Je, Elementi Zilitokea kwa Nasibu?

“KILA kitu Ulimwenguni, hata nyota iliyo mbali sana, kimefanyizwa kwa atomu,” chaeleza kichapo The Encyclopedia of Stars & Atoms. Atomu moja moja ni ndogo sana kuweza kuonekana, lakini zinapoungana pamoja zinafanyiza elementi za kemikali zinazojulikana. Baadhi ya elementi hizo ni vitu vya mango tunavyoweza kuona; nyingine ni gesi zisizoonekana. Je, yaweza kusemwa kwamba elementi hizo za kemikali zilitokea kwa nasibu?

Elementi Nambari 1 Hadi 92

Ingawa hidrojeni ndiyo atomu sahili zaidi kuliko zote, inazitia nishati nyota kama vile jua letu na ni muhimu kwa uhai. Atomu ya hidrojeni ina protoni moja katika kiini chake na elektroni moja inayozunguka kiini hicho. Elementi nyingine za kemikali, kama vile kaboni, oksijeni, auri (dhahabu), na hidrajiri, hufanyizwa kwa atomu zenye elektroni nyingi sana zinazozunguka kiini chenye protoni na nutroni nyingi.

Ni elementi 12 tu zilizojulikana miaka 450 hivi iliyopita. Kadiri elementi zaidi zilivyogunduliwa, ndivyo wanasayansi walivyotambua kwamba zilifuata utaratibu fulani wa kiasili. Elementi hizo zilipopangwa katika safu kwenye chati, wanasayansi waligundua kwamba elementi zilizo katika safu moja zilikuwa na tabia zinazofanana. Lakini chati hiyo ilikuwa na mapengo pia yaliyowakilisha elementi zisizojulikana. Hilo lilimfanya mwanasayansi Mrusi Dmitry Mendeleyev atabiri kuwapo kwa elementi ya gerimani yenye namba ya atomu 32, vilevile alitabiri rangi, uzani, na kiwango chake cha kuyeyuka. “Utabiri wa [Mendeleyev] kuhusu elementi nyingine zisizojulikana—gali na skandi—pia ulikuwa sahihi kabisa,” chasema kichapo cha kisayansi cha 1995, Chemistry.

Baada ya muda, wanasayansi walitabiri kuwapo kwa elementi nyingine zisizojulikana na baadhi ya tabia zake. Hatimaye elementi zote zisizojulikana ziligunduliwa. Hivi sasa chati hiyo haina mapengo yoyote. Utaratibu wa kiasili wa elementi hutegemea idadi ya protoni katika kiini cha atomu zake, kuanzia elementi namba 1, hidrojeni, na kuendelea hadi elementi ya mwisho, namba 92, urani, ambayo kwa kawaida hupatikana kiasili duniani. Je, utaratibu huu unategemea sadfa tu?

Fikiria pia, aina nyingi mbalimbali za elementi za kemikali. Auri na hidrajiri ni elementi zenye rangi nyangavu za pekee. Moja ni mango, na nyingine ni kioevu. Lakini, zinafuatana zikiwa elementi namba 79 na 80. Atomu ya auri ina elektroni 79, protoni 79, na nutroni 118. Atomu ya hidrajiri ina elektroni moja  zaidi, protoni moja zaidi, na karibu idadi sawa ya nutroni.

Je, ni kwa nasibu tu kwamba badiliko kidogo katika mpangilio wa chembe za atomu hutokeza aina nyingi za elementi? Vipi kani zinazoshikanisha chembe hizo za atomu? “Kuanzia chembe yake ndogo sana hadi galaksi kubwa zaidi, kila kitu katika Ulimwengu hufuata sheria zinazotajwa kuwa sheria za fizikia,” chaeleza kichapo The Encyclopedia of Stars & Atoms. Hebu wazia kile ambacho kingetukia iwapo mojawapo ya sheria hizo ingebadilika. Mathalani, vipi ikiwa tungebadilisha kani inayofanya elektroni zizunguke kiini cha atomu?

Kani Zilizopimwa kwa Usahihi Kabisa

Fikiria matokeo endapo kani ya sumaku-umeme ingefanywa dhaifu. “Elektroni hazingeshikamana na atomu,” asema Dakt. David Block katika kitabu chake Star Watch. Hilo lingemaanisha nini? “Utendaji wa kemikali haungeweza kutukia ulimwenguni!” aongezea. Twapaswa kuwa wenye shukrani kama nini kwa sababu ya sheria madhubuti zinazowezesha utendaji wa kemikali utukie! Mathalani, atomu mbili za hidrojeni huungana na atomu moja ya oksijeni ili kufanyiza molekuli muhimu sana ya maji.

Kani ya sumaku-umeme ni dhaifu mara 100 hivi kuliko kani ya nyuklia yenye nguvu ambayo hushikanisha kiini cha atomu. Ni nini kingetukia iwapo uwiano huo ungebadilishwa? “Kama uwiano kati ya kani ya nyuklia na kani ya sumaku-umeme ungebadilishwa kidogo tu, atomu za kaboni zingetokomea,” waeleza wanasayansi John Barrow na Frank Tipler. Uhai ungekoma kuwapo pasipo kaboni. Kaboni hufanyiza asilimia 20 ya uzani wa viumbe wote walio hai.

Jambo jingine muhimu zaidi ni nguvu za kani ya sumaku-umeme ilinganishwapo na nguvu za uvutano. “Badiliko kidogo sana la uwiano wa nguvu za uvutano na kani ya sumaku-umeme,” laeleza gazeti New Scientist, “lingefanya nyota kama Jua kuwa na joto kali kupindukia au kuwa na mwangaza hafifu mno [kiasi cha kutoweza kutegemeza uhai].”

