Το διαμάντι, ο γραφίτης και ο ρόλος-σημασία της δομής

Καθώς σταχυολογούσα πρόσφατα πληροφορίες γύρω από τα υλικά σώματα, εν όψει  σχετικού σχολικού μαθήματος, έπεσα πάνω στη δομή του μορίου του γραφίτη και του διαμαντιού, κι έτσι θυμήθηκα κάτι πολύ εντυπωσιακό: ενώ τα δύο υλικά, δεν διαφέρουν στα συστατικά τους  στοιχεία, αφού αποτελούνται από μόρια άνθρακα, εντούτοις αυτό που τα διαφοροποιεί ριζικά-ποιοτικά είναι η διάταξη των ατόμων μεταξύ τους, τα οποία συγκροτούν το μόριο του κάθε υλικού. Αλλάζει δηλαδή η δομή τους, η σχέση μεταξύ των ατόμων και η συνακόλουθη διάταξη στο χώρο.

Λίγες ημέρες αργότερα, σε μια διαδραστική έκθεση τεχνολογίας-επιστήμης, ανακάλυψα με βιωματικό τρόπο κάτι που είχα διαβάσει παλιότερα στο διαδίκτυο, αλλά τώρα που το είδα στην πράξη ήταν τελείως διαφορετική η αίσθηση: σε έναν ειδικά διαμορφωμένο πάγκο υπήρχε μια διάταξη μεταλλικών ελασμάτων και καλωδίων απ’ όπου περνούσε ρεύμα. Τα λεπτά μεταλλικά ελάσματα είχαν αρχικά ένα ορισμένο σχήμα (π.χ. σχήμα που έμοιαζε με κεφάλι γάτας) και είχαν φορτιστεί με ηλεκτρικό ρεύμα. Ο θεατής-επισκέπτης παροτρύνονταν, αφού το  αποσυνδέσει από το ρεύμα, να τσαλακώσει κατά βούληση το σύρμα, όσο περισσότερο μπορεί, σε ένα ακατάστατο και άμορφο σχήμα. Κατόπιν, το επανασύνδεε με το ρεύμα και, εντός λίγων δευτερολέπτων, ο παρατηρητής, ο υποφαινόμενος δηλαδή,  έμεινα άναυδος: το μεταλλικό σύρμα επανήρθε στο αρχικό του σχήμα, μόνο του, σαν να αυτοοργανώθηκε, σαν να είχε μνήμη και συνείδηση. Τότε αναφώνησα στον διπλανό μου: «Τελικά οι ινδιάνοι είχαν δίκιο: και τα άψυχα υλικά έχουν ψυχή, πνεύμα ή όπως αλλιώς θέλεις να το πεις!». Πράγματι, διαβάζοντας τις επεξηγηματικές πληροφορίες σε μια μικρή πινακίδα, τα υλικά αυτά έχουν την ιδιότητα τα υποατομικά τους σωματίδια, τα ηλεκτρόνια και τα άτομα, να έχουν «μνήμη», να «θυμούνται» μια αρχική κατάσταση στην οποία βρίσκονταν αρχικά. Εδώ, βέβαια, το ρεύμα πρέπει να παίζει καθοριστικό ρόλο στην εν λόγω συμπεριφορά των σωματιδίων και των υλικών, των οποίων είναι συστατικά στοιχεία. Το ρεύμα είναι ενέργεια που λειτουργεί ως «πληροφορία» ή «νόημα», μέσω του οποίου συντονίζονται και διατάσσονται στον χωρόχρονο τα σωματίδια.

