Een scheikundige ontdekt krachtige bewijzen van schepping

Door Ontwaakt!-correspondent in Finland

IETS meer dan 100 jaar geleden zat de Russische scheikundige, Dmitri Mendelejeva, het onderlinge verband tussen de elementen te overpeinzen. Op grond van zijn speurwerk kwam hij tot de conclusie dat er nog bepaalde elementen ontdekt zouden worden. Had hij gelijk? Zou het, als dit waar was, erop duiden dat alle materie door blind toeval was ontstaan? Of zou dit bewijzen dat de aarde en het gehele universum door een intelligente Schepper waren ontworpen?

Tegen de jaren ’60 van de 19de eeuw waren 63 van de ons nu bekende 103 elementen geïdentificeerd. Mendelejev bestudeerde de eigenschappen van deze elementen om er een bepaalde mate van volgorde of patroon in te ontdekken. Uit het relatieve atoomgewicht dat aan elk was toegekend, kende hij reeds hun gewichtsverhouding. Ook had hij overeenkomsten tussen paren of in groepen elementen opgemerkt. Vele overeenkomsten zijn ons in het dagelijkse leven vertrouwd. Zo gebruiken sommigen, als zij op dieet zijn, kaliumchloride in plaats van natriumchloride, als tafelzout. In geldstukken en juwelen worden zilver en goud gemakkelijk door koper vervangen. Magnesium en calcium zijn zozeer aan elkaar gelijk dat ze in de minerale samenstelling van dolomiet gemakkelijk elkaars plaats kunnen innemen. Mendelejev vroeg zich af waarom sommige elementen zo op elkaar lijken en andere zo verschillend zijn.

Mendelejev zette de bijzonderheden van elk element op een kaart en begon zijn kaarten aan de muur te prikken. Hij rangschikte ze en rangschikte ze opnieuw en probeerde ze in gewicht op elkaar te laten volgen, terwijl hij tegelijkertijd hun verschillende eigenschappen en kenmerken in aanmerking nam. Spoedig begon zich een bepaald patroon af te tekenen. Hij ontdekte dat wanneer hij de eerste zeven elementen (met uitzondering van waterstof, dat in werkelijkheid een klasse apart vormt) op volgorde in een kolom plaatste en de volgende daarnaast onder elkaar zette, elk paar elementen een opmerkelijke gelijkenis vertoonde. Natrium kwam naast lithium terecht — twee elementen uit de reeks van alkalimetalen, zo genoemd omdat ze samen met water sterke alkaliën vormen. Chloor werd samengevoegd met fluor — twee gassen die halogenen worden genoemd vanwege hun sterke neiging om zouten te vormen. Dit waren de eerste twee „perioden” van hetgeen zijn periodieke systeem werd.

Toen hij met een derde kolom verder ging, ontdekte Mendelejev dat kalium naast natrium en calcium naast magnesium kwam te staan. Tot zover ging alles goed. Maar toen werd alles ingewikkelder. Na verschillende rangschikkingen van zijn kaarten geprobeerd te hebben, ontdekte hij dat hij alle volgende elementen tot jodium toe in twee lange perioden van elk 17 elementen kon onderbrengen. Door de korte perioden te ’verdelen’ zoals op bladzijde 21 is aangegeven, ontdekte hij twee rijen aan het begin en drie rijen aan het eind van elke periode die precies overeenkwamen met welbekende groepen van scheikundige elementen. In het midden van de lange perioden trof hij metaalachtige elementen aan, waaronder ook die metalen welke ons het meest vertrouwd zijn doordat wij er dagelijks mee te maken hebben.

Mendelejev moest echter om tot deze fraaie rangschikking te komen, verscheidene plaatsen openlaten, en wel drie in de eerste en één in de tweede lange periode. Deze leemten hielden hem er niet van terug om zijn systeem te publiceren. Zijn vertrouwen dat de elementen volgens een ordelijk patroon waren geschapen was nu zo groot, dat hij stoutmoedig verklaarde dat nog onbekende elementen ontdekt zouden worden die de gaten zouden vullen. Hij ging in zijn aanmatigende vermetelheid zo ver dat hij de eigenschappen van deze ontbrekende elementen beschreef. Hij voorzei hun atoomgewicht, dichtheid en de soort van scheikundige verbindingen die ze zouden vormen. Hij gaf ze voorlopige namen als „ekaboor”, „eka-aluminium” en „ekasilicium”, in overeenstemming met de karakteristieke eigenschappen van de groepen, waartoe ze zouden moeten behoren.

