Znikająca łyżeczka

Tekst
Autor:Sam Kean
0
Recenzje
Przeczytaj fragment
Oznacz jako przeczytane
Jak czytać książkę po zakupie
Czcionka:Mniejsze АаWiększe Aa


Spis treści

Wstęp

CZĘŚĆ I. ZASADY NAWIGACJI: KOLUMNA PO KOLUMNIE, RZĄD ZA RZĘDEM

Rozdział 1. Geografia decyduje o przeznaczeniu

Rozdział 2. Czarne owce i niemal bliźniacy – pochodzenie pierwiastków

Rozdział 3. Wyspy Galapagos układu okresowego

CZĘŚĆ II. JAK STWORZYĆ I ROZBIĆ ATOM

Rozdział 4. Pochodzenie atomów – „Wszyscy jesteśmy z gwiezdnego pyłu”

Rozdział 5. Pierwiastki w czasach wojny

Rozdział 6. Uzupełniając tabelę… małym bum

Rozdział 7. Powiększając tabelę, rozszerzając zimną wojnę

CZĘŚĆ III. PIERWIASTKOWY ZAWRÓT GŁOWY: NARODZINY ZŁOŻONOŚCI

Rozdział 8. Od fizyki do biologii

Rozdział 9. Galeria trucizn

Rozdział 10. Weź pigułkę, weź pigułkę

Rozdział 11. Pierwiastki, które wiodą na manowce

CZĘŚĆ IV. PIERWIASTKI LUDZKIEGO CHARAKTERU

Rozdział 12. Pierwiastki i polityka

Rozdział 13. Pierwiastki i pieniądze

Rozdział 14. Pierwiastki i sztuka

Rozdział 15. Pierwiastek szaleństwa

CZĘŚĆ V. DZIŚ I JUTRO PIERWIASTKÓW

Rozdział 16. Chemia mrożąca krew w żyłach

Rozdział 17. Chwała bąbelkom: wszystko, co zawsze chcieliście o nich wiedzieć

Rozdział 18. Narzędzia absurdalnej precyzji

Rozdział 19. Wpływając na nieznane wody

Podziękowania

Bibliografia

Wywiad z Autorem

Pięć ulubionych pierwiastków Autora

Przypisy

Tytuł oryginału: The Disappearing Spoon: And Other True Tales of Madness, Love, and the History of the World from the Periodic Table of the Elements

Przekład: Adam Wawrzyński

Redaktorzy prowadzący: Katarzyna Nawrocka, Maria Zalasa

Redakcja: Katarzyna Nawrocka

Konsultacja merytoryczna: Krzysztof Rejmer

Korekta: Agnieszka Grzywacz

Projekt okładki oryginalnej: Will Staehle/Unusual Co.

Copyright © Sam Kean 2010, 2011

This edition published by arrangement with Little, Brown and Company,New York, USA. All rights reserved.

Copyright for Polish edition and translation © Wydawnictwo JK, 2017

Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być powielana ani rozpowszechniana za pomocą urządzeń elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych bez uprzedniego wyrażenia zgody przez właściciela praw.

ISBN 978-83-7229-710-5

Wydanie I, Łódź 2017

Wydawnictwo JK Wydawnictwo JK, ul. Krokusowa 3, 92-101 Łódź tel. 42 676 49 69 www.wydawnictwofeeria.pl

Konwersję do wersji elektronicznej wykonano w systemie Zecer.

Dokument chroniony elektronicznym znakiem wodnym

This ebook was bought on LitRes

Wstęp

WSTĘP



Pamiętam, że kiedy byłem mały, czyli na początku lat osiemdziesiątych, dosłownie nic nie mogło zahamować potoku słów wydobywającego się z moich ust. Wszystko jedno, czy akurat coś jadłem, czy siedziałem z dentystyczną łopatką między zębami, czy miałem w buzi koniec sznurka od balonu, nic mnie nie mogło powstrzymać. Nie przeszkadzał mi nawet brak słuchaczy. Zresztą właśnie dzięki temu nawykowi mówienia narodziła się moja fascynacja układem okresowym pierwiastków – a stało się to w dniu, w którym po raz pierwszy zostałem sam w pokoju z termometrem umieszczonym pod językiem. W pierwszych klasach podstawówki zapalenie gardła miałem co najmniej kilka razy w roku, a ból towarzyszący przełykaniu w zasadzie nigdy się nie kończył. Przyznam szczerze, że chętnie zostawałem w domu i nie miałem szczególnych oporów przed leczeniem się lodami waniliowymi z polewą czekoladową. W dodatku za każdym razem miałem nową szansę na stłuczenie termometru rtęciowego, no wiecie, takiego, jakiego używało się przed laty.

