Kemia ja meitä ympäröivä maailma

KUN lapsena tarkkasit äitisi leipovan ja paistavan kakkua, tajusitko hänen olleen ”kemisti”? Söit kakun, koska se maistui hyvältä. Mutta tiesitkö, että elimistösi on erittäin monimutkainen kemiallinen laboratorio, joka sulatti kakun ja rakensi siitä sinulle elimistön kudoksia?

Kun nyt olet aikuinen, et ehkä ole tehnyt kemiasta elämänuraasi, mutta tiedät, että mikään ei voisi elää, ellei kemiallisia prosesseja olisi. Todennäköisesti ymmärrät myös, että paljon siitä, mitä me nykyään käytämme, puuttuisi, jos jotkut ihmiset eivät olisi ottaneet kemiaa ammatikseen.

Kemistit eivät tietenkään tee lakeja, joiden mukaan kemikaalit reagoivat. He voivat vain tutkia, tehdä kokeita ja käyttää mikroskooppien kaltaisia työkaluja saadakseen selville ja ymmärtääkseen näitä lakeja ja tietääkseen, miten soveltaa niitä tiettyjen tulosten saavuttamiseksi.

Joitakin kemistien tutkimusten tuloksia, jotka ovat vaikuttaneet maailmaamme syvästi, ovat räjähdysaineet, polttoaineet, muovit, paperi, teräs, lasi, puhdistusaineet, lääkkeet ynnä muut aineet, joita on niin paljon, ettemme voi niitä luetella. Nämä aineet ovat vaikuttaneet työhömme, syömiseemme, rakentamiseemme, vaatetukseemme, matkustustapoihimme – yleensä kaikkeen, mitä elämäntapaamme kuuluu.

Vanha tiede

Me emme tiedä, missä määrin vanhan ajan egyptiläiset, babylonialaiset, assyrialaiset ja heprealaiset ymmärsivät kemiaa. Raamatun historialliset muistiinmerkinnät paljastavat kuitenkin, että jo ennen näitä varhaisia kulttuureita, niin, ennen maailmanlaajuista vedenpaisumusta noin 4300 vuotta sitten, ihmisillä oli tietoa metallurgiasta, johon liittyy kemiaa. (1. Moos. 4:22) Myöhemmin Job, joka eli ennen kuin Israelista tuli kansakunta, sanoi lisäksi: ”Rauta otetaan maasta, ja kivestä sulatetaan vaski [kupari, Um].” (Job 28:2) Israelin kuningas Salomo suoritutti kuparin valantaa. (1. Kun. 7:46, 47) Muutakin kemian tietoutta edellyttävää teollisuutta oli olemassa, kuten viinin, väriaineiden ja musteiden valmistusta. Myös lääkkeitä käytettiin ja harjoitettiin palsamointia.

Atomiteoria

Uudella ajalla kemiassa on tapahtunut kuitenkin äärimmäisen nopeaa edistymistä aineen rakennetta koskevan atomiteorian (josta tosin jo vanhan ajan kreikkalaiset esittivät olettamuksen) kehittämisen vuoksi. Kemisteillä onkin ollut suuri osuus atomiteorian kehittämisessä.

Tämä teoria opettaa, että atomit muodostuvat pääasiassa kolmenlaisista osasista: protoneista, neutroneista ja elektroneista. Näiden osasten vaihtelevalukuiset yhdistelmät muodostavat alkuaineet. Alkuaine on aine, jota ei voida tavanomaisin kemiallisin keinoin jakaa yksinkertaisemmiksi aineiksi. Tavallisessa kemiassa alkuaineet ovat näin ollen rakennusosia. Järjestyksessä seuraava yksikkö on molekyyli, joka voi koostua yhdestä tai useammasta atomista. Sitten tulevat yhdisteet, jotka muodostuvat kahden tai useamman alkuaineen liittyessä toisiinsa.

Alkuaineita, joita yleensä tavataan luonnontilassa, on 92. Vetykaasu on näistä kevein. Platina on yksi painavimmista. Joitakin muita on valmistettu keinotekoisesti, niin että tunnettuja alkuaineita on nykyisin yhteensä toista sataa. Yleisin alkuaine maan kuoressa ja vesissä on happi, joka on välttämätön sekä eläin- että kasvielämälle. Happi muodostaa myös ilman tilavuudesta noin viidenneksen.