Zijn vertrouwen in de ordelijkheid van de „natuur” was niet misplaatst. Veel eerder dan wie maar ook zou hebben verwacht, begonnen de ontbrekende elementen voor de dag te komen. Gallium (eka-aluminium) werd in 1876 in Frankrijk, scandium (ekaboor) in 1879 in Zweden en germanium (ekasilicium) werd in 1886 in Duitsland ontdekt. Verbazingwekkend genoeg — voor iedereen behalve Mendelejev — bleken de fysische eigenschappen en het atoomgewicht van elk element bijna precies zo te zijn als hij voorspeld had. Germanium is tussen twee haakjes onontbeerlijk geworden bij de vervaardiging van transistors.

Geleerden die in het begin weinig aandacht aan het systeem van Mendelejev hadden geschonken, begroetten hem na deze ontdekking internationaal als een wetenschappelijk genie. Zijn periodieke tabel werd een onontbeerlijke hulp bij scheikundig onderzoek en onderwijs en is tot op vandaag overal aan de muren van scheikundelokalen en laboratoria te vinden. Niemand twijfelde er meer aan dat de andere elementen die nodig waren om de leemten in het systeem op te vullen, uiteindelijk voor de dag zouden komen.

Plaats voor een onvoorziene groep

Latere ontdekkingen zouden het systeem van Mendelejev nog uitbreiden. In 1894 zonderden John Rayleigh en William Ramsay uit atmosferische stikstof een ijl gas af dat zij argon noemden, omdat het zich met geen ander element verbindt. Een jaar later ontdekte Ramsay in uraniumerts een edelgas dat nog ijler is. Hij identificeerde dit als helium, dat tijdens een zonsverduistering in 1868 in het spectrum van de zon was waargenomen maar waarvan men toen niet wist dat het op aarde voorkwam. Waar konden deze onvoorziene elementen in het periodieke systeem ingepast worden?

Mendelejev borduurde voort op de veronderstelling van Ramsay dat het periodieke systeem mogelijkerwijs niet volledig was. Hij stelde voor de twee elementen te introduceren als leden van een nieuwe groep edelgassen, die in een verzameling boven de alkalimetalen geplaatst werd. Dit betekende echter dat er nog drie edelgassen gevonden moesten- worden om de nieuwe rij in de tabel aan te vullen. In het laboratorium van Ramsay werden binnen drie jaar inderdaad nog drie kleine bestanddelen van de atmosfeer ontdekt, namelijk neon, krypton en xenon. Hun atoomgewicht gaf ze precies de juiste plaatsen in het periodieke systeem.

Bewijs voor schepping?

Wordt hierdoor werkelijk een bewijs voor schepping geleverd? Indien de elementen zich door toeval hadden gevormd, waarom zouden hun atoomgewichten dan niet rondom de een of andere gemiddelde waarde gegroepeerd liggen, met misschien een paar lichte en een paar zware elementen? En waarom zouden eigenschappen zoals dichtheid, smeltpunt of scheikundige reactiviteit niet op willekeurige wijze van het ene tot het andere element verschillen? Waarom zouden wij enige onderlinge samenhang verwachten? Wij zouden niet hoeven verwachten dat de elementen in groepen met duidelijk onderscheiden overeenkomsten waren samengebracht.

Maar het systeem van Mendelejev liet duidelijk zien dat de hele structuur van de materie niet een kwestie van toeval is. Haar ordelijke samenstelling bewijst dat ze niet door toeval is ontstaan. Een zeer ingewikkeld patroon in deze allerfundamenteelste opbouw van de materie vormt een bewijs van ontwerp.