Wystarczyło, bym nieco się zapomniał i spróbował głośno odpowiedzieć na postawione w myślach pytanie, a termometr wymykał mi się z ust i roztrzaskiwał na drewnianej podłodze, po której we wszystkie strony rozbiegały się natychmiast maleńkie kuleczki rtęci. Dosłownie moment później moja matka, mimo swoich chorych stawów biodrowych, lądowała na podłodze i rozpoczynało się widowisko pod tytułem zaganianie kuleczek. Używając wykałaczki niczym zminiaturyzowanego kija hokejowego, popychała pierwszy z brzegu drżący paciorek w stronę innego. Wreszcie, zachęcone ostatnim szturchańcem, kuleczki łączyły się ze sobą – i tam, gdzie przed chwilą znajdowały się dwa koraliki, widać było już tylko nieskazitelnie gładką kulę. Moja rodzicielka ponawiała tę magiczną sztuczkę z kolejnymi koralikami, przetaczając stale rosnącą kulkę po całej podłodze.

Kiedy rtęć była już zebrana, nadchodził czas na plastikową buteleczkę po tabletkach, znajdującą się na półce z durnostojkami w kuchni, między starym pluszowym misiem z wędką w łapce a niebieskim ceramicznym kubkiem, przywiezionym w 1985 roku z rodzinnego zjazdu. Kulka była wtaczana na papierową kopertę i po chwili najnowsza porcja rtęci dołączała do większej kulki – wielkości orzecha – już zebranej w butelce. Czasami, zanim butelka wróciła na półkę, matka nalewała trochę rtęci do zakrętki i pozwalała, bym razem z rodzeństwem przyglądał się przez chwilę, jak futurystyczny metal krąży po okręgu, bez końca rozdzielając się na mniejsze strużki i łącząc się z powrotem. Zawsze było mi okropnie żal dzieciaków, których matki bały się rtęci do tego stopnia, że trzymały je z dala nawet od tuńczyka. A przecież średniowieczni alchemicy, choć owładnięci żądzą złota, za najbardziej potężną i poetycką siłę we wszechświecie uważali właśnie rtęć. W dzieciństwie w pełni podzielałem ten pogląd. Wierzyłem, że to, co dotyczy rtęci, przekracza zwykłe, prozaiczne podziały na płynne i stałe, metal i wodę albo piekło i niebo. Nie miałem wątpliwości, że rtęć kryje w sobie tajemniczą, nieziemską siłę. Dopiero później dowiedziałem się, że zachowuje się tak dziwnie, ponieważ jest pierwiastkiem.

Inaczej niż wodę czy dwutlenek węgla, czy niemal wszystko, z czym stykamy się na co dzień, rtęci nie da się podzielić na składowe. Właściwie rtęć to jeden z wyjątkowo sekciarskich pierwiastków: jej atomy lubią przebywać w swoim towarzystwie, a kontakty ze światem zewnętrznym ograniczają jak tylko się da, zwijając się w kulkę. Większość cieczy, które rozlewałem w dzieciństwie, tak się nie zachowywała. Woda płynęła szeroką strugą, podobnie olej, ocet czy słabo ścięta galaretka. Ale nie rtęć. Rodzice zawsze przestrzegali mnie, bym nie chodził boso po podłodze, na której wcześniej rozbiłem termometr, bo niewidoczne drobiny szkła łatwo mogą wbić mi się w stopę. Nie przypominam sobie jednak, by mówili coś podobnego o rtęci.

