WERELD & DENKEN
 
 

Psycho-socio-historie: scheikunde

Inleiding

Het vorige vakgebied is de natuurkunde. De natuurkunde gaat over de fundamentele bouwstenen van de zich aan de mens voordoende materie, de atomen, zo'n kleine 100 stuks (de stabiele). En alles wat daar onder zit aan nog fundamentelere deeltjes, ook in de categorie van 100 stuks. Plus een aantal conglomeraten van eenzelfde deeltje, zoals gassen en metalen, en wat mengsels daarvan.

Zodra je stelselmatig gaat praten over het combineren van verschillende soorten atomen, beland je op een ander terrein. Want van die combinaties zijn er praktisch gezien oneindig. En als er iets oneindig wordt, weet je dat er iets fout is gegaan of een nieuw terrein hebt betreden. In dit geval het terrein van de scheikunde.

Van de scheikunde wordt hier alleen een paar basisprincipes behandeld en verder niet diepgravend op ingegaan. Niet omdat het niet interessant is, maar omdat er betrekkelijk weinig inzichten aan ontleed kunnen worden die van nut zijn buiten het vakgebied. Scheikunde gebruikt heel veel van de basisprincipes van de natuurkunde, en de extra zaken zijn nogal specialistisch. Overigens: dit allemaal slaande op wat in de scheikunde weer een deelgebied is: de anorganische chemie. Daarnaast heb je de organische chemie, maar dat grenst weer heel dicht aan de biologie, dus ligt weer aan een andere grens tussen vakgebieden - te behandelen later.

Periodiek systeem

De aard van de overgang tussen natuurkunde en scheikunde kan geïllustreerd worden aan de hand van het periodieke systeem der elementen, vroeger prominent hangende in ieder natuur- en scheikundelokaal op de middelbare school (deze van hier uitleg of detail ):

De eerste drie kolommen plus het cluster in het midden dat drie lagen hoog is, van Ti = titanium linksboven tot Hg = kwik rechtsonder, is dat van de atomen die metalen vormen: de stevige doch soepele vormen van materie, door de mens als eerste ontdekt in de vorm van koper en brons - vermoedelijk vanwege het kleurtje van het koperhoudende gesteente (gooi het in een vuurtje, en hop, daar is koper). Gereedschap van koper in plaats van steen was veel duurzamer, vanwege de brosheid van steen, maar miste de hardheid van steen nodig voor snijwerk. En zo ontstond, door het inmengen van inmiddels ontdekte andere metalen, brons.

Destijds onbekend aan de zich ontwikkelende mens was waarom steen keihard en bros is, en metalen redelijk hard maar soepel. De verklaring daarvan zit in het periodieke systeem. Of beter: de regelmaat in de natuur die zich achter het periodieke systeem schuilhoudt. Er zijn veel aanwijzingen voor de stelling: "Wat de mens ontdekt over de natuur, is de regelmaat in de natuur".

Die regelmaat schuilt in hoe atomen worden opgebouwd uit een (relatief) zware kern en eromheen draaiende, veel lichtere, elektronen. Dat gaat aanvankelijk simpelweg volgens 1, 2, 3 enzovoort, maar het blijkt dat de elektronen, hoewel zelf oneindig klein zijnde, door een quantum-mechanisch verschijnsel toch effectief vrij veel ruimte in beslag nemen, en er daardoor niet te veel in hetzelfde rondje kunnen draaien. Het maximale aantal in hetzelfde rondje bepaalt hoe het periodieke systeem eruit ziet. Dat maximale aantal heeft namelijk de reeks: 2, 8, 8, 18, ... En telkens als een rondje vol is, begint de volgende ronde op een manier die sterk lijkt op de voorafgaande, zodat je de rijen onder elkaar kan zetten en dan op elkaar lijkende atomen krijgt - ontdekt door Dmitri Mendelejev uitleg of detail .
    En daar is je tabel: eerste 2, en dan twee rijtjes van 8. De eerst drie rijen.
    En dan in de volgende rijen wordt er eerst naar 8 gewerkt en dan van 8 naar 18 min of meer onderhuids, en dat heten dan ook "overgangsmetalen".

