elgavrilis's blog

Πριν από περίπου έναν και πλέον αιώνα, το ερώτημα «Πώς ξεκίνησε η ζωή;», το οποίο απασχολούσε τους ανθρώπους σε όλη την ιστορία τους, έφτασε σε αδιέξοδο. Μέχρι τότε είχαν δοθεί δύο απαντήσεις: η μία ότι η ζωή είχε δημιουργηθεί υπερφυσικά και η άλλη ότι προκύπτει συνεχώς από το μη ζωντανό. Η πρώτη εξήγηση βρισκόταν εκτός επιστήμης· η δεύτερη αποδείχθηκε τώρα αστήρικτη. Για ένα διάστημα οι επιστήμονες ένιωσαν κάποια δυσφορία που δεν είχαν καμία απάντηση. Έπειτα σταμάτησαν να θέτουν το ερώτημα.

Πρόσφατα έχουν βρεθεί ξανά τρόποι να θεωρηθεί η προέλευση της ζωής ως επιστημονικό πρόβλημα – ως ένα γεγονός εντός της τάξης της φύσης. Εν μέρει αυτό είναι αποτέλεσμα νέων πληροφοριών. Αλλά μια θεωρία δεν προκύπτει ποτέ από μόνη της, όσο πλούσια και ασφαλή κι αν είναι τα γεγονότα. Είναι μια πράξη δημιουργίας. Οι τρέχουσες ιδέες μας σε αυτόν τον τομέα συγκεντρώθηκαν για πρώτη φορά σε ένα σαφές και δικαιολογημένο επιχείρημα από τον Ρώσο βιοχημικό A. I. Oparin σε ένα βιβλίο με τίτλο «Η Προέλευση της Ζωής», που εκδόθηκε το 1936. Πολλά μπορούν να προστεθούν τώρα στη συζήτηση του Oparin, ωστόσο παρέχει τη βάση πάνω στην οποία έχουμε χτίσει όλοι εμείς που ενδιαφερόμαστε για αυτό το θέμα.

Η προσπάθεια να κατανοήσουμε πώς προήλθε η ζωή εγείρει μια μεγάλη ποικιλία επιστημονικών ερωτημάτων, τα οποία οδηγούν σε πολλές και ποικίλες κατευθύνσεις και θα πρέπει να καταλήξουν ρίχνοντας φως σε πολλές σκοτεινές γωνιές

Στο επίκεντρο της προσπάθειας βρίσκεται η ελπίδα όχι μόνο να εξηγηθεί ένα μεγάλο γεγονός του παρελθόντος – όσο σημαντικό κι αν θα έπρεπε να είναι αυτό – αλλά και να αποδειχθεί ότι η εξήγηση είναι εφικτή. Αν μπορέσουμε πράγματι να κατανοήσουμε πώς ένας ζωντανός οργανισμός προκύπτει από το μη ζωντανό, θα πρέπει να είμαστε σε θέση να κατασκευάσουμε μία μόνο από τις απλούστερες περιγραφές, σίγουρα, αλλά ταυτόχρονα αναγνωρίσιμα ζωντανή. Αυτή είναι μια τόσο μακρινή πιθανότητα τώρα που κανείς μόλις τολμά να την αναγνωρίσει· αλλά παρ’ όλα αυτά υπάρχει.

Μια απάντηση στο πρόβλημα του πώς προήλθε η ζωή είναι ότι δημιουργήθηκε. Πρόκειται για μια κατανοητή σύγχυση της φύσης με την τεχνολογία. Οι άνθρωποι έχουν συνηθίσει να φτιάχνουν πράγματα· είναι προφανές ότι αυτά που δεν φτιάχτηκαν από ανθρώπους φτιάχτηκαν από ένα υπεράνθρωπο ον. Οι περισσότεροι από τους πολιτισμούς που γνωρίζουμε περιέχουν μυθικές αφηγήσεις για μια υπερφυσική δημιουργία ζωής. Η δική μας παράδοση παρέχει μια τέτοια αφήγηση στα πρώτα κεφάλαια της Γένεσης. Εκεί μας λένε ότι ξεκινώντας από την τρίτη ημέρα της Δημιουργίας, ο Θεός έφερε στο φως ζωντανά πλάσματα – πρώτα φυτά, μετά ψάρια και πουλιά, μετά χερσαία ζώα και τέλος τον άνθρωπο.

Αυθόρμητη Γένεση

Τα πιο λογικά στοιχεία της κοινωνίας, ωστόσο, έτειναν να υιοθετούν μια πιο φυσιοκρατική άποψη για το θέμα. Αρκούσε να αποδεχτεί κανείς τα στοιχεία των αισθήσεών του για να καταλάβει ότι η ζωή προκύπτει τακτικά από το μη ζωντανό: σκουλήκια από λάσπη, σκουλήκια από σάπιο κρέας, ποντίκια από διάφορα είδη σκουπιδιών. Αυτή είναι η άποψη που ονομάστηκε αυθόρμητη γένεση. Λίγοι επιστήμονες την αμφέβαλλαν. Ο Αριστοτέλης, ο Νεύτωνας, ο Γουίλιαμ Χάρβεϊ, ο Ντεκάρτ, ο βαν Χέλμοντ, όλοι δέχονταν την αυθόρμητη γένεση χωρίς σοβαρή αμφιβολία. Πράγματι, ακόμη και οι θεολόγοι – μάρτυρες ο Άγγλος Ιησουίτης Τζον Τέρμπερβιλ Νίντχαμ – μπορούσαν να συμφωνήσουν με αυτήν την άποψη, καθώς η Γένεση μας λέει ότι όχι ότι ο Θεός δημιούργησε τα φυτά και τα περισσότερα ζώα απευθείας, αλλά ότι έδωσε εντολή στη γη και τα νερά να τα γεννήσουν. Δεδομένου ότι αυτή η οδηγία δεν ανακλήθηκε ποτέ, δεν υπάρχει τίποτα αιρετικό στο να πιστεύουμε ότι η διαδικασία συνεχίστηκε.

Αλλά βήμα προς βήμα, σε μια μεγάλη διαμάχη που εκτείνεται σε δύο αιώνες, αυτή η πεποίθηση εξαφανίστηκε μέχρι που δεν έμεινε τίποτα από αυτήν Πρώτος ο Ιταλός Φραντσέσκο Ρέντι έδειξε τον 17ο αιώνα ότι το κρέας που τοποθετείται κάτω από ένα κόσκινο, έτσι ώστε οι μύγες να μην μπορούν να αφήσουν τα αυγά τους πάνω του, δεν αναπτύσσει ποτέ σκουλήκια. Στη συνέχεια, τον επόμενο αιώνα, ο Ιταλός αββάς Λαζάρο Σπαλαντσάνι έδειξε ότι ένας θρεπτικός ζωμός, απομονωμένος από τον αέρα κατά το βράσιμο, δεν αναπτύσσει ποτέ μικροοργανισμούς και επομένως δεν σαπίζει ποτέ. Ο Νίντχαμ διαμαρτυρήθηκε ότι το υπερβολικό βράσιμο του Σπαλαντσάνι είχε καταστήσει τον ζωμό, και ακόμη περισσότερο τον αέρα από πάνω του, ασύμβατο με τη ζωή. Ο Σπαλαντσάνι μπορούσε να υπερασπιστεί τον ζωμό του. Όταν έσπασε τη σφράγιση των φιαλών του, επιτρέποντας σε νέο αέρα να εισέλθει, ο ζωμός άρχισε αμέσως να σαπίζει. Δεν μπορούσε, ωστόσο, να βρει τρόπο να δείξει ότι ο αέρας στη σφραγισμένη φιάλη δεν είχε αλλοιωθεί. Αυτό το πρόβλημα τελικά λύθηκε από τον Λουί Παστέρ το 1860, με μια απλή τροποποίηση του πειράματος του Σπαλαντσάνι. Ο Παστέρ χρησιμοποίησε επίσης μια φιάλη που περιείχε βραστό ζωμό, αλλά αντί να σφραγίσει τον λαιμό, τον τράβηξε έξω σε μια μακριά καμπύλη σε σχήμα S με το άκρο της ανοιχτό στον αέρα. Ενώ τα μόρια του αέρα μπορούσαν να περνούν ελεύθερα μπρος-πίσω, τα βαρύτερα σωματίδια σκόνης, βακτηρίων και μούχλας στην ατμόσφαιρα παγιδεύονταν στα τοιχώματα του καμπυλωτού λαιμού και σπάνια έφταναν στον ζωμό. Σε μια τέτοια φιάλη, ο ζωμός σπάνια μολύνθηκε. Συνήθως παρέμενε διαυγής και αποστειρωμένος επ’ αόριστον.

Αυτό ήταν μόνο ένα από τα πειράματα του Παστέρ. Δεν είναι εύκολο να αντιμετωπίσεις μια τόσο βαθιά ριζωμένη και κοινή λογική πεποίθηση όπως αυτή της αυθόρμητης γενιάς. Δεν μπορεί κανείς να ζητήσει τίποτα καλύτερο σε ένα τέτοιο πέρασμα από έναν θορυβώδη και πεισματάρη αντίπαλο, και αυτό ο Παστέρ είχε το φυσιοδίφη Φελίξ Πουσέ, του οποίου τα επιχειρήματα ενώπιον της Γαλλικής Ακαδημίας Επιστημών οδήγησαν τον Παστέρ σε όλο και πιο αυστηρά πειράματα. Όταν τελείωσε, δεν έμεινε τίποτα από την πίστη στην αυθόρμητη γένεση.

Λέμε αυτή την ιστορία στους αρχάριους φοιτητές της βιολογίας σαν να αντιπροσωπεύει έναν θρίαμβο της λογικής επί του μυστικισμού. Στην πραγματικότητα, είναι σχεδόν το αντίθετο. Η λογική άποψη ήταν να πιστεύουμε στην αυθόρμητη γένεση. Η μόνη εναλλακτική, να πιστεύουμε σε μια μοναδική, πρωταρχική πράξη υπερφυσικής δημιουργίας. Δεν υπάρχει τρίτη θέση. Για αυτόν τον λόγο, πολλοί επιστήμονες πριν από έναν αιώνα επέλεξαν να θεωρήσουν την πίστη στην αυθόρμητη γένεση ως «φιλοσοφική αναγκαιότητα». Είναι σύμπτωμα της φιλοσοφικής φτώχειας της εποχής μας ότι αυτή η αναγκαιότητα δεν εκτιμάται πλέον. Οι περισσότεροι σύγχρονοι βιολόγοι, έχοντας εξετάσει με ικανοποίηση την πτώση της υπόθεσης της αυθόρμητης γένεσης, αλλά απρόθυμοι να αποδεχτούν την εναλλακτική πίστη στην ειδική δημιουργία, δεν έχουν τίποτα.