Długo byłem wyczulony na wszelkie wzmianki o pierwiastku 80., czy to w książkach, czy w szkole, tak jak inni zwracają uwagę na nazwisko dawnego szkolnego kolegi pojawiające się w prasie. Pochodzę z Wielkich Równin i na lekcjach uczyłem się o wyprawie Lewisa i Clarka i o tym jak przemierzali Dakotę Południową i pozostałą część Luizjany1 wyposażeni w kompasy, mikroskop, sekstanty, trzy rtęciowe termometry i inne instrumenty. Nikt nie powiedział mi jednak wówczas, że podróżnicy mieli ze sobą także około sześciuset środków na przeczyszczenie zawierających rtęć, każdy wielkości czterech dzisiejszych aspiryn. Środki te nosiły nazwę Pigułek Przeciwbiegunkowych Doktora Rusha, na pamiątkę Benjamina Rusha, sygnatariusza Deklaracji Niepodległości i bohaterskiego medyka, który pozostał w Filadelfii podczas epidemii żółtej febry w 1793 roku. Jego ulubionym lekarstwem, które zapisywał na niemal każdą chorobę, był mętny koktajl z chlorku rtęci. Mimo sporego postępu medycyny, który dokonał się w ciągu czterech stuleci poprzedzających XIX wiek, licznym ówczesnym medykom wciąż bliżej było do znachorów niż do przedstawicieli służby zdrowia. Jako zwolennicy tzw. magii sympatycznej2 twierdzili, że piękna i pełna powabu rtęć, wywołująca nieprzyjemne skutki, doskonale służy pacjentom – opierając się na założeniu, że „trucizna zwalcza truciznę”. Doktor Rush zmuszał pacjentów do przyjmowania płynnego koktajlu z rtęcią aż do chwili, gdy pojawiał się u nich ślinotok. Jeśli kuracja trwała kilka tygodni, pacjentom zaczynały wypadać zęby i włosy. Dziś nie ma wątpliwości co do tego, że to cudowne lekarstwo ostro zatruło czy wręcz zabiło całe rzesze ludzi, którzy przetrwaliby zakażenie żółtą febrą. Ale nic to; po przetestowaniu swej terapii na pacjentach w Filadelfii i dopracowaniu składu leku dziesięć lat później doktor przygotował dla Meriwethera Lewisa i Williama Clarka spory zapas osobno zapakowanych pigułek. Przyjmowanie „lekarstwa” przez członków słynnej wyprawy miało pewien korzystny skutek uboczny, choć nie dla pacjentów. Dzięki jego stosowaniu archeolodzy mogą obecnie namierzyć dawne obozowiska. Jako że członkowie ekspedycji żywili się dość przypadkowymi produktami i pili wodę z niepewnych źródeł, właściwie zawsze któryś z nich miał problemy żołądkowe. Do dziś w wielu miejscach, w których odkrywcy wykopali latrynę, wykrywa się spore stężenia rtęci. To właśnie skutek świetnego działania pigułek doktora Rusha – nazywanych też pigułkami piorunującymi.

 

Oczywiście o rtęci wspominano również w szkole. Kiedy nauczyciel pokazał nam plakat z układem okresowym pierwiastków, rzuciłem się, żeby odnaleźć na nim rtęć, ale nigdzie jej nie dostrzegłem. Rzecz jasna, jest tam, na swoim miejscu, między złotem – tak jak ona miękkim i gęstym, oraz talem – tak jak ona trującym. Tyle tylko, że symbol rtęci, Hg, składa się z dwóch liter, które nawet nie występują w jej nazwie. Znalazłszy rozwiązanie tej zagadki (skrót pochodzi od łacińskiego słowa hydragyrum, czyli „płynnego srebra”) dostrzegłem, jak ogromny wpływ na układ okresowy wywarły starożytne języki i mitologia – co zresztą nie zmieniło się do dziś: najlepszym dowodem są nazwy nadawane nowo odkrywanym superciężkim pierwiastkom z dolnego rzędu tabeli.

Ale informacje o rtęci pobrzmiewały też na zajęciach z literatury. Wiadomo, że wytwórcy kapeluszy używali roztworu azotanu rtęci (II) do oddzielania futra od skóry, a ponieważ niemal stale przebywali w oparach rtęci, stopniowo tracili włosy i władze umysłowe. Szalony Kapelusznik z Alicji w Krainie Czarów nie wziął się znikąd. W końcu dotarło do mnie, jak bardzo trująca jest rtęć, co przy okazji pomogło mi zrozumieć, dlaczego pigułki przeciwbiegunkowe doktora Rusha tak dobrze działały na przeczyszczenie: organizm zawsze stara się jak najszybciej pozbyć trucizny, także rtęci. Ale choć jej połykanie jest szkodliwe, wdychanie oparów okazuje się jeszcze groźniejsze w skutkach. Opary rtęci niszczą „kabelki” w ośrodkowym układzie nerwowym i dosłownie wypalają dziury w mózgu, wywołując objawy podobne do zaawansowanego alzheimera.

