Gli elementi sono venuti all’esistenza per caso?

“OGNI oggetto nell’universo, persino la stella più lontana, è composto di atomi”, spiega un’enciclopedia. (The Encyclopedia of Stars & Atoms) I singoli atomi sono troppo piccoli per osservarli, ma quando sono raggruppati insieme formano gli elementi chimici a noi familiari. Alcuni di questi elementi sono solidi e visibili, altri sono gassosi e non si vedono. L’esistenza di tutti questi elementi chimici si può attribuire semplicemente al caso?

Gli elementi dall’1 al 92

Pur essendo il più semplice di tutti gli atomi, l’idrogeno è il carburante che “brucia” nelle stelle come il sole ed è essenziale per la vita. Un atomo di idrogeno consiste di un nucleo formato da un solo protone attorno al quale ruota un solo elettrone. Altri elementi chimici, come carbonio, ossigeno, oro e mercurio, sono fatti di atomi che hanno molti elettroni che si muovono attorno a un nucleo composto di molti protoni e neutroni.

Fino a circa 450 anni fa si conoscevano solo 12 elementi chimici. Man mano che se ne scoprivano degli altri, gli scienziati notavano che questi seguivano un ordine naturale. E quando questi elementi furono ordinati in una tabella, suddivisi per righe e colonne, gli scienziati scoprirono che quelli che si trovavano nella stessa colonna avevano caratteristiche simili. Ma nella tabella c’erano anche caselle vuote, che rappresentavano elementi ancora sconosciuti. Questo portò il chimico russo Dmitrij Mendeleev a prevedere l’esistenza dell’elemento con numero atomico 32, il germanio, nonché a prevederne il colore, il peso, la densità e il punto di fusione. La sua “previsione di altri elementi mancanti — gallio e scandio — si dimostrò anch’essa molto accurata”, osserva un testo di chimica del 1995.

Con l’andar del tempo, gli scienziati predissero l’esistenza di altri elementi sconosciuti e alcune loro caratteristiche. Alla fine tutti gli elementi mancanti furono scoperti. Oggi non ci sono più caselle vuote nella tabella. L’ordine naturale degli elementi si basa sul numero di protoni contenuti nel nucleo dei loro atomi, a cominciare dall’elemento numero 1, l’idrogeno, e continuando fino all’ultimo elemento che ricorre in natura sulla terra con una certa abbondanza: il numero 92, l’uranio. È solo una coincidenza?

Pensate anche all’enorme varietà di elementi chimici. L’oro e il mercurio sono due elementi dal caratteristico colore lucente. Uno è solido, l’altro è liquido. Nondimeno, occupano posizioni adiacenti nella tavola periodica, dove sono identificati dai numeri 79 e 80. Un atomo d’oro ha 79 elettroni, 79 protoni e 118 neutroni. Un atomo di mercurio ha solo un elettrone in più, un protone in più e più o meno lo stesso numero di neutroni.

 È un semplice caso che un piccolo cambiamento nella disposizione delle particelle atomiche porti a una così grande varietà di elementi chimici? E che dire delle forze che tengono unite le particelle atomiche? “Dalla particella più piccola alla più grande galassia, tutto nell’universo ubbidisce a regole che sono descritte dalle leggi della fisica”, spiega l’enciclopedia citata sopra. Immaginate cosa accadrebbe se una sola di queste regole cambiasse. Ad esempio, che dire se si modificasse leggermente la forza che mantiene gli elettroni in movimento intorno al nucleo dell’atomo?

Forze fondamentali calibrate con precisione

Notate cosa accadrebbe se la forza elettromagnetica diventasse più debole. “Gli elettroni non sarebbero più legati agli atomi”, osserva David Block in un suo libro. E cosa significherebbe questo? “Avremmo un universo in cui non sarebbe possibile nessuna reazione chimica!”, aggiunge. (Star Watch) Possiamo davvero essere contenti che esistano leggi costanti nel tempo che rendono possibili le reazioni chimiche! Ad esempio, due atomi di idrogeno si combinano con un atomo di ossigeno per formare una molecola di quella sostanza preziosa che è l’acqua.

La forza elettromagnetica è circa 100 volte più debole della forza nucleare forte che tiene insieme il nucleo degli atomi. Cosa succederebbe se questo rapporto cambiasse? “Se l’intensità relativa della forza nucleare e di quella elettromagnetica fosse leggermente diversa, gli atomi di carbonio non potrebbero esistere”, spiegano gli scienziati John Barrow e Frank Tipler. Senza carbonio non ci sarebbe la vita. Gli atomi di carbonio rappresentano il 20 per cento in peso di tutti gli organismi viventi.

Anche l’intensità della forza elettromagnetica in rapporto con la forza gravitazionale è decisiva. “Il più minuscolo cambiamento nell’intensità relativa della forza gravitazionale e di quella elettromagnetica”, spiega la rivista New Scientist, “trasformerebbe stelle come il sole in giganti azzurre [di gran lunga troppo calde per permettere la vita] o nane rosse [non abbastanza calde per sostenere la vita]”.

