Bevezetés a kémiába

Nézzünk meg néhány példát arra, hogy mi jut az emberek többségének az eszébe, amikor a kémiára gondol. Eszükbe juthat egy laborasztalnál dolgozó tudós, aki különböző vegyszerekkel teli lombikokkal van körülvéve. Van, akinek egy őrült tudós jut az eszébe. Mások buborékoló, színváltó anyagokra gondolnak. Vannak, akik kémiai egyenleteket társítanak a kémiához, azon gondolkodva, hogy hogyan fognak különböző dolgok egymással reagálva más dolgokká alakulni. Vannak, akiknek különböző molekulamodellek jutnak az eszükbe, amelyek többféleképpen ábrázolhatóak. Vannak, akik a periódusos rendszerrel kötik össze a kémiát. Mindezek a dolgok a kémia jelentős részét képezik. De nekem ezzel a videóval az a szándékom, hogy megragadd, valójában mi is a kémia lényege. A kémia az egyike azoknak a tudományoknak, amelyek segítenek számunkra megérteni a valóság jelenségeit, melyek modelleket állítanak fel, és előrejelzéseket tesznek. Még az olyan dolgokat is, mint a periódusos rendszer, – ami minden kémiaterem falán megtalálható – természetesnek vesszük. Pedig ha jobban belegondolsz, ez annak az eredménye, hogy emberek évezredeken át próbálkoztak azzal, hogy megértsék a világban tapasztalható összetettséget. Ha szétnézel magad körül a világban, – és még csak nem is kell a mi bolygónkra gondolnod, lehet az a minket körülvevő világegyetem is – láthatod mindezt a sokféle anyagot, amelyek bizonyos szempontból nagyon különbözőnek tűnnek. Olyan dolgokat láthatsz, mint a tűz, a szikla vagy a víz. Még a bolygókon is megfigyelhetsz rájuk jellemző időjárási viszonyokat. Az életben mindenhol ezt az összetettséget láthatod, mindezeket a különböző dolgokat, és ez olyan, mintha a különbözőség, a különböző anyagok egy végtelen skálán mozognának. Vegyük például akár az emberi agyat. Gondoljunk csak a bonyolultságára, és a benne lezajló elektrokémiai kölcsönhatásokra. Nyilvánvaló, hogy az embernek, mint gondolkozó lénynek eléggé sok mindezt befogadni. Hogyan nyerhet értelmet mindez? Nem volt könnyű az idáig vezető út, több ezer évet vett igénybe, mire mindez elkezdett kikristályosodni. És szerencsések vagyunk azért, hogy beleszülethettünk a mostani korba, hogy a mai világban tanulhatunk kémiát, merthogy választ kapunk a kérdéseinkre. És bár ez csak részleges válasz, mégis izgalmas, mivel nem is akarjuk tudni a teljes választ. De a részleges válaszok által is messze juthatunk. Ha megnézzük a periódusos rendszert, rájövünk, hogy mindaz az összetettség, amiről az előbbiekben beszéltünk, végső soron alap építőelemekből épül fel. Elképzelheted úgy, mint a legót, amiből tényleg minden felépíthető. Nincs végtelen számú legónk, véges a számuk, de mindig felfedezünk újakat. Vagyis hát, nem egyfolytában, mostanában nem olyan gyakran fedeznek fel új elemeket, viszont van néhány olyan elem ezek közül, ami aránytalanul többször fordul elő azokban a dolgokban, amiket itt látunk. Ezekben a dolgokban, amelyek annyira nagyon különbözőnek tűnnek. Nos, ezek közül sok különböző arányú vegyülete olyan elemeknek, mint a szén, az oxigén vagy a hidrogén. És még maguk az elemek is további részekből épülnek fel, ezek pedig a protonok, az elektronok és a neutronok, amik csak az elrendeződésükben különböznek ahhoz, hogy ezeket az elemeket képezzék, amiknek ennyi különféle tulajdonságuk van. Tehát amikor a kémiára gondolsz, lehet, hogy valahogy így néz ki, amit elképzelsz (ezek nyilvánvalóan sokkal régebbi képek), de a kémia lényege az, hogy hogyan alkossunk modelleket, és hogyan értelmezzük azokat a modelleket, amik leírják a körülöttünk lévő világegyetem összetettségének jó részét? És csak hogy a kémiát összefüggésbe hozzuk néhány más tudománnyal, sokan azt mondanák, hogy a matematika az alapja mindennek. A matekban olyan logikus elgondolásokat