Bent u het er nu niet over eens dat dit krachtige bewijzen voor het bestaan van een Ontwerper, een wijze Schepper verschaft? Of wilt u nog meer bewijzen? Wel, er zouden nog meer bewijzen op tafel komen. Ja, de toevoeging van de edelgassen, waardoor de korte perioden tot acht en de lange perioden tot 18 elementen verlengd waren, bleek de basis te zijn, die onmisbaar zou zijn voor de vervolmaking van de komende theorie over de structuur van atomen.

Extra bewijsmateriaal

Verder baanbrekend onderzoek maakte het atoom toegankelijk voor een gedetailleerdere kijk hoe het er van binnen uitziet. Allereerst toonde J. J. Thomson aan dat van alle soorten atomen negatief geladen elektronen afgescheiden konden worden. Ernest Rutherford toonde aan dat de positieve lading van het atoom in een heel klein volume, de kern genoemd, geconcentreerd was. Niels Bohr kwam op het idee dat het atoom lijkt op het zonnestelsel, met talrijke elektronen in verschillende banen om de kern in het midden. De positieve ladingen waren veelvouden van een elementaire lading. Het waterstofatoom had slechts één elementaire lading; het werd een proton genoemd. Bij de verschillende elementen bezaten atomen elk een zeker aantal protonen en de protonen in de kern werden geneutraliseerd door eenzelfde aantal elektronen in de baan om de kern.

Een opmerkelijke ontdekking door Henry Moseley maakte het mogelijk te vertellen hoeveel protonen en elektronen zich in elk soort atoom bevinden. Hij mat de energie van de röntgenstraling die door verscheidene elementen wordt uitgezonden als de binnenste elektronen worden verstoord. Moseley ontdekte dat deze energie op een wiskundig regelmatige wijze van element tot element oploopt in de volgorde van het systeem van Mendelejev. Waar een leemte was, ging de energie twee sprongen omhoog. Hij stelde voor een volgnummer aan elk element toe te kennen, te beginnen met waterstof als nummer 1, helium als nummer 2, enzovoort. Bij elke atoomsoort geeft dit atoomnummer het aantal protonen in de kern alsook het aantal elektronen daaromheen aan.

Dit getal bleek bij het vaststellen van de eigenschappen van een element zelfs fundamenteler te zijn dan het atoomgewicht. Naar atoomnummer gerangschikt kwamen de elementen zonder uitzondering precies op hun plaats in het periodieke systeem te staan! Mendelejev had het noodzakelijk gevonden om argon vóór kalium te plaatsen, hoewel het atoomgewicht van argon 40 en dat van kalium slechts 39 is. Ook in andere gevallen waar hij ter wille van de scheikundige harmonie de volgorde had omgekeerd, werd dit steeds gerechtvaardigd door de volgorde van de atoomnummers van Moseley. Alle tegenstrijdigheden waren van de baan. Ook maakte de exacte toekenning van atoomnummers het mogelijk om met zekerheid te zeggen welke elementen nog ontbraken en zich ervan te vergewissen dat er geen leemte overbleef. Er is geen ruimte meer om er nog een groep tussen te schuiven op de manier zoals dat met edelgassen was gedaan.

Tegen 1925 had men definitief vastgesteld dat de hele lijst van elementen, van waterstof tot uranium, precies in 92 vakjes van het periodieke systeem paste, met slechts vier vakjes die nog openstonden. Van twee van hen, de nummers 85 en 87, werd verwacht dat ze radioactief waren, zoals trouwens alle andere elementen die na bismut komen. Naar de andere twee, de nummers 43 en 61, werd ijverig gezocht in het erts van andere weinig voorkomende elementen, maar ondanks de aanspraak die verschillende scheikundigen erop maakten deze ontdekt te hebben, werd hun bestaan niet bevestigd.

Elektronen in schillen

Bohr voerde het denkbeeld in, en anderen werkten dit verder uit, dat de elektronenbanen in schillen liggen, waarvan elk een bepaalde maximale capaciteit heeft. De binnenste schil, waar elektronen de kleinst mogelijke baan beschrijven, kan slechts twee elektronen bevatten. De volgende schil, met ietwat grotere banen, kan maximaal acht elektronen bergen. De derde kan er 18, en de vierde 32 bevatten. Deze getallen werden afgeleid uit een studie over allerlei mogelijke baanvormen, zowel ronde als elliptische, overeenkomstig de „quantum”-theorie van Bohr.

