Hemijski element sa atomskim brojem 31 zvanično je 1875. godine otkrio francuski hemičar Pol Emil Lekok de Boabodran i to najpre spektroskopskom analizom primesa unutar u prirodi relativno čestog minerala sfalerita, a zatim i direktnom elektrolizom baze koja ga sadrži. Dobio je ime po starom nazivu za Francusku – Galija – na oduševljenje tadašnje, dominantno nacionalističke, francuske i evropske javnosti (njegov prvi sused po atomskom broju i današnji blizak rođak po primeni u svetu poluprovodničke elektronike, germanijum, izolovan je desetak godina kasnije, 1886, naravno u Nemačkoj).

Iako ima relativno nizak atomski broj, galijum je veoma redak u prirodi – svetska proizvodnja je i danas, uprkos ogromnoj potražnji za galijum-arsenidnim čipovima, tek oko par stotina tona godišnje.Pošto ne postoji u slobodnom stanju, a koncentracija u poznatim mineralima je jako mala, galijum je stoga otkriven tako kasno – prethodno je za njega “ostavljeno mesto” u periodnom sistemu koji je Dmitrij Ivanovič Mendeljejev razvio oko 1869. godine. Kao i za drugih pet “rupa” u tabeli, Mendeljejevu je bilo jasno da se radi o još neotkrivenom hemijskom elementu kome, je po položaju neposredno ispod aluminijuma, dao preliminarno ime “eka-aluminijum”.

Poznata i veoma poučna priča kaže da je Boabodranu svega par nedelja nakon što je predstavio akademskoj javnosti u Parizu svoje otkriće novog elementa, stiglo pismo iz dalekog Sankt-Petersburga. U pismu mu Mendeljejev lično čestita na otkriću “eka-aluminijuma”, ali ga pri tom upozorava da je u saopštenju o otkriću napravio grešku u atomskoj težini i gustini novootkrivenog elementa; Mendeljejev zatim navodi tačne vrednosti ovih fizičkih osobina galijuma. Boabodran se opravdano uplašio da je preteknut, te da je Mendeljejev prvi izolovao galijum. Usledila je polemika u hemijskim časopisima u kojoj je Francuz na kraju bio prinuđen da prizna grešku koja je bila posledica nekvalitetnih laboratorijskih merenja: galijum je imao one osobine koje je Mendeljejev sugerisao. Međutim, Boabodranov laboratorijski (i nacionalni) prioritet u izolovanju novog elementa nije bio ugrožen – Mendeljejev nije posedovao ni trunčicu galijuma, niti je uopšte pokušavao da ga izoluje. A ipak je znao ne samo specifičnu težinu i gustinu novog elementa, već i njegovu tačku topljenja, električnu i toplotnu provodljivost, kao i osobine nekih njegovih jednostavnijih jedinjenja, poput oksida Ga2O3!

Kako je to moguće?

Zapravo, stvar je vrlo jednostavna, kad se jednom emancipujemo od naivnog empirizma. Mendeljejev nije uzalud bio najveći hemičar svog doba, a zajedno sa Lavoazjeom u 18. i Paulingom u 20. veku verovatno i najznačajniji svih vremena – on je odlično razumeo kakva je svrha naučne teorije, odnosno kako se iz svakog velikog sintetičkog otkrića, poput periodnog sistema elemenata, mogu izvući precizna i dalekosežna predviđanja. Teorija, da se podsetimo, služi objašnjavanju fenomena koje vidimo oko nas i izvođenju predviđanja novih, još neviđenih fenomena; ako je teorija dobra i ako je njen korisnik sposoban, nema razloga da tačnost predviđanja zaostaje za tačnošću, na primer, laboratorijskog merenja. Jednostavniji parametri galijuma, o kojima je bila reč, posledica su mesta na kome se on nalazi u periodnom sistemu elemenata, odnosno, u konačnoj analizi, njegovog atomskog broja. Mendeljejev je poznate u to doba elemente poređao po određenim pravilnostima – a nije bio u toj meri egocentričan da veruje da su svi hemijski elementi otkriveni do njegovog vremena baš zaista svi koji postoje i koje su naučnici izolovali. Naprotiv, očekivao je postojanje neotkrivenog polja u tabeli, na kome se docnije našao galijum – ali ista gvozdena regularnost koja je tabelu činila tako grandioznim postignućem, diktirala je i njegove osobine.

