1. nodaļa: No kā tas viss sastāv?
To ir miljoniem! No kā ir veidoti zēni un meitenes un viņu vecāki? No kā ir izgatavots viss, ko viņi nēsā kabatās, mugursomās un rokassomās, kā arī pašas mugursomas un rokassomas? Un tēta mašīna garāžā, tējkanna virtuvē, mammas kosmētika, vecmāmiņas glāzes, pannas un pogu kastīte? Un vēl – dīvāni un taburetes, rullīši un kurpes, mobilie telefoni un Pepsi pudeles? Starp citu, no kā ir izgatavota soda un viss, ko mēs dzeram un ēdam?
Nu, tas ir vienkārši, jūs varētu teikt. Krēsli ir no koka, panna ir no metāla, Pepsi pudele ir no plastmasas, bet pats Pepsi ir ķīmija, tā saka tētis! Tētim, protams, ir taisnība, bet tas nav tas, ko mēs domājam. Viss, kas mums apkārt, viss, ko radījusi daba un ko darinājušas cilvēka rokas, ir veidots no vielām. Lieta un viela ir tik līdzīgi un tik viegli atcerēties!
Vielu ir daudz, un katrai no tām ir savs nosaukums, bieži vien (nereti) pat vairāk nekā viens. Ņemsim, piemēram, sāli sāls sālsūdenē. Mamma to sauc vienkārši par «sāli», vecmāmiņa – par «galda sāli», bet ķīmiķi šo balto kristālisko vielu ar sāļu garšu dēvē par «nātrija hlorīdu». Tāpat ir ar cukuru. Tētis saka: «Pasniedziet man cukuru, lūdzu!», vectētiņš to sauc par smiltīm, vecmāmiņa rūc, ka no galda jānovāc šī «baltā nāve», un ķīmiķi šo balto kristālisko vielu ar saldu garšu sauks gandrīz tāpat kā tētis – saharoze, jo cukura īsto ķīmisko nosaukumu – alfa-D-glikopiranozil-beta-D-fruktofuranozīds – ir gandrīz neiespējami izrunāt un vēl neiespējamāk atcerēties. Nebaidieties, šādu nosaukumu grāmatā vairs nebūs.
Ķīmisko nosaukumu ir miljoniem, tāpat kā pašu vielu. Vielas ir cietas kā akmens, šķidras kā ūdens, gāzveida, caurspīdīgas un bezsvara kā gaiss, ko mēs elpojam. Tās var būt melnas kā ogles, sarkanas kā rūsas vai pat bezkrāsainas. Tās var izdalīt spēcīgu smaržu vai nejust nekādu smaržu, tās var apdedzināt ādu vai mīkstināt to. Dažas no tām šķīst ūdenī, bet citas to nepanes, dažas no tām mirgo un sprāgst no mazākās dzirksteles, bet citas nebaidās no uguns, dažas no tām vada elektrisko strāvu, bet citas, gluži pretēji, pasargā mūs no tās.…
Visām vielām ir sava dzīve. Tās var mierīgi līdzāspastāvēt, tāpat kā akmens, ūdens un gaiss strauta krastā. Vai kā daudzas vielas virtuvē. Ja ņemam cepamo sodu un uz tās uzpilinām saulespuķu eļļu, nekas nenotiek. Uzkapājiet citrona sulu uz galda sāls no sāls spainīša – atkal nekādas izmaiņas. Taču dažas vielas iesaistās cīņā, tās iedarbojas viena uz otru – mijiedarbojas. Un šī mijiedarbība var būt ļoti vardarbīga. Vai vēlaties pārliecināties pats? Uzlejiet uz šķīvja nedaudz cepamās sodas un izspiediet uz tā dažus pilienus citrona. Soda sāks sūkstīties un putot, jo tā mijiedarbosies ar citronskābi citrona sulā. Apsveicam, jums ir notikusi pirmā ķīmiskā reakcija!
Vai vēlaties vēl? Nav nekādu iebildumu! Man ir lieliska reakcija starp cieti un jodu. Veiksim to. Es esmu pārliecināts, ka jūsu mājas aptieciņā ir joda tinktūra. Iepiliniet dažus pilienus nelielā ūdens daudzumā, lai iegūtu dzeltenas krāsas šķīdumu. Tagad dodieties uz virtuvi un sameklējiet kartupeli. Kartupeļos ir daudz cietes. Baltās pēdas uz naža, kas paliek pēc tam, kad mamma ir sagriezusi bumbuli šķēlītēs, ir ciete. Taču ar to pietiek, lai mēs kartupeli pārgrieztu uz pusēm. Tagad pilienu vai divus dzeltenā šķīduma, ko tikko sagatavojāt, uzpiliniet uz šī griezuma un paskatieties, kas notiks. Ļoti ātri vieta, kur piliens būs piliens, kļūs zila. Tā ir trešā viela, cietes savienošanās ar jodu rezultāts. Un tagad, izmantojot šo reakciju, jūs varat veikt veselu pētījumu virtuvē un pārliecināties, ka ciete ir makaronos, maizē, rīsos un pat jogurtā.
