ნუთუ ქიმიური ელემენტები შემთხვევით გაჩნდა?
„სამყაროში ყოველი სხეული, თვით ყველაზე შორეული ვარსკვლავი, ატომებისგან შედგება“, — ნათქვამია ერთ-ერთ ენციკლოპედიაში („The Encyclopedia of Stars & Atoms“). ცალკეული ატომების დანახვა შეუძლებელია მათი სიმცირის გამო, მაგრამ ერთად ეს ატომები ჩვენთვის ცნობილ ქიმიურ ელემენტებს წარმოქმნიან. ამ ელემენტთაგან ზოგი მყარი და ხილვადია, ზოგი კი უხილავი აირია. შეიძლება თუ არა ამ ქიმიური ელემენტების არსებობა შემთხვევითობას მივაწეროთ?
ელემენტები 1-დან 92-მდე
წყალბადის ატომი უმარტივესია, მაგრამ ის საწვავის როლს ასრულებს ჩვენი მზის მსგავს ვარსკვლავებში და აუცილებელია სიცოცხლისთვის. წყალბადის ატომის ბირთვში ერთი პროტონია, ხოლო ამ ბირთვის გარშემო ერთი ელექტრონი მოძრაობს. სხვა ქიმიური ელემენტები, მაგალითად ნახშირბადი, ჟანგბადი, ოქრო, ვერცხლისწყალი, შედგება ისეთი ატომებისგან, რომლებიც აგებულია მრავალი პროტონისა და ნეიტრონისგან შემდგარი ბირთვისა და მის გარშემო მოძრავი მრავალი ელექტრონისგან.
დაახლოებით 450 წლის წინათ მხოლოდ 12 ელემენტი იყო ცნობილი. რაც უფრო მეტ ელემენტს პოულობდნენ, მეცნიერები მით უფრო რწმუნდებოდნენ, რომ ისინი გარკვეულ წესრიგს ემორჩილებოდნენ. ხოლო როცა ელემენტები ცხრილში განალაგეს მწკრივებად და სვეტებად, მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ ერთ სვეტში მოთავსებულ ელემენტებს ერთნაირი თვისებები ჰქონდათ. მაგრამ ცხრილში უცნობი ელემენტებისთვის ცარიელი ადგილებიც იყო დარჩენილი. აქედან გამომდინარე, რუსმა მეცნიერმა დიმიტრი მენდელეევმა იწინასწარმეტყველა ერთი ქიმიური ელემენტის, გერმანიუმის, არსებობა, რომლის ატომური ნომერია 32; მან აგრეთვე იწინასწარმეტყველა მისი ფერი, წონა, სიმკვრივე და დნობის წერტილიც. მენდელეევის „წინასწარმეტყველება გალიუმისა და სკანდიუმის შესახებ, იმ სხვა ელემენტების შესახებ, რომლებიც ცხრილს აკლდა, ასევე ძალიან ზუსტი აღმოჩნდა“, — შენიშნულია 1995 წელს გამოცემულ მეცნიერულ სახელმძღვანელოში, სახელწოდებით „ქიმია“ („Chemistry“).
დროთა განმავლობაში, მეცნიერებმა იწინასწარმეტყველეს სხვა უცნობი ელემენტების არსებობა და მათი ზოგი თავისებურება. საბოლოოდ, აღმოაჩინეს ყველა ელემენტი, რომლებიც ცხრილს აკლდა. ამჟამად ცხრილში აღარ არის ცარიელი ადგილი. ელემენტების ბუნებრივი თანამიმდევრობა ემყარება მათი ატომების ბირთვში არსებული პროტონების რაოდენობას და იწყება №1 ქიმიური ელემენტით, წყალბადით, და მთავრდება №92 ელემენტით, ურანით; ეს ის ელემენტებია, რომლებიც ბუნებრივად მოიპოვება დედამიწაზე. ნუთუ ეს მხოლოდ დამთხვევაა?