Νομίζω ότι ένας επιστήμονας δεν έχει άλλη επιλογή από το να προσεγγίσει την προέλευση της ζωής μέσω μιας υπόθεσης της αυθόρμητης γένεσης. Αυτό που η διαμάχη που εξετάστηκε παραπάνω έδειξε ως αβάσιμο είναι μόνο η πεποίθηση ότι οι ζωντανοί οργανισμοί εμφανίζονται αυθόρμητα υπό τις παρούσες συνθήκες. Τώρα πρέπει να αντιμετωπίσουμε ένα κάπως διαφορετικό πρόβλημα: πώς οι οργανισμοί μπορεί να έχουν εμφανιστεί αυθόρμητα υπό διαφορετικές συνθήκες σε κάποια προηγούμενη περίοδο, δεδομένου ότι δεν εμφανίζονται πλέον.

Το Έργο

Για να δημιουργηθεί ένας οργανισμός απαιτούνται οι σωστές ουσίες στις σωστές αναλογίες και στη σωστή διάταξη. Δεν πιστεύουμε ότι χρειάζεται κάτι περισσότερο, αλλά αυτό είναι αρκετό πρόβλημα. Οι ουσίες είναι το νερό, ορισμένα άλατα – όπως συμβαίνει, αυτά που βρίσκονται στον ωκεανό – και ενώσεις άνθρακα. Οι τελευταίες ονομάζονται οργανικές ενώσεις επειδή σπάνια εμφανίζονται παρά μόνο ως προϊόντα ζωντανών οργανισμών. Οι οργανικές ενώσεις αποτελούνται ως επί το πλείστον από τέσσερις τύπους ατόμων: άνθρακα, οξυγόνο, άζωτο και υδρογόνο.

Αυτά τα τέσσερα άτομα μαζί αποτελούν περίπου το 99% της ζωντανής ύλης, καθώς το υδρογόνο και το οξυγόνο σχηματίζουν επίσης νερό. Οι οργανικές ενώσεις που βρίσκονται στους οργανισμούς εμπίπτουν κυρίως σε τέσσερις μεγάλες κατηγορίες: υδατάνθρακες, λίπη, πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα. Οι εικόνες σε αυτήν και στις επόμενες τρεις σελίδες δίνουν μια ιδέα για τη σύνθεσή τους και τους βαθμούς πολυπλοκότητάς τους. Τα λίπη είναι τα απλούστερα, αποτελούμενα από τρία λιπαρά οξέα ενωμένα με γλυκερόλη. Τα άμυλα και τα γλυκογόνα αποτελούνται από μονάδες σακχάρου που συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν μακριές ευθείες και διακλαδισμένες αλυσίδες. Γενικά, μόνο ένας τύπος σακχάρου εμφανίζεται σε ένα μόνο άμυλο ή γλυκογόνο. Αυτά τα μόρια είναι μεγάλα, αλλά σχετικά απλά. Η κύρια λειτουργία των υδατανθράκων και των λιπών στον οργανισμό είναι να χρησιμεύουν ως καύσιμο – ως πηγή ενέργειας.

Σχήμα: Οι υδατάνθρακες αποτελούν ένα από τα τέσσερα κύρια είδη ενώσεων που απαντώνται στους ζωντανούς οργανισμούς. Εδώ φαίνεται ένας πολυσακχαρίτης που συγκροτείται από δομικές μονάδες έξι ατόμων άνθρακα (εξόζες). Εδώ φαίνονται 3 συνδεδεμένες εξόζες.

Τα νουκλεϊκά οξέα εισάγουν ένα επιπλέον επίπεδο πολυπλοκότητας. Είναι πολύ μεγάλες δομές, που αποτελούνται από συσσωματώματα τουλάχιστον τεσσάρων τύπων μονάδων – τα νουκλεοτίδια που συνδυάζονται σε μεγάλη ποικιλία αναλογιών και αλληλουχιών. Μια σχεδόν ατελείωτη ποικιλία διαφορετικών νουκλεϊκών οξέων είναι πιθανή, και συγκεκριμένες διαφορές μεταξύ τους πιστεύεται ότι είναι ύψιστης σημασίας. Πράγματι, αυτές οι δομές θεωρούνται από πολλούς ως τα κύρια συστατικά των γονιδίων, των φορέων της κληρονομικής σύστασης.

Η ποικιλία και η εξειδίκευση, ωστόσο, είναι τα πιο χαρακτηριστικά των πρωτεϊνών, οι οποίες περιλαμβάνουν τα μεγαλύτερα και πιο σύνθετα γνωστά μόρια. Οι μονάδες από τις οποίες αποτελείται η δομή τους είναι περίπου 20 διαφορετικά αμινοξέα. Αυτά είναι συνδεδεμένα σε αλυσίδες εκατοντάδων έως χιλιάδων μονάδων μήκους, σε διαφορετικές αναλογίες, σε όλους τους τύπους αλληλουχίας και με τη μεγαλύτερη ποικιλία διακλάδωσης και αναδίπλωσης. Ένας σχεδόν άπειρος αριθμός διαφορετικών πρωτεϊνών είναι δυνατός. Οι οργανισμοί φαίνεται να εκμεταλλεύονται αυτή τη δυνατότητα, καθώς δεν υπάρχουν δύο είδη ζωντανών οργανισμών, ζώων ή φυτών, που να διαθέτουν τις ίδιες πρωτεΐνες

Τα οργανικά μόρια σχηματίζουν επομένως μια μεγάλη και τρομερή σειρά, ατελείωτης ποικιλίας και με την πιο εκπληκτική πολυπλοκότητα. Δεν μπορεί κανείς να φανταστεί ότι υπάρχουν οργανισμοί χωρίς αυτά. Αυτό ακριβώς είναι το πρόβλημα, γιατί για να κατανοήσουμε πώς προήλθαν οι οργανισμοί, πρέπει πρώτα απ’ όλα να εξηγήσουμε πώς μπόρεσαν να δημιουργηθούν τέτοια περίπλοκα μόρια. Και αυτή είναι μόνο η αρχή. Για να δημιουργηθεί ένας οργανισμός απαιτείται όχι μόνο μια τεράστια ποικιλία αυτών των ουσιών, σε επαρκείς ποσότητες και σωστές αναλογίες, αλλά και η σωστή τους διάταξη. Η δομή εδώ είναι εξίσου σημαντική με τη σύνθεση – και τι πολυπλοκότητα δομής! Η πιο πολύπλοκη μηχανή που έχει επινοήσει ο άνθρωπος – ας πούμε ένας ηλεκτρονικός εγκέφαλος – είναι παιχνιδάκι σε σύγκριση με τον απλούστερο ζωντανό οργανισμό. Το ιδιαίτερα δύσκολο είναι ότι η πολυπλοκότητα εδώ περιλαμβάνει τόσο μικρές διαστάσεις. Είναι σε μοριακό επίπεδο. Συνίσταται σε μια λεπτομερή προσαρμογή μορίου με μόριο, τέτοια που κανένας χημικός δεν μπορεί να επιχειρήσει.

Το Δυνατό και το Αδύνατο

Αρκεί να σκεφτεί κανείς το μέγεθος αυτού του έργου για να παραδεχτεί ότι η αυθόρμητη γένεση ενός ζωντανού οργανισμού είναι αδύνατη. Κι όμως, να που βρισκόμαστε εδώ – ως αποτέλεσμα, πιστεύω, της αυθόρμητης γένεσης. Θα βοηθήσει να παρεκκλίνουμε για λίγο από το θέμα –

Ακόμα και άτομα που δεν έχουν σπουδάσει ποτέ φυσική γνωρίζουν ότι τα υγρά πιέζουν προς τα κάτω τον πυθμένα των δοχείων που τα συγκρατούν και πλάγια στα τοιχώματα. Πολλοί, ωστόσο, δεν έχουν υποψιαστεί ποτέ ότι τα υγρά πιέζουν επίσης και προς τα πάνω. Ένα συνηθισμένο ποτήρι λάμπας θα το αποκαλύψει εύκολα αυτό. Κόψτε από ένα κομμάτι χοντρό χαρτόνι έναν δίσκο αρκετά μεγάλο ώστε να καλύψει την κορυφή του ποτηριού. Καλύψτε την κορυφή του ποτηριού με αυτόν και στη συνέχεια βυθίστε το ποτήρι σε ένα βάζο με νερό, όπως φαίνεται στο Σχήμα:

Σχήμα: Ένας απλός τρόπος επίδειξης ότι τα υγρά πιέζουν ανοδικά

Για να μην γλιστρήσει ο δίσκος όταν βυθιστεί η λάμπα, δέστε ένα κομμάτι κλωστή πάνω του και κρατήστε τον όπως φαίνεται ή απλώς πιέστε το προς τα κάτω με το δάχτυλό σας. Αφού βυθίσετε το ποτήρι αρκετά βαθιά, μπορείτε να αφήσετε το νήμα, ή το δάχτυλό σας, να φύγει. Ο δίσκος θα παραμείνει εκεί που είναι, διατηρούμενος στη θέση του από το νερό που τον πιέζει. Αν θέλετε, μπορείτε ακόμη και να μετρήσετε την τιμή αυτής της ανοδικής πίεσης. Ρίξτε προσεκτικά λίγο νερό στο ποτήρι. Μόλις η στάθμη του νερού στο ποτήρι φτάσει σε αυτήν του νερού στο βάζο, ο δίσκος γλιστράει επειδή η πίεση που ασκεί το νερό στον δίσκο από κάτω αντισταθμίζεται από την πίεση που ασκεί σε αυτόν από πάνω η στήλη νερού στο ποτήρι, το ύψος της οποίας είναι ίσο με το βάθος στο οποίο έχει βυθιστεί το ποτήρι. Αυτός είναι ο νόμος που αφορά την πίεση που ασκεί ένα υγρό σε οποιοδήποτε βυθισμένο σώμα. Αυτό, παρεμπιπτόντως, έχει ως αποτέλεσμα την «απώλεια» βάρους στα υγρά, για την οποία μιλάει η περίφημη αρχή του Αρχιμήδη. Με τη βοήθεια αρκετών λυχνιών-ποτηριών διαφορετικών σχημάτων αλλά με κορυφές ίδιου μεγέθους, μπορείτε να ελέγξετε έναν άλλο νόμο που αφορά τα υγρά: ότι η πίεση που ασκεί ένα υγρό στον πυθμένα του δοχείου που το περιέχει εξαρτάται μόνο από το μέγεθος του πυθμένα και το ύψος της «στήλης» του υγρού. Δεν εξαρτάται καθόλου από το σχήμα του δοχείου. Αυτός είναι ο τρόπος για να ελέγξετε αυτόν τον νόμο.

Σχήμα: Η πίεση που το υγρό ασκεί στον πυθμένα του δοχείου, εξαρτάται μόνο από την επιφάνεια της βάσης και το ύψος του υγρού. Το σχήμα δείχνει πως αυτό μπορεί να ελεγχθεί.

