En kemist finner starka bevis för en skapelse

Från ”Vakna!”:s korrespondent i Finland

Dmitrij Ivanovitj Mendelejev

FÖR lite mer än 100 år sedan funderade den ryske kemisten Dmitrij Mendelejeva över grundämnenas inbördes förhållande. På grundval av de forskningar han gjorde kom han till den slutsatsen att ytterligare grundämnen ännu skulle upptäckas. Hade han rätt? Om så var fallet, skulle detta då bevisa att all materia har kommit till genom blind slump eller att jorden och hela universum har utformats av en intelligent Skapare?

På 1860-talet var 63 av de 103 grundämnen som nu är kända för människan identifierade. Mendelejev studerade dessa grundämnens egenskaper för att finna någon ordning eller något mönster. Tack vare den relativa atomvikt som angetts för varje grundämne, kände han redan till deras förhållande till varandra vad det gäller vikten. Han hade också lagt märke till likheter mellan par eller i familjer av grundämnen. Många likheter är väl kända för oss i vardagslivet. Några människor ersätter till exempel natriumklorid med kaliumklorid såsom bordssalt av dietiska skäl. Koppar kan med fördel användas i stället för guld eller silver i mynt och smycken. Magnesium och kalcium är så lika att de utan åtskillnad passar in i bergartssammansättningen hos dolomitisk kalksten. Mendelejev undrade varför några grundämnen var så lika medan andra var så olika.

Mendelejev skrev upp de olika detaljerna hos varje grundämne på kort och började sätta upp korten på väggen. Han ordnade grundämnena efter deras vikt och försökte samtidigt ta hänsyn till deras varierande egenskaper och karaktärsdrag. Han fick ordna om korten flera gånger, men snart började ett mönster framträda. Han fann att om han satte de sju första grundämnena (med undantag av väte som egentligen är i en klass för sig själv) efter varandra i en spalt och sedan ordnade de nästa sju grundämnena bredvid dem, så fanns det en anmärkningsvärd likhet mellan varje par av grundämnen. Natrium hamnade bredvid litium, och de är två av de grundämnen som kallas alkalimetaller därför att de reagerar med vatten så att det bildas starka alkalier eller baser. Klor parades ihop med fluor. Detta är två gaser som kallas halogener på grund av deras anmärkningsvärda tendens att bilda salter. Dessa var de två första ”perioderna” i det som kom att bli Mendelejevs periodiska system.

Då Mendelejev fortsatte i den tredje spalten, fann han att kalium hamnade bredvid natrium och sedan kalcium bredvid magnesium. Så långt gick det bra. Men därefter började det bli mer komplicerat. Sedan han hade försökt med olika uppställningar av sina kort, fann han att han kunde placera de följande grundämnena så långt som till jod i två långa perioder om 17 grundämnen vardera. Genom att dela de korta perioderna, som tabellen visar, fann han två rader överst i varje period och tre rader vid slutet som exakt motsvarade väl kända familjer av kemiska grundämnen. I mitten av de långa perioderna fann han de metalliska grundämnena, däribland de metaller som är mest kända för oss i det dagliga livet.

För att åstadkomma denna uppställning var Mendelejev emellertid tvungen att lämna en del luckor — tre i den första långa perioden och en i den andra. Dessa tomma utrymmen avskräckte honom inte från att publicera sitt system. Han var så övertygad om att grundämnena har skapats i ett ordnat mönster, att han oförskräckt gav till känna att de grundämnen som ännu var okända skulle komma att upptäckas så att luckorna i systemet fylldes. Han gick så långt att han med självsäker djärvhet beskrev egenskaperna hos de grundämnen som fattades. Han förutsade deras atomvikt och densitet (täthet) och de slag av kemiska föreningar som de kunde bilda. Han gav dem preliminära namn — ”eka-bor”, ”eka-aluminium” och ”eka-kisel” — i enlighet med deras förväntade familjedrag.

Hans förtroende för ”naturens” lagbundenhet var inte missriktat. De grundämnen som fattades började dyka upp mycket tidigare än någon kunde ha anat. Gallium (eka-aluminium) upptäcktes i Frankrike år 1876, skandium (eka-bor) i Sverige år 1879 och germanium (eka-kisel) i Tyskland år 1886. Det förvånade alla — utom Mendelejev — att dessa grundämnens fysiska egenskaper och atomvikter nästan exakt stämde överens med vad han hade förutsagt. I förbigående kan nämnas att germanium i våra dagar har fått en oumbärlig plats i framställningen av transistorer.