I ne samo to: Mendeljejev je pri razvijanju svog teorijskog okvira predvideo ne samo postojanje galijuma, već još 5 elemenata, koji danas nose imena skandijum, germanijum, tehnecijum, protaktinijum i hafnijum. Prvi otkriven nakon pojave periodnog sistema bio je gorepomenuti galijum, dok je poslednji, tehnecijum (Tc, atomski broj 43, “eka-mangan”), otkriven tek 1937. i njega praktično i nema na našoj planeti, pošto je radioaktivan sa relativno kratkim periodom poluraspada i pojavljuje se samo kao deo dugačkog lanca nuklearnih reakcija raspada težih elemenata, ponajviše uranijuma. Svim “još nepronađenim” elementima, Mendeljejev je dao privremena imena koja su ukazivala na njihov položaj ispod nekog od poznatih elemenata u periodnom sistemu (i korišćenjem, originalnim, prefiksa “eka-” za redni broj iz sanskrita!).

Predviđanja Mendeljejeva su tako među najspektakularnijim – i samim tim nedovoljno poznatim i van sveta hemije – predviđanjima u čitavoj istoriji nauke. Moglo bi se argumentovati da su ona znatno impresivnija od uobičajeno navođenih slučajeva predviđanja nebeskih fenomena na osnovu klasične Njutnove mehanike, pa čak i od dramatičnog Le Verijeovog predviđanja postojanja nove planete, Neptuna, o čemu smo već pisali u ovoj rubrici.  Argumenti za ovakvu ocenu mogu se naći u činjenici da je u doba uspeha nebeske mehanike retko ko podozrevao postojanje nekakve “nove fizike” koja bi bila u temeljima tada poznate nebeske mehanike – čak su, kao što smo videli u slučaju lažne planete Vulkan, njutnovske ideje dovodile do sistematskih grešaka u slučajevima u kojima je, kako se ispostavilo, “nova fizika” bila odista neophodna. Sa druge strane, sam Mendeljejev je bio među prvima koji je tražio – bez uspeha – nešto što je čak i nazivao “njutnovskom hemijom”, naime fundamentalne dinamičke zakone koji se nalaze u temeljima tada poznate hemije, pre svega njegovog sopstvenog periodnog sistema. Danas nam je jasno da vreme jednostavno nije bilo sazrelo za to, mada zamalo – četiri godine nakon smrti Mendeljejeva izveo je Radeford (1911. godine) slavne eksperimente sa rasejanjem alfa-čestica u kojima je pokazao da se atomi sastoje od negativnih elektrona i pozitivnog jezgra, sa mnogo praznog prostora između. A svega godinu dana kasnije, Nils Bor postavlja svoj prvi model atoma zasnovan na “novoj” tj. kvantnoj fizici koja je predstavljala naučnu revoluciju u punom naletu. Još koju deceniju kasnije je dvadesetovekovni naslednik Mendeljejeva, veliki Lajnus Pauling, iskoristio upravo ideje kvantne mehanike – koje je stekao kao povremeni Borov učenik u Kopenhagenu – da ponudi savremenu teoriju hemijske veze i time ponudi prvo temeljno objašnjenje postojanja molekula, što je osnova čitave moderne hemije.

Ali činjenica da je tek uvid u strukturu atoma koji je došao sa pojavom kvantne fizike omogućio objašnjenje postojanja atoma različitih hemijskih elemenata naizgled čini stvar samo još misterioznijom. Kako je, dakle, Mendeljejev bez razumevanja istinske dinamike atoma bio u stanju da izvede tako detaljna predviđanja osobina elemenata od kojih će neki biti otkriveni tek decenijama nakon njegove smrti? Jedan deo objašnjenja svakako leži u njegovoj velikoj hrabrosti – koju je inače ispoljavao i drugim povodima – u iznošenju radikalnih hipoteza, mišljenja i stavova (setimo se njegove čuvene i aktuelne izjave u vezi sa fosilnim gorivima da je “sagorevanje nafte kao goriva slično paljenju furune novčanicama”). Ali to ne može biti sve.