Im więcej dowiadywałem się o niebezpieczeństwach związanych z rtęcią, tym bardziej fascynowało mnie jej destrukcyjne piękno. Tygrysie, błysku w gąszczach mroku” – jak napisał William Blake3. Kilka lat później moi rodzice odnowili kuchnię, a półka z buteleczką oraz misiem trzymającym wędkę zniknęły ze ściany. Przedmioty trafiły do kartonowego pudła. Kiedy niedawno odwiedziłem dom rodzinny, przekopałem zawartość kartonu. Na dnie znalazłem butelkę z zieloną naklejką. Otworzyłem ją i zajrzałem do środka. Poruszając nią nieco na boki, wyraźnie poczułem, jak zmienia się ciężar wewnątrz, wprawiony w ruch po okręgu; a kiedy zerknąłem do środka, mój wzrok natychmiast przyciągnęły drobiny rozchlapane na ściankach. Połyskiwały ze środka niczym maleńkie krople wody, tak doskonałe, że aż nierzeczywiste. W dzieciństwie kropelki rtęci kojarzyły mi się jedynie z gorączką. Tym razem, dobrze już rozumiejąc skupioną grozę ich symetrii – poczułem nagły chłód.

Zaciekawiony tym jednym pierwiastkiem zgłębiałem historię, etymologię, alchemię, mitologię, literaturę, psychologię i dowiedziałem się sporo o truciznach1. A przecież podobnych niezwykłych opowieści jest dużo więcej – wiele z nich poznałem w trakcie studiowania przedmiotów ścisłych, także dzięki profesorom, którzy dawali się podpuszczać i zaniedbując swoją pracę naukową, opowiadali mi przeróżne smakowite anegdoty.

Muszę przyznać, że jako student fizyki wiążący swoją przyszłość raczej z pisarstwem niż z pracą badawczą czułem się nieco głupio wśród uzdolnionych kolegów kochających ten przedmiot i doświadczenia w stopniu, który nigdy nie stał się moim udziałem. Spędziłem pięć chłodnych lat w Minnesocie i ukończyłem fizykę z wyróżnieniem, ale mimo strawienia setek godzin w laboratorium, mimo wykucia na blachę tysięcy wzorów, mimo rysowania dziesiątków tysięcy schematów z pozbawionymi tarcia bloczkami i równiami pochyłymi – tarcie można pominąć – najwyżej ceniłem historie opowiadane przez moich ulubionych profesorów. Historie dotyczące Gandhiego, Godzilli czy pewnego wyznawcy eugeniki, który podkradłszy cudze odkrycie związane z germanem, chciał się załapać na Nagrodę Nobla. Albo te o kawałkach wybuchowego sodu, które wrzucone do rzeki, zabijały ryby, zapewniając obfity połów; czy o technikach w wahadłowcu, którzy w poczuciu nieziemskiej błogości przenieśli się na tamten świat wskutek uduszenia azotem. Była też niezwykła opowieść o profesorze, byłym pracowniku mojej uczelni, który przeprowadzał eksperymenty na swoim własnym rozruszniku serca, zasilanym plutonem – profesor na zmianę przyspieszał i spowalniał działanie rozrusznika, stojąc obok gigantycznego uzwojenia i odpowiednio przy nim majstrując.

Z wypiekami na twarzy pochłaniałem tego typu opowieści i jakiś czas temu, rozmyślając podczas śniadania o rtęci, uświadomiłem sobie, że właściwie z każdym pierwiastkiem wiąże się jakaś historia – zabawna, dziwaczna czy mrożąca krew w żyłach. Przy tym stworzenie układu okresowego pierwiastków to jedno z największych dokonań ludzkości. Krótko mówiąc, jest to zarówno wielkie osiągnięcie naukowe, jak i prawdziwa kopalnia rozmaitych historii. Właśnie dlatego napisałem tę książkę – by ukazać różne perspektywy, z których można patrzeć na ten uporządkowany zbiór pierwiastków. To trochę tak jak z rycinami w atlasie anatomii, ukazującymi różne wycinki tej samej całości. Na najbardziej podstawowym poziomie układ okresowy pierwiastków to po prostu katalog najprzeróżniejszych rodzajów materii w naszym wszechświecie, około setki aktorów, których silne indywidualne cechy osobowości decydują o kształcie otaczającego nas świata. Pewne cechy układu dają nam naukowe wskazówki, jak poszczególne osobowości odnajdują się w tym tłumie. Na troszkę bardziej skomplikowanym poziomie zakodowane są informacje dotyczące tego, skąd pochodzą poszczególne atomy i które z nich stosunkowo łatwo mogą zmienić swą postać lub przekształcić się w atomy innego pierwiastka. Oczywiście, atomy tworzą też dynamiczne układy, na przykład organizmy żywe, a tabela z okresami pierwiastków daje nam wiele podpowiedzi co do tego, jak się to odbywa. Można się też z niej dowiedzieć, jakie kombinacje co bardziej perfidnych pierwiastków szkodzą światu ożywionemu czy wręcz zabijają jego wytwory.