Waar het om gaat is dat een aantal van acht in een rondje kennelijk gezien wordt als "compleet". Deze atomen gedragen zich erg "af". "Neutraal". Hoeven niet zo nodig nog iets met andere andere atomen te doen. Zij vormen dan ook de "inert" genoemde edelgassen. Helium, xenon, argon,  enzovoort.
    Wat klinkt als een neon-reclame ... (van hier uitleg of detail ):

... wat dan ook de volgende is in het rijtje (oh nee, de tweede ...), en deze edelgassen worden gebruikt in de buisjes waaruit neon-reclames bestaan, juist omdat ze zo inert zijn. Door die buisjes en dus gassen gaat namelijk een sterke stroom ten einde ze licht te laten geven, en de edelgassen trekken zich verder heel weinig aan van die stroom.

En daar zit de clou van de chemie: verschillende soorten atomen die niet "compleet" zijn, combineren het liefst met elkaar zodanig dat er 8-tallen aan elektronen ontstaan - aan de buitenkant. Dus een atoom met drie rondjes, vaktechnisch: schillen, en met één elektron in de buitenstse schil, oftewel: 2-8-1, combineert het liefst met eentje met 7 in de buitenste schil: 2-7. Of 2-8-7. Enzovoort.

Waarmee we zijn bij het archetypische molecuul bestaande uit zo'n combinatie:

Dit in de scheikunde geheten "natrium-chloride", en in het dagelijkse leven "keukenzout". En dat "keuken" staat erbij omdat in de scheikunde al dergelijk soort stoffen "zouten" heten.

Wat in het plaatje is weergegeven dat het losse elektron van natrium het grootste deel van de tijd besteedt in een baan rond het chloor-atoom, zodat die er nu acht heeft - en natrium ook. Maar daardoor heeft natrium een elektron te weinig en gedraagt zich alsof positief elektisch geladen, en chloor negatief, zodat je het ook kan zien als twee geladen deeltjes die elkaar aantrekken. Dit het dat soms een "ionische" binding ("ion" = geladen atoom), maar natuurkundigen noemen het anders: die noemen het de "chemische binding" - de "chemical bond" uitleg of detail .

Dit dus als contrast met de "natuurkundige binding", waaraan het metaal een voorbeeld is, dat eruit ziet als zo:

De atomen die metalen vormen hebben 1, 2, of 3 elektronen in de buitenste schil, die vrij los zitten aan het atoom door de grote volle schillen eronder, en als de gelijksoortige atomen in elkaars buurt komen, staan ze de elektronen in de buitenste schil af in een laag waarin die elektronen vrijelijk langs alle atomen kunnen scheren (in de afbeelding in één richting maar in werkelijkheid natuurlijk in alle) - een laag "negatief" vormende tussen de lagen atomen-met-minder-elektronen oftewel positieve ionen. Afwisselend laagjes plus en min, als het ware.
    En die laagjes glijden gemakkelijk langs elkaar heen, vandaar de soepelheid van metalen, in tegenstelling tot die van de zouten die "angstig" aan elkaar kleven en daardoor bros zijn.

Alle atomen in de kolommen 1, 2, en 3 vormen metaalbindingen, en die in 5, 6, en 7 chemische. In de praktijk was het "metaal zijn" van bijna alle 1, 2, en 3 atomen onbekend - ze, vormen, zoals gezien, veel liever chemische combinaties. De metalen die als eerste ontdekt werden, zijn allemaal zogenaamde "overgangsmetalen" uit de "drie hoog"-rijtjes van titanium tot en met kwik.

Nu zijn voor vele praktische menselijke doeleinden de metalen doodgewoon té soepel: een zuiver gouden ring kan je met je vingers inknijpen. De manier om ze harder te maken wijst nu eigenlijk zichzelf: je moet die rijen zwervende elektronen het wat moeilijker maken. En dat doe je door wat grotere (of kleinere) atomen erin te mengen, want die steken "uit de rijtjes":

Waardoor de elektronen "botsen" en de andere kant opgaan, het "vrije pad" verkortend (in werkelijkheid: ze gaan even rond het vreemde atoom draaien - reden waarom het ook met kleinere atomen werkt).
    Met de gouden ring: stop er wat zilver is. Het goud wordt dan wat lichter. Of stop er koper in: het goud wordt dan wat roder - ook wel bekend als "Surinaams goud" (van hier uitleg of detail ):

Het mengen van metalen is dus eigenlijk ook weer zo'n typisch grensgeval: is het nu nog natuurkunde, of al chemie? Vroeger viel het onder de "alchemie", de pogingen om uit andere stoffen goud te maken.