Na ovom mestu postoji još jedna suptilna poenta. Mendeljejev je bio pionir jednog od ključnih pojmova nauke, koji je afirmaciju doživeo tek mnogo kasnije, u 20. veku, naime pojma efektivnosti. Efektivnost je jedan od onih ključnih naučnih koncepata, poput simetrije ili entropije, koji imaju formalne definicije krajnje teške za razumevanje, ali se lako razumeju na primerima. Kao što nam nije potrebno razumevanje interakcije među kvarkovima i leptonima da bismo razumeli ponašanje automobila na drumu, bez obzira na činjenicu da se i automobil i drum ultimativno sastoje od kvarkova i leptona, tako i ponašanje mnogih drugih sistema u nekim aspektima ne zavise od dubljih dinamičkih zakonitosti. Kažemo da su automobili na drumu efektivno klasični mehanički sistemi, na isti način na koji je tok krvi kroz vene i arterije sa stanovišta medicine efektivno hidrodinamičko kretanje, bez obzira na činjenicu da, striktno govoreći, aproksimacije ugrađene u klasičnu hidrodinamiku nisu odista zadovoljene za bilo koji realistični fluid, pa ni krv. Veliki uspeh 19. vekovne nauke bilo je svođenje termodinamičkog ponašanja, naročito gasova i toplotnih mašina, na statističke osobine velikih skupova molekula koji se tretiraju kao da su bilijarske kugle koje se kreću i sudaraju u skladu sa Njutnovim zakonima mehanike; kažemo da je ponašanje molekula efektivno njutnovsko ponašanje. Pri tome se zapravo ne pretenduje na istinsko, dubinsko poznavanje sistema; pretenduje se samo da se može razdvojiti šta je za neki aspekt ponašanja sistema važno, a šta nije. Ono što je Mendeljejev znao jeste da za dobar deo “svakodnevnih” osobina elemenata najveći deo strukture njihovih atoma, kakva god ona bila, nije važan. Ono što jeste važno jeste broj elektrona u spoljnom elektronskom omotaču (“valentnih”), a indikator toga jeste položaj elementa u periodnoj tabeli. Ako uspemo da uspostavimo vezu između položaja elementa i njegovih osobina, onda smo u stanju da efektivno predvidimo njegove osobine, bez obzira na nepoznatu unutrašnju strukturu i “istinsku” dinamiku atoma.

Za kraj, vredi se još osvrnuti na specifičnosti dodeljivanja istorijskih zasluga u različitim disciplinama. Kao što smo videli, niko danas ozbiljno ne osporava prioritet Le Verijea u otkriću planete Neptun, bez obzira na njegovo čuveno odbijanje da kroz Galeov teleskop čak i pogleda. Međutim, otkriće galijuma se pripisuje Boabodranu, koji je u odnosu na novi element igrao istu ulogu kao Johan Gale u odnosu na novu planetu. Sociolozi i istoričari nauke možda mogu dati odgovor na pitanje zbog čega je pripisivanje otkrića u toj meri različito u astronomskoj i hemijskoj tradiciji. Do tog trenutka, možemo samo spekulisati da, iako su najveći revolucionarni uvidi u hemiji, baš kao i u astronomiji ili fizici, bili teorijski, ipak je uloga empirizma – obično predstavljenih kroz vizuelne stereotipove čoveka u belom mantilu sa epruvetama i retortama – u hemiji znatno veća i znatno snažnije oblikuje našu predstavu o saznanju nego što je to slučaj u, recimo, astronomskim disciplinama. Ovo ni u kom slučaju ne sme umanjiti veličinu Mendeljejevljevog doprinosa našem razumevanju hemijskih elemenata i, ultimativno, strukture materije; naprotiv, zvali ga otkrićem ili predviđanjem, ono pokazuje centralni značaj i neprevaziđenu moć teorijskog saznanja u istoriji bilo koje nauke.

Članak originalno objavljen na portalu Elementarium.

Povezani članci: