Maddəyə gedən ilk pillə olan atomlardan sonra ikinci pillə də molekullardır. Molekullar, bir maddənin kimyəvi xüsusiyyətlərini bildirən ən kiçik vahidləridir. Molekullar iki və ya daha çox atomdan ibarətdir; bəziləri də minlərlə atom qruplarından ibarətdir. Bütün bu müxtəlifliyi ilə maddə, atomlardan ibarət molekulların müxtəlif formalarda bir yerə gəlmələri ilə meydana gəlmişdir.
Atomların molekulları meydana gətirməsi və ya molekulların bir-birindən ayrılaraq atomlarına ayrılması, ümumiyyətlə "kimyəvi reaksiya" olaraq adlandırılır. Kimyəvi reaksiyalar, laboratoriyalarda aparıldığı kimi, təbiətdə, bədənimizdə, yemək bişirilən bir sobada, paltaryuyan maşınında, atmosferdə və başqa hər yerdə və hər an baş verir. Görəsən atomlar necə və hansı səbəbdən ötrü kimyəvi reaksiyaya daxil olurlar?.
Atomları molekulların içində, elektromaqnit təbiətli cazibə qüvvəsinə əsaslanan kimyəvi əlaqələr bir yerdə saxlayar. Hər atomun başqa bir atomla xüsusi bir birləşmə qabiliyyəti vardır. Bu birləşmələr, atomların xarici orbitlərindəki elektronlar vasitəsilə həyata keçirilir. Hər orbitin qəbul edə biləcəyi maksimum elektron sayı sabitdir. Hər atom ən xaricdəki orbitini, qəbul edə biləcəyi maksimum elektron sayına tamamlamağa səy göstərir. Bunun üçün ya ən xarici orbitindəki elektronları maksimum saya tamamlamaq üçün başqa atomlardan elektron qəbul edir, ya da ən xarici orbitində az sayda elektron varsa, bunları digər bir atoma verərək əvvəlcədən tamamlanmış olan bir alt orbiti ən xarici orbiti halına gətirir. Atomların bu ümumi meyli, bir-birləri arasında həyata keçirdikləri kimyəvi reaksiyaların əsas hərəkətverici qüvvəsini təşkil edir. Bir-birlərinin bu istəklərini qarşılıqlı təmin edə biləcək atomlar yan-yana gəldiklərində, eləcə də, lazım olan enerji miqdarı da təmin edildikdə, onlar bəhs etdiyimiz bu mübadiləni həyata keçirirlər. Bu mübadilə nəticəsində aralarında kimyəvi əlaqə qurulur. Atomların öz aralarında belə bir kimyəvi əlaqəylə meydana gətirdikləri quruluşa molekul adı veririk.
Atomun içindəki tarazlıqların, zərrəciklərin bir-biriylə qarşılıqlı təsirləri və atoma təsir edən qüvvələrin öz aralarındakı əlaqələrin biri belə təsadüflə izah oluna bilməz. Təsəvvür edin ki, kainatda mövcud olan hər şey atomlardan meydana gəlmişdir. Bu atomlar elə kiçikdir ki, təkcə bir sancağın ucundakı atomların sayı belə trilyonları keçir. Onda bütün kainatdakı atomların sayı tələffüz belə edilə bilməyəcək bir miqdardadır. Bu qədər çox sayda atomun hər birinin içində, insan ağlının hüdudlarından çox kənara çıxan bir fəaliyyət baş verir. Əlbəttə ki, təsadüflər nəticəsində atomda bu nizamlı fəaliyyət meydana gələ bilməz.
Kimyəvi əlaqələr
Bir qədər əvvəl qeyd edildiyi kimi, atomların məqsədi ən uzaqda yerləşən orbitlərindəki elektron sayını maksimuma çatdırmaqdır. Bu məqsədlərini də, digər atomlarla 3 cür əlaqə quraraq həyata keçirərlər. Bunlar ion, kovalent və metal əlaqələridir. Bu əlaqələrin nə kimi xüsusiyyətlərə sahib olduqlarına və necə qurulduqlarına qısa şəkildə nəzər salaq.
Atom, xarici orbitində 4-dən az elektron olduqda bunları verməyə, 4-dən çox elektron olduqda isə kənardan qəbul etməyə meyl edir. Atomların bu şəkildə bir-birləriylə elektron alış-verişi edərək birləşmələri "ion əlaqəsi" adlandırılar.