Η ύλη, τα συστατικά από μόνα τους δεν έχουν νόημα. Τα συστατικά στοιχεία, τα σωματίδια είναι το περιεχόμενο, το οποίο χωρίς μορφή-δομή δεν έχει καμιά λειτουργία, επενέργεια, τουλάχιστον με σημασία και αντίκτυπο για τον άνθρωπο-την ανθρώπινη συνείδηση. Αλλά το ίδιο ισχύει και για την οικοδόμηση συστημάτων, με άλλα λόγια, σχέσεων μεταξύ διαφορετικών μερών-συστατικών. Αυτό που δίνει στα άτομα – στην ύλη – νόημα είναι το σχήμα, η μορφή που παίρνει η ύλη (αλλιώς, το περιεχόμενο), με άλλα λόγια η δομή. Η δομή είναι σχέση, είναι ολότητα που είναι κάτι περισσότερο από τα μέρη, τα υλικά στοιχεία. Και για να υπάρχει δομή-σχέση πρέπει να υπάρχει ενέργεια και μια χωροχρονική δομή: η διάταξη δηλαδή των ατόμων (του άνθρακα, εδώ) στον χώρο (ή, ακόμη καλύτερα, στον χωροχρόνο), και οι ενεργειακά συγκροτημένοι δεσμοί (σχέσεις) μεταξύ τους. Έτσι, αυτό που φαίνεται είναι η μορφή, ως έκφραση της δομής της ύλης. Και τελικά η διαφορετική δομή (κανονικά εξάγωνα ή τετράγωνα), που είναι μορφή, είναι η ουσία, είναι η διαφορετική ποιότητα που δίνει τις συγκεκριμένες ιδιότητες και χαρακτηριστικά ενός υλικού.

Επίσης αξιοσημείωτο και σημαντικό είναι ότι με τα ίδια υλικά-συστατικά στοιχεία μπορούν να υπάρξουν διαφορετικές δομές-μορφές.  Ξέρουμε ότι με 92 χημικά στοιχεία συντίθεται ολόκληρη η ύλη στο σύμπαν, με 3 είδη κουάρκ και το ηλεκτρόνιο, οικοδομείται ο κόσμος όλος (η αρχή της οικονομίας ισχύει για τη γέννηση και την εξέλιξη του σύμπαντος, για κάθε μορφή οργανικής και ανόργανης ύλης, ενώ όταν αυτή παραβιάζεται, τότε η δομή είναι θνησιγενής και αργά ή γρήγορα καταρρέει). Άρα, η διαφορετική ποιότητα στις σχέσεις και την οργάνωση των θεμελιωδών συστατικών στοιχείων, η διαφορετικές δομές, είναι που συγκροτούν την τόσο πλούσια σε μορφές και εκφάνσεις της πραγματικότητα, τουλάχιστον όπως την αντιλαμβάνονται οι αισθήσεις μας. Και όταν λέμε πραγματικότητα, εννοούμε και την οργανική ύλη, τις διάφορες μορφές ζωής, και φυσικά τον άνθρωπο και τις κοινωνίες-πολιτισμούς του.

Θα επανέλθουμε

4/1/2014

Δημήτρης φασόλης 

Ένα άτομο, πολλές δομές

Διαμάντι, γραφίτης, νανοσωλήνες...: παρά το ότι έχουν την ίδια βασική χημική σύνθεση, οι κρυσταλλικές διατάξεις άνθρακα (C) διαφέρουν σημαντικά. H λέξη διαμάντι έχει την ίδια ρίζα με την αρχαία ελληνική λεξη αδάμαστος (παράγεται από α στερ. + δαμάω/δαμάζω). Κάθε άτομο C του διαμαντιού συνδέεται με τέσσερα γειτονικά άτομα C, που βρίσκονται στις κορυφές ενός κανονικού τετραέδρου. Τα άτομα συνδέονται με ισχυρούς χημικούς δεσμούς, που κάνουν το διαμάντι να είναι το πιο σκληρό υλικό. Χρησιμοποιείται σε κοσμήματα, σε εργαλεία κοπής και σε βιομηχανικές εφαρμογές, που περιλαμβάνουν ακόμη και διάτρηση μπετόν. Το διαμάντι έχει μία βασική δομή στην οποία κάθε άτομο άνθρακα συνδέεται με άλλα τέσσερα άτομα γύρω του σε διάταξη τετραέδρου.

Οι αλλοτροπικές μορφές του καθαρού άνθρακα. α) κρυσταλλική δομή του διαμαντιού β) κρυσταλλική δομή του γραφίτη γ) κρυσταλλική δομή του εξαγωνικού διαμαντιού δ) δομή του μορίου C₆₀ ε) δομή του μορίου C₅₄₀ στ) δομή του μορίου C₇₀ ζ) άμορφος άνθρακας η) νανοσωλήνας άνθρακα (κυλινδρικό γραφένιο).