Κίμων Χατζημπίρος: Χημείας εγκώμιον

 από το books' Journal

Η παιδεία, εξηγώντας τα πράγματα όσο γίνεται πιο απλά και κατανοητά, οφείλει να οδηγεί τον πολίτη σε μια αποκρυπτογράφηση του κόσμου, απαλλαγμένη από περιττό μεταφυσικό βάρος. Στον 21^ο αιώνα, αν και ο τρόπος ζωής βασίζεται σε επιστήμη και τεχνολογία, η ανθρωπότητα δυσκολεύεται να απαλλαγεί από αυταπάτες και δεισιδαιμονίες, δεν έχει ακόμα επιτευχθεί απομάγευση. Κατά τον Diderot, η διάδοση της κατανόησης της επιστήμης και της νέας γνώσης που αποκαλύπτεται από αυτήν θα οδηγούσε σε πιο φωτισμένη και επομένως σε πιο δίκαιη κοινωνία. Η φύση είναι αντικειμενική, λέει ο Jacques Monod, η γνώση πηγάζει αποκλειστικά από συστηματική αντιπαραβολή λογικής και εμπειρίας.

Κάθε τι γύρω μας είναι αντικείμενο της Χημείας. Γιατί οι φλόγες έχουν λαμπρά χρώματα, γιατί χρειαζόμαστε τροφή, γιατί αναπνέουμε; Η επιστήμη αυτή εξηγεί πώς ποιοτικές διαφορές των πραγμάτων συνδέονται με τη σύνθεσή τους. Καθιστά κατανοητό τον κόσμο με πρακτικό τρόπο, ως ένα παζλ άφθαρτων σωματιδίων που συνδυάζονται σύμφωνα με κανόνες. Ερμηνεύει τα υλικά αντικείμενα με ενιαίο τρόπο, ξεπερνά τους διαχωρισμούς σε ζωντανά ή αδρανή, φυσικά ή τεχνητά. Σήμερα είναι ο μεγαλύτερος επιστημονικός κλάδος, με πάνω από μισό εκατομμύριο δημοσιεύσεις κάθε χρόνο. Τα σώματά μας, τα πράγματα που μας περιβάλλουν, ολόκληρο το γνωστό Σύμπαν (εξαιρείται η «μαύρη ύλη», αυτή η ανεπιβεβαίωτη υπόθεση της αστροφυσικής) είναι φτιαγμένα από τα 92 χημικά στοιχεία της φύσης, που συνδυάζονται σε μόρια και καθορίζουν το χρώμα, τη σκληρότητα, την καύση κ.λπ. Το υδρογόνο, το ήλιο και τα επόμενα 3 ελαφρότερα στοιχεία παρήχθησαν κυρίως από την αρχική έκρηξη (Big Bang) που δημιούργησε το Σύμπαν, ενώ τα υπόλοιπα 87, μεταξύ των οποίων τα ζωτικά για τους οργανισμούς άνθρακας, άζωτο και οξυγόνο, παρασκευάσθηκαν αργότερα, σε πυρηνικές αντιδράσεις εντός των αστέρων. Η Χημεία συνδέεται στενά με τη Φυσική, κυρίως την Ατομική Φυσική, τη Θερμοδυναμική και την Κβαντομηχανική. Η περιοδικότητα των στοιχείων ή οι χημικοί δεσμοί των μορίων είναι φαινόμενα απολύτως συμβατά με τους νόμους της Φυσικής αλλά δεν ανάγονται πλήρως σε αυτούς, γίνονται πλήρως κατανοητά μόνο με επιπλέον έννοιες της Χημείας. Αντίστοιχα, βιολογικά φαινόμενα όπως η εξέλιξη των ειδών και η φυσική επιλογή, είναι απολύτως συμβατά με τους νόμους της Χημείας αλλά δεν ανάγονται πλήρως σε αυτούς.
Η χημική θεώρηση του κόσμου είναι μηχανιστική και απογυμνωμένη από υπερφυσικές παραδοχές. Τα άτομα κάθε χημικού στοιχείου είναι πανομοιότυπα σε όλο το Σύμπαν, δεν υπάρχουν πρωτότυπα και απομιμήσεις. Τα χαρακτηριστικά των σωμάτων αναδύονται από τους συνδυασμούς μικροσκοπικών σωματιδίων που τα αποτελούν. Η περίπτωση του χλωριούχου νατρίου (NaCl) είναι διαφωτιστικό παράδειγμα μιας ουσίας της οποίας οι ιδιότητες οφείλονται στη σύνθεσή της. Το νάτριο είναι μέταλλο που αντιδρά έντονα με το νερό, το χλώριο είναι αέριο δηλητηριώδες για πολλούς οργανισμούς. Ενωμένα τα δύο άτομα σχηματίζουν το μόριο του αλατιού που αποτελεί χρήσιμη θρεπτική ουσία, όταν καταναλώνεται σε μικρές ποσότητες. Το χλωριούχο νάτριο είναι παντού απαράλλαχτο, είτε στη θάλασσα, είτε στο φάσμα ενός αστέρα, είτε στα δάκρυα ενός μωρού.

