En kjemiker finner et mektig vitnesbyrd om skapelse

Av «Våkn opp!»s korrespondent i Finland

Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev

FOR litt over 100 år siden satt den russiske kjemikeren Dmitrij Mendelejeva og grunnet over forholdet mellom de forskjellige grunnstoffene. Den forskning han foretok, ledet ham til den konklusjon at det fantes visse grunnstoffer som ennå ikke var oppdaget. Hadde han rett i det? Hvis han hadde det, ville da det være et bevis for at all materie er blitt til bare ved en tilfeldighet? Eller ville det være et bevis for at jorden og hele universet er blitt frambrakt av en vis Skaper?

Omkring 1860 var 63 av de 103 grunnstoffene som nå er kjent, blitt påvist. Mendelejev studerte disse grunnstoffenes egenskaper for å prøve å finne en viss rekkefølge eller et mønster. På bakgrunn av de enkelte grunnstoffers relative atomvekt var han allerede kjent med hvilket forhold de sto i til hverandre ifølge vekten. Han hadde også lagt merke til visse likhetspunkter mellom par eller i familier av grunnstoffer. Mange av disse likhetspunktene kan vi iaktta i det daglige liv. Av helsemessige grunner er det for eksempel noen som bruker kaliumklorid i stedet for natriumklorid som bordsalt. Kobber kan brukes i stedet for gull eller sølv i mynter og i smykker. Magnesium kan byttes ut med kalsium og kalsium med magnesium i dolomittisert kalkstein. Mendelejev lurte på hvorfor noen grunnstoff er er så like, mens andre er så ulike.

Mendelejev skrev opp grunnstoffene med deres typiske egenskaper og deres atomvekt på separate kort og begynte å feste kortene til veggen. Han flyttet på dem gjentatte ganger og prøvde å anbringe dem i en bestemt rekkefølge etter atomvekten, samtidig som han også tok deres forskjellige egenskaper i betraktning. Snart begynte det å danne seg et mønster. Han oppdaget at hvis han anbrakte de første sju grunnstoffene (med unntagelse av hydrogen, som egentlig er i en klasse for seg) etter hverandre i en kolonne og så de neste sju ved siden av disse, var det en bemerkelsesverdig likhet mellom hvert par av grunnstoffer. Natrium kom ved siden av litium, og disse er to av de grunnstoff ene som kalles alkalimetaller, for de reagerer med vann og danner sterke alkalier. Klor kom ved siden av fluor, og disse to gassene kalles halogener (saltdannere), for de har lett for å danne salter. Dette var de to første «periodene» i det som senere ble Mendelejevs periodiske system.

Mendelejev fortsatte med en tredje kolonne og fant da at kalium kom ved siden av natrium og kalsium ved siden av magnesium. Så langt var alt vel og bra. Men fra dette punkt av oppsto det visse vanskeligheter. Etter å ha prøvd å ordne kortene på forskjellige måter kom han til at han kunne plassere alle de følgende grunnstoffene til og med jod i to lange perioder som hver besto av 17 grunnstoffer. Ved å dele de korte periodene, slik det er vist i tabellen, fikk han to rekker øverst og tre rekker nederst som nøyaktig tilsvarte kjente kjemiske grunnstoffamilier. Midt i de lange periodene fant han de metalliske grunnstoffene, deriblant de metallene som vi er mest kjent med fra det daglige liv.

For å komme fram til dette fine systemet måtte Mendelejev imidlertid la flere plasser bli stående åpne — tre i den første lange perioden og én i den andre. Disse tomme plassene avskrekket ham ikke fra å offentliggjøre tabellen. Han var nå så overbevist om at grunnstoffene var blitt skapt i et ordnet mønster, at han dristig kunngjorde at grunnstoffer som foreløpig var ukjente, senere ville bli oppdaget og fylle de tomme plassene. Han gikk til og med så langt som til å beskrive disse manglende grunnstoffenes egenskaper. Han forutsa deres atomvekt, deres tetthet og hva slags kjemiske forbindelser de ville danne. Han ga dem foreløpige navn, «eka-bor», «eka-aluminium» og «ekasilisium», i samsvar med de egenskaper han regnet med at de ville ha.