Efter dessa upptäckter hyllades Mendelejev internationellt som ett geni av vetenskapsmän som till att börja med hade visat föga intresse för hans periodiska system. Detta system har kommit att bli en oumbärlig hjälp för kemiforskningen och undervisningen i kemi, och det finns i våra dagar på väggen i alla kemiklassrum och laboratorier. Det fanns ingen som tvivlade på att de övriga grundämnen som behövdes för att fylla ut luckorna i systemet till sist skulle bli upptäckta.

Plats för en oförutsedd familj

Senare upptäckter tjänade till att utvidga Mendelejevs system. År 1894 isolerade John Rayleigh och William Ramsay ur atmosfäriskt kväve en ädelgas, som de kallade argon därför att den inte kunde förena sig med något annat grundämne. Ett år senare fann Ramsay i uranmalm en annan ädelgas; han identifierade den som helium, som hade påvisats i solspektrum under en solförmörkelse år 1868. Dittills kände man inte till att den gasen existerade på jorden. Var kunde dessa oförutsedda grundämnen passa in i det periodiska systemet?

Mendelejev följde upp Ramsays teori om att det periodiska systemet kanske inte var fullständigt. Han ämnade sätta in de två grundämnena som medlemmar i en ny familj av kemiskt inaktiva gaser eller ädelgaser, en ny grupp ovanför alkalimetallerna. Men detta innebar att ytterligare tre ädelgaser måste upptäckas för att fylla ut den nya raden i systemet. Och mycket riktigt upptäckte man i Ramsays laboratorium inom en tidsperiod av bara tre år ytterligare tre kvantitativt små beståndsdelar i atmosfären — neon, krypton och xenon. Deras atomvikter placerade dem exakt på deras rätta platser i det periodiska systemet.

Bevis för en skapelse?

Ger detta verkligen bevis för en skapelse? Tänk efter. Om grundämnena helt enkelt har kommit till av en slump, varför skulle inte då deras atomvikter vara samlade kring ett slags medelvärde, med kanske några få lätta ämnen och med några få tunga? Och varför skulle inte sådana egenskaper som densitet, smältpunkt och kemisk reaktionsförmåga variera slumpvis från ett grundämne till ett annat? Varför förvänta något samband mellan de olika ämnena? Det skulle inte finnas någon orsak att förvänta att grundämnena skulle vara grupperade i familjer med tydligt markerade likheter.

Men Mendelejevs system visar att materiens hela sammansättning inte är slumpens verk. Dess stora lagbundenhet bevisar att den omöjligen kan ha kommit till av en händelse. Detta invecklade mönster i materiens mest grundläggande sammansättning ger bevis för formgivning.

Håller du nu inte med om att detta ger starka bevis för att det finns en intelligent formgivare — en vis skapare? Eller vill du ha fler bevis? Ytterligare bevis skulle komma i dagen. Gruppen med ädelgaser som lagts till utökade de korta perioderna till åtta grundämnen och de långa till 18. Denna utökning visade sig vara den grundval, som den kommande teorin om atomens sammansättning skulle vara beroende av för sin fulländning.

Ytterligare bevis

Ytterligare banbrytande forskning öppnade atomen för ett mera detaljerat studium av hur den ser ut inuti. Först visade J. J. Thomson att negativt laddade elektroner kunde isoleras från alla slag av atomer. Ernest Rutherford visade att den positiva laddningen i atomen var koncentrerad till ett mycket litet område som kallades kärnan. Niels Bohr tänkte sig att atomen liknade solsystemet — den hade en mängd elektroner i olika omloppsbanor runt kärnan, som var i mitten. De positiva laddningarna var multipler av en enhetsladdning. Väteatomen hade bara en enhetsladdning; den kallades en proton. Varje grundämnes atomer har ett speciellt antal protoner. Dessa protoner i kärnan svarar mot ett lika stort antal elektroner som kretsar omkring kärnan.

En anmärkningsvärd upptäckt av Henry Moseley gjorde det möjligt att säga hur många protoner och elektroner det finns i varje slags atom. Han mätte frekvensen av röntgenstrålar som sänds ut av olika grundämnen när de innersta elektronerna slås ut. Moseley fann att denna frekvens ökade i ett matematiskt regelbundet mönster från ett grundämne till nästa i enlighet med Mendelejevs system. Där det fanns en lucka i systemet var frekvensskillnaden dubbelt så stor. Han föreslog att sätta ett serienummer på varje grundämne: väte fick nummer ett, helium fick nummer två och så vidare. Atomnumret betecknar antalet protoner i kärnan såväl som antalet elektroner i varje slags atom.