Η θεωρία πως η φύση συνίσταται από άτομα ξεκίνησε από τον Λεύκιππο, αναπτύχθηκε από τον Δημόκριτο, αργότερα υιοθετήθηκε από τον Επίκουρο. Από εκείνους, αναδεικνύοντας την ανάγκη επιστημονικής σκέψης για την απαλλαγή του νου από την προκατάληψη, αντλεί έμπνευση ο Ρωμαίος ποιητής Λουκρήτιος, ο οποίος φαντάζεται στο Σύμπαν άπειρα σωματίδια, μικροσκοπικά και αδιαίρετα, διαφορετικά ως προς το σχήμα και το μέγεθος, με τα μεγαλύτερα να περιέχουν περισσότερα μέρη. Είναι προφανής η συνάφεια των ατομικών φιλοσόφων με τη σύγχρονη επιστήμη. Πάντως, η ατομική θεωρία, όπως και γενικότερα κάθε μη μεταφυσική φιλοσοφία, καταπολεμήθηκε από τις θρησκείες και ειδικά από τους πρώτους χριστιανούς, για τους οποίους η ορθολογική εικόνα του κόσμου αποτελούσε αιτία αναθέματος.

Η περιοδική τάξη του κόσμου

Αντίθετα από τις πολύπλοκες μαθηματικές προσεγγίσεις της Φυσικής, η Χημεία διαθέτει μια απλή κατανοητή γλώσσα, βασισμένη στον περιοδικό πίνακα του Mendeleef, του Ρώσου επιστήμονα που το 1869, με την πρότασή του (πληρέστερη μεταξύ διαφόρων προσπαθειών της εποχής του), έβαλε τάξη στο χάος των φαινομενικά άσχετων ιδιοτήτων των διαφόρων ατόμων. Ο περιοδικός πίνακας έχει θέση δίπλα στις μεγάλες επιστημονικές επινοήσεις, όπως η θεωρία της σχετικότητας και η βιολογική εξέλιξη. Αποκαλύπτει την οργάνωση των στοιχείων, δείχνει ότι οι ιδιότητές τους αντιστοιχούν σε αριθμούς. Κατατάσσονται ανάλογα όχι με το ατομικό βάρος (όπως εθεωρείτο αρχικά) αλλά με τον ατομικό αριθμό, δηλαδή τον αριθμό πρωτονίων του πυρήνα τους ή τον ίσο με αυτόν αριθμό ηλεκτρονίων. Στον 20^ο αιώνα, οι ανακαλύψεις της δομής του ατόμου και των ισοτόπων ερμήνευσαν γιατί οι ιδιότητες των στοιχείων επαναλαμβάνονται περιοδικά. «Ονειρεύτηκα ένα πίνακα στον οποίο όλα τα χημικά στοιχεία έβρισκαν τη θέση που έπρεπε», είπε ο Μεντελέγιεφ. Η ιδέα του ήταν να κατατάξει τα χημικά στοιχεία, με δεδομένο ότι κάποιες ιδιότητές τους εμφανίζουν μια παράξενη περιοδικότητα. Στην εποχή του ήταν γνωστά μόνον 63 στοιχεία και έτσι σκέφθηκε να αφήσει κενά στον πίνακα, δηλαδή προέβλεψε την ύπαρξη άγνωστων τότε