Πάρτε διαφορετικά ποτήρια και βυθίστε τα στο ίδιο βάθος. Για να βεβαιωθείτε ότι δεν υπάρχουν λάθη, κολλήστε πρώτα λωρίδες χαρτιού στα ποτήρια σε ίσα ύψη από τον πυθμένα. Ο δίσκος από χαρτόνι που χρησιμοποιήσατε στο πρώτο πείραμα θα γλιστράει κάθε φορά που ρίχνετε νερό στο ίδιο επίπεδο (Εικ. 54). Συνεπώς, η πίεση που ασκείται από στήλες νερού διαφορετικών σχημάτων είναι η ίδια, εφόσον ο πυθμένας και το ύψος είναι τα ίδια. Σημειώστε ότι το ύψος, και όχι το μήκος, είναι σημαντικό, επειδή μια μακριά αλλά κεκλιμένη στήλη ασκεί ακριβώς την ίδια πίεση στον πυθμένα με μια μικρότερη αλλά κάθετη στήλη, τόσο υψηλή όσο η κεκλιμένη. ένα, φυσικά, με την προϋπόθεση ότι το κάτω μέρος του καθενός είναι το ίδιο.

Σημειώσαμε νωρίτερα ότι οποιοδήποτε υγρό θα πάρει το φυσικό του σφαιρικό σχήμα όταν η βαρύτητα παύει να δρα πάνω του. Αρκεί να θυμηθούμε κάτι που είδαμε προηγουμένως, ότι ένα σώμα που πέφτει δεν καταγράφει βάρος σε ζυγαριά, και να λάβουμε υπ’ όψιν την αμελητέα ατμοσφαιρική αντίσταση στην αρχή της πτώσης. Οι σταγόνες βροχής επιταχύνονται μόνο όταν αρχίζουν να πέφτουν. Μέχρι το δεύτερο μισό του πρώτου δευτερολέπτου η πτώση γίνεται ήδη ομοιόμορφη (ομαλή) και το βάρος της σταγόνας αντισταθμίζεται από την ατμοσφαιρική αντίσταση, η οποία αυξάνεται μαζί με την ταχύτητα της σταγόνας που πέφτει), Διαπιστώνουμε έτσι ότι τα τμήματα του υγρού (σταγόνες) που πέφτουν θα πρέπει επίσης να παίρνουν σφαιρικό (η σχεδόν σφαιρικό) σχήμα.

Αυτό είναι πραγματικά έτσι. Οι σταγόνες βροχής που πέφτουν έχουν πράγματι στρογγυλό σχήμα. Τα σκάγια δεν είναι τίποτα άλλο παρά στερεοποιημένες σταγόνες λιωμένου μολύβδου που κατά τη διαδικασία κατασκευής τους ρίχνονται από μεγάλο ύψος σε ένα λουτρό κρύου νερού όπου στερεοποιούνται σε σχήμα απολύτως ίσων σφαιρών. Τα σκάγια ονομάζονται επίσης σκάγια “πύργου” επειδή κατά την κατασκευή τους ρίχνονται από την κορυφή ενός ψηλού “πύργου για σκάγια”. Ένας τέτοιος φαίνεται στην εικόνα.

Αυτοί οι πύργοι είναι μεταλλικές κατασκευές ύψους 45 μέτρων. Στην κορυφή έχουν ένα εργαστήριο έκχυσης σφηνακίων με λέβητες για την τήξη του μολύβδου, και στο ζεστό νερό. Τα έτοιμα σφηνάκια στη συνέχεια διαβαθμίζονται και υποβάλλονται σε επεξεργασία. Η σταγόνα λιωμένου μολύβδου στερεοποιείται σε σφαίρες καθώς πέφτουν. Το λουτρό νερού χρειάζεται απλώς για να μαλακώσει την πρόσκρουση και για να αποτρέψει την απώλεια του σφαιρικού σχήματος του σκάφους, Σκάγια με διάμετρο μεγαλύτερη από 6 mm, τα λεγόμενο σκάγια από κονσέρβα, κατασκευάζονταν διαφορετικά, κόβοντας κομμάτια σύρματος, τα οποία στη συνέχεια τυλίγονταν σε μπάλες.

Οι Shot Towers

Ένας Shot tower είναι ένας πύργος σχεδιασμένος για την παραγωγή σφαιρών βολής (σκάγια) μικρής διαμέτρου με ελεύθερη πτώση λιωμένου μολύβδου, ο οποίος στη συνέχεια συγκεντρώνεται σε μια λεκάνη νερού. Το σκάγι χρησιμοποιείται κυρίως για βλήματα σε κυνηγετικά όπλα και για έρμα, για θωράκιση από ραδιενεργές ακτινοβολίες και άλλες εφαρμογές για τις οποίες είναι χρήσιμες οι μικρές μπάλες μολύβδου.

Η διαδικασία παραγωγής σφαιριδίων μολύβδου

Σε έναν shot tower, ο μόλυβδος θερμαίνεται μέχρι να λιώσει και στη συνέχεια ρίχνεται μέσα από ένα χάλκινο κόσκινο ψηλά στον πύργο. Ο υγρός μόλυβδος σχηματίζει μικροσκοπικές σφαιρικές σφαίρες λόγω επιφανειακής τάσης και στερεοποιείται καθώς πέφτει. Οι μερικώς ψυχόμενες σφαίρες πιάνονται στο δάπεδο του πύργου σε μια λεκάνη γεμάτη με νερό.[1] Οι σφαίρες που τώρα είναι πλήρως ψυχρές ελέγχονται για στρογγυλότητα και ταξινομούνται κατά μέγεθος. Όσες είναι “εκτός στρογγυλότητας” ξανατήκονται. Χρησιμοποιείται ένα ελαφρώς κεκλιμένο τραπέζι για τον έλεγχο της στρογγυλότητας.[2] Για την κατασκευή μεγαλύτερων μεγεθών βολών, χρησιμοποιείται ένα χάλκινο κόσκινο με μεγαλύτερες τρύπες.

