En kemiker der fandt et magtfuldt vidnesbyrd om skabelse

AF „VÅGN OP!“-​KORRESPONDENT I FINLAND

FOR lidt over 100 år siden sad den russiske kemiker Dmitrij Mendelejeva og grundede over det indbyrdes forhold mellem grundstofferne. På grundlag af sine undersøgelser kom han til det resultat at der var visse grundstoffer man endnu ikke havde opdaget. Havde han ret? Og hvis han havde ret, ville det så tyde på at alt var blevet til ved en tilfældighed? Ville det ikke snarere vidne om at jorden og hele universet var opbygget af en fornuftig og intelligent Skaber?

I 1860erne kendte man 63 af de 103 grundstoffer man kender i dag. Mendelejev studerede deres egenskaber for at finde ud af om de skulle høre sammen i et eller andet mønster. Ud fra deres atomvægt kendte han allerede deres indbyrdes vægtforhold. Han havde også lagt mærke til beslægtede egenskaber hos flere grundstoffer, ja i hele grupper af grundstoffer. Mange af disse ligheder kender vi i hverdagen. For eksempel er der nogle der af helbredshensyn bruger kaliumklorid i stedet for natriumklorid som bordsalt. Kobber kan nemt bruges i stedet for sølv eller guld i mønter eller smykker. Magnesium og kalcium er så ensartede at de fuldstændig kan gøre det ud for hinanden i den mineralske struktur i kalkbjergarten dolomit. Mendelejev spekulerede meget på hvorfor nogle grundstoffer var så ensartede og andre så forskellige.

Han noterede hvert grundstofs egenskaber på et kort og begyndte at sætte kortene op på væggen. Han flyttede rundt på dem flere gange, idet han forsøgte at anbringe dem i rækkefølge efter vægt mens han samtidig tog hensyn til deres forskellige egenskaber og ejendommeligheder. Snart begyndte et mønster at vise sig. Han opdagede at hvis han anbragte de første syv grundstoffer (med undtagelse af brint, der egentlig hører til i en klasse for sig) i en lodret kolonne og derefter anbragte de næste syv ved siden af dem, var der en forbløffende lighed mellem de grundstoffer der kom til at ligge ud for hinanden. Natrium faldt ved siden af lithium, og begge disse grundstoffer kaldes alkalimetaller fordi de indgår forbindelse med vand og danner stærke alkalier. Klor lå ved siden af fluor, og begge disse luftarter kaldes halogener fordi de har en udpræget tendens til at danne salte. Hermed havde Mendelejev opstillet de to første „perioder“ i sit periodiske system.

Da han fortsatte med en tredje kolonne fandt han at kalium kom til at ligge ud for natrium, og kalcium ud for magnesium. Så langt var det meget nemt. Men nu blev det mere kompliceret. Efter at han havde prøvet med flere forskellige muligheder, fandt han frem til at han kunne anbringe alle de efterfølgende grundstoffer helt frem til jod i to lange perioder på hver 17 grundstoffer. Ved at opdele hver af de korte perioder i to dele, som vist på skemaet side 17, fik han to tværgående rækker foroven og tre forneden som svarede nøjagtig til velkendte grupper af kemisk aktive grundstoffer. Midt i de lange perioder havde han de metalliske grundstoffer, heriblandt de metaller vi kender bedst i hverdagen.

Men for at nå frem til denne orden og harmoni måtte han lade flere pladser stå åbne, tre i den første lange periode og én i den anden. Disse huller hindrede ham dog ikke i at offentliggøre sit skema. Så stærk var nu hans tillid til at grundstofferne var blevet skabt i et ordnet mønster, at han frimodigt erklærede at hullerne ville blive udfyldt med endnu ukendte grundstoffer som man en dag ville opdage. Med dristig selvsikkerhed gik han endda så vidt at han beskrev disse manglende grundstoffers egenskaber. Han forudsagde deres atomvægt, deres tæthed og hvilken slags kemiske forbindelser de ville danne. Han gav dem foreløbige navne, „ekabor“, „ekaaluminium“ og „ekasilicium“, svarende til deres forventede ejendommeligheder.

Hans tillid til „naturens orden“ blev ikke gjort til skamme. Længe før ventet begyndte hans manglende grundstoffer at vise sig. Gallium (ekaaluminium) blev fundet i Frankrig i 1876, scandium (ekabor) i Sverige i 1879, og germanium (ekasilicium) i Tyskland i 1886. Til stor forbløffelse for alle — undtagen Mendelejev — havde hvert grundstof næsten nøjagtig de fysiske egenskaber og den atomvægt han havde forudsagt. I øvrigt har germanium nu slået sin betydning fast. Det er uundværligt ved fremstillingen af transistorer.

