Bomba, reaktor i energetska glad.
Atom je osnovna gradivna jedinica hemijskih elemenata. Atom ima jezgro sastavljeno od pozitivno naelektrisanih protona i električno neutralnih neutrona; oko jezgra je oblak negativno naelektrisanih elektrona.
Čestice koje grade jezgra i same su složene, sastoje se od kvarkova; danas nema dokaza da je elektron složena čestica. Broj protona u jezgru zove se atomski broj i ima presudan uticaj na hemijske osobine elementa. Elemente je pogodno sortirati upravo po atomskom broju i smestiti u hemijsku matricu koju zovemo Mendeljejev periodni sistem elemenata.
Broj neutrona u jezgru datog elementa nije jedinstven; mogu postojati izotopi nekog elementa – oni se međusobno razlikuju po broju neutrona u jezgru. Neki izotopi nisu stabilni: tokom vremena nastupa radioaktivni raspad atoma na čestice niže hijerarhije. Razlog za ovo je činjenica da sila koja drži jezgro na okupu ima veoma mali domet. Ako prečnik atoma prevazilazi domet sile, čestice koje se nalaze van dometa napuštaju jezgro.
Najjednostavniji atom je vodonikov atom. Najjednostavniji vodonikov izotop ima u jezgru samo jedan proton. Izotop zvani deuterijum ima u jezgru proton i neutron. Ta dva izotopa su stabilna. Treći izotop se zove tricijum (poznat i kao teška voda) i ima u jezgru, pored protona, dva neutrona. Tricijum je nestabilan i podložan radioaktivnom raspadu. Lakši elementi imaju bar jedan stabilni izotop. Ima ga i bizmut, s rednim brojem osamdeset tri. Teški elementi sa začelja Mendeljejeve tablice se permanentno raspadaju, takav je uranijum koji ima 92 protona u jezgru. Uranijum je najteži elemenat koji se može naći u prirodnom stanju. Još teži elementi kreiraju se u naučnim laboratorijama; jednom stvoreni, oni se raspadaju s karakterističnim vremenom poluraspada. Vreme poluraspada izotopa, pre svega (ali ne i samo) ugljenika C-14, kao i činjenica da se izotopi raspadaju na poznate elemente, omogućava precizno datiranje događaja u prošlosti.
Postoje nuklearne reakcije u kojima se spajaju laki elementi i nastaje teži elemenat – to su fuzione reakcije. Atomsku energiju znamo da oslobodimo eksplozivno, u vidu atomske bombe (Hirošima 1945) ili u kontrolisano, za mirnodopsku eksploataciju (Enriko Fermi, Njujork 1942). Pri fisiji se oslobađa ogromna atomska energija, po jednačini E=mc2. Ideja koja stoji iza fisije je lančana reakcija, pojava u kojoj jedna nuklearna reakcija, izazvana sudarom jednog neutrona i jednog jezgra atoma, proizvodi više od jednog neutrona koji se koriste za dalje sudare. Kontrola se vrši umetanjem jedinjenja koja mogu da apsorbuju neutrone (recimo grafit).
Postoje nuklearne reakcije kad se teški elemenat cepa na lakše fragmente – to su fisione reakcije. Pri fuziji se generiše ogromna, termonuklearna energija. Termonuklearnu energiju znamo da koristimo jedino u vojne svrhe, u vidu termonuklearne bombe (Sovjetski Savez 1953). Velike se nade polažu u projekte mašina koje će u budućnosti mirnodopski isporučivati fuzionu energiju; zapamtimo ime prototipa fuzionog reaktora ITER (International Thermonuclear Experimental Reaktor). ITER, ili slične mašine, trebalo bi da u budućnosti utole energetsku glad čovečanstva.
Vreme je za muzičku pauzu, a pošto smo već spominjali vodu…
Kiseonik, voda i organska jedinjenja
Elementi se udružuju i prave jedinjenja. Molekul je gradivna jedinica nekog jedinjenja. Molekul je skup manjeg ili većeg broja atoma, povezanih električnim silama. Ogromno bogatstvo molekulskih veza, oblika i pojava proučava hemija. Elemenat ugljenik pravi neobično mnogo jedinjenja; ona su presudna za pojavu života na Zemlji. Karl Sagan, prvoklasni multidisciplinarni naučnik, u svom epskom delu Kosmos priznaje da je pristrasan kada razmišlja o formama života na drugim planetama; on smatra da su ugljenik i voda sjajne komponente za formiranje života: voda kao sjajan organski rastvarač, a ugljenik sa impozantnim sposobnostima vezivanja u najrazličitije forme.
Te hemijske aspekte, vezane za ugljenik, izučava organska hemija. Svi drugi tipovi molekula svrstavaju se u neorgansku hemiju. Bar dva neorganska molekula moraju biti u fokusu ljudi od pera svih provenijencija: molekul kiseonika i molekul vode. Dva spregnuta atoma kiseonika čine njegov molekul; proces disanja vezan je za hemijske reakcije s kiseonikom u biološkom objektu. Molekul vode čine dva atoma vodonika i jedan atom kiseonika. Najverovatnije, život na našoj Planeti indukovao se u vodenoj sredini.
Molekuli života, proteini i DNK, veoma su složeni. To su dugi lanci ugljenikovih atoma koji se spajaju sa pojedinim drugim atomima (vodonik, kiseonik, azot…). Hemijska reakcija oksidacije unete hrane oslobađa toplotu i svu energiju potrebnu da se održava molekulska hijerarhija biološkog objekta sposobnog da se tako odupre fizičkoj tendenciji entropije. Organizmi su se prilagodili do te mere da poseduju katalizatore – za pospešivanje i usmeravanje hemijskih reakcija u procesima koje su bitne za jedinku; enzimi su biološki katalizatori od prvorazrednog značaja za život. Mi smo „torba“ puna interreagujućih hemijskih jedinjenja. Naš svakodnevni život teče i potrebna mu je proizvodnja hrane, farmaceutika, petrohemija, sintetički materijali, biotehnologija… sve su to delatnosti koje suštinski saznajemo preko pojma molekula.