Hans tillit til «naturens» orden var ikke uberettiget. De manglende grunnstoffene ble oppdaget mye tidligere enn noen hadde ventet. Gallium (eka-aluminium) ble oppdaget i Frankrike i 1876, scandium (eka-bor) ble oppdaget i Sverige i 1879, og germanium (eka-silisium) ble oppdaget i Tyskland i 1886. Alle så nær som Mendelejev selv ble svært overrasket da det viste seg at disse grunnstoffenes fysiske egenskaper og atomvekt var nesten nøyaktig slik som han hadde forutsagt. Germanium spiller for øvrig en viktig rolle i dag i forbindelse med framstillingen av transistorer.

Etter disse oppdagelsene ble Mendelejev hyllet som et vitenskapelig geni i en rekke land av vitenskapsmenn som til å begynne med hadde gitt liten akt på tabellen hans. Hans periodiske system ble et uvurderlig hjelpemiddel for den kjemiske forskning og i undervisningen, og tabellen henger den dag i dag på veggen i alle laboratorier og i alle klasseværelser hvor det undervises i kjemi. Det var ingen som tvilte på at de andre grunnstoffene som manglet i tabellen, med tiden ville bli oppdaget.

Plass til en uventet familie

Oppdagelser som senere ble gjort, førte til at Mendelejevs tabell ble utvidet. I 1894 lyktes det John Rayleigh og William Ramsay å isolere en sjelden gass fra luftens nitrogen som de ga navnet argon (fra det greske ordet argos, som betyr «treg»), fordi den ikke ville danne forbindelser med noe annet grunnstoff. Et år senere fant Ramsay en enda sjeldnere treg gass i et uranholdig mineral; han påviste at det var helium, som var blitt sett i solspektret under solformørkelsen i 1868, men som en ikke visste eksisterte på jorden. Hvordan ville så disse uventede grunnstoffene passe inn i det periodiske system?

Mendelejev arbeidet videre på Ramsays teori om at det periodiske system kanskje ikke var fullstendig. Han foreslo at en skulle anbringe de to grunnstoffene som medlemmer av en ny familie, edelgassene, i en gruppe foran alkalimetallene. Men det betydde at det måtte finnes tre edelgasser til, for at en ny rekke i tabellen skulle bli utfylt. Og ganske riktig — før det hadde gått tre år, var ytterligere tre små bestanddeler av atmosfæren blitt oppdaget på Ramsays laboratorium — neon, krypton og xenon. Deres atomvekt gjorde det mulig å anbringe dem på nøyaktig de rette plassene i det periodiske system.

Et vitnesbyrd om skapelse?

Er dette virkelig et bevis for at det har funnet sted en skapelse? Hvis det var slik at grunnstoffene bare var blitt dannet ved en tilfeldighet, ville ikke da de fleste av dem kunne ha hatt omtrent den samme atomvekten, og kanskje bare noen få ha vært lette og noen få tunge? Og ville ikke slike egenskaper som tetthet, smeltepunkt og kjemisk reaksjonsevne variere nokså vilkårlig fra grunnstoff til grunnstoff? Hvordan kunne vi da vente å finne noen sammenheng mellom de forskjellige grunnstoffene? Vi ville ikke ha noen grunn til å vente at grunnstoffene skulle kunne grupperes i familier med tydelige likhetstrekk.

Men Mendelejevs tabell viste at materien overhodet ikke er vilkårlig oppbygd. Den orden den bærer preg av, vitner om at den ikke kan ha blitt til ved en tilfeldighet. Det innviklede mønster som dette mest grunnleggende system bærer preg av, vitner om skapelse.

Er du ikke enig i at dette utgjør et mektig vitnesbyrd om at det finnes en vis Skaper? Eller vil du ha flere beviser? Flere beviser skulle ennå komme for en dag. Det at edelgassene kom til og forlenget de korte periodene slik at de kom til å bestå av åtte grunnstoffer, og de lange slik at de kom til å bestå av 18, viste seg å utgjøre det grunnlag som teorien om atomets oppbygning måtte baseres på for at den skulle bli fullstendig.

Ytterligere vitnesbyrd

Ytterligere banebrytende forskningsarbeid ga et mer detaljert bilde av hvordan atomet ser ut. Først påviste J. J. Thomson at negativt ladede elektroner kunne fjernes fra alle slags atomer. Ernest Rutherford påviste at atomets positive ladning var konsentrert i en liten kjerne. Niels Bohr forestilte seg at atomet kunne sammenlignes med solsystemet, og at tallrike elektroner kretset i forskjellige baner omkring kjernen. De positive ladningene var like store som eller et helt antall ganger så store som en elementærladning. Hydrogenatomet hadde bare én positiv elementærladning; den ble kalt et proton. De forskjellige grunnstoffenes atomer hadde ulike antall protoner, og protonene i kjernen ble nøytralisert av et tilsvarende antall elektroner som kretset rundt kjernen.

Som følge av en bemerkelsesverdig oppdagelse som ble gjort av Henry Moseley, ble det mulig å fastslå nøyaktig hvor mange protoner og elektroner hver enkelt atomtype har. Han målte energien i de røntgenstråler de forskjellige grunnstoffer sender ut når de innerste elektronene blir forstyrret. Han kom til at energien øker med matematisk regelmessighet fra det ene grunnstoffet til det neste i Mendelejevs tabell. Hvis et grunnstoff manglet, økte energien med det dobbelte. Han ga hvert grunnstoff et tall og begynte med hydrogen som nummer 1, helium som nummer 2 og så videre. Dette atomnummeret tilsvarer antall protoner og også antall elektroner i hver atomtype.

Dette nummeret viste seg å ha enda større betydning enn atomvekten når det gjaldt å fastslå grunnstoffenes egenskaper. Ordnet etter atomnummer falt grunnstoffene nøyaktig, uten unntak, inn på sine plasser i det periodiske system! Mendelejev hadde funnet det nødvendig å plassere argon foran kalium, til tross for at argon har atomvekten 40 og kalium bare 39. Det var også noen andre tilfelle hvor han hadde byttet om rekkefølgen for å oppnå kjemisk harmoni, og dette ble rettferdiggjort av rekkefølgen av Moseleys atomnummer i hvert eneste tilfelle. Alle uoverensstemmelser var borte. Ved hjelp av atomnumrene kunne en også fastslå nøyaktig hvilke grunnstoffer som fremdeles manglet, og forvisse seg om at det ikke var noen flere åpne plasser. Det er ingen plass til en annen familie, slik edelgassene i sin tid fikk sine plasser.

Innen 1925 var det blitt fastslått at hele rekken av grunnstoffer fra hydrogen til uran passet inn på 92 plasser i det periodiske system. Det var bare fire plasser som fremdeles sto åpne. En regnet med at to av disse manglende grunnstoffene, numrene 85 og 87, skulle være radioaktive, akkurat som alle de andre grunnstoffene etter vismut. Det pågikk en intens leting etter de andre to som manglet, numrene 43 og 61, i andre sjeldne grunnstoffers malm. En rekke kjemikere hevdet riktignok at de hadde oppdaget dem, men dette ble ikke bekreftet.

Elektroner i skall

Bohr introduserte en tanke som andre arbeidet videre med, og som gikk ut på at elektronenes baner ligger i skall, og at hvert skall bare kan ha et visst antall elektroner. Det innerste skallet, hvor elektronene har de minste baner som er mulig, kan bare romme to elektroner. Det neste skallet, hvor det er noe større baner, kan romme maksimalt åtte elektroner. Det tredje kan romme 18, det fjerde 32. Disse tallene kom en fram til etter å ha studert de forskjellige mulige former som elektronenes baner kan ha, sirkelformede og ellipseformede, ifølge Bohrs kvanteteori.

I hvilken grad disse skallene blir fylt, avhenger av hvor mange elektroner atomet inneholder, det vil si av atomnummeret. I heliumatomet, som har to elektroner, er således det innerste skallet fylt. Grunnstoffene fra litium til neon, numrene 3 til 10, har suksessivt fra ett til åtte elektroner i annet skall. Det neste grunnstoffet, natrium, har 11 elektroner, og det har derfor et enkelt elektron i det tredje skallet. Og slik fortsetter det.

Elektronene i det ytterste skallet kontrollerer atomenes gjensidige påvirkning av hverandre; hvordan et grunnstoff oppfører seg rent kjemisk, avhenger med andre ord av hvor mange elektroner det har i det ytterste skallet. Nå forstår vi hvorfor litium og natrium tilhører samme familie. Begge grunnstoffene har ett elektron i det ytterste skallet. Dette gjelder også de andre alkalimetallene — kalium, rubidium og cesium. Halogenene — fluor, klor, brom og jod — har alle sju elektroner i det ytterste skallet.

Det viser seg at edelgassene — neon, argon, krypton og xenon — har åtte elektroner i det ytterste skallet. Åtte elektroner utgjør en svært stabil ordning. Vi kan si det slik at den slags atomer er svært tilfreds med seg selv og motstår alle muligheter til å gi fra seg eller ta opp elektroner. Det ene elektronet i det ytterste skallet hos for eksempel natrium og kalium går lett tapt. Slike metaller reagerer lett med nesten et hvilket som helst stoff, endog med luft og vann. Fluor og klor, som befinner seg i den andre enden av hver sin periode, prøver å ta opp et elektron fra et annet grunnstoff for å få det stabile antall elektroner, åtte. Disse grunnstoffene er følgelig også kjemisk aktive, men av stikk motsatt grunn.

Fordi natrium er et svært aktivt metall, er det nokså farlig å håndtere det, og vanlig klorgass er svært giftig. Men hvis du flytter et enkelt elektron fra natrium over til klor, skal du se hvor stor forskjell det gjør. Klor har nå fått et fullt skall med åtte elektroner, i likhet med edelgassen argon. Og natrium har også fått åtte elektroner i det ytterste skallet, i likhet med neon. I forbindelsen natriumklorid (vanlig bordsalt) er derfor begge grunnstoffene helt ufarlige. Vi kan trygt spise dette stoffet.

Neutronet gjør bildet fullstendig

Men det var fremdeles en grunnleggende bestanddel av atomet som en ikke hadde kjennskap til. Når vi ser på tabellen, legger vi merke til at alle grunnstoffene så nær som hydrogen har en atomvekt som er minst dobbelt så stor som atomnummeret. Ettersom protonet bare har én vektenhet, hva er så grunnen til at for eksempel karbon, som har bare seks protoner, har atomvekten 12? Denne brikken i puslespillet kom på plass i 1932, da neutronet ble oppdaget. Neutronet er en partikkel som har nesten samme vekt som protonet, men som ikke har noen elektrisk ladning. Slik vi forstår det i dag, har således karbon seks protoner og seks neutroner i kjernen, og rundt kjernen kretser seks elektroner som oppveier protonenes ladning.

Mange grunnstoffer har isotoper, som har forskjellige antall neutroner i kjernen. En liten prosentdel av karbonatomene har for eksempel sju neutroner i stedet for seks. Dette forandrer ikke ladningen eller elektronenes orden, men det innvirker på atomvekten. Det er denne variasjon i antall neutroner som er forklaringen på at Mendelejev kom til at atomvekten kom i gal rekkefølge i noen få tilfelle.