De mate waarin deze schillen bezet zijn, hangt af van het aantal elektronen in dat bepaalde atoom, dat wil zeggen van zijn atoomnummer. Zo is in helium, met twee elektronen, de binnenste schil bezet. De elementen lithium tot neon, de nummers 3 tot 10, hebben in de tweede schil successievelijk één tot 8 elektronen. Het volgende element, natrium, met 11 elektronen, heeft een enkel elektron in de derde schil, enzovoort.

De elektronen in de buitenste schil bepalen de wisselwerking van het atoom met andere atomen; het scheikundig gedrag van een element is dus afhankelijk van het aantal elektronen dat in de buitenste schil een plaats heeft. Nu kunnen wij inzien waarom lithium en natrium tot dezelfde groep behoren. Zij hebben elk één elektron in de buitenste schil. Dit is ook waar met betrekking tot de andere alkalimetalen, kalium, rubidium en cesium. In de groep van de halogenen hebben fluor, chloor, broom en jodium ieder zeven elektronen in de buitenste schil.

Het blijkt dat in elk van de edelgassen — neon, argon, krypton en xenon — acht elektronen in de buitenste schil zitten. Acht elektronen vormen een erg stabiel geheel. Wij zouden kunnen zeggen dat zulke atomen erg tevreden met zichzelf zijn en zelfvoldaan ieder aanbod om elektronen af te staan of op te nemen, afwijzen. In tegenstelling daarmee raakt natrium of kalium zijn losse elektron gemakkelijk kwijt. Zulke metalen reageren krachtig met bijna elke stof, zelfs aan de lucht of met water. Fluor en chloor die aan het andere eind van een periode staan, zullen, om het stabiele getal acht te krijgen, proberen een elektron van een ander element op te nemen om het stabiele aantal van acht elektronen te krijgen. Ook deze elementen zijn dus scheikundig actief, maar dan om de tegengestelde reden.

De activiteit van natrium maakt het gevaarlijk om te hanteren en chloorgas is erg giftig. Maar zie eens wat een verschil het maakt als een enkel elektron van natrium naar chloor wordt overgebracht. Nu heeft chloor zijn tekort aangevuld en heeft de gevulde schil van acht, zoals het edelgas argon. En natrium heeft een soortgelijke schil van acht, net als neon, overgehouden. Beide elementen zijn in de verbinding natriumchloride (gewoon tafelzout) heel onschuldig, zelfs geschikt om te eten.

Het neutron maakt het beeld compleet

Maar van één fundamenteel atoomdeeltje had men nog geen weet. Bij het bekijken van het systeem zal de lezer opmerken dat alle elementen, behalve waterstof, een atoomgewicht bezitten dat op z’n minst tweemaal zo hoog is als het atoomnummer. Daar het proton een gewicht van slechts één eenheid bezit, waarom heeft koolstof, met slechts zes protonen, dan een atoomgewicht van 12? Dit stuk van de puzzel werd opgelost toen in 1932 het neutron werd ontdekt. Dit is een deeltje dat bijna dezelfde massa heeft als het proton, maar zonder enige elektrische lading. Zoals wij dus nu begrijpen heeft koolstof zes protonen en zes neutronen in de kern, en zes elektronen in de banen om de kern, die de lading van de protonen neutraliseren.

Veel elementen bezitten isotopen, waarbij de kern een verschillend aantal neutronen bevat. In een klein percentage koolstofatomen zitten bijvoorbeeld zeven neutronen in plaats van zes. Hierdoor verandert de lading of de rangschikking van de elektronen niet, maar dit is wel van invloed op het atoomgewicht. Deze variatie in het aantal neutronen is een reden waarom Mendelejev ontdekte dat de atoomgewichten in enkele gevallen niet de goede volgorde hadden.