Detta nummer visade sig till och med vara mera betydelsefullt än atomvikten, när det gällde att fastställa grundämnets egenskaper. Grundämnena ordnade efter atomnummer hamnade exakt på sina platser i det periodiska systemet, utan undantag! Mendelejev hade funnit det nödvändigt att sätta argon före kalium, fastän argons atomvikt är 40, medan atomvikten för kalium bara är 39. Då han i andra fall har reviderat ordningen av grundämnena för den kemiska harmonins skull, har detta styrkts av Moseleys atomnummer, och så har det varit i vartenda fall. Alla skiljaktigheter var försvunna. Den exakta tilldelningen av atomnummer gjorde det också möjligt att direkt säga vilka grundämnen som ännu fattades och att försäkra sig om att inga andra luckor lämnades. Det finns inte någon plats för att passa in ytterligare någon familj på det sätt som ädelgaserna klämdes in.

Omkring år 1925 stod det fullständigt klart att hela listan av grundämnen från väte till uran exakt passade i nittiotvå rutor i det periodiska systemet, och det var bara fyra rutor som ännu var tomma. Två av dessa, nummer 85 och 87, förväntades vara radioaktiva, eftersom alla andra grundämnen efter vismut var det. De andra två, nummer 43 och 61, sökte man ivrigt efter bland malmer med andra ovanliga grundämnen, men trots att många kemister påstod att de hade upptäckt dem, så var dessa grundämnens existens inte fastställd.

Elektroner i skal

Den idé som Bohr var först med och som sedan förbättrades av andra gick ut på att elektronernas omloppsbanor ligger i skal, som vart och ett har en speciell maximikapacitet. Det innersta skalet, där elektronerna har de minsta möjliga omloppsbanorna, kan rymma endast två elektroner. Nästa skal, med något större omloppsbanor, kan hysa upp till åtta elektroner. Det tredje skalet kan rymma 18 elektroner och det fjärde 32. Dessa siffror erhölls genom att man studerade de olika möjliga formerna av omloppsbanor — cirklar och ellipser — i enlighet med Bohrs ”kvantteori”.

Den utsträckning i vilken dessa skal fylls beror på antalet elektroner i en atom, vilket är lika med atomnumret. Således är det innersta skalet i helium fyllt, eftersom helium har två elektroner. Grundämnena från litium till neon — nummer 3 till 10 — har i tur och ordning en till åtta elektroner i det andra skalet. Nästa grundämne, natrium med 11 elektroner, har en ensam elektron i det tredje skalet, och så fortsätter det med de andra grundämnena.

Elektronerna i det yttre skalet kontrollerar atomens reaktionsförmåga med andra atomer; ett grundämnes kemiska uppträdande beror alltså på hur många elektroner som finns i det yttre skalet. Nu kan vi förstå varför litium och natrium tillhör samma familj. Båda har en ensam elektron i det yttre skalet. Detta gäller också de andra alkalimetallerna, kalium, rubidium och cesium. De som tillhör halogenfamiljen — fluor, klor, brom och jod — har alla sju elektroner i det yttre skalet.

Det betyder att var och en av ädelgaserna — neon, argon, krypton och xenon — har åtta elektroner i det yttre skalet. Åtta elektroner bildar en mycket stabil struktur. Vi kan säga att dessa atomer är mycket nöjda med sig själva och självbelåtet står emot alla erbjudanden att ge ifrån sig eller ta upp elektroner. I kontrast härtill avges lätt den ensamma elektronen i natrium eller kalium. Sådana metaller reagerar häftigt med nästan vilka ämnen som helst, även med luft eller vatten. I den andra änden av en period försöker fluor och klor att ta upp en elektron från ett annat grundämne för att uppnå en stabil struktur med åtta elektroner. Dessa grundämnen är alltså också kemiskt aktiva, men av den motsatta orsaken.

Metallen natriums aktivitet gör den riktigt farlig att handskas med, och klorgas i sin grundform är mycket giftig. Men flytta den ensamma elektronen från natrium till klor och se vilken skillnad det blir. Klor har nu fått sin ofullständighet tillfredsställd med ett fyllt yttre skal som innehåller åtta elektroner, precis som ädelgasen argon. Och natrium har kvar ett liknande skal med åtta elektroner likt neon. Så i föreningen natriumklorid (vanligt bordssalt) är båda grundämnena helt ofarliga och kan till och med ätas.