στοιχείων. Η ανακάλυψή τους αργότερα επιβεβαίωσε την ορθότητα της κατάταξης και την πληρότητα του σχήματος. Πράγματι, ο πίνακας έχει γεμίσει, όλα τα στοιχεία του Σύμπαντος έχουν ανακαλυφθεί, δεν υπάρχουν διπλοεγγραφές ούτε κενά, κάθε θέση του πίνακα αντιστοιχεί σε ένα μόνο στοιχείο. Πάντως, μερικά από τα στοιχεία που συναντώνται στη φύση είναι ασταθή διότι εκπέμπουν ραδιενέργεια. Σήμερα, ο περιοδικός πίνακας έχει επεκταθεί και περιλαμβάνει 118 στοιχεία, επειδή παρασκευάζονται στα εργαστήρια όλο και βαρύτερα, τεχνητά, εξαιρετικά ασταθή άτομα. Ο χρόνος ζωής των τεχνητών στοιχείων (με ατομικό αριθμό πάνω από 92) είναι ελάχιστος. Τα τέσσερα τελευταία αναγνωρίστηκαν μόλις πριν ένα χρόνο από τη Διεθνή Ένωση Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας. Έτσι, συμπληρώθηκε πλήρως η έβδομη σειρά του περιοδικού πίνακα και, αν παρασκευασθούν τα στοιχεία με ατομικούς αριθμούς 119 και 120, θα ξεκινήσει μια νέα σειρά.

Ελπιδοφόρες προοπτικές

Η Χημεία εφευρίσκει και παρασκευάζει νέες φαρμακευτικές και θρεπτικές ουσίες. Σήμερα αντιμετωπίζει πελώριες προκλήσεις για την επινόηση φαρμάκων που θα αντιμετωπίζουν ασθένειες από ιούς, οι οποίοι συνιστούν μεγάλη δυνητική απειλή για τον άνθρωπο. Άλλα κρίσιμα αιτήματα προς τη Χημεία περιλαμβάνουν τη θεραπεία των καρκίνων, των αγγειακών νοσημάτων, του διαβήτη, της νόσου Alzheimer, της σχιζοφρένειας, της αρθρίτιδας και των γενετικών ελαττωμάτων. Γενικά, έχει κεντρικό ρόλο στο πεδίο της Ιατρικής, διότι οι λεπτές ισορροπίες  χημικών αντιδράσεων, όπως η σύνθεση των ορμονών, ρυθμίζουν την υγεία των οργανισμών. Όλα τα βιολογικά σώματα είναι φτιαγμένα αποκλειστικά από χημικές ουσίες, το κάθε τι σε αυτά συμβαίνει μέσω χημικών αντιδράσεων. Η ζωή είναι διεργασίες όπου πολλές χημικές ουσίες αντιδρούν μεταξύ τους και η κατανόηση και αντιμετώπιση πολλών ζητημάτων εξαρτάται από την διαλεύκανση της λειτουργίας του οργανωμένου συστήματος που αποτελεί το ζωντανό σώμα.  Π.χ. τα βακτήρια είναι απλοί οργανισμοί με πολύπλοκη χημική λειτουργία και ακόμα αγνοούμε πώς να τα μιμηθούμε με τεχνητά συστήματα.

Η Χημεία θεωρείται «βρώμικη». Πολλές συμβατικές χημικές βιομηχανίες προκαλούν σημαντική ρύπανση του αέρα, των νερών ή του εδάφους. Παράγει νέες ουσίες που μπορεί να βλάπτουν την υγεία και το περιβάλλον, όπως μεταξύ άλλων, τοξικά φυτοφάρμακα, εκρηκτικά, χημικά όπλα, ενώ εξαιρετικά επικίνδυνα είναι τα βιομηχανικά χημικά ατυχήματα. Υπάρχει ακόμα αρκετή έλλειψη γνώσης σχετικά με την απόκριση του ανθρώπινου οργανισμού στην τεράστια ποικιλία συνθετικών χημικών ουσιών, που μερικές είναι δυνητικά καρκινογόνες. Η Ευρωπαϊκή Ένωση έθεσε σε ισχύ το 2007 τον Κανονισμό REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals), που δημιουργεί μια βάση δεδομένων για χημικές ουσίες, η οποία πληροφορεί για τους ενδεχόμενους κινδύνους. Σκοπός είναι η βελτίωση της προστασίας της υγείας και του περιβάλλοντος, μέσω καλύτερου και πιο έγκαιρου εντοπισμού και δημοσιοποίησης των ιδιοτήτων των χημικών ουσιών. Επίσης, επιδιώκεται η σταδιακή υποκατάσταση των πιο επικίνδυνων ουσιών μέσω κατάλληλων εναλλακτικών λύσεων. Οι εν χρήσει διαφορετικές χημικές ουσίες ξεπερνούν τις 100.000 και εκτιμάται ότι για περίπου 900 από αυτές δικαιολογούνται σοβαρές ανησυχίες σχετικά με την πιθανή επικινδυνότητά τους. Πρέπει να σημειωθεί ότι στην πραγματικότητα καμία ουσία δεν είναι πλήρως αθώα ή απόλυτα τοξική, υπάρχουν μόνο δόσεις επικίνδυνες ή ασφαλείς (μερικές φορές εξαιρετικά μικρές).

Μεγάλο μέρος του βιομηχανικού μέλλοντος ανήκει στην πράσινη, βιώσιμη, αυτοκαθαριζόμενη Χημεία. Σημαντική θα είναι η συμβολή της στην προστασία της λειτουργίας των οργανισμών και των οικολογικών συστημάτων. Η περιβαλλοντικά φιλική παραγωγή είναι ένας ταχέως αναδυόμενος κλάδος που προσφέρει καθαρότερες εναλλακτικές λύσεις στις συμβατικές χημικές πρακτικές. Εστιάζει στη μείωση ή και κατάργηση της χρήσης επικίνδυνων ουσιών, μέσω έξυπνων καινοτόμων λύσεων. Η ανακύκλωση άχρηστων προϊόντων και αποβλήτων, ο σχεδιασμός και η κατασκευή αποτελεσματικών, ασφαλών, περιβαλλοντικά φιλικών υλικών οδηγούν σε ελαχιστοποίηση των αρνητικών επιπτώσεων από χημικά προϊόντα και διεργασίες. Μια σημαντική κατεύθυνση είναι η ανανεώσιμη παραγωγή και η εξοικονόμηση ενέργειας, με βελτίωση των υλικών που δεσμεύουν την ισχύ του ήλιου όπως τα φωτοβολταϊκά και με νέα υλικά που θα έχουν βελτιωμένη ηλεκτρική αγωγιμότητα έως και υπεραγωγιμότητα. Η ανανεώσιμη παραγωγή και αποδοτικότερη χρήση του ηλεκτρισμού θα απαλλάξει τον ενεργειακό τομέα από τα βάρη της παγκόσμιας θέρμανσης, της κλιματικής αλλαγής, καθώς και της τοξικής ατμοσφαιρικής ρύπανσης που προέρχεται από το αυτοκίνητο, την παραγωγή,  επεξεργασία και μεταφορά των καυσίμων.