Het volume van het atoom bestaat voor het grootste gedeelte uit lege ruimte, maar de hoge snelheid die de elektronen in hun baan hebben alsook hun gedrag, geven de indruk van een vaste of vloeibare staat. De protonen, neutronen en elektronen zijn in alle atomen hetzelfde, ongeacht welke stof het is. Alle materie is slechts uit deze drie bouwstenen opgebouwd. Wat doet dan de ene stof van de andere verschillen? Dit komt eenvoudig door het aantal protonen in de kern en het aantal elektronen en hun rangschikking in de schillen eromheen. En bedenk hoe oneindig klein dit alles is! De middellijn van een atoom komt slechts op zo’n twee- of driehonderdmiljoenste van een centimeter!

De moderne atoomtheorie heeft dus het geloof van Mendelejev, dat alle elementen volgens een ordelijk systeem geschapen werden, op wonderbare wijze bevestigd. Ze heeft verklaard waarom de atoomgewichten de elementen in bijna alle gevallen in de juiste groepen doen belanden en de theorie heeft de uitzonderingen die Mendelejev gemeend heeft te moeten maken, inderdaad gerechtvaardigd. De theorie verklaart de chemische overeenkomsten in de groepen van elementen. Ze vormen waarlijk een mooi, harmonieus geheel. Wij hebben terecht veel waardering voor degene die dit systeem ontdekt heeft. Hoeveel temeer zouden wij Degene moeten prijzen, die het systeem bedacht en de elementen volgens zo’n doelbewust patroon gemaakt heeft.

Het systeem voltooid

Alle leemten in het systeem van Mendelejev zijn tegenwoordig opgevuld. De elementen met de nummers 85 en 87 werden, zoals verwacht, ontdekt als zeldzame kortlevende leden in de radioactieve vervalreeks van uranium. De elementen 43 en 61 werden kunstmatig tot stand gebracht door kernsplitsing, die in een cyclotron of kernreactor werd teweeggebracht. Van elk werden verschillende isotopen gemaakt, maar ze bleken allemaal radioactief te zijn, en volledig uiteen te vallen in veel minder tijd dan verstreken is sedert de aarde werd geformeerd. Dat is de reden waarom ze nooit in de „natuur” werden ontdekt.

Bovendien is het periodieke systeem tot ver boven het aanvankelijke aantal van 92 uitgekomen door het vervaardigen van de „transuranische” elementen. En wederom zijn de kernreactor en het cyclotron de middelen geweest waardoor dit tot stand gekomen is. Natuurlijk zijn al zulke elementen radioactief; hoe zwaarder hoe onstabieler ze zijn. Er zijn elementen tot aan nummer 103 geïdentificeerd. Omdat ze maar enkele minuten leven, maakt het vluchtige bestaan van de zwaarste het steeds moeilijker ze af te zonderen en te bestuderen.

Nu ieder element, tot nummer 103 toe, is ondergebracht, is het systeem dat Mendelejev 100 jaar geleden met veel moeite samenstelde voltooid. Er kunnen geen elementen meer ontdekt worden tussen degene die wij nu kennen. Als er nieuwe elementen worden ontdekt, zullen ze aan het einde van het systeem moeten komen. Enkele Russische en Amerikaanse geleerden beweren dat zij de elementen 104 en 105 gevonden hebben, maar dit is nog niet bevestigd.

Schepping of blind toeval?

Er zou nog veel meer over het atoom gezegd kunnen worden en onze beschouwing hier is maar beperkt geweest. Maar bent u het er niet mee eens dat deze verbazingwekkende orde en symmetrie een krachtig getuigenis voor schepping is en een bewijs dat er een Meester-Schepper bestaat die weet wat hij doet? Wie had kunnen denken dat al die ingewikkelde materie om ons heen, ja wijzelf, uit drie eenvoudige bouwstenen zouden zijn opgebouwd — neutronen, protonen en elektronen! En zie eens wat een verscheidenheid er desondanks bestaat. Beschouw de pracht en harmonie van dit alles.

De mens zal ongetwijfeld nog veel meer over materie, atomen en elementen te weten komen. Niettemin is een korte blik op deze fundamentele rangschikking voldoende om ons te laten zien, dat hetgeen wij nu weten een krachtig bewijs vormt dat dit het werk van de handen van een intelligente Ontwerper en Schepper is (Hebr. 3:4). Neen, dit zou nooit door blind toeval gebeurd kunnen zijn!