დავფიქრდეთ ქიმიური ელემენტების მრავალფეროვნებაზეც. ოქრო და ვერცხლისწყალი ის ელემენტებია, რომლებიც თავიანთი ბზინვარებით გამოირჩევიან. ერთი მყარია, მეორე კი — თხევადი. მაგრამ ელემენტთა პერიოდულ სისტემაში ისინი გვერდიგვერდ დგანან — ერთის ნომერია 79, მეორესი კი — 80. ოქროს ატომს აქვს 79 ელექტრონი, 79 პროტონი და 118 ნეიტრონი. ვერცხლისწყლის ატომში კი ერთი ელექტრონითა და ერთი პროტონით მეტია, ხოლო ნეიტრონების რაოდენობა დაახლოებით იგივეა.
ნუთუ შემთხვევითობამ განაპირობა ის, რომ ატომის ნაწილაკების აგებულებაში მცირე ცვლილება ქიმიური ელემენტების ასეთ დიდ მრავალფეროვნებას იწვევს? ატომის ნაწილაკების ერთმანეთთან დამაკავშირებელ ძალებზე რაღას ვიტყვით? „სამყაროში ყველაფერი — უმცირესი ნაწილაკიდან უდიდეს გალაქტიკამდე — ემორჩილება წესებს, რომლებიც ფიზიკის კანონებში გამოიხატება“, — ნათქვამია ზემოხსენებულ ენციკლოპედიაში („The Encyclopedia of Stars & Atoms“). წარმოიდგინეთ, რა შეიძლებოდა მომხდარიყო, ამ წესებიდან რომელიმე რომ შეცვლილიყო. დავუშვათ, შეიცვალა ძალა, რომელიც ელექტრონს ატომის ბირთვის გარშემო აკავებს — რას გამოიწვევდა ეს?
ზუსტად დარეგულირებული ფიზიკური ძალები
ყურადღება მიაქციეთ, რა მოხდებოდა, ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება რომ შესუსტებულიყო. „ელექტრონები ატომებში ვეღარ გაჩერდებოდნენ“, — შენიშნავს დ-რი დეივიდ ბლოკი თავის წიგნში („Star Watch“). რას ნიშნავს ეს? „სამყაროში აღარ მოხდებოდა ქიმიური რეაქციები!“ — დასძენს ის. რა მადლიერნი ვართ იმ დადგენილი კანონებისთვის, რომლებიც შესაძლებელს ხდის ქიმიურ რეაქციებს! მაგალითად, წყალბადის ორი ატომი ჟანგბადის ატომთან შეერთებით ჩვენთვის ძვირფას წყლის მოლეკულას წარმოქმნის.
ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება თითქმის 100-ჯერ სუსტია ძლიერ ურთიერთქმედებაზე, რომელიც ატომების ბირთვებს ურთიერთშეკავებაში უწყობს ხელს. რა მოხდებოდა, ეს პროპორცია რომ შეცვლილიყო? მეცნიერები ჯონ ბაროუ და ფრენკ ტიპლერი ამბობენ: „ბირთვულ და ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებათა ფარდობითი სიძლიერე ოდნავ განსხვავებული რომ ყოფილიყო, ნახშირბადის ატომები ვერ იარსებებდნენ“. ნახშირბადის გარეშე ვერ იარსებებდა სიცოცხლე. ცოცხალი ორგანიზმების მასის 20%-ს ნახშირბადის ატომები შეადგენს.
აგრეთვე მნიშვნელოვანია ელექტრომაგნიტურ და გრავიტაციულ ურთიერთქმედებათა სიძლიერის ურთიერთშეფარდება. ჟურნალ „ნიუ საიენტისტში“ ნათქვამია: „ძალიან უმნიშვნელო ცვლილებაც კი გრავიტაციულ და ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებათა ფარდობით სიძლიერეში მზისმაგვარ ვარსკვლავებს გადააქცევდა ცისფერ გიგანტებად [სიცოცხლისთვის მეტად არასასურველ ცხელ ვარსკვლავებად] ან წითელ ჯუჯებად [სიცოცხლის შესანარჩუნებლად არასაკმარისად ცხელ ვარსკვლავებად]“.