Efter disse opdagelser begyndte videnskabsmænd som ellers ikke havde vist Mendelejev og hans skema stor opmærksomhed, at hylde ham internationalt som et videnskabeligt geni. Hans periodiske system blev en uundværlig hjælp ved kemisk forskning og undervisning, og det findes i dag ophængt i alle kemiske laboratorier og alle klasseværelser hvor der undervises i kemi. Ingen tvivlede på at de grundstoffer der manglede til at udfylde hullerne i systemet, en dag ville vise sig.

Plads til en uventet gruppe

Senere opdagelser bevirkede at Mendelejevs skema måtte udvides. I 1894 lykkedes det John Rayleigh og William Ramsay at isolere en sjælden luftart fra atmosfærisk kvælstof; de kaldte den argon fordi den ikke ville gå i forbindelse med noget andet grundstof. Et år senere fandt Ramsay en endnu sjældnere inaktiv luftart i noget uranmalm; han fastslog at det drejede sig om helium, som man havde set i solens spektrum under en solformørkelse i 1868, men som endnu ikke var fundet på jorden. Hvor kunne disse uventede grundstoffer passes ind i det periodiske system?

Mendelejev arbejdede videre med Ramsays formodning om at det periodiske system måske ikke var komplet. Han foreslog at man anbragte de to grundstoffer som medlemmer af en ny gruppe — de inaktive luftarter (ædelgasserne) — oven over alkalimetallerne. Men det betød at man måtte finde tre inaktive luftarter mere for at udfylde den nye række i skemaet. Og ganske rigtigt: I løbet af blot tre år lykkedes det i Ramsays laboratorium at finde endnu tre bitte små bestanddele af atmosfærisk luft — neon, krypton og xenon. Deres atomvægt anbragte dem nøjagtig hvor de hørte hjemme i det periodiske system.

Et vidnesbyrd om skabelse?

Er dette nu virkelig et vidnesbyrd om skabelse? Hvad skal vi sige? Hvis grundstofferne var opstået ved rene tilfældigheder, hvorfor er deres atomvægte da ikke i højere grad grupperet omkring en middelværdi, måske med ganske få lette og ganske få tunge grundstoffer? Og hvorfor varierer værdierne for tæthed, smeltepunkt og kemisk reaktionsevne ikke tilfældigt fra grundstof til grundstof? Hvorfor vente nogen indbyrdes sammenhæng mellem dem? Hvis det hele var tilfældigt, var der ingen grund til at regne med at grundstofferne kunne inddeles i grupper på grund af tydelige ligheder mellem dem.

Mendelejevs skema viser imidlertid at stoffernes opbygning ikke er vilkårlig. Selve den orden der præger grundstofferne beviser at deres opståen ikke kan skyldes blinde kræfters frie spil. Det meget komplicerede mønster der afslører sig i stoffernes grundlæggende opbygning vidner om plan og omtanke.

Må vi ikke sige at dette er et magtfuldt vidnesbyrd om at der findes en Mesterarkitekt, en viis og intelligent Skaber? Eller ønsker vi flere beviser? Man fik i hvert fald flere beviser. Da gruppen af inaktive luftarter var indlemmet i systemet, hvorved de korte perioder blev forlænget til hver otte grundstoffer og de lange perioder til hver 18, blev det muligt at færdiggøre en teori om atomernes opbygning.

Flere vidnesbyrd

En forbløffende opdagelse af Henry Moseley gjorde det muligt at sige nøjagtig hvor mange protoner og elektroner der er i hver slags atom. Han målte bølgelængden af røntgenstråling fra forskellige grundstoffer når de inderste elektroner blev forstyrret. Han påviste at røntgenstrålernes frekvens voksede efter et regelmæssigt mønster fra det ene grundstof til det næste, i samme orden som de var opført i Mendelejevs skema. Hvor der var et hul, var stigningen dobbelt så stor. Han foreslog at man gav hvert grundstof et serienummer, idet man begyndte med brint som nr. 1, helium som nr. 2 og så videre. Dette atomnummer angiver antallet af protoner i kernen, samt antallet af elektroner, i hvert atom.

Atomtallet viste sig at være endnu mere retningsgivende for et grundstofs egenskaber end atomvægten. Ordnet i rækkefølge efter atomtal kom alle grundstofferne uden undtagelse til at falde nøjagtig på deres plads i det periodiske system. Mendelejev havde fundet det nødvendigt at placere argon før kalium, selv om argons atomvægt er 40 og kaliums kun 39. Også i andre tilfælde hvor Mendelejev havde byttet om på rækkefølgen på grund af stoffernes kemiske egenskaber, viste Moseleys atomtal sig at bekræfte disse ændringer. Nu var alle uoverensstemmelser løst. Da man havde fastsat de nøjagtige atomtal blev det også muligt at sige med sikkerhed hvilke grundstoffer der endnu manglede, og man fik vished for at der ikke var andre huller tilbage. Der var ikke plads til at indføje endnu en gruppe grundstoffer, sådan som de inaktive luftarter var blevet „presset ind“ i systemet.

I 1925 havde man fastslået at hele listen over grundstoffer fra brint til uran omfattede nøjagtig 92 pladser i det periodiske system, og at kun fire pladser stadig stod åbne. To af de manglende stoffer, nr. 85 og 87, forventede man var radioaktive, ligesom alle de øvrige grundstoffer efter vismut. De andre to, nr. 43 og 61, søgte man ivrigt i malme som indeholdt andre sjældne grundstoffer; flere kemikere hævdede at have fundet dem, men deres eksistens blev ikke bekræftet.

Elektroner i skaller

Bohr fremførte den tanke (og andre arbejdede videre med den) at elektronbanerne ligger i forskellige skaller der hver har en vis maksimumkapacitet. Den inderste skal, hvor elektronerne har den kortest mulige bane, kan kun indeholde to elektroner. I den næste skal, hvor banen er noget længere, kan der være op til otte elektroner. Den tredje kan rumme 18, den fjerde 32. Disse tal nåede man frem til ved at studere elektronbanernes mulige former, cirkulære og elliptiske, ifølge Bohrs „kvanteteori“.

Om disse elektronskaller er „fyldt op“, afhænger af hvor mange elektroner der er i atomet — altså dets atomtal. I helium, der har to elektroner, er den inderste skal således fyldt. Grundstofferne fra lithium til neon, fra nr. 3 til nr. 10, har henholdsvis fra en til otte elektroner i den anden skal. Hos det næste grundstof, natrium, der har 11 elektroner, er der en enkelt elektron i den tredje skal. Og sådan fortsætter det.

Elektronerne i den yderste skal er bestemmende for atomets reaktion over for andre atomer; derfor afhænger et stofs kemiske egenskaber af hvor mange elektroner der er i den yderste skal. Dette viser hvorfor lithium og natrium hører til samme gruppe. De har hver en enkelt elektron i den yderste skal. Det samme gælder de øvrige alkalimetaller, kalium, rubidium og cæsium. Halogengruppen — fluor, klor, brom og jod — har hver syv elektroner i den yderste skal.

Det viser sig at de inaktive luftarter — neon, argon, krypton og xenon — hver har otte elektroner i den yderste skal. Otte elektroner danner en meget stabil opbygning. Vi kunne måske sige at sådanne atomer har nok i sig selv og at de derfor afslår ethvert tilbud om at afgive eller modtage elektroner. I modsætning hertil går den løse elektron i natrium eller kalium let tabt. Sådanne metaller har nemt ved at indgå kemisk forbindelse med andre stoffer, selv med luft eller vand. I den anden ende af perioderne har vi stoffer som fluor eller klor, der forsøger at tage en elektron fra andre grundstoffer for at opnå det stabile antal, nemlig otte. Disse grundstoffer er altså også kemisk aktive, men af den modsatte grund.

Det kan være farligt at håndtere det meget aktive metal natrium, og luftarten klor er meget giftig. Men flyt en enkelt elektron fra natrium til klor, og se hvad der sker. Klor har nu fået sin mangel afhjulpet; det har fået sin yderste skal fyldt op med otte elektroner, ligesom den inaktive luftart argon. Og natrium har en tilsvarende fyldt elektronskal tilbage, ligesom neon. De to stoffer er blevet til en ganske ufarlig forbindelse, nemlig natriumklorid — almindeligt bordsalt.