Useimmilla alkuaineilla on taipumus yhtyä toisiin alkuaineisiin. Hyvin harvoja pidetään vaikutuksettomina eli käytännössä tehottomina. Järjestelmien ja yhdisteiden luku on itse asiassa loputon, ja tällaisista yhdistelmistä jokainen olemassa oleva aine muodostuu. Monimutkaisimmat molekyylit tavataan elollisista. Tiedemiehet ovat viime aikoina kiinnittäneet paljon huomiota erilaisten valkuaisaineiden jättiläismolekyyleihin, jotka koostuvat useista sadoista varsin monimutkaisesti järjestyneistä atomeista. Niin jättiläismäisiä kuin ne molekyyleiksi ovatkin, ne voidaan ”nähdä” vain elektronimikroskoopin avulla.

Kemian lait toimivat ihmisen parhaaksi

Vaikka kemiallisia yhdisteitä on keksitty lukematon määrä, järjestelmän todetaan olevan erittäin pysyvä. Alkuaineista tehtyjen havaintojen perusteella laaditut alkuaineiden järjestyslukujen ja atomipainojen taulukot ovat siksi sangen luotettavia ja hyödyllisiä kemistille. Jotkut kemiallisia reaktioita ohjaavat lait ovat äärimmäisen monimutkaisia, mutta kun ne ymmärretään, niiden nähdään pitävän kaiken aineen mitä ihmeteltävimmässä järjestyksessä.

Alkuaineet sitoutuvat joskus toisiinsa tuottaen yhdisteitä, joiden ominaisuudet eroavat suuresti niitä muodostaneista alkuaineista. Sellaisesta yhdisteestä on esimerkkinä pöytäsuola, joka koostuu kloorista ja natriumista, jotka ovat molemmat myrkyllisiä aineita. Vesi, joka on kaasuista, kahdesta vety- ja yhdestä happiatomista, muodostunut neste, ilmentää tunnuspiirteitä, jotka vaikuttavat elämäämme ja mukavuuteemme lukuisin tavoin. Vedellä on sellainen epätavallinen ominaisuus, että sen molekyylit ovat nestemäisessä tilassa tiiviimmässä kuin jäätyneenä. Siksi jää kelluu. Koska se muussa tapauksessa laskeutuisi järvien pohjaan, ne olisivat pysyvästi jäässä.

Voimme myös olla onnellisia siitä, että vedellä on korkeampi lämmönvaraamiskyky kuin millään toisella yleisellä nesteellä. Se vaikuttaa suuresti ilmaston lauhkeuteen laajojen vesialueiden lähellä. Mikään muu neste ei myöskään ole liuottimena veden vertainen.

Happi on hyvin aktiivinen alkuaine ja yhtyy helposti moniin muihin alkuaineisiin. Tämä tekee siitä ihanteellisen ilman ja veden puhdistajan, joka nopeasti hapettaa tietyt myrkylliset aineet ja tekee niistä vaarattomia.

Onko kemialla vastaus ihmisen ongelmiin?

Sen tärkeän osuuden tähden, mikä kemialla on ihmisen maailmassa, sen tutkiminen on mitä nautittavinta ja sen ansiosta ihmiskunta saa paljon miellyttävää ja hyödyllistä. Kemistit ovat oppineet paljon, mutta todellisuudessa he ovat vasta ”raapaisseet” tämän suunnattoman tutkimuskentän pintaa. Kemistit eivät vieläkään tiedä tarkalleen, miten ruohonkorsi kasvaa, eivätkä he täysin ymmärrä fotosynteesiä, jonka välityksellä kasvit valmistavat ruokaa kaikelle eläinelämälle. Kukaan kemisti ei ole vielä saavuttanut ihmisruumiin yhden ainoan solun korkeaa suorituskykyä, jonka solun sanotaan pystyvän hoitamaan samanaikaisesti 1000–2000 erilaista kemiallista reaktiota.

Kemian aikaansaannokset ovat olleet hyvää tarkoittavia, mutta tietämättömyys niiden lopullisesta vaikutuksesta ja niiden väärinkäyttö ovat aiheuttaneet monia pulmia. Muovit, puhdistusaineet, lääkeaineet ja edistyminen kemiallisissa hävityskeinoissa ovat olleet mukana tuomassa ihmiskuntaa kriisiaikaan. Varmasti luonnontiede sellaisena kuin kemia sitä edustaa, aivan kuten monissa muissakin haaroissaan, on osoittanut ihmisen kyvyttömyyden luoda rauhan, terveyden, elämän ja turvallisuuden maailmaa.