Το μέγιστο μέγεθος περιοριζόταν από το ύψος του πύργου, επειδή τα μεγαλύτερα σκάγια πρέπει να πέσουν για περισσότερο χρόνο μέχρι να στερεοποιηθούν. Ένας shot tower με ύψος πτώσης 40 μέτρων μπορεί να παράγει σκάγια έως Num 6 (ονομαστική διάμετρο 2,4 mm), ενώ για ύψος πτώσης 80 μέτρων μπορεί να παράγει σκάγια  Num #2 (ονομαστική διάμετρο 3,8 mm). Η στίλβωση των σφαιριδίων με μικρή ποσότητα γραφίτη είναι απαραίτητη για λίπανση και για την πρόληψη της οξείδωσης.

Ιστορικό της εφεύρεσης

Η διαδικασία εφευρέθηκε από τον William Watts από το Μπρίστολ της Αγγλίας και κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1782. Την ίδια χρονιά, ο Watts επέκτεινε το σπίτι του στο Ρέντκλιφ για να κατασκευάσει τον πρώτο πύργο βολής.[5] Η χρήση πύργων βολής αντικατέστησε τις προηγούμενες τεχνικές χύτευσης βλημάτων σε καλούπια, κάτι που ήταν ακριβό, ή στάλαξης λιωμένου μολύβδου σε βαρέλια νερού, που παρήγαγαν ανεπαρκώς σφαιρικές σφαίρες. Τα μεγάλα βλήματα που δεν μπορούσαν να κατασκευαστούν από τον πύργο βολής κατασκευάζονταν με την ανατροπή κομματιών κομμένου φύλλου μολύβδου σε ένα βαρέλι μέχρι να γίνουν στρογγυλά.

Σχήμα: Σκάγια όπλου από κράμα μολύβδου που πιστεύεται, ότι λόγω της έλλειψης σημαδιών χύτευσης, ότι κατασκευάστηκαν σε shot tower.

Η μέθοδος του «wind tower», η οποία χρησιμοποιούσε μια ριπή κρύου αέρα για να μειώσει δραματικά την απαραίτητη πτώση και κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1848 από την εταιρεία T.O LeRoy της Νέας Υόρκης, σήμαινε ότι οι ψηλοί πύργοι για βλήματα κατέστησαν περιττοί, αλλά πολλοί εξακολουθούσαν να κατασκευάζονται μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1880, και δύο σωζόμενα παραδείγματα χρονολογούνται από το 1916 και το 1969. Από τη δεκαετία του 1960, η μέθοδος Bliemeister έχει χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή μικρότερων μεγεθών βλημάτων, και τα μεγαλύτερα μεγέθη κατασκευάζονται με τη διαδικασία ψυχρής σφράγισης, τροφοδοτώντας βαθμονομημένα κομμάτια σύρματος σε ημισφαιρικές μήτρες και σφραγίζοντάς τα σε σφαίρες.

“Με τη βοήθεια των νέων ιδεών της φυσικής, οι χημικοί έχουν συνδυάσει ένα τεράστιο σύνολο δεδομένων σε ένα ενιαίο σύστημα. Πολλές από τις θεμελιώδεις προόδους τους έχουν γρήγορα γίνει μέρος της τεχνολογίας”.

Το μισό αιώνα που μόλις συμπληρώνουμε έχει δει την εξέλιξη της χημείας από ένα τεράστιο αλλά σε μεγάλο βαθμό άμορφο σώμα εμπειρικής γνώσης σε μια συντονισμένη επιστήμη. Αυτός ο μετασχηματισμός προέκυψε κυρίως από την ανάπτυξη της ατομικής φυσικής. Μετά την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου και του ατομικού πυρήνα, οι φυσικοί σημείωσαν ραγδαία πρόοδο στην απόκτηση μιας λεπτομερούς κατανόησης της ηλεκτρονικής δομής των ατόμων και των απλών μορίων, με αποκορύφωμα την ανακάλυψη της κβαντομηχανικής.

Οι νέες ιδέες για τα ηλεκτρόνια και τους ατομικούς πυρήνες εισήχθησαν σύντομα στη χημεία, οδηγώντας στη διατύπωση μιας ισχυρής δομικής θεωρίας η οποία έχει συγχωνεύσει το μεγαλύτερο μέρος της μεγάλης μάζας των χημικών δεδομένων σε ένα ενοποιημένο σύστημα. Ταυτόχρονα, έχουν γίνει μεγάλα βήματα προόδου μέσω της εφαρμογής νέων φυσικών τεχνικών σε χημικά προβλήματα, αλλά και μέσω της συνεχούς αποτελεσματικής χρήσης των τεχνικών της ίδιας της χημείας