No i najważniejsze – układ okresowy to prawdziwie cudowny wytwór ludzkiej myśli, lustro, w którego odbiciu możemy dostrzec zarówno nasze najwspanialsze, jak i nieco mniej szlachetne cechy. Wreszcie, to historyczny zapis tego, jak odnajdujemy się w otaczającym nas świecie, historia naszego gatunku ujęta w krótkim i przejrzystym skrypcie. Warto więc spojrzeć na układ okresowy ze wszystkich tych perspektyw, zaczynając od podstaw i stopniowo odkrywając jego złożoność. Wiążące się z nim historie nie tylko dostarczą nam rozrywki, lecz także ukażą pewne sprawy zupełnie inaczej, niż tłumaczą to podręczniki. Żywimy się pierwiastkami układu okresowego, oddychamy nimi, ale niektóre z nich nas trują; stawiamy na nie wielkie sumy i przegrywamy fortuny; filozofowie z ich pomocą próbują dociec znaczenia nauki; z ich powodu wszczynamy wojny. Gdzieś między wodorem – tkwiącym w lewym górnym rogu układu okresowego – i rzeczami niemożliwymi, a jednak stworzonymi ludzką ręką, czającymi się w dolnych rzędach tabeli, odkryjemy bąbelki i bomby, zbrodnie i trucizny, historyczne dokonania i przyziemną politykę, pieniądze i miłość. A czasem może nawet coś związanego z nauką.

1 Chodzi o francuską Luizjanę, w przybliżeniu obszar dorzecza Missisipi, sprzedany USA w 1803 roku (przyp. tłum.). [wróć]

2 Pojęcie pochodzące z antropologii kulturowej, wprowadzone przez Jamesa Frazera, według którego działanie analogiczne wywołać powinno analogiczny efekt (przyp. tłum.). [wróć]

Tygrys, William Blake, przekł. Stanisław Barańczak (przyp. tłum.). [wróć]

CZĘŚĆ I. ZASADY NAWIGACJI: KOLUMNA PO KOLUMNIE, RZĄD ZA RZĘDEM

CZĘŚĆ I


ZASADY NAWIGACJI:

KOLUMNA PO KOLUMNIE,

RZĄD ZA RZĘDEM

Rozdział 1. Geografia decyduje o przeznaczeniu

ROZDZIAŁ 1


Geografia decyduje o przeznaczeniu


Fraza „układ okresowy pierwiastków” powszechnie budzi skojarzenia z wielką tabelą wiszącą na ścianie pracowni chemicznej w szkole średniej i wyróżniającą się asymetrycznym układem kolumn i rzędów, którą zasłania momentami przechadzający się po klasie nauczyciel. Zwykle plakat ten jest naprawdę spory, co najmniej dwa metry na jeden, co trochę onieśmiela uczniów, ale też zupełnie odpowiednio podkreśla jego absolutnie podstawowe znaczenie dla chemii. To specyficzna pomoc naukowa – wprowadzona we wrześniu, wciąż zachowuje aktualność w czerwcu; w dodatku podczas klasówek i egzaminów można, a czasem nawet trzeba z niej korzystać. Choć część z was pewnie przypomina sobie frustrację wynikającą z tego, że choć bezkarnie mogliście wgapiać się w wiszącą na ścianie gigantyczną ściągę, rozpaczliwie brakowało wam pomysłów, jak toto właściwie ugryźć.

Z jednej strony tabela wydaje się tak idealnie rozplanowana, jakby projektowali ją niemieccy inżynierowie pragnący uzyskać narzędzie o możliwie najwyższej użyteczności naukowej. Ale z drugiej strony te wszystkie liczby z przecinkami, skróty i zapisy przypominają kody błędów programów komputerowych, np. ([Xe]6s24f15d1) – kiedy pierwszy raz się je widzi, trudno nie czuć niepokoju. No i chociaż wiadomo, że wszystko to ma jakieś przełożenie na biologię i fizykę, to w sumie nie do końca wiadomo jakie. Myślę jednak, że głównym źródłem frustracji uczniów zaczynających swoją przygodę z chemią zawsze było, jest i będzie to, ile z niej potrafi wyczytać klasowy mądrala, który ją ogarnia – a przede wszystkim, z jaką łatwością, a wręcz nonszalancją przychodzi mu wydobycie z niej istotnych informacji. Przypuszczam, że jest to irytacja podobna do tej, jaką odczuwają daltoniści, widzący, jak łatwo przychodzi przeciętnemu człowiekowi odczytanie liczby zaznaczonej inną barwą na kropkowanym, różnokolorowym diagramie do badania wzroku. Wiedzą, że gdzieś tam skrywają się istotne informacje, ale nie potrafią ich wydobyć. Większość z nas żywi więc wobec układu okresowego pierwiastków mieszaninę częściowo sprzecznych uczuć: fascynację, sentyment, ale też odrazę i poczucie, że nie do końca pojmujemy, o co w nim chodzi.