tanulunk, amik teljesen függetlenek is lehetnek minden egyéb dologtól, amit valaha megfigyeltünk vagy tapasztaltunk. Sokan azt gondolják, hogy ha egyszer más intelligens fajokkal kommunikálnánk, akik tőlünk teljes mértékben különböznek, a matek lehetne a közös nyelv, mivel akkor is, ha másképp érzékeljük a világot, és ha másként gondolkozunk, a matek lehetne a közös nyelv. De kérdezhetnénk tovább: a matekon kívül hogyan épül fel a valódi világunk? Alapszinten mik az anyag összetevői, és milyen matematikai összefüggések írják le, hogy hogyan reagálnak egymással? És hogyan lépnek egymással kölcsönhatásba? És ezzel egy szintel feljebb jutsz, ami pont ennek a videónak a témája, ami a kémia, ez pedig nagyon közeli kapcsolatban áll a fizikával. Amikor ezekről a kémiai egyenletekről beszélünk, és amikor létrehozzuk ezeket a modellszerkezeteket, tudjuk hogy ezek között az atomok közötti kölcsönhatások kvantummechanikai kölcsönhatások, amiket még nem értünk teljes mértékben. De a kémiában a matekot és a fizikát használhatjuk arra, hogy átgondoljuk, hogyan lépnek ezek a különböző építőkockák kölcsönhatásba egymással, és ezáltal különböző jelenségeket magyarázzunk meg. Ez a kémiai egyenlet, amit itt látsz, az égés. Itt hidrogén ég el oxigénnel, ami által nagy energia szabadul fel. Amikor az égésre gondolunk, tüzet képzelünk el, de alapjában véve mi is a tűz? Mi ez itt, amit tűznek érzékelünk? És a kémia azért annyira fontos, mert erre épül a biológia. És majd meglátod, ahogy mindezt tanulod, hogy lesznek olyan pontok, ahol mindezek összemosódnak. De a biológia, mondjuk egy emberben, vagy bármilyen más fajban molekukák közötti kölcsönhatásra épül. Molekulák, atomok közti kölcsönhatásra, ami végsősoron mind a kémiához tartozik. Az, hogy most beszélek – az egyetlen oka annak, hogy beszélni tudok az, hogy épp most olyan kémiai kölcsönhatások zajlanak bennem, amiknek nehéz elképzelni a számát, és amik azért történnek, hogy létrejöjjön ez a hangzás, ez a valami, aki azt hiszi, hogy létezik, és aki fel akar venni egy videót arról, hogy milyen csodálatos is a kémia. És aztán a biológiára mindenféle mást építhetsz, mint például a pszichológiát vagy a közgazdaságtant, amik persze a matekra is és másra is támaszkodnak. De ez érzékelteti számodra, hogy hogy építjük fel, és hogy magyarázzuk meg a minket körülvevő valóságot. És ezek közül egyik sem fontosabb, mint a másik. Mindegyik hihetetlenül érdekes dolgokat tanulmányoz. Az emberek, amikor először elkezdtek gondolkozni a környezetükről, feltették a kérdést: – Miért vagyunk itt? – Mi ez a hely? – Miért létezünk? – Hogyan létezünk? A kémia modelleket állít fel arra, hogy olyan méretekben és olyan sebességgel zajló kölcsönhatásokat érthessünk meg, amiket közvetlenül nem tudunk megfigyelni, de amikről ennek ellenére előrejelzéseket tudunk tenni. Ettől annyira izgalmas az egész. Amikor kémiát kezdesz tanulni, nem úgy kellene hozzáállnod, mint valami unalomhalmaz, amit ráderöltet az iskolarendszer. Vannak olyan emberek, akik 100 évvel ezelőtt bármit megtettek volna azért, ha megkaphatták volna azokat a válaszokat, amik a kémiakönyveidben vannak, vagy amiket a kémiatanárodtól megtudhatsz, vagy amit a Khan Academy videóiból megtanulhatsz. Voltak, és most is vannak olyan emberek a világon, akik bármit adnának azért, hogy mélységében megértsék, hogy mi ez az egész. Különleges kegynek vennék, ha ezen a szinten tanulhatnának. És gondoljunk bele, hogy még milyen messze juthatunk! Ugyanis ezeknek a tudományoknak egyike sem teljes. Mindezekben a tudományokban nagyon részleges a tudásunk. Végtelenül többet lehet még megtanulni, ahhoz képest, amit tudunk. De az az izgalmas, hogy milyen erős alapról indulunk. Kezd értelmet nyerni az egész, hogy aztán a valós világot tényleg teljesen le tudjuk írni.