περισσοτέρων από τα βασικά σωματίδια, τα επιπρόσθετα ηλεκτρόνια περιφέρονται σ’ αυτούς τους «φλοιούς.»

Επί παραδείγματι, η εξεικόνισις του ατόμου του άνθρακος το παριστάνει με δύο ηλεκτρόνια στον εσωτερικό φλοιό και τέσσερα στον επόμενο φλοιό του. Ένα άτομο αλουμινίου έχει δύο ηλεκτρόνια στον πρώτο του φλοιό, οκτώ στον επόμενο φλοιό και τρία στον πιο εξωτερικό φλοιό του. Με άλλα λόγια δεν πρόκειται για μια ακατάστατη μάζα ηλεκτρονίων χωρίς κάποιο καθωρισμένο σχέδιο, αλλά μάλλον για μια πολύ εύτακτη διευθέτησι σ’ όλη αυτή την υπόθεσι.

Επειδή ενδιαφερόμεθα στο πώς αυτά τα δομικά στοιχεία συναρμολογούνται για να παραγάγουν όλα τα θαυμαστά πράγματα που μας ευχαριστούν τόσο πολύ, γι’ αυτό ενδιαφερόμεθα ιδιαίτερα γι’ αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια, τα ηλεκτρόνια. Γιατί αυτό; Διότι η διάταξις αυτών των ηλεκτρονίων στις τροχιές τους είναι εκείνο που καθορίζει τις ικανότητες συνδέσεως κάθε ατόμου. Αυτή η ικανότης συνδέσεως ονομάζεται «σθένος.»

Σύνδεσις με Δανεισμό Ηλεκτρονίων

Καθώς η έρευνα για το άτομο προώδευε, ανεκαλύφθη ότι οποιοδήποτε στοιχείο με πλήρη αριθμό ηλεκτρονίων (συνήθως οκτώ) στον δακτύλιο του σθένους του (φλοιό που γίνεται με το να δανείζωνται και να δανείζουν) ήταν εξαιρετικά σταθερό· δηλαδή δεν μπορούσε να ενωθή εύκολα με άλλα άτομα. Αυτά τα σταθερά ή αδρανή στοιχεία είναι γνωστά ως σπάνια αέρια—ήλιον, νέον, αργόν, κρυπτόν, ξένον και ραδόνιον.

Βαθμιαίως σχηματίσθηκε μια εικόνα των φλοιών των ηλεκτρονίων όλων των στοιχείων. Διεπιστώθη ότι τα άτομα είχαν την τάσι να προσπαθούν να σχηματίσουν ένα σταθερό εξωτερικό φλοιό ηλεκτρονίων. Η θεωρία του σθένους το εξηγεί αυτό δείχνοντας πώς το κάνουν αυτό τα άτομα ή με το να δανείζουν και να δανείζωνται ηλεκτρόνια, ή με το να μοιράζωνται ηλεκτρόνια με άλλα άτομα. Ένα στοιχείο που έχει επτά ηλεκτρόνια στον εξωτερικό του φλοιό, όπως το χλώριο, θα δανεισθή ένα ηλεκτρόνιο από ένα στοιχείο που έχει ένα ηλεκτρόνιο στον εξωτερικό του φλοιό, όπως το νάτριο, επί παραδείγματι. Κυττάξτε το επόμενο διάγραμμα για να δήτε πώς θα συνέβαινε αυτό:

Το νάτριο, ένα μαλακό μέταλλο με χρώμα αργυρόλευκο που ανεκαλύφθη το 1807, είναι ένα πολύ ενεργό στοιχείο που αντιδρά εξαιρετικά στο νερό. Έχει ένα σύνολο από ένδεκα ηλεκτρόνια, δύο στον ένα φλοιό, οκτώ στο δεύτερο και ένα στον τρίτο. Το χλώριο, που ανεκαλύφθη το 1774, είναι ένα κιτρινοπράσινο αέριο. Έχει χρησιμοποιηθή ως λευκαντικό, απολυμαντικό και επίσης ως δηλητηριώδες αέριο. Το άτομο του χλωρίου έχει δεκαεπτά ηλεκτρόνια και κάθε φλοιός περιέχει δύο, οκτώ, και επτά αντιστοίχως. Το διάγραμμα, που δείχνει μόνο τον πιο εξωτερικό φλοιό των ηλεκτρονίων, απεικονίζει πώς αυτά τα δομικά στοιχεία ενώνονται και τι προκύπτει απ’ αυτή την ένωσι.

Το άτομο χλωρίου δανείζεται ένα ηλεκτρόνιο από το άτομο νατρίου και κατά τη διαδικασία φορτίζεται αρνητικώς με την προσθήκη αυτού του επιπλέον ηλεκτρονίου, ενώ αντιστρόφως, το άτομο νατρίου φορτίζεται θετικώς. Αυτά τα φορτισμένα άτομα, που τώρα λέγονται «ιόντα,» έλκονται το ένα προς το άλλο λόγω των αντιθέτων ηλεκτρονικών φορτίσεών τους, και προσκολλώνται μαζί για να σχηματίσουν τη χημική ένωσι που είναι γνωστή ως χλωριούχο νάτριο, δηλαδή το κοινό αλάτι.

Από δύο φαινομενικά ανόμοια δομικά στοιχεία με τις δικές τους διακεκριμένες ιδιότητες, λαμβάνομε το κοινό αλάτι που είναι τόσο ζωτικό για τη ζωή. Αυτή η μετάθεσις του ενός μόνον ηλεκτρονίου οικοδομεί μια νέα εντελώς ουσία! Μια ένωσις σαν κι αυτή ονομάζεται ηλεκτροσθενής ένωσις.

Ένωσις με Διανομή Ηλεκτρονίων

Ένα άλλο είδος ενώσεως είναι η συνδυναμική ένωσις. Σ’ αυτό το είδος της ενώσεως τα διάφορα άτομα μοιράζονται ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν τους απαιτουμένους σταθερούς εξωτερικούς φλοιούς ηλεκτρονίων. Ένα τέτοιο παράδειγμα έχομε όταν δυο άτομα άνθρακος, έξη άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου ενώνονται για να σχηματίσουν ένα μόριο αιθυλικής αλκοόλης, του μεθυστικού συστατικού πολλών ποτών. Οι συνδυναμικές ενώσεις κάθε ζεύγους μοιρασμένων ηλεκτρονίων δείχνονται στον δομικό τύπο με μια παύλα στο επόμενο διάγραμμα:

Με το να μοιράζωνται έτσι ζεύγη ηλεκτρονίων τα άτομα του άνθρακος και το άτομο του οξυγόνου αποκτούν ένα σταθερό εξωτερικό φλοιό οκτώ ηλεκτρονίων, ενώ τα άτομα του υδρογόνου αποκτούν εξωτερικούς ηλεκτρονικούς φλοιούς με δυο ηλεκτρόνια.

Πιο Πολύπλοκη Αλληλεπίδρασις

Βέβαια, η αλληλεπίδρασις και η έλξις μεταξύ των διαφόρων ατόμων γίνεται πολύ περισσότερο περίπλοκη όσο σχηματίζονται τα πολύ πιο πολύπλοκα μόρια που ενώνονται για ν’ αποτελέσουν τις οργανικές ενώσεις, αυτές που έχουν άνθρακα στα μόριά τους. Ένα παράδειγμα μιας απ’ αυτές τις οργανικές ουσίες χρησιμεύει για να το εξεικονίσωμε αυτό. Ιδού το διάγραμμα που δείχνει τον δομικό τύπο ενός μορίου της καταπληκτικής αυτής ουσίας που ονομάζεται χλωροφύλλη:

Μόνο σκεφθήτε το: Εδώ έχομε 72 άτομα υδρογόνου, 55 άτομα άνθρακος, 5 άτομα οξυγόνου, 4 άτομα αζώτου και 1 άτομο μαγνησίου, που μερικά απ’ αυτά έχουν ήδη ενωθή σε προπαρασκευασμένες μονάδες, ας πούμε, που ενώνονται σ’ ένα μόριο χλωροφύλλης, ενός από τα σπουδαιότερα συστατικά της βλαστήσεως. Αυτή είναι η ουσία στην οποία οφείλεται το πράσινο της υπαίθρου και η οποία δίνει στα φυτά τη θαυμαστή ικανότητα να μετατρέπουν την ενέργεια ακτινοβολίας του ηλίου σε χημική ενέργεια για να την χρησιμοποιούν τα φυτά.