All’interno del sole un’altra forza, la forza nucleare debole, controlla la velocità delle reazioni nucleari. “La sua intensità è esattamente sufficiente a permettere che l’idrogeno solare bruci in modo lento e uniforme”, spiega il fisico Freeman Dyson. * Si potrebbero fare molti altri esempi per mostrare in che modo la vita dipende dal delicato equilibrio delle leggi e delle condizioni che si trovano nell’universo. Il divulgatore scientifico Paul Davies paragonò queste leggi universali e queste condizioni a un insieme di manopole e disse: “È come se le manopole dovessero essere regolate con enorme precisione perché l’universo sia tale che la vita vi fiorisca”. *

Molto prima che Newton scoprisse la legge di gravità, la Bibbia faceva riferimento a tali “decreti” o leggi immutabili. All’uomo Giobbe fu chiesto: “Fosti tu a emanare i decreti che governano i cieli, o a stabilire le leggi della natura sulla terra?” (Giobbe 38:33, The New English Bible) Altre domande che inducono all’umiltà sono: “Dov’eri tu quando io fondai la terra?”, e: “Chi ne dispose le misure, nel caso che tu lo sappia?” — Giobbe 38:4, 5.

[Note in calce]

[Riquadro a pagina 6]

ELEMENTI ESSENZIALI ALLA VITA

Gli elementi chimici idrogeno, ossigeno e carbonio rappresentano circa il 98 per cento degli atomi del nostro organismo. Segue l’azoto, che rappresenta un ulteriore 1,4 per cento. Altri elementi sono presenti in quantità molto piccole, ma sono ugualmente essenziali alla vita.

[Prospetto/Diagramma alle pagine 6 e 7]

(Per la corretta impaginazione, vedi l’edizione stampata)

 Fino al momento in cui questa rivista andava in stampa gli scienziati hanno prodotto gli elementi dal 93 fino al 118 incluso. A quanto si sa, questi elementi seguono anch’essi lo schema della tavola periodica.

[Fonte]

Fonte: Los Alamos National Laboratory, USA

Nome dell’elemento Simbolo Numero atomico (numero di protoni)

idrogeno H 1

elio He 2

litio Li 3

berillio Be 4

boro B 5

carbonio C 6

azoto N 7

ossigeno O 8

fluoro F 9

neon Ne 10

sodio Na 11

magnesio Mg 12

alluminio Al 13

silicio Si 14

fosforo P 15

zolfo S 16

cloro Cl 17

argo Ar 18

potassio K 19

calcio Ca 20

scandio Sc 21

titanio Ti 22

vanadio V 23

cromo Cr 24

manganese Mn 25

ferro Fe 26

cobalto Co 27

nichel Ni 28

rame Cu 29

zinco Zn 30

gallio Ga 31

germanio Ge 32

arsenico As 33

selenio Se 34

bromo Br 35

cripto Kr 36

rubidio Rb 37

stronzio Sr 38

ittrio Y 39

zirconio Zr 40

niobio Nb 41

molibdeno Mo 42

tecnezio Tc 43

rutenio Ru 44

rodio Rh 45

palladio Pd 46

argento Ag 47

cadmio Cd 48

indio In 49

stagno Sn 50

antimonio Sb 51

tellurio Te 52

iodio I 53

xeno Xe 54

cesio Cs 55

bario Ba 56

lantanio La 57

cerio Ce 58

praseodimio Pr 59

neodimio Nd 60

promezio Pm 61

samario Sm 62

europio Eu 63

gadolinio Gd 64

terbio Tb 65

disprosio Dy 66

olmio Ho 67

erbio Er 68

tulio Tm 69

itterbio Yb 70

lutezio Lu 71

afnio Hf 72

tantalio Ta 73

tungsteno W 74

renio Re 75

osmio Os 76

iridio Ir 77

platino Pt 78

oro Au 79

mercurio Hg 80

tallio Tl 81

piombo Pb 82

bismuto Bi 83

polonio Po 84

astato At 85

radon Rn 86

francio Fr 87

radio Ra 88

attinio Ac 89

torio Th 90

protoattinio Pa 91

uranio U 92

nettunio Np 93

plutonio Pu 94

americio Am 95

curio Cm 96

berkelio Bk 97

californio Cf 98

einsteinio Es 99

fermio Fm 100

mendelevio Md 101

nobelio No 102

laurenzio Lr 103

rutherfordio Rf 104

dubnio Db 105

seaborgio Sg 106

bohrio Bh 107

hassio Hs 108

meitnerio Mt 109

110

111

112

114

116

118

[Diagramma]

(Per la corretta impaginazione, vedi l’edizione stampata)

L’ordine e l’armonia degli elementi nella tavola periodica sono frutto del caso o di un progetto intelligente?

Atomo di elio

Elettrone

Protone

Neutrone

[Diagramma/Immagine a pagina 7]

(Per la corretta impaginazione, vedi l’edizione stampata)

Com’è che le quattro forze fondamentali sono calibrate con tanta precisione?

FORZA ELETTROMAGNETICA 0,07058300008 45

FORZA NUCLEARE FORTE 95,31140003389 47

FORZA GRAVITAZIONALE 72,00087230001 05

FORZA NUCLEARE DEBOLE 30,00958344008 40

Molecola d’acqua

Nucleo atomico

Gigante azzurra

Nana rossa

Sole