Kani nyingine, ile kani dhaifu ya nyuklia, hudhibiti kasi ya utendaji wa nyuklia katika jua. “Ni dhaifu kiasi tu cha kuwezesha hidrojeni iliyo katika jua ichomeke polepole kwa kiwango kilekile,” aeleza mwanafizikia Freeman Dyson. Twaweza kutoa mifano mingine mingi inayoonyesha kwamba uhai wetu unategemea hali na sheria tata zenye usawaziko zilizo katika ulimwengu. Mwandikaji wa sayansi Profesa Paul Davies alilinganisha hali na sheria za ulimwengu na seti ya vifundo kisha akasema: “Yaonekana kwamba ni lazima vifundo hivyo tofauti vipimwe kwa usahihi kabisa ikiwa ulimwengu utakuwa katika hali itakayofanya uhai usitawi.”

Zamani za kale kabla Sir Isaac Newton hajagundua sheria ya nguvu za uvutano, Biblia ilirejezea amri au sheria hizo madhubuti. Mwanamume aitwaye Yobu aliulizwa hivi: “Je! unazijua amri zilizoamuriwa mbingu? Waweza kuyathibitisha mamlaka yake juu ya dunia?” (Ayubu 38:33) Maswali mengine yenye kunyenyekeza aliyoulizwa yalikuwa, “Ulikuwa wapi nilipoiweka misingi ya nchi?” na, “Ni nani aliyeamrisha vipimo vyake, kama ukijua?”—Ayubu 38:4, 5.

[Sanduku katika ukurasa wa 6]

ELEMENTI MUHIMU SANA

Elementi za kemikali za hidrojeni, oksijeni, na kaboni hufanyiza asilimia 98 hivi ya atomu katika mwili wako. Kisha kuna nitrojeni, ambayo hufanyiza asilimia 1.4 zaidi. Elementi nyingine huwa chache sana lakini bado ni muhimu sana kwa uhai.

[Chati[Mchoro katika ukurasa wa 6, 7]

(Ona mpangilio kamili katika nakala iliyochapishwa)

 Kufikia wakati wa uchapishaji, wanasayansi wametokeza elementi namba 93 na kuendelea hadi kufikia elementi namba 118. Elementi hizo bado zinafuata utaratibu wa jedwali la elementi kama ilivyotabiriwa.

[Hisani]

Source: Los Alamos National Laboratory

Jina la elementi Alama Namba ya atomu

(idadi ya protoni)

hidrojeni H 1

heli He 2

lithi Li 3

berili Be 4

boroni B 5

kaboni C 6

nitrojeni N 7

oksijeni O 8

florini F 9

neoni Ne 10

natiri Na 11

magnesi Mg 12

alumini Al 13

silikoni Si 14

posferi P 15

sulfuri S 16

klorini Cl 17

arigoni Ar 18

kali K 19

kalisi Ca 20

skandi Sc 21

titani Ti 22

vanadi V 23

kromi Cr 24

manganisi Mn 25

feri Fe 26

kobalti Co 27

nikeli Ni 28

kupri Cu 29

zinki Zn 30

gali Ga 31

gerimani Ge 32

arseniki As 33

seleni Se 34

bromi Br 35

kriptoni Kr 36

rubidi Rb 37

stronti Sr 38

yitri Y 39

zirikoni Zr 40

niobi Nb 41

molibdeni Mo 42

tekineti Tc 43

rutheni Ru 44

rodi Rh 45

paladi Pd 46

agenti Ag 47

kadimi Cd 48

indi In 49

stani Sn 50

stibi Sb 51

teluri Te 52

iodini I 53

zenoni Xe 54

sizi Cs 55

bari Ba 56

lanthani La 57

seri Ce 58

praseodimi Pr 59

neodimi Nd 60

promethi Pm 61

samari Sm 62

europi Eu 63

gadolini Gd 64

taribi Tb 65

homi Ho 67

disprosi Dy 66

erbi Er 68

thuri Tm 69

yitebi Yb 70

luteti Lu 71

hafni Hf 72

tantali Ta 73

wolframi W 74

reni Re 75

osmi Os 76

iridi Ir 77

platini Pt 78

auri Au 79

hidrajiri Hg 80

tali Tl 81

plumbi Pb 82

bismuthi Bi 83

poloni Po 84

astatini At 85

radoni Rn 86

fransi Fr 87

radi Ra 88

aktini Ac 89

thori Th 90

protaktini Pa 91

urani U 92

neptuni Np 93

plutoni Pu 94

ameriki Am 95

kuri Cm 96

berkeli Bk 97

kalifeni Cf 98

einsteni Es 99

fermi Fm 100

mendelevi Md 101

nobeli No 102

lawirensi Lr 103

ruthefodi Rf 104

dubni Db 105

siabogi Sg 106

bori Bh 107

hasi Hs 108

meiteri Mt 109

110

111

112

114

116

118

[Mchoro]

(Ona mpangilio kamili katika nakala iliyochapishwa)

Je, utaratibu na upatano wa elementi katika jedwali ya elementi waonyesha vitu vilivyotokea kwa nasibu tu au vilivyobuniwa kwa njia ya akili?

Atomu ya Heli

Elektroni

Protoni

Nutroni

[Mchoro/Picha katika ukurasa wa 7]

(Ona mpangilio kamili katika nakala iliyochapishwa)

Kani hizo nne zimepimwaje kwa usahihi kabisa?

KANI YA SUMAKU-UMEME

KANI YENYE NGUVU YA NYUKLIA

NGUVU ZA UVUTANO

KANI DHAIFU YA NYUKLIA

Molekuli ya maji

Kiini cha atomu

Nyota yenye joto kali kupindukia

Nyota yenye joto hafifu

Jua