 

Moim zdaniem każdy nauczyciel zaczynający lekcję o układzie okresowym pierwiastków powinien najpierw zaprezentować klasie taką wersję tabeli, w której nie byłoby jakichkolwiek napisów. Niech uczniowie przez chwilę na nią popatrzą.

Co ujrzą? Coś na kształt szkicu zamku z nierównym zwieńczeniem muru, jakby dworscy murarze nie dokończyli pracy. Zdążyli jedynie wybudować dwie wysokie wieże obronne na dwóch końcach. Cała konstrukcja składa się z osiemnastu kolumn nierównej wysokości i siedmiu częściowo niepełnych rzędów, u podnóża zaś widnieją dodatkowe dwa rzędy tworzące coś na kształt pasa startowego. Pierwszą ważną informacją związaną z tą budowlą jest to, że każda cegiełka jest tu unikatowa i nie daje się swobodnie wymieniać z innymi. Każda jest bowiem pierwiastkiem – substancją chemiczną (współcześnie znamy 118 pierwiastków, a przewidujemy istnienie kolejnych) o określonych właściwościach. Gdyby któraś z cegieł znalazła się w innym miejscu, cały zamek by się zawalił. I wcale nie przesadzam: gdyby chemicy odkryli, że niektóre pierwiastki można zamienić miejscami lub przesunąć gdzie indziej, gmach ległby w gruzach.


Kolejną architektoniczną ciekawostką związaną z układem okresowym pierwiastków jest to, że poszczególne jego części zbudowane są z różnych materiałów. Trzy czwarte cegieł to metale, co oznacza, że większość bloków tworzących tę konstrukcję składa się z szarawych, chłodnych ciał stałych (a przynajmniej jest to prawdą w zakresie temperatur, w którym żyjemy). W pierwszych kolumnach, licząc od prawej, natrafimy na pierwiastki gazowe; ponadto tylko dwa pierwiastki w całym układzie okresowym w temperaturze pokojowej są cieczami: rtęć i brom. Gdzieś w pół drogi między gazami a metalami, mniej więcej tam, gdzie na mapie USA umiejscowiony jest stan Kentucky, natkniemy się na pierwiastki (metale) przejściowe, o zróżnicowanych cechach, a często zaskakujących właściwościach – na przykład zdolności do tworzenia kwasów miliardy razy mocniejszych od czegokolwiek, co skrywa się w szkolnej gablocie z odczynnikami. Gdyby poszczególne cegły składały się z substancji, które symbolizują, zbudowany z nich zamek byłby najprawdziwszym architektonicznym dziwolągiem naszpikowanym elementami z różnych stylów i epok czy też, ujmując rzecz nieco inaczej, jego projektu nie powstydziłby się zapewne sam Daniel Libeskind, mistrz eleganckiego łączenia materiałów na pozór zupełnie do siebie nieprzystających.

Jeśli zastanawiacie się, po co tyle rozważań na temat planu, według którego zbudowano zamek, to spieszę wyjaśnić, że położenie dowolnego pierwiastka w tabeli układu okresowego określa niemal wszystkie jego właściwości istotne z naukowego punktu widzenia. Można powiedzieć, że jego miejsce w tabeli decyduje o jego miejscu w szeregu. Właściwie teraz, gdy przedstawiłem już w zarysie, jak wygląda tabela układu okresowego, mogę użyć innej, znacznie wygodniejszej metafory: układ okresowy pierwiastków to swego rodzaju mapa. By dostrzec jej szczegóły, powiodę palcem od wschodu na zachód, po drodze zahaczając o rozmaite części mapy – zarówno te bardziej, jak i mniej znane.