Het keukenzout en zijn broertjes zijn de simpelste soort combinaties van atomen: slechts twee stuks. Hetgeen min-of-meer gedicteerd wordt door de "1 versus 7 in de buitenste schil"-situatie - daarin zich weinig speling.

Je kan combinatie-verhaaltje echter ook herhalen voor 2-en-6 en 3-en-5 combinaties. En meteen breiden de mogelijkheden zich sterk uit: de 2-6 situatie kan je afhandelen met alle atomen uit de 2- en 6-kolommen, zoals MgS: magnesium-sulfaat, een zout. Maar die "2" kan je ook invullen met "2 keer 1". En om maar meteen het meest-voorkomende geval bij de horens te vatten: neem voor de "6" het "O" oftewel zuurstof, en voor de "1" de "H" oftewel waterstof en je hebt H2O oftewel water.

Met heel veel meer mogelijkheden.

En met "3 en 5" gaat dit crescendo.

De natuurkundige noemen hun verzameling fundamentele deeltjes ook wel de "particle zoo" oftewel "deeltjes-dierentuin" - voor de scheikunde is dat een hele savanne en zelfs die is misschien nog niet genoeg om alles te bevatten. Een vorm van  oneindig die we even laten rusten, voor "midden"-geval "4 en 4".

Dat is een bijzonder geval, want hierbij kan je dus weer een stof uit identieke atomen maken. En dat gebeurt dan ook, maar het zijn wel speciale gevallen. Het koolstof kent iedereen van de potloden als zeer zacht, en velen weten dat het ook diamant is en dat is dan weer uiterst hard.
   De volgende twee, germanium en silicium, zijn ook steeds bekender, vooral silicium als basisstof van de chip-industrie, en de laatste jaren ook van zonnecellen-industrie (germanium was dat in het begin maar is door silicium vervangen).

Silicium (en vroeger germanium) kan dat doen omdat het een halfgeleider is: het is eigenlijk een metaal, maar is dat net niet: je moet er extra moeite (energie) in stoppen om het tot geleiding te brengen. Bijvoorbeeld verhitten. Of straling op laten vallen waaronder licht en vandaar het gebruik in zonnecellen.

Koolstof is dus eigenlijk ook een halfgeleider, maar daarvoor is zo weinig extra moeite nodig, dat het de facto geldt als een geleider.

Patronen

In zowel het periodieke systeem als in het chemische combineren zit dus duidelijk een patroon: aan de buitenkanten van het periodiek systeem zitten de simpele gevallen, en naar het midden toe, waar de samenstellende atomen steeds meer op elkaar beginnen te lijken, wordt het steeds ingewikkelder. Dit is een patroon dat zich verderop in het gecompliceerder worden van de natuur zich zal herhalen.

Dat is een observatie die al door velen gedaan op vele verschillende manieren. Hier gebruikt wordt die van de uitvinder en filosoof Arther M.Young uitleg of detail , (een) uitvinder van de helikopter (bekend geworden als de "Bell-versie" uitleg of detail ) en ontwikkelaar van een soort "periodiek systeem van de natuur". De koppeling zijnde dat de helicopter, om te kunnen werken, een vorm van zelfbesturing nodig heeft, en dat proces van zelfbesturing, onderdeel van de cybernetica uitleg of detail ("stuurmanskunst"), is ook een cruciaal concept in de biologische natuur.

Young startte met het bekende atomaire systeem, maar dan wat beelderder:
Young periodic system

Van de natuurkundigen mag het niet, de elektronen afbeelden als bolletjes (oftewel deeltjes), maar in vele gevallen is het een goede benadering, zo ook hier - de fijnere details (het golf- of quantum-karakter zitten in die aantallen van 2, 8, 8 ... enzovoort).
    Overigens: Young heeft in dit soort plaatjes de achtste kolom weggelaten, vermoedelijk vanuit de gedachte: die doet toch niets. Deze redactie het hem er in dit geval aan toegevoegd.

Naar dit model heeft Young voortgebouwd:

De bovenste rij toont de reeks atomen met één elektron in de buitenste schil - steeds meer schillen onder zich hebbende - staande voor de reeks van alle atomen met dezelfde onderschillen-structuur. Merk op: het is verleidelijk om hier "groter worden" te schrijven. Dat is, afgerond, niet het geval! Dat met, zeg, 80 eletronen zou dan 80 keer zo groot moeten zijn als dat met eentje, en in werkelijkheid verschillende groottes niet meer dan een factor 3. Dat is omdat het 80ste elektron, met 79 onder zich, net zo goed 1 ladingseenheid onder zich ziet als het elektron in het waterstofatoom: +80 in de kern minus de lading van de 79 andere elektronen die eromheen draaien.