Neutronerna kompletterar bilden

Men fortfarande saknades kännedom om en grundläggande del av atomen. Om du tittar på det periodiska systemet, kan du lägga märke till att alla grundämnen, utom väte, har en atomvikt som är åtminstone två gånger så stor som atomnumret. Eftersom protonen har en vikt av endast en enhet, varför har då till exempel kol med endast sex protoner en atomvikt på 12? Pusselbiten hittades då neutronen upptäcktes år 1932. Detta är en partikel med nästan lika stor vikt som protonen, men utan någon elektrisk laddning. Som vi förstår det nu har kol sex protoner och sex neutroner i kärnan, och denna omges av sex elektroner som balanserar protonernas laddning.

Många grundämnen har isotoper, i vilka kärnan innehåller olika antal neutroner. En liten procent av kolatomerna har till exempel sju neutroner i stället för sex. Detta ändrar inte laddningen eller elektronfigurationen men påverkar atomvikten. Denna variation i antalet neutroner är en orsak till att Mendelejev fann att atomvikterna i några fall inte kom i rätt ordning.

Det mesta av atomens volym består av tomrum, men de omkringkretsande elektronernas höga hastighet och deras uppförande ger utseendet av fast eller flytande form. Protoner, neutroner och elektroner är likadana i alla atomer, det spelar ingen roll vilket ämne det är. All materia är uppbyggd av just dessa tre byggstenar. Vad är det då som gör att ett ämne skiljer sig från ett annat? Det är helt enkelt antalet protoner i kärnan och antalet elektroner och deras figuration i skalen omkring kärnan. Och tänk bara på hur oändligt smått allt detta är! Atomens diameter är bara omkring 2 eller 3 hundramilliondelar av en centimeter!

Den moderna atomteorin har på ett underbart sätt hävdat Mendelejevs tro på att grundämnena har skapats i enlighet med en bestämd plan. Den har förklarat varför atomvikterna placerade grundämnena mycket nära deras riktiga familjer, och den har bestyrkt de förändringar som Mendelejev fann det nödvändigt att göra. Den moderna atomteorin förklarar de kemiska likheterna i familjerna av grundämnen. De bildar i sanning ett skönt harmoniskt system. Vi ger med rätta ett högt betyg till den som upptäckte detta system. Men hur mycket mer bör vi då inte prisa honom som har tänkt ut detta system och skapat grundämnena efter ett sådant meningsfullt mönster!

Systemet blir fullständigt

I dag har alla luckor i Mendelejevs system fyllts ut. Grundämnena nummer 85 och 87 befanns, som man förväntade, vara sällsynta, kortlivade radioaktiva sönderfallsprodukter i uranserien. Grundämnena 43 och 61 skapades på konstgjord väg, genom kärnreaktioner framkallade i en cyklotron eller i en kärnreaktor. Många isotoper har gjorts till vart och ett av dessa fyra grundämnen, men de visar sig alla vara radioaktiva och sönderfaller fullständigt under en mycket kortare tidsperiod än den som har förflutit sedan jorden formades. Därför finner man dem aldrig i ”naturen”.

Det periodiska systemet har dessutom utvidgats, långt utöver den ursprungliga kvoten på 92 grundämnen, genom att man skapar ”transuraner”, dvs. grundämnen med högre atomnummer än uran. Man använder återigen kämreaktorer och cyklotroner för att genomföra detta. Alla dessa grundämnen är naturligtvis radioaktiva; och ju tyngre de är, desto instabilare är de. Alla grundämnen upp till nummer 103 har identifierats. Men på grund av de tyngsta grundämnenas mycket korta livstid, som kan räknas i minuter, blir det svårare och svårare att uppbringa och studera dem, ju tyngre de blir.

Det system som Mendelejev kämpade med att sätta samman för hundra år sedan är nu fullbordat med varje grundämne redovisat, ända upp till nummer 103. Det kan inte finnas några fler grundämnen mellan dem som nu är kända. Om nya grundämnen skulle upptäckas, måste de befinna sig efter slutet på systemet. Några ryska och amerikanska vetenskapsmän påstår att de har upptäckt grundämnena 104 och 105, men detta har inte blivit bekräftat.

Skapelse eller blind slump?