Tātad katrai vielai ir savs raksturs un izskats, īpašības un temperaments. No tām sastāv viss mums apkārt, arī jūs un es.
Mazāks par mazu
Mazāks par mazu Labi, jūs varētu teikt, bet no kā sastāv pati matērija? Ķīmiķi simtiem gadu ir meklējuši atbildi uz šo jautājumu. Un viņi ir nonākuši pie secinājuma, ka vielas sastāv no molekulām – tās mazākajām daļiņām, kas saglabā vielas īpašības, tāpat kā tauta sastāv no indivīdiem un ķieģeļu žogs no ķieģeļiem.
Holandiešu ārsts un matemātiķis Īzaks Bekmans 1602 gada. gada 14. septembrī savā dienasgrāmatā ierakstīja, ka, sadalot zāļu devu uz pusēm, abas pusdevas saglabāja ārstnieciskās īpašības. Nākamā dalīšana deva tādu pašu rezultātu. Un tad Bekmans nodomāja: ja devu atkal un atkal dalīs divās daļās, droši vien pienāks brīdis, kad mazā daļiņa zaudēs savas īpašības. Šo sīko daļiņu, kas saglabāja vielas ārstnieciskās īpašības, Bekmans nosauca par minimumu. Šis minimums nozīmēja to pašu, ko pašreizējais termins «molekula».
Un drīz vien, 1636. gadā, parādījās pats vārds «molekula». Franču priesteris Pjērs Gasendi, kas bija slavens ar saviem darbiem astronomijas, matemātikas, mehānikas un filozofijas jomā, vārdam «mole» pievienoja daļiņu-cula, kas tolaik nozīmēja to, ko tagad apzīmē ar vārdu «masa». Rezultāts bija ļoti, ļoti, ļoti, ļoti, ļoti, ļoti maza masa.
Pagāja ilgs laiks, kamēr ķīmiķi pie šīs idejas pierada, molekulu teorija progresēja ar čīkstēšanu, bet ar katru gadu tā ieguva arvien vairāk atbalstītāju. Tā pamazām ķīmiķi paši nepamanīja, kā viņi sāka izmantot šo koncepciju, lai izskaidrotu vielu īpašības. Bet tikai 1860. gadā Vācijas pilsētā Karlsrūē pulcējās Pirmais starptautiskais ķīmiķu kongress, kurā zinātnieki leģitimēja «molekulu» kā terminu.
Tās ir tik mazas, ka parastai acij tās ir neredzamas. Mēs redzam tikai vielas graudiņu vai pilienu, kas patiesībā sastāv no ļoti daudzām molekulām, kas cieši pieguļ viena pie otras. Un nav viegli izlauzties no šī apskāviena. Piemēram, to pašu cukuru nevar sasmalcināt molekulās, sasmalcinot to miezerī. Bet tā kristālus var iemest ūdenī. Pēc mirkļa tie izšķīdīs un pazudīs, kļūs neredzami. Tas nozīmē, ka ūdenī cukura kristāli ir sadalījušies atsevišķās molekulās, kas brīvi peld kā zivs ūdenī. Un šeit ir vēl viens vienkāršs eksperiments. Ielej šķīvītī nedaudz ūdens, novieto to saulē un vēro. Vienīgais, ko jūs redzēsiet, būs tas, ka ūdens lēnām pazudīs no šķīvīša, iztvaikos. Taču šis iztvaikošanas process nav acīm redzams, jo atsevišķas ūdens molekulas izkļūst gaisā, ko acs nevar saskatīt.
Un tomēr, cik lielas tās ir? Paņemsim parastā ūdens molekulu un palielināsim to miljonu reižu. Ko mēs iegūstam? Nē, nevis ziloni, bet mazu punktiņu uz papīra lapas. Starp citu, ja mēs miljonu reižu palielināsim Ostankinas televīzijas torni, teorētiski būs iespējams uzkāpt līdz Mēnesim un vēl tālāk. Lūk, cik mazas ir molekulas.
Tad cik daudz molekulu var ietilpt vienā cukura graudiņā? Jūs neticēsiet, divi miljardi miljardi miljardu. Tas ir tik milzīgs skaitlis, ka to pat grūti iedomāties vai ar kaut ko salīdzināt. Galu galā, ja jūs ar kājām dosieties uz zvaigžņu sistēmu Alfa Centauri, kur uzņemta filma «Avatars» un kur vairāk nekā četrus gadus lido pasaulē ātrākais vēstnesis – gaisma, soļu skaits, ko jūs spertu, joprojām būs 25 reizes mazāks nekā molekulu skaits cukura graudiņā.