Maar het gaat om het onderste rijtje, waarin uitgebeeld wordt dat op zo'n zelfde soort manier als de atomen, ook de moleculen in kenmerkende stappen gecompliceerder worden - met duidelijke structurele relaties ertussen. Van links naar rechts:
  1:  Metallic bond
2:  Ionic bond
3:  Compound covalent bonds
4:  Functional compounds
5:  Nonfunctional polymers
6:  Functional polymers (proteins)
7:  DNA & viruses

Dit heeft Young geëxtrapoleerd naar een "periodiek systeem van de natuur":

De rijen zijnde (naam, kenmerk, vakgebied):
 
1    Light Potential Natuurkunde    
2 Nuclear Binding Natuurkunde
3 Atomic Identity Natuurkunde
4 Molecular Combination Scheikunde
5 Vegetable Growth Biologie
6 Animal Mobility Biologie
7 Dominion      Consciousness     Biologie

Die laatste rij had natuurlijk meer voor de hand liggend geheten: Human.

De laatste kolom in de tabel heeft deze redactie eraan toegevoegd, ten behoeve van de toepassing alhier: het weergeven van het patroon in de diverse natuurwetenschappelijke disciplines. Wat een beetje sneu uitpakt voor scheikunde. Wat zijn vermoedelijk oorzaak erin vindt dat natuurkunde zijn relatief keiharde regels en wetten (en symmetrieën) heeft waarop ver doorgebouwd kan worden, en de biologie heeft zijn proces van groei.

Toepassingen

En zijn hier wel degelijk een aantal begrippen die langsgekomen die toepasbaar zijn in met name de sociologie, want waar natuurkunde en scheikunde gaan over heel veel deeltjes en wat ze onderling doen, gaat het in de sociologie om heel veel mensen, en wat ze onderling doen.

Het meest opvallend de opmerkingen over het combineren van atomen - de 1-7, 2-5 combinaties enzovoort. Waaraan alle atomen deelnemen behalve die uit de achtste kolom: de edelgassen. Die gaan geen combinaties aan. In menselijke termen: de "individualisten".

Dus bij de edelgassen zie je geen verdere ontwikkelingen. Geen verdere samenwerking.

Daaruit kan zonder nadenken een paar conclusies worden getrokken richting sociologie (en omgeving): diegenen die het hebben over "concentreren op het individu" uitleg of detail kletsen uit hun nek: "concentreren op het individu" is sowieso ten eerste psychologie.
     En degenen die het hebben over "het gaat om de individuele mens", kletsen uit hun nek op een niveau dat het een gestoordheid is.
    Desalniettemin is de theorie van "het ultieme individu" uiterst populair, en wordt bijvoorbeeld bijna dagelijks (schrijvende 2017) gepropageerd op de voorpagina van de Volkskrant door iemand die Arnon Grunberg uitleg of detail heet, en dus in feite een psychopaat, of letterlijker: een sociopaat , is.
    In het vakgebied der sociologie wordt hier verder op ingegaan onder de noemer "vermenging".

Vervolg

Dit voorlopig voor zover de behandeling van de scheikunde. De volgende stap is dus die naar de biologie. Ook weer gekenmerkt door een overgang met een oneindigheid erin.
    Want in de scheikunde, net als in de natuurkunde bestaan op allerlei niveaus regels en stellingen die neerkomen op "het totale aantal is constant". Bijvoorbeeld in een scheikundige reactie: het totaal aantal van de samenstellende atomen voor en na de reactie is dezelfde. Oftewel: er komen geen samenstellende deeltjes bij, en er gaan er niet af. En soortgelijke "behoudswetten".

Dat wordt dus anders met de overgang naar de biologie. Het leven. De reproductie. Het "vermeniguldigen". Oftewel: er komen voortdurend "deeltjes" bij. Tot in het oneindige. Theoretisch.

In de praktijk tot allerlei voorraden strekken, maar dat zijn dus de details van een nieuw onderwerp of vakgebied.


Naar Psychosociohistorie, inleiding , Psychosociohistorie, overzicht , Sociologie overzicht  , of site home .


 

6 dec.2017; 11 dec.2017