Əgər 2 atom, orbitlərindəki elektronlardan ortaq şəkildə istifadə edərsə buna "kovalent əlaqə" deyilər. Kovalent əlaqənin daha yaxşı başa düşülməsi üçün asan bir nümunə verək: Hidrogen atomunda tək bir elektron vardır. Daha əvvəl elektron orbitlərindən bəhs edərkən də ifadə etdiyimiz kimi, atomların ilk orbitlərində ən çoxu 2 elektron mövcud ola bilər. Hidrogen atomu tək bir elektrona malikdir və elektron sayını 2-yə çatdırıb sabit bir atom olma meylindədir. Buna görə də hidrogen atomu 2-ci bir hidrogen atomuyla kovalent əlaqə yaradır. Yəni, 2 hidrogen atomu bir-birlərinin elektronlarından 2-ci elektron kimi istifadə edər. Beləliklə də, H2 molekulu meydana gələr.
Əgər çox sayda atom bir-birlərinin elektronlarından ortaq şəkildə istifadə edərək birləşirlərsə, bu dəfə "metal əlaqə" yaranır.
Görəsən bütün bu əlaqələrlə, neçə fərqli birləşmə əmələ gələ bilər?.
Laboratoriyalarda, hər gün yeni-yeni birləşmələr yaradılır. Ancaq hal-hazırda təxminən 2 milyon birləşmədən bəhs etmək mümkündür.(16) Ən sadə kimyəvi birləşmə, hidrogen molekulu qədər kiçik olduğu kimi, milyonlarla atomdan ibarət olan birləşmələr də vardır.
Bir element ən çox neçə müxtəlif birləşmə əmələ gətirə bilər?. Bu sulaın cavabı olduqca maraqlıdır. Çünki bir tərəfdə heç bir elementlə birləşməyən elementlər (təsirsiz qazlar) mövcuddur. Digər tərəfdə isə 1 700 000 birləşmə meydana gətirə bilən karbon atomu mövcuddur. Ümumi birləşmə sayının 2 milyon qədər olduğunu xatırlatsaq, 109 elementin 108-i 300 000 birləşmə əmələ gətirir. Ancaq karbon inanılmaz bir şəkildə tək başına 1 700 000 birləşmə meydana gətirə bilir.
Canlı həyatının təməl elementi: Karbon atomu
Karbon, canlı həyatı üçün ən mühüm elementdir. Çünki bütün canlı maddələr karbon birləşmələrindən yaranıbdır. Varlığımız üçün bu qədər əhəmiyyətli olan karbon atomunun xüsusiyyətləri haqqında səhifələrlə yazı yazsaq yenə də bitirə bilmərik, necə ki, kimya elmi hələ də bu xüsusiyyətlərin hamısını kəşf edə bilməmişdir. Biz burada karbonun çox əhəmiyyətli bir neçə xüsusiyyətindən bəhs edəcəyik.
Karbonun rekord sayda (1.7 milyon) birləşmə meydana gətirə bilməsinin səbəbi nədir?.
Karbonun ən əhəmiyyətli xüsusiyyətlərindən biri, bir-birinin ardınca düzülərək çox asan zəncir meydana gətirə bilməsidir. Ən qısa karbon zənciri 2 karbon atomundan ibarətdir. Ən uzun zəncirin neçə karbon atomundan ibarət olduğu mövzusunda qəti bir rəqəm verilə bilməz, ancaq təxminən 70 halqalı bir zəncirdən bəhs edilə bilər.(17) Karbon atomlarından sonra ən uzun zəncir yarada bilən atomun, cəmisi 6 halqadan ibarət olan silisium atomu olduğunu düşünsək, karbon atomundakı fövqəladə vəziyyət daha yaxşı görülə bilər.
Karbonun bu qədər çox halqalı zəncir yarada bilməsinin səbəbi halqaların ancaq düz xətt şəklində olmamasıdır. Zəncirlər budaqlar halında da ola bilər, çoxbucaqlılar da meydana gətirə bilər.
Bu məqamda zəncirin formasının əhəmiyyəti çox böyükdür. İki karbon birləşməsində, əgər karbon atomunun sayı eyni olub da, birləşmələrin zəncir formaları fərqlidirsə, ortaya 2 fərqli maddə çıxar. Karbon atomunun yuxarıda saydığımız xüsusiyyətləri sayəsində, canlı həyatı üçün çox böyük əhəmiyyəti olan molekullar əmələ gəlir.
Yan-yana gələn hər atom dərhal reaksiyaya girseydi nə olardı?