[Voetnoten]

[Tabel op blz. 19]

(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)

RANGSCHIKKING VAN DE ELEKTRONEN IN SCHILLEN

Nr. Elementen 1ste 2de 3de 4de 5de 6de

1 Waterstof 1

2 Helium 2

3 Lithium 2 1

4 Beryllium 2 2

5 Boor 2 3

6 Koolstof 2 4

7 Stikstof 2 5

8 Zuurstof 2 6

9 Fluor 2 7

10 Neon 2 8

11 Natrium 2 8 1

12 Magnesium 2 8 2

13 Aluminium 2 8 3

14 Silicium 2 8 4

15 Fosfor 2 8 5

16 Zwavel 2 8 6

17 Chloor 2 8 7

18 Argon 2 8 8

19 Kalium 2 8 8 1

20 Calcium 2 8 8 2

21 Scandium 2 8 9 2

* * *

26 IJzer 2 8 14 2

* * *

30 Zink 2 8 18 2

31 Gallium 2 8 18 3

32 Germanium 2 8 18 4

33 Arseen 2 8 18 5

34 Seleen 2 8 18 6

35 Broom 2 8 18 7

36 Krypton 2 8 18 8

37 Rubidium 2 8 18 8 1

38 Strontium 2 8 18 8 2

* * *

53 Jood 2 8 18 18 7

54 Xenon 2 8 18 18 8

55 Cesium 2 8 18 18 8 1

56 Barium 2 8 18 18 8 2

* * *

82 Lood 2 8 18 32 18 4

* * *

[Tabel op blz. 21]

(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)

MENDELEJEVS PERIODIEK SYSTEEM DER ELEMENTEN MET BENADERDE ATOOMGEWICHTEN

2 10 18 36 54

Helium Neon Argon Krypton Xenon

4 20.2 40 38.8 131.3

1 3 11 19 37 55

Waterstof Lithium Natrium Kalium Rubidium Cesium

1 7 23 39 85.5 133

4 12 20 38 56

Beryllium Magnesium Calcium Strontium Barium

9 24.3 40 87.6 137.3

5 13 21 39 57-71

Boor Aluminium Scandium Yttrium b

10.8 27 45 89 139-175

22 40 72

Titaan Zirkonium Hafnium

48 91.2 178.5

23 41 73

Vanadium Niobium Tantaal

51 93 181

24 42 74

Chroom Molybdeen Wolfraam

52 96 183.8

25 43 75

Mangaan Technetium Renium

55 99 186.2

26 44 76

IJzer Ruthenium Osmium

55.8 101 190.2

27 45 77

Kobalt Rodium Iridium

59 103 192.2

28 46 78

Nikkel Palladium Platina

58.7 106.4 195

29 47 79

Koper Zilver Goud

63.5 107.9 197

30 48 80

Zink Cadmium Kwik

65.4 112.4 200.6

31 49 81

Gallium Indium Thallium

69.7 114.8 204.4

6 14 32 50 82

Koolstof Silicium Germanium Tin Lood

12 28 72.6 118.7 207.2

7 15 33 51 83

Stikstof Fosfor Arseen Antimoon Bismut

14 31 75 121.8 209

8 16 34 52

Zuurstof Zwavel Seleen Telluur c

16 32 79 127.6

9 17 35 53

Fluor Chloor Broom Jood

19 35.5 80 127

Deze tabel heeft de vorm van de originele die in 1869 door Mendelejev gepubliceerd werd, maar bevat ook de wijzigingen die hij in 1871 aanbracht. In recentere vormen van het systeem zijn de perioden gewoonlijk op horizontale lijnen en de groepen in verticale kolommen aangebracht. Veel atoomgewichten zijn hier nauwkeuriger weergegeven dan in zijn dagen bekend was. Elementen die sedert 1871 zijn ontdekt en de atoomnummers die sinds 1913 zijn toegekend, zijn in kleur aangegeven.

[Voetnoten]

[Illustratie op blz. 17]

Dmitri Ivanovitsj Mendelejev