Η χημεία είναι μια νέα επιστήμη. Η χημική επανάσταση έλαβε χώρα μόλις πριν από λίγο περισσότερο από 150 χρόνια, όταν ο Antoine Laurent Lavoisier εξήγησε για πρώτη φορά με σαφήνεια τον ρόλο του οξυγόνου στην καύση και τη φύση των στοιχειωδών και σύνθετων ουσιών. Πριν από τον Lavoisier, οι χημικές διεργασίες πραγματοποιούνταν σύμφωνα με συνταγές και οι χημικές αντιδράσεις ανακαλύπτονταν μόνο με τυχαίες δοκιμές. Η νέα του προσέγγιση οδήγησε στη γρήγορη συλλογή μεγάλου όγκου πληροφοριών σχετικά με τις ανόργανες και οργανικές ουσίες. Το 1828, ο Friedrich Wöhler πέτυχε την πρώτη σύνθεση μιας οργανικής ουσίας ζωικής προέλευσης (ουρίας) από ανόργανα υλικά και στις επόμενες δεκαετίες συντέθηκαν πολλές χιλιάδες νέες ουσίες και διερευνήθηκαν οι ιδιότητές τους. Το 1852, ο Sir Edward Frankland διατύπωσε τη θεωρία του σθένους και το 1858, ο Friedrich August Kekulé αντιλήφθηκε ότι ο άνθρακας έχει τέσσερα σθένη. Αυτή η γνώση έδωσε μεγάλη ώθηση στην οργανική χημεία. Η ανακάλυψη της οπτικής ενεργότητας από τον Louis Pasteur (η ιδιότητα που κατέχει το τρυγικό οξύ και πολλές άλλες ουσίες, της περιστροφής του επιπέδου πόλωσης του πολωμένου φωτός) και η εξήγησή της μέσω της θεωρίας του τετραεδρικού ατόμου άνθρακα από τους Jacob van’t Hoff και Joseph LeBel ολοκλήρωσε αποτελεσματικά την κλασική δομική θεωρία της οργανικής χημείας. Καθοδηγούμενος από αυτή τη θεωρία και χρησιμοποιώντας πολλές ειδικές τεχνικές ανάλυσης και σύνθεσης, ο οργανικός χημικός διερεύνησε στη συνέχεια μεγάλο αριθμό φυσικών ουσιών και νέων ουσιών που παρασκευάστηκαν στο εργαστήριο. Πολλές από αυτές βρέθηκαν πολύτιμες ως χρωστικές, ως φάρμακα, σε τρόφιμα και για ειδικούς βιομηχανικούς σκοπούς, και αναπτύχθηκε μια τεράστια οργανική χημική βιομηχανία, βασισμένη σε μεγάλο βαθμό στην πίσσα άνθρακα.

Σχήμα: Αναπαράσταση του ομοιοπολικού χημικού δεσμού. Στα αριστερά, δύο άτομα υδρογόνου το καθένα με ένα ηλεκτρόνιο, που παριστάνεται με τη μέση τιμή της κίνησής του γύρω απ’ τον πυρήνα. Στα δεξιά είναι το μόριο του Υδρογόνου (Η2) στο οποίο δύο πυρήνες διαμοιράζονται δύο ηλεκτρόνια.

Κατά τη διάρκεια του πρώτου μισού του 20ου αιώνα, η οργανική χημεία έχει προχωρήσει σε μια επέκταση αυτού του δρόμου. Η θεωρία της δομής των οργανικών μορίων έχει γίνει πιο ακριβής και πιο χρήσιμη μέσω της ενσωμάτωσης σε αυτήν της θεωρίας του συντονισμού και της ηλεκτρονικής θεωρίας σθένους γενικά, καθώς και πληροφορίες σχετικά με τις αποστάσεις μεταξύ ατόμων, τις γωνίες δεσμών και άλλα χαρακτηριστικά της μοριακής δομής που προσδιορίζονται με φασματοσκοπική ανάλυση ή με περίθλαση ακτίνων Χ ή ηλεκτρονίων. Πολλές νέες συνθετικές διαδικασίες και αναλυτικές μέθοδοι έχουν ανακαλυφθεί. Μία από τις πιο πολύτιμες νέες μεθόδους είναι η χρωματογραφική τεχνική για τον διαχωρισμό καθαρών συστατικών από μείγματα ουσιών, η οποία εφευρέθηκε από τον Michael Tswett το 1906. Στη βιομηχανική χημεία έχουμε δει μια σημαντική μετατόπιση: το πετρέλαιο έχει σε μεγάλο βαθμό αντικαταστήσει την πίσσα άνθρακα ως πρώτη ύλη για την παρασκευή οργανικών ενώσεων.

Σχήμα: Η κρυσταλλική δομή του πάγου, βασίζεται στη γεωμετρία του μορίου του νερού. Το μόριο στην κορυφή του σχήματος, διακρίνεται με τα άτομα που περιέχει, και τις αποστάσεις μεταξύ τους στις σωστές αναλογίες. Τα άτομα στο κάτω τμήμα του σχήματος, έχουν μειωθεί σε μέγεθος για να αποδοθεί σχηματικά η δομή του κρυστάλλου.