Bir qədər əvvəl kainatın 109 elementin atomlarının bir-biriylə reaksiyaya girmələri nəticəsində yarandığını demişdik. Burada çox əhəmiyyətli məqam vardır; o da reaksiyanın baş tutması üçün çox əhəmiyyətli bir şəraitin tələb olunmasıdır.
Məsələn, oksigenlə hidrogen hər dəfə bir yerə gələndə su yaranmaz və ya dəmir havayla təmas edən kimi dərhal paslanmaz. Əgər belə olsaydı, sərt və parlaq bir metal olan dəmir, bir neçə dəqiqə ərzində yumşaq bir toz olan dəmir oksidinə çevrilərdi. Vəziyyət belə olmasaydı, yer üzündə metal deyə bir maddə qalmazdı. Çox qəribə bir dünyada yaşayardıq. Yan-yana gələn 2 maddənin atomu dərhal reaksiyaya daxil olardı. Belə olduqda isə, kresloya belə otura bilməzdiniz. Çünki kreslonu təşkil edən atomlarla bədəninizi meydana gətirən atomlar dərhal reaksiyaya girər və kreslo-insan arası bir varlıq (!) olardınız. Şübhəsiz ki, belə bir dünyada canlı həyatın varlığı haqqında danışmaq belə mümkün olmazdı. Görəsən, belə bir nəticənin baş verməsinə nə mane olur?
Bir nümunə ilə izah etmək lazımdırsa, hidrogen və oksigen molekulları otaq temperaturunda çox ləng reaksiyaya girirlər, yəni "su" otaq temperaturunda çox zəif sürətlə meydana gələr. Ancaq temperatur artdıqca həm molekulların enerjisi, həm də reaksiya sürəti artar, yəni su daha tez əmələ gələr.
Elm adamları bu vəziyyəti izah edə bilmək üçün, "aktivləşmə enerjisi" deyə adlandırdıqları bir anlayış ortaya atmışlar. Bu anlayış, molekulların reaksiyaya girə bilmələri üçün lazımi enerji həddini ifadə edir. Su nümunəsində görüldüyü kimi, hidrogen və oksigen molekullarının reaksiyaya girib suyu meydana gətirə bilmələri üçün, enerjiləri aktivləşmə enerjisindən yüksək olmalıdır.
Təsəvvür edin ki, yer üzündəki temperatur bir qədər daha yüksək olsaydı, atomlar çox tez reaksiyaya girər və təbiətdəki tarazlıq da pozulardı. Ancaq bunun əksi baş versəydi, yəni yer üzündəki temperatur daha aşağı olsaydı, bu vəziyyətdə də atomlar gec reaksiyaya girər və təbiətdəki tarazlıq yenə pozulardı. Buradan da, Dünyanın günəş sistemində tam olaraq canlı həyatına uyğun bir möqvedə yerləşdiyi aydın olur. Əlbəttə ki, canlı həyatı üçün lazım olan həssas tarazlıqlar bununla məhdudlaşmır. Canlılar ancaq, yer oxunun əyriliyi, yerin kütləsi, səthinin sahəsi, atmosferindəki qazların nisbəti, təbii peyki aya olan məsafəsi və daha saya biləcəyimiz bir çox şey, yalnız və yalnız hazırkı qiymətlərinə sahib olduğu təqdirdə yer üzündə yaşaya bilərlər. Buradan da, bütün bu amillərin bir-biri ardınca baş verən təsadüflərlə meydana gəlməyəcəyi, hamısının canlıların bütün xüsusiyyətlərini bilən üstün bir qüdrət tərəfindən şüurlu bir şəkildə yaradıldığı aydın olur.
Şübhəsiz ki, elmin bu məqamda verdiyi cavab, üz-üzə olduğu fizika qanunlarına bir ad taxmaqdan ibarətdir. Ən başda da ifadə etdiyimiz kimi bu cür hadisələrdə nə? necə? və nə cür? kimi sualların verilməsinin elə də bir əhəmiyyəti yoxdur. Bu suallarla, ancaq mövcud bir qanunun təfərrüatlarını öyrənə bilərik. Bu qanunun nə üçün və kim tərəfindən yaradıldığı elm baxımından yenə bir müəmma olaraq qalır.
Məhz elmin cavab verə bilmədiyi bu məqamda, ağlı və vicdanıyla baxan bir göz üçün vəziyyət olduqca aydındır: Təsadüflərlə izah olunması heç bir şəkildə mümkün olmayan kainatdakı qüsursuz tarazlıq, üstün bir ağlın və iradənin diləməsi nəticəsində meydana gəlmişdir.