Zacznijmy od pierwszej kolumny po prawej stronie, czyli kolumny numer osiemnaście, na którą składają się jedynie gazy szlachetne. Szlachetność wydaje się słowem z poprzedniej epoki, w chemicznym kontekście brzmi wręcz zabawnie, jakby miało się odnosić raczej do etyki czy filozofii. I rzeczywiście, termin „gazy szlachetne” wywodzi się z kolebki zachodniej filozofii, czyli ze starożytnej Grecji. Jakiś czas po tym, jak Leucyp z Miletu i Demokryt z Abdery stworzyli pojęcie atomu, Platon związał atomizm z pierwiastkami (żywiołami, elementami, z greckiego: stoicheia). Po śmierci swojego mentora Sokratesa, obawiając się o swoje bezpieczeństwo, Platon około 400 roku p.n.e. opuścił Ateny i przez wiele lat podróżował – w tym też czasie powstały jego pisma. Platon nie pojmował pierwiastków tak jak my dzisiaj. Ale gdyby miał choćby podstawowe wykształcenie chemiczne, z pewnością jego ulubionymi pierwiastkami byłyby właśnie te z pierwszej kolumny od prawej, a szczególnie hel.

W słynnym dialogu Uczta, którego motywem przewodnim jest miłość i erotyzm, Platon wskazuje, że każda żywa istota szuka dopełnienia, swojej brakującej połowy. W odniesieniu do ludzi często ma to związek z namiętnością i seksem oraz wszystkimi komplikacjami, jakie pociągają one za sobą. W swoich innych dziełach Platon stale podkreśla też, że byty abstrakcyjne i niezmienne są bardziej szlachetne i godne pożądania niż przyziemne przedmioty postrzegane zmysłowo. Dlatego też filozof wielbił geometrię, idealne kształty okręgu czy sześcianu, które docenić może tylko ludzki umysł. Przedmioty postrzegane zmysłowo uważał zaś jedynie za cienie prawdziwego bytu (idei). Na przykład drzewa są tylko cieniami, odbiciami prawdziwej, doskonałej idei drzewa, do której wszystkie rosnące za oknem sosny czy dęby starają się nieudolnie zbliżyć. Podobnie jest z rybami (jest tylko jedna idealna rybowatość) czy nawet kubkami (perfekcyjna kubkowatość w świecie idei i nieudolnie wykonane kopie w świecie dostrzegalnym). Filozof był przekonany, że idee nie były li tylko konceptami teoretycznymi, lecz naprawdę istniały, choć niewykluczone, że jedynie w wymiarze niebiańskim, bliskim bogom, znajdującym się poza zasięgiem śmiertelników. Byłby zapewne zszokowany, gdyby dowiedział się, że naukowcy – jak najbardziej z naszego wymiaru – nauczyli się przywoływać byty idealne za pomocą jednego z pierwiastków gazowych: helu.

W 1911 roku holendersko-niemiecki uczony, schładzając rtęć za pomocą ciekłego helu, odkrył, że w temperaturze -269°C w obwodzie zniknął opór elektryczny, a rtęć stała się idealnym przewodnikiem. To coś takiego, jakby schłodzić baterię iPoda do kilkuset stopni poniżej zera i odkryć, że pozostaje ona stale naładowana, w nieskończoność, dopóki tylko hel utrzymuje ją w niezwykle niskiej temperaturze. W 1937 roku rosyjsko-kanadyjski zespół badawczy dokonał jeszcze zgrabniejszej sztuczki z samym ciekłym helem: w -271°C hel stał się nadciekły, tzn. znalazł się w stanie, w którym zanikła jego lepkość, a raz wprawiony w ruch w układzie zamkniętym mógł w nim krążyć bez końca. Mało tego, nadciekły hel nic sobie nie robił z grawitacji i płynął na przykład pod górę albo wspinał się po ściankach naczynia. Wówczas były to dość oszałamiające dla fizyków odkrycia – choć naukowcy często kombinują i na przykład zakładają niewystępowanie tarcia, ale robią tak zazwyczaj jedynie w celu uproszczenia obliczeń. Nawet Platon nie przypuszczał, że komuś uda się kiedyś znaleźć jedną z jego doskonałych idei.