Neutronen fuldstændiggør billedet

Men der var stadig noget man ikke vidste. Betragter vi skemaet på side 17, vil vi se at grundstoffernes atomvægt i alle tilfælde (undtagen for brint) er mindst dobbelt så stor som atomtallet. Hvad er grunden? Hvorfor har kulstof for eksempel en atomvægt på 12, når kulstofatomet kun indeholder seks protoner? Den manglende brik i puslespillet faldt på plads da man i 1932 opdagede neutronen. Det er en partikel der vejer næsten det samme som protonen, men som er uden elektrisk ladning. Som vi forstår det i dag har kulstofatomet altså seks protoner og seks neutroner i sin kerne, og rundt om kernen kredser seks elektroner der udligner protonernes elektriske ladning.

Mange grundstoffer har isotoper, det vil sige atomkerner der indeholder et andet antal neutroner end det normale. I en lille procentdel af kulstofatomerne er der for eksempel syv neutroner i stedet for seks. Dette ændrer ikke noget ved den elektriske ladning, og heller ikke noget ved elektronernes orden, men det berører atomvægten. Denne variation i antallet af neutroner er en af grundene til at Mendelejev fandt at atomvægtene i nogle få tilfælde ikke passede ind i rækkefølgen.

Det meste af atomets rumfang er tomt rum, men på grund af elektronernes høje hastighed og deres adfærd virker atomet alligevel som en kompakt masse. Protonerne, neutronerne og elektronerne er ens i alle atomer, uanset hvilket stof det er. Alt stof er opbygget af disse tre byggesten. Hvad er så grunden til at det ene stof adskiller sig fra det andet? Det har udelukkende at gøre med hvor mange protoner der er i atomkernen, hvor mange elektroner der er og hvordan de er ordnet i elektronskallerne. Og tænk på hvor uendelig småt alt dette er! Et atoms diameter er ikke mere end to-tre hundredmilliontedele af en centimeter!

Den moderne atomteori har således på en fantastisk måde bekræftet Mendelejevs tro på at grundstofferne var skabt efter en harmonisk plan. Den har forklaret hvorfor atomvægtene stort set anbringer grundstofferne i de rigtige grupper, og den har givet rum for de undtagelser Mendelejev fandt det nødvendigt at gøre. Den forklarer de kemiske lighedspunkter der er inden for hver gruppe. Det er ganske klart at grundstofferne danner et smukt og harmonisk system. Med rette giver vi den der opdagede dette system, vor anerkendelse. Hvor langt mere burde vi da ikke prise den der udtænkte systemet og skabte grundstofferne i overensstemmelse med dette mønster, der vidner om vilje og hensigt!

Systemet fyldes ud

I dag er alle de tomme pladser i Mendelejevs system blevet udfyldt. Grundstof nr. 85 og 87 blev, som ventet, fundet som sjældne, ustabile medlemmer af rækken af radioaktive kernespaltningsprodukter fra uran. Grundstof nr. 43 og 61 er blevet fremstillet kunstigt ved bombardering af atomkerner i en cyklotron eller en kernereaktor. Man har fremstillet adskillige isotoper af dem begge, men de har alle vist sig at være radioaktive, med en henfaldstid der er langt kortere end den tid der er gået siden jorden blev skabt. Det er grunden til at man aldrig har fundet disse stoffer i naturen.

Desuden er det periodiske system blevet udvidet langt ud over det oprindelige loft på 92 grundstoffer, idet man har frembragt en lang række nye grundstoffer. Også dette er blevet muligt ved hjælp af kernereaktoren og cyklotronen. Alle disse grundstoffer er naturligvis radioaktive, og jo tungere de er, jo mere ustabile er de. Man har identificeret og navngivet grundstoffer helt op til nr. 103. Men da de tungeste er meget flygtige og kun lever i få minutter, er det vanskeligere og vanskeligere at isolere og studere dem efterhånden som man kommer højere op i rækken.

Det skema Mendelejev kæmpede for at opstille for over 100 år siden er nu komplet, helt op til grundstof nr. 103. Man vil ikke finde flere grundstoffer der passer ind mellem de allerede kendte. Hvis der opdages nye grundstoffer må de føjes til for enden af rækken.b

Skabelse eller blind tilfældighed?

Der kunne siges meget mere om atomet; det vi har fremført her, er kun en begrænset behandling af emnet. Men må man alligevel ikke sige at den forbløffende orden og symmetri vi har set, er et magtfuldt vidnesbyrd om skabelse, et bevis for at der findes en Mesterarkitekt som ved hvad han gør? Hvem kunne forestille sig at alle de komplicerede materialer og stoffer vi ser omkring os, ja endda vi selv med, kunne opbygges af blot tre simple byggesten — neutroner, protoner og elektroner! Og se alligevel den umådelige variation der er. Se hvilken skønhed og harmoni der præger det hele.