Μπορείτε να φαντασθήτε την απίστευτη αλληλεπίδρασι μεταξύ των ηλεκτρονίων καθώς στροβιλίζονται στις τροχιές τους για να συνδέουν τα διάφορα άτομα έτσι ώστε ν’ αποτελέσουν έστω κι ένα μόνο μόριο χλωροφύλλης; Όταν κανείς συλλογισθή ότι θα χρειάζονταν αναρίθμητα εκατομμύρια τέτοιων μορίων για να καλύψουν την περίοδο που είναι στο τέλος αυτής της προτάσεως, ο θαυμασμός για τον Σχεδιαστή μιας τέτοιας διευθετήσεως δεν μπορεί παρά να γίνη πιο μεγάλος και πιο βαθύς.

Οι επιστήμονες μόλις έχουν αρχίσει να ανακαλύπτουν τα γεγονότα για το πώς και γιατί τα διάφορα δομικά στοιχεία ενώνονται, αλλά γνωρίζουν ότι υπάρχουν καθωρισμένοι και εύτακτοι νόμοι που διέπουν αυτές τις ενώσεις. Στέκονται με δέος μπροστά στον ασύλληπτα περίπλοκο τρόπο με τον οποίο τα τρομερά πολύπλοκα ζωντανά κύτταρα κάθε μορφής ζωής κατασκευάζουν αυτές τις ήδη περίπλοκες ουσίες στην αφθονία των ζώντων πραγμάτων επάνω στη γη.

Αυτή η κατασκευή από τα ανεπαίσθητα μικρά άτομα σε όλα τα μεγαλειώδη τεχνουργήματα της δημιουργίας εκτίθεται στο επόμενο διάγραμμα:

Κυττάξτε τριγύρω σας και συλλογισθήτε τη σοφία και τη νοημοσύνη που συνέλαβε την παραγωγή όλων των υλικών πραγμάτων που γνωρίζομε, από τον πιο μικροσκοπικό σπόρο ως το άπειρο σύμπαν—και όλ’ αυτά από δομικά στοιχεία που τα ίδια αποτελούνται κατά 99.9 τοις εκατό από τίποτα.

[Υποσημειώσεις]

[Διάγραμμα στη σελίδα 13]

(Για το πλήρως μορφοποιημένο κείμενο, βλέπε έντυπο)

Το άτομο του άνθρακος έχει ένα πυρήνα με 6 πρωτόνια, και 6 ουδετερόνια, και έχει 6 ηλεκτρόνια, δύο στον εσωτερικό φλοιό και τέσσερα στον εξωτερικό.

[Διάγραμμα στη σελίδα 14]

(Για το πλήρως μορφοποιημένο κείμενο, βλέπε έντυπο)

Ένωσις Ατόμων Χλωρίου και Νατρίου

Νάτριον Χλώριον + −

Άτομα (που δείχνουν Ιόντα—που σχηματίζουν

[Διάγραμμα στη σελίδα 14]

(Για το πλήρως μορφοποιημένο κείμενο, βλέπε έντυπο)

Μόριον Αιθυλικής Αλκοόλης

C: άτομον άνθρακος

H: άτομον υδρογόνου

O: άτομον οξυγόνου

[Διάγραμμα στη σελίδα 15]

(Για το πλήρως μορφοποιημένο κείμενο, βλέπε έντυπο)

Μόριον Χλωροφύλλης «α».

H: άτομον υδρογόνου (72)

C: άτομον άνθρακος (55)

O: άτομον οξυγόνου (5)

N: άτομον αζώτου (4)

Mg: άτομον μαγνησίου (1)

[Διάγραμμα στη σελίδα 15]

(Για το πλήρως μορφοποιημένο κείμενο, βλέπε έντυπο)

Τρία Βασικά Σωματίδια

πρωτόνια

ουδετερόνια

ηλεκτρόνια

Άτομα Χημικές Ενώσεις Ολη η Ύλη