კიდევ სხვა ძალა, რომელსაც სუსტი ურთიერთქმედება ეწოდება, აკონტროლებს მზეში მიმდინარე ბირთვული რეაქციების სიჩქარეს. ფიზიკოსი ფრიმენ დაისონი ამბობს: „ის ზუსტად იმდენად სუსტია, რომ წყალბადი მზეში ნელი და მუდმივი ტემპით იწვის“. სხვა მრავალი მაგალითის მოყვანაც შეიძლება იმის დასანახავად, რომ ჩვენი სიცოცხლე დამოკიდებულია სამყაროში არსებულ კანონებსა და კარგად გაწონასწორებულ პირობებზე. სამეცნიერო ნაშრომების ავტორმა, პროფესორმა პოლ დეივისმა სამყაროს კანონები და პირობები აპარატურის ბერკეტებს შეადარა და თქვა: „ჩანს, რომ თითოეული ბერკეტი უდიდესი სიზუსტით უნდა იყოს მომართული, რათა სამყაროში შესაძლებელი იყოს სიცოცხლე“.
სანამ სერ ისააკ ნიუტონი მიზიდულობის კანონს აღმოაჩენდა, დიდი ხნით ადრე, ბიბლია უკვე მოიხსენიებდა დადგენილ წესებსა და კანონებს. ერთ კაცს, სახელად იობს, ჰკითხეს: „შენ გამოაცხადე წესები, რომლებიც ცას მართავს, ან შენ დაადგინე ბუნების კანონები დედამიწაზე?“ (იობი 38:33, „ახალი ინგლისური ბიბლია“). მოწიწების მომგვრელი სხვა კითხვები ასეთი იყო: „სად იყავი, როცა დედამიწას ვაფუძნებდი?“, „ვინ დასაზღვრა მისი ზომები, თუ იცი?“ (იობი 38:4, 5).
[ჩარჩო 6 გვერდზე]
მნიშვნელოვანი ელემენტები
ქიმიური ელემენტები: წყალბადი, ჟანგბადი და ნახშირბადი, ჩვენი სხეულის ატომების 98%-ს შეადგენს. მათ მოჰყვება აზოტი, რომლის შემცველობა სხეულში 1,4%-ს შეადგენს. სხვა ქიმიური ელემენტები ძალიან მცირე რაოდენობით გვხვდება ორგანიზმში, მაგრამ ისინიც არანაკლებ მნიშვნელოვანია სიცოცხლისთვის.
[ცხრილი⁄დიაგრამა 6, 7 გვერდებზე]
(სრულად გაფორმებული ტექსტი იხილეთ პუბლიკაციაში)
ამ ტაბულის გამოქვეყნების მომენტამდე მეცნიერებმა შეძლეს 93-დან 118-ის ჩათვლით ქიმიური ელემენტების მიღება. როგორც მოსალოდნელი იყო, ეს ქიმიური ელემენტებიც შეესაბამებიან პერიოდულ სისტემას (წყარო ლოს-ალამოსის ეროვნული ლაბორატორიიდან).