Mycket mera kunde sägas om atomen, och vår undersökning här har varit begränsad. Men håller du inte med om att denna häpnadsväckande ordning och symmetri är starka bevis för en skapelse — bevis för att det finns en mästerlig skapare som vet vad han gör? Vem kunde föreställa sig att all den sammansatta materia som finns runt omkring oss, ja till och med vi själva, skulle vara gjord av tre enkla byggstenar — neutroner, protoner och elektroner? Men betrakta ändå den väldiga variationen. Lägg märke till skönheten och harmonin i alltsammans.

Det finns utan tvivel mycket mer att lära sig om materia, atomer och grundämnen. Likväl har denna korta undersökning av den grundläggande sammansättningen varit tillräcklig för att visa oss att det vi nu vet är starka bevis för att allting är ett verk av en intelligent formgivare och skapare. (Hebr. 3:4) Nej, det kunde aldrig ha skett genom en blind slump!

[Fotnoter]

[Tabell på sidan 19]

ELEKTRONFIGURATION I SKALEN

Nr. Grundämnen 1:a 2:a 3:e 4:e 5:e 6:e

1 Väte 1

2 Helium 2

3 Litium 2 1

4 Beryllium 2 2

5 Bor 2 3

6 Kol 2 4

7 Kväve 2 5

8 Syre 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 Kisel 2 8 4

15 Fosfors 2 8 5

16 Svavel 2 8 6

17 Klor 2 8 7

18 Argon 2 8 8

19 Kalium 2 8 8 1

20 Kalcium 2 8 8 2

21 Skandium 2 8 9 2

* * *

26 Järn 2 8 14 2

* * *

30 Zink 2 8 18 2

31 Gallium 2 8 18 3

32 Germanium 2 8 18 4

33 Arsenik 2 8 18 5

34 Selen 2 8 18 6

35 Brom 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 Jod 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 Bly 2 8 18 32 18 4

* * *

[Tabell på sidan 21]

(För formaterad text, se publikationen)

MENDELEJEVS PERIODISKA SYSTEM ÖVER GRUNDÄMNENA JÄMTE AVRUNDADE ATOMVIKTER

2 10 18 36 54

Helium Neon Argon Krypton Xenon

4 20,2 40 83,8 131,3

1 3 11 19 37 55

Väte Litium Natrium Kalium Rubidium Cesium

1 7 23 39 85,5 133

4 12 20 38 56

Beryllium Magnesium Kalcium Strontium Barium

9 24,3 40 87,6 137,3

5 13 21 39 57-71*

Bor Aluminium Skandium Yttrium

10,8 27 45 89 139-175

22 40 72

Titan Zirkonium Hafnium

48 91,2 178,5

23 41 73

Vanadin Niob Tantal

51 93 181

24 42 74

Krom Molybden Volfram

52 96 183,8

25 43 75

Mangan Teknetium Rhenium

55 99 186,2

26 44 76

Järn Rutenium Osmium

55,8 101 190,2

27 45 77

Kobolt Rodium Iridium

59 103 192,2

28 46 78

Nickel Palladium Platina

58,7 106,4 195

29 47 79

Koppar Silver Guld

63,5 107,9 197

30 48 80

Zink Kadmium Kvicksilver

65,4 112,4 200,6

31 49 81

Gallium Indium Tallium

69,7 114,8 204,4

6 14 32 50 82

Kol Kisel Germanium Tenn Bly

12 28 72,6 118,7 207,2

7 15 33 51 83

Kväve Fosfor Arsenik Antimon Vismut

14 31 75 121,8 209

8 16 34 52

Syre Svavel Selen Tellur *

16 32 79 127,6

9 17 35 53

Fluor Klor Brom Jod

19 35,5 80 127

Detta system har samma utförande som det ursprungliga, publicerat av Mendelejev år 1869, men inbegriper de revideringar han gjorde år 1871. I nyare uppställningar av systemet sätts vanligen perioderna i horisontella linjer och familjegrupperna i vertikala spalter. Många av atomvikterna anges här mer exakt än vad som var känt i hans dagar. De grundämnen som har upptäckts sedan år 1871 och de atomnummer som har tilldelats sedan år 1913 är färgsatta.

* Mendelejev satte de fyra sällsynta jordartsmetallerna som var kända för honom i den tredje och fjärde gruppen, mellan varium och tantal. Dessa var lantan, cerium, erbium och didym (vilken senare visade sig vara en blandning av neodym och praseodym). Allt som allt har man funnit femton sällsynta jordartsmetaller som alla tillhör samma familj som yttrium.

* Torium och uran, två grundämnen som är tyngre än vismut och som inte visas här, placerade Mendelejev i en sjätte period, i den fjärde respektive sjätte familjen eller gruppen.