Det meste av atomet er tomrom, men på grunn av den høye hastigheten elektronene spinner i, og den måten de oppfører seg på, kan en få inntrykk av at stoffene har fast eller flytende form. Protonene, neutronene og elektronene er de samme i alle atomer, uansett hvilket stoff det dreier seg om. All materie er bygd opp av disse tre byggesteinene. Hva er det så som gjør at det finnes ulike former for stoff? Det er ganske enkelt antall protoner i kjernen og antall elektroner i skallene rundt kjernen og den måten de er ordnet på. Og tenk på hvor uendelig lite atomet er! Et atom har en diameter på bare mellom 200 og 300 milliondeler av en centimeter!

Den moderne atomteori har således rettferdiggjort Mendelejevs tro på at grunnstoffene ble skapt etter et ordnet mønster. Den har forklart hvorfor grunnstoffene stort sett ble plassert i de rette familier når de ble anbrakt etter atomvekten, og den har rettferdiggjort de unntakene som Mendelejev mente at det var nødvendig å foreta. Den forklarer de kjemiske likheter innen grunnstoffamiliene. Grunnstoffene danner i sannhet et vakkert, harmonisk system. Vi tilskriver med rette ham som oppdaget dette systemet, ære. Hvor mye mer bør vi ikke da ære Ham som oppfant dette systemet og skapte grunnstoffene i samsvar med et slikt harmonisk mønster!

Tabellen blir fullført

I dag er alle de tomme plassene i Mendelejevs tabell blitt fylt. Grunnstoffene nummer 85 og 87 ble, som ventet, funnet som sjeldne, flyktige deler av en rekke radioaktive avfallsprodukter av uran. Grunnstoffene nummer 43 og 61 ble kunstig framstilt. Det skjedde ved at atomkjerner ble omdannet i en cyklotron eller i en atomkjernereaktor. Det er blitt framstilt en rekke isotoper av hver av disse, men de har alle vist seg å være radioaktive og blir nedbrutt fullstendig på langt kortere tid enn den tid som har gått siden jorden ble dannet. Det er grunnen til at de aldri er blitt funnet i «naturen».

I og med framstillingen av transuranene er det periodiske system dessuten blitt utvidet til å omfatte langt flere grunnstoffer enn de opprinnelige 92. Det er igjen cyklotronen og atomkjernereaktoren som har gjort dette mulig. Alle slike grunnstoffer er naturligvis radioaktive, og jo tyngre de er, jo mer ustabile er de. Grunnstoffer helt opp til nummer 103 er blitt påvist. Men ettersom de tyngste av disse grunnstoffene er svært flyktige og bare eksisterer noen minutter, er det vanskelig å holde på dem og studere dem.

I og med at samtlige grunnstoffer til og med nummer 103 er blitt påvist, er den tabellen som Mendelejev strevde med å sette sammen for 100 år siden, nå fullført. Det er ikke mulig å finne flere grunnstoffer som kan plasseres mellom noen av dem vi nå kjenner. Hvis det blir oppdaget noen nye grunnstoffer, vil de måtte anbringes i slutten av tabellen. Enkelte sovjetrussiske og amerikanske vitenskapsmenn hevder at de har oppdaget grunnstoffene nummer 104 og nummer 105, men dette er ikke blitt bekreftet.

Skapelse eller tilfeldighet?

Det kunne sies mye mer om atomet, og det vi har vært inne på her, er svært begrenset. Men er du ikke enig i at denne forbausende rekkefølge og symmetri utgjør et mektig vitnesbyrd om en skapelse, et bevis for at det finnes en Mesterkonstruktør som vet hva han gjør? Hvem kunne tenke seg at alle de kompliserte stoffene vi er omgitt av, ja, for den saks skyld vi selv, kunne være frambrakt av tre enkle byggesteiner — neutroner, protoner og elektroner? Og tenk på den uendelige variasjon vi møter. Se på den skjønnhet og harmoni som preger det hele.