Άλλες σπουδαίες μελλοντικές προοπτικές είναι η πιθανή δημιουργία χημικών (ή και βιολογικών) υπολογιστών, χημικής (αντί της ηλεκτρονικής) μνήμης των μηχανών και η κατασκευή νέων θαυμαστών υλικών, όπως ο ιστός της αράχνης. Η έρευνα της Χημείας θα επιτρέψει μελλοντικά την παρακολούθηση των κινήσεων των ηλεκτρονίων μέσα στο μόριο τη στιγμή του σχηματισμού του ή μιας χημικής αντίδρασης σε πραγματική μικροσκοπική κλίμακα χώρου και χρόνου, ανοίγοντας ορίζοντες νέων μεθόδων χημικής μηχανικής και μη τυφλής σύνθεσης ουσιών.

Ποιός φοβάται την Χημεία;

Μερικά χημικά στα τρόφιμα ή σε άλλα προϊόντα είναι επικίνδυνα, αλλά με περισσότερη και καλύτερη επιστήμη μπορούν να μειωθούν. Αντίστοιχα, πολλά ευεργετικά χημικά που αξιοποιούνται στη ζωή μας μπορούν να γίνουν περισσότερα. Επιπλέον, η Χημεία έχει εκπαιδευτικό ρόλο, αφού προσφέρει μια πρακτική και κατανοητή γραμματική του αισθητού κόσμου  (μάλιστα με τρόπο πιο φιλικό για τους περισσότερους ανθρώπους από μερικές νεφελώδεις θεωρίες της Φυσικής). Οι χημικά εγγράμματοι πολίτες γίνονται ικανοί για την αποκρυπτογράφησή του, αποβάλλοντας διάφορες σκοταδιστικές αντιλήψεις. Όμως, η Χημεία βρίσκεται στο στόχαστρο των μεταφυσικών απόψεων, ως η κατ’ εξοχήν επιστήμη που δίνει προοπτικές στην υλιστική σκέψη και αναπόφευκτα συγγενεύει με τον αθεϊσμό. Σε ένα μετανεωτερικό κλίμα ρομαντισμού, ίσως επανέλθουν τάσεις περιορισμού των φυσικών επιστημών. Στην ελληνική σχολική εκπαίδευση π.χ. στριμώχνεται ακόμη περισσότερο το μόλις μονόωρο μάθημα της Χημείας, ενώ οι περισσότεροι εισαγόμενοι στις πολυτεχνικές σχολές, ακόμα και στους χημικούς μηχανικούς, δεν αντιλαμβάνονται ούτε τον άνθρακα ως στοιχείο, καθόσον η Χημεία δεν εξετάζεται στην τεχνολογική κατεύθυνση. Αξίζει να αναρωτηθεί κανείς, αν υποθέσουμε ότι μια πληρέστερη εκπαίδευση στη Χημεία αντικαθιστούσε την προπαγάνδα που υφίστανται οι μαθητές από μαθήματα όπως η Ιστορία και τα Θρησκευτικά, πόσο λιγότερο φανατισμό και ιδεοληψία και πόση ορθολογική γνώση και κανονικότητα θα είχαμε στη χώρα;

Για να μάθετε περισσότερα:

Bensaude-Vincent Bernadette (2005). Faut-il avoir peur de la chimie ? Seuil

Brown Theodore, Eugene LeMay, Bruce Bursten, Catherine Murphy, Patrick Woodward, Matthew Stoltzfus (2015). Chemistry: The Central Science. Pearson

Nizan Paul (2011). Οι υλιστές της αρχαιότητας. Δημόκριτος, Επίκουρος, Λουκρήτιος. Εκδόσεις Βερέττας

Strathern Paul (2004). Το όνειρο του Μεντελέγιεφ. Εκδόσεις Τραυλός

Γαλδαδάς Άλκης (2016). Περιοδικός Πίνακας, 2 τόμοι, ΤΟ ΒΗΜΑ