Hel to także doskonały przykład „czystej pierwiastkowości”, substancji, której nie da się prostym chemicznym sposobem rozbić na elementy składowe lub przekształcić w inny sposób. Odkrycie prawdziwej natury pierwiastków, ich właściwa identyfikacja, zajęła naukowcom aż 2200 lat – od 400 roku p.n.e. do XIX wieku – głównie dlatego, że większość pierwiastków chętnie wchodzi w interakcje ze sobą, tworząc multum przeróżnych związków chemicznych. Trudno dociec, co właściwie jest czystym, elementarnym węglem, skoro znajduje się on w tysiącach związków często o zupełnie odmiennych właściwościach. Dopiero od niedawna wydaje się nam oczywiste, że dwutlenek węgla nie jest pierwiastkiem – ponieważ jego cząsteczka składa się zarówno z węgla, jak i tlenu, czyli atomów, których nie można już rozdzielić na prostsze składowe, nie niszcząc ich. Wracając jeszcze na moment do Uczty Platona i jego teorii na temat poszukujących się wzajemnie brakujących połówek – warto zauważyć, że niemal każdy pierwiastek dąży do stworzenia więzi z innymi atomami, utworzenia związku, który ukryje jego jednostkową naturę. Wiele z „najczystszych” pierwiastków, jak choćby tlen cząsteczkowy O2, także wchodzi w skład licznych związków naturalnie występujących w przyrodzie. Cóż, gdyby naukowcy nieco wcześniej odkryli hel i jego właściwości – fakt, że nie reaguje on z żadną inną substancją i istnieje tylko w swej czystej, elementarnej formie1 – być może szybciej zrozumieliby, czym są pierwiastki.

Ale hel nie bez powodu ma takie a nie inne właściwości. Ogólnie rzecz biorąc, atomy składają się z cząstek naładowanych dodatnio, czyli protonów, oraz z cząstek o ładunku ujemnym, elektronów. Te ostatnie występują w atomie w kolejnych „warstwach” (powłokach elektronowych), idąc od środka, od jądra atomowego. Każda z tych warstw może pomieścić określoną liczbę elektronów i jeśli jest ona zapełniona we właściwy sposób, wszystko jest okej. W warstwie najbliższej jądra atomowego mieszczą się dwa elektrony, a w warstwach bardziej zewnętrznych jest ich zwykle osiem. W atomach pierwiastków liczba protonów i elektronów jest na ogół sobie równa, co oznacza, że są one elektrycznie obojętne. Jednak atomy mogą między sobą wymieniać elektrony i kiedy któryś z nich je straci albo przyjmie, staje się jonem.

Warto z tego zapamiętać, że atomy dążą do zapełnienia swoich najbardziej wewnętrznych powłok własnymi elektronami, a następnie przerzucają, współdzielą lub wręcz kradną elektrony skąd się da, by zapewnić sobie odpowiednie wypełnienie bardziej zewnętrznej warstwy. Niektóre pierwiastki uwspólniają elektrony czy też handlują nimi w cywilizowany sposób, ale są też takie, które zachowują się po prostu barbarzyńsko. Właściwie mniej więcej połowę spraw, którymi zajmuje się chemia, można streścić w jednym zdaniu – atomy, którym na zewnętrznej powłoce brakuje elektronów, będą walczyć, machlować, żebrać, nawiązywać i zrywać sojusze tylko po to, by zdobyć ich upragnioną liczbę.

Hel, pierwiastek drugi, ma dwa elektrony – dokładnie tyle, ile mu potrzeba, by zapełnić jego jedyną powłokę elektronową. Ta „skończona”, zamknięta konfiguracja daje mu niezwykłą wręcz niezależność, hel nie musi wchodzić w żadne interakcje z innymi pierwiastkami czy kraść im elektronów, ponieważ rozpiera go wewnętrzne szczęście; nie brakuje mu żadnej drugiej połowy, kocha sam siebie miłością idealną. Zresztą dotyczy to w zasadzie wszystkich gazowych pierwiastków z osiemnastej kolumny układu okresowego występujących pod helem – neonu, argonu, kryptonu, ksenonu i radonu. Wszystkie mają powłoki zapełnione kompletem elektronów, więc w normalnych warunkach nie reagują właściwie z niczym. To także z tego powodu, mimo gorączki i żarliwości, z jaką w XIX wieku poszukiwano nowych pierwiastków – i mimo stworzenia układu okresowego – do 1895 roku nie wyizolowano żadnego z gazów z kolumny numer osiemnaście. Ta powściągliwość gazów szlachetnych na tyle odróżnia je od innych pierwiastków, że niczym doskonałość trójkątów i kul prawdopodobnie oczarowałaby Platona. To do niej nawiązywali badacze, którzy po odkryciu helu i jego pobratymców ukuli termin „gazy szlachetne”. Próbując ująć to tak, jak może opisaliby tę sytuację wielcy filozofowie, stwierdzilibyśmy: „Ci, którzy wielbią piękno i stałość, w pogardzie mając zepsucie i niegodność, ponad wszystko inne wyniosą gazy szlachetne. Albowiem to one są doskonale niezmienne, nie podlegają wahaniom, nie nadskakują nachalnie ku innym pierwiastkom niczym przekupnie na targu próbujący wcisnąć komu się da swoje liche towary… Tak, gazy szlachetne są doskonałe i idealne”.