Der er uden tvivl meget endnu at lære om atomer, grundstoffer og stoffernes opbygning. Men selv denne korte redegørelse skulle være nok til at vise os at den viden vi har nu, til fulde understreger at det vi har med at gøre, er en fornuftbegavet Skabers værk. (Hebr. 3:4) Det kan aldrig være opstået som følge af blind tilfældighed.

[Fodnoter]

[Oversigt på side 16]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

Hvordan elektronerne er ordnet i skaller

Nr.  Grundstof

1.

 1 Brint:1

 2 Helium: 2

1., 2.

 3 Lithium: 2, 1

 4 Beryllium: 2, 2

 5 Bor: 2, 3

 6 Kulstof: 2, 4

 7 Kvælstof: 2, 5

 8 Ilt: 2, 6

 9 Fluor: 2, 7

10 Neon: 2, 8

1., 2., 3.

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 Svovl: 2, 8, 6

17 Klor: 2, 8, 7

18 Argon: 2, 8, 8

1., 2., 3., 4.

19 Kalium: 2, 8, 8, 1

20 Kalcium: 2, 8, 8, 2

21 Scandium: 2, 8, 9, 2

***

26 Jern: 2, 8, 14, 2

***

30 Zink: 2, 8, 18, 2

31 Gallium: 2, 8, 18, 3

32 Germanium: 2, 8, 18, 4

33 Arsen: 2, 8, 18, 5

34 Selen: 2, 8, 18, 6

35 Brom: 2, 8, 18, 7

36 Krypton: 2, 8, 18, 8

1., 2., 3., 4., 5.

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

1., 2., 3., 4., 5., 6.

55 Cæsium: 2, 8, 18, 18, 8, 1

56 Barium: 2, 8, 18, 18, 8, 2

***

82 Bly: 2, 8, 18, 32, 18, 4

***

[Oversigt på side 17]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

Grundstoffernes periodiske system, opstillet af Mendelejev med hvert stofs omtrentlige atomvægt

 1 Brint: 1

 2 Helium: 4

 3 Lithium: 7

 4 Beryllium: 9

 5 Bor: 10.8

 6 Kulstof: 12

 7 Kvælstof: 14

 8 Ilt: 16

 9 Fluor: 19

10 Neon: 20.2

11 Natrium: 23

12 Magnesium: 24.3

13 Aluminium: 27

14 Silicium: 28

15 Fosfor: 31

16 Svovl: 32

17 Klor: 35.5

18 Argon: 40

19 Kalium: 39

20 Kalcium: 40

21 Scandium: 45

22 Titan: 48

23 Vanadium: 51

24 Krom: 52

25 Mangan: 55

26 Jern: 55.8

27 Kobolt: 59

28 Nikkel: 58.7

29 Kobber: 63.5

30 Zink: 65.4

31 Gallium: 69.7

32 Germanium: 72.6

33 Arsen: 75

34 Selen: 79

35 Brom: 80

36 Krypton: 83.8

37 Rubidium: 85.5

38 Strontium: 87.6

39 Yttrium: 89

40 Zirkonium: 91.2

41 Niob: 93

42 Molybdæn: 96

43 Technetium: 99

44 Ruthenium: 101

45 Rhodium: 103

46 Palladium: 106.4

47 Sølv: 107.9

48 Kadmium: 112.4

49 Indium: 114.8

50 Tin: 118.7

51 Antimon: 121.8

52 Tellur: 127.6

53 Jod: 127

54 Xenon: 131.3

55 Cæsium: 133

56 Barium: 137.3

57-71c 139-175

72 Hafnium: 178.5

73 Tantal: 181

74 Wolfram: 183.8

75 Rhenium: 186.2

76 Osmium: 190.2

77 Iridium: 192.2

78 Platin: 195

79 Guld: 197

80 Kviksølv: 200.6

81 Thallium: 204.4

82 Bly: 207.2

83 Vismut: 209

d

Dette skema er som Mendelejev oprindelig offentliggjorde det i 1869, dog med de revisioner han foretog i 1871. I nyere udgaver af systemet er perioderne som regel ordnet i vandrette rækker og grupperne i lodrette rækker. Mange af atomvægtene er her angivet mere nøjagtigt end man kendte dem på Mendelejevs tid. Grundstoffer som er opdaget siden 1871, samt atomtallene, der er blevet fastsat siden 1913, er angivet i farve.

[Fodnoter]

[Illustration på side 13]

Dmitrij Ivanovitj Mendelejev