Vi mennesker har uten tvil mye mer å lære om materien, atomene og grunnstoffene. Men selv denne korte oversikten skulle være nok til å vise at det vi vet, utgjør et mektig vitnesbyrd om at det finnes en stor Konstruktør og Skaper. (Hebr. 3: 4) Materien kunne aldri ha blitt til ved en tilfeldighet!

[Fotnote]

[Oversikt på side 16]

HVORDAN ELEKTRONENE ER ORDNET I SKALL

Nr. Grunnstoff 1. 2. 3. 4. 5. 6.

1 Hydrogen 1

2 Helium 2

3 Litium 2 1

4 Beryllium 2 2

5 Bor 2 3

6 Karbon 2 4

7 Nitrogen 2 5

8 Oksygen 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 Silisium 2 8 4

15 Fosfor 2 8 5

16 Svovel 2 8 6

17 Klor 2 8 7

18 Argon 2 8 8

19 Kalium 2 8 8 1

20 Kalsium 2 8 8 2

21 Scandium 2 8 9 2

* * *

26 Jern 2 8 14 2

* * *

30 Sink 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

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

* * *

[Oversikt på side 17]

(Se den trykte publikasjonen)

MENDELEJEVS TABELL OVER GRUNNSTOFFENE MED TILNÆRMET ATOMVEKT

2 10 18 36 54

Helium Neon Argon Krypton Xenon

4 20,2 40 83,8 131,3

1 3 11 19 37 55

Hydrogen Litium Natrium Kalium Rubidium Cesium

1 7 23 39 85,5 133

4 12 20 38 56

Beryllium Magnesium Kalsium Strontium Barium

9 24,3 40 87,6 137,3

5 13 21 39 57-71*

Bor Aluminium Scandium Yttrium

10,8 27 45 89 139—175

22 40 72

Titan Zirkonium Hafnium

48 91,2 178,5

23 41 73

Vanadium Niob Tantal

51 93 181

24 42 74

Krom Molybden Wolfram

52 96 183,8

25 43 75

Mangan Technetium Rhenium

55 99 186,2

26 44 76

Jern Ruthenium Osmium

55,8 101 190,2

27 45 77

Kobolt Rhodium Iridium

59 103 192,2

28 46 78

Nikkel Palladium Platina

58,7 106,4 195

29 47 79

Kobber Sølv Gull

63,5 107,9 197

30 48 80

Sink Kadmium Kvikksølv

65,4 112,4 200,6

31 49 81

Gallium Indium Thallium

69,7 114,8 204,4

6 14 32 50 82

Karbon Silisium Germanium Tinn Bly

12 28 72,6 118,7 207,2

7 15 33 51 83

Nitrogen Fosfor Arsen Antimon Vismut

14 31 75 121,8 209

8 16 34 52 †

Oksygen Svovel Selen Tellur

16 32 79 127,6

9 17 35 53

Fluor Klor Brom Jod

19 35,5 80 127

Dette er den opprinnelige tabell Mendelejev offentliggjorde i 1869, men de forandringer han foretok i 1871, er tatt med. Senere er det blitt mer vanlig å anbringe periodene i vannrette linjer og familiegruppene i loddrette kolonner. Mange av de tall som er oppgitt for atomvekten her, er mer nøyaktige enn det en hadde kjennskap til på Mendelejevs tid. De grunnstoffer som er blitt oppdaget siden 1871, og atomnumrene, som ble fastsatt etter 1813, er vist i farge.

* I tredje og fjerde gruppe, mellom barium og tantal, anbrakte Mendelejev de fire sjeldne jordarter som han kjente: lanthan, cerium, erbium og didym (som senere viste seg å være en blanding av neodym og praseodym». Det ble funnet alt i alt 15 av disse sjeldne jordartene, og alle tilhørte samme familie som yttrium.

† Thorium og uran, to grunnstoffer som er tyngre enn vismut, er ikke tatt med her. Mendelejev anbrakte dem i en sjette periode, henholdsvis i fjerde og sjette familie.