[საავტორო უფლება]
Source: Los Alamos National Laboratory
ელემენტის ქიმიური ატომური ნომერი
სახელწოდება სიმბოლო (პროტონების რაოდენობა)
წყალბადი H 1
ჰელიუმი He 2
ლითიუმი Li 3
ბერილიუმი Be 4
ბორი B 5
ნახშირბადი C 6
აზოტი N 7
ჟანგბადი O 8
ფთორი F 9
ნეონი Ne 10
ნატრიუმი Na 11
მაგნიუმი Mg 12
ალუმინი Al 13
სილიციუმი Si 14
ფოსფორი P 15
გოგირდი S 16
ქლორი Cl 17
არგონი Ar 18
კალიუმი K 19
კალციუმი Ca 20
სკანდიუმი Sc 21
ტიტანი Ti 22
ვანადიუმი V 23
ქრომი Cr 24
მანგანუმი Mn 25
რკინა Fe 26
კობალტი Co 27
ნიკელი Ni 28
სპილენძი Cu 29
თუთია Zn 30
გალიუმი Ga 31
გერმანიუმი Ge 32
დარიშხანი As 33
სელენი Se 34
ბრომი Br 35
კრიპტონი Kr 36
რუბიდიუმი Rb 37
სტრონციუმი Sr 38
იტრიუმი Y 39
ცირკონიუმი Zr 40
ნობიუმი Nb 41
მოლიბდენი Mo 42
ტექნეციუმი Tc 43
რუთენიუმი Ru 44
როდიუმი Rh 45
პალადიუმი Pd 46
ვერცხლი Ag 47
კადმიუმი Cd 48
ინდიუმი In 49
კალა Sn 50
სტიბიუმი Sb 51
ტელური Te 52
იოდი I 53
ქსენონი Xe 54
ცეზიუმი Cs 55
ბარიუმი Ba 56
ლანთანი La 57
ცერიუმი Ce 58
პრაზეოდიმი Pr 59
ნეოდიმი Nd 60
პრომეთიუმი Pm 61
სამარიუმი Sm 62
ევროპიუმი Eu 63
გადოლინიუმი Gd 64
ტერბიუმი Tb 65
დისპროზიუმი Dy 66
ჰოლმიუმი Ho 67
ერბიუმი Er 68
თულიუმი Tm 69
იტერბიუმი Yb 70
ლუტეციუმი Lu 71
ჰაფნიუმი Hf 72
ტანტალი Ta 73
ვოლფრამი W 74
რენიუმი Re 75
ოსმიუმი OS 76
ირიდიუმი IR 77
პლატინა Pt 78
ოქრო Au 79
ვერცხლისწყალი Hg 80
თალიუმი Tl 81
ტყვია Pb 82
ბისმუთი Bi 83
პოლონიუმი Po 84
ასტატი At 85
რადონი Rn 86
ფრანციუმი Fr 87
რადიუმი Ra 88
აქტინიუმი Ac 89
თორიუმი Th 90
პროტაქტინიუმი Pa 91
ურანი U 92
ნეპტუნიუმი Np 93
პლუტონიუმი Pu 94
ამერიციუმი Am 95
კიურიუმი Cm 96
ბერკლიუმი Bk 97
კალიფორნიუმი Cf 98
აინშტაინიუმი Es 99
ფერმიუმი Fm 100
მენდელევიუმი Md 101
ნობელიუმი No 102
ლოურენსიუმი Lr 103
რეზერფორდიუმი Rf 104
დუბნიუმი Db 105
სიბორგიუმი Sg 106
ბორიუმი Bh 107
ჰასიუმი Hs 108
მეიტნერიუმი Mt 109
110
111
112
114
116
118
[დიაგრამა]
(სრული ტექსტი იხილეთ პუბლიკაციაში)
რაზე მოწმობს ელემენტთა ჰარმონია და წესრიგი პერიოდულ სისტემაში — შემთხვევითობაზე თუ გონივრულ ჩანაფიქრზე?
ჰელიუმის ატომი
ელექტრონი
პროტონი
ნეიტრონი
[დიაგრამა⁄სურათი 7 გვერდზე]
(სრული ტექსტი იხილეთ პუბლიკაციაში)
რას მივაწეროთ ამ ოთხი ფიზიკური ძალის ზუსტი დარეგულირება?
ელექტრომაგნეტიზმი
ძლიერი ურთიერთქმედება
გრავიტაცია
სუსტი ურთიერთქმედება
წყლის მოლეკულა
ატომის ბირთვი
ცისფერი გიგანტი
წითელი ჯუჯა
მზე