Μια άλλη εντυπωσιακή πτυχή της οργανικής χημείας στον αιώνα μας είναι ο ρόλος που διαδραματίζουν οι ειδικοί καταλύτες, τόσο στο εργαστήριο όσο και στις βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Αυτή η εξέλιξη του 20ού αιώνα, η οποία σημείωσε την πρώτη της επιτυχία στην παραγωγή καταλυτών για τη μετατροπή του ατμοσφαιρικού αζώτου σε αμμωνία και νιτρικό οξύ, έχει αποκτήσει τεράστια σημασία, ειδικά στην κατασκευή πολύτιμων προϊόντων από πετρέλαιο. Μεγάλη πρόοδος έχει προκύψει επίσης από την επέκταση του πεδίου της αποτελεσματικής προσπάθειας του οργανικού χημικού ώστε να συμπεριλάβει γιγάντια μόρια – μόρια που περιέχουν χιλιάδες ή εκατομμύρια άτομα. Τον 19ο αιώνα, ο οργανικός χημικός μπορούσε να εργαστεί με σιγουριά και αποτελεσματικότητα μόνο με σχετικά απλές ουσίες. Στη συνέχεια, κατά τις πρώτες δεκαετίες του 20ού αιώνα, σημείωσε αποτελεσματική πρόοδο στην ανάλυση της δομής και των ιδιοτήτων μακρομοριακών φυσικών υλικών όπως το βαμβάκι, το καουτσούκ και το ξύλο. Οπλισμένος με τις γνώσεις που απέκτησε με αυτόν τον τρόπο, προσπάθησε να συνθέσει νέες ίνες, νέα ελαστομερή, νέα πλαστικά, και πέτυχε όχι μόνο να αποκτήσει ικανοποιητικά υποκατάστατα για πολλά φυσικά υλικά, αλλά και να κατασκευάσει πολλά υλικά με πολύ ανώτερες ιδιότητες.

Σχήμα: Ο ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ των χημικών στοιχείων έχει συμπληρωθεί και διευρυνθεί τα τελευταία χρόνια. Τέσσερα στοιχεία έχουν προστεθεί στον προηγούμενο πίνακα: τεχνήτιο (Tc), προμύθιο (Pm), αστατίνη (At) και φράνκιο (Fr). Ο πίνακας έχει επίσης επεκταθεί πέρα ​​από το ουράνιο (U) με ποσειδώνιο (Np), πλουτώνιο (Pu), αμερίκιο (Am), εύριο (Cm), βερκήλιο (Bk) και καλιφόρνιο (Cf). Ο ατομικός αριθμός κάθε στοιχείου βρίσκεται κάτω από το σύμβολο.

Στην ανόργανη χημεία υπήρξε μια περίοδος αδράνειας στο πρώτο μισό του μισού αιώνα μας, και στη συνέχεια ήρθε μια αναγέννηση. Τις τελευταίες δύο δεκαετίες ολοκληρώθηκε ο περιοδικός πίνακας μέχρι τον ατομικό αριθμό 98, με την προσθήκη του τεχνητίου (43), του προμηθίου (61), του αστατίνης (85), του φραγκίου (87), του ποσειδώνιου (93), του πλουτωνίου (94), του αμερικίου (95), του κιουρίου (96), του βερκελίου (97) και του καλιφορνίου (98). Οι φασματοσκοπικές μελέτες και οι μελέτες περίθλασης της δομής των μορίων και των κρυστάλλων έχουν παράσχει μια διεισδυτική εικόνα της φύσης των αλληλεπιδράσεων μεταξύ ατόμων και μορίων. Αυτό έχει συνδυαστεί με την κβαντομηχανική για να δώσει μια ευρεία και ισχυρή ηλεκτρονική θεωρία του σθένους και του χημικού συνδυασμού, επιτρέποντας τη συσχέτιση της δομής και των ιδιοτήτων των ανόργανων ουσιών καθώς και των οργανικών ουσιών. Η θεωρία του συντονισμού των μορίων, με τη σύνδεση μεταξύ δύο ή περισσότερων δομών δεσμού σθένους έχει βρει πολύτιμες εφαρμογές τόσο στην ανόργανη όσο και στην οργανική χημεία.

Σχήμα: Μοριακή δομή ενός υδρογονάνθρακα, του Ισοβουτανίου. Είναι μια απ’ τις πολλές τέτοιες δομές με τις οποίες ασχολούνται οι οργανικοί χημικοί. Στο δεξιό μέρος του σχήματος, τα άτομα και οι μεταξύ τους αποστάσεις στο μόριο φαίνονται σε σωστή αναλογία. Στο αριστερό μέρος του σχήματος, ένα διάγραμμα δείχνει τη σκελετική γεωμετρία του μορίου.

Τα τελευταία χρόνια, η πρακτική ανόργανη χημεία αναπτύχθηκε ραγδαία. Έχουν δημιουργηθεί πολλές νέες και σημαντικές ενώσεις φθορίου και πυριτίου (φθοράνθρακες, πυρίτια). Η παραγωγή πλουτωνίου και η ελεγχόμενη απελευθέρωση ατομικής ενέργειας συνοδεύτηκαν από εκτεταμένες χημικές μελέτες του ουρανίου και των υπερουρανίων στοιχείων, των μετάλλων σπανίων γαιών και των στοιχείων που σχηματίζονται ως προϊόντα σχάσης.

Σχήμα: Το αμινοξύ Αλανίνη, ένα από τα 20 αμινοξέα που συγκροτούν τις πρωτεΐνες.  Όπως και όλα τα άλλα αμινοξέα εκτός από ένα, η αλανίνη έχει 2 στερεοισομερή με σχέση ειδώλου προς αντικείμενο. Η d-Αλανίνη (αριστερά) και η L-Αλανίνη (δεξιά). Αξιοπερίεργο ότι μόνο L αμινοξέα βρίσκονται στις πρωτεΐνες.

Η Χημική θερμοδυναμική – η μελέτη των χημικών επιδράσεων της ενέργειας και της θερμοκρασίας είναι ουσιαστικά μια εξέλιξη του 20ού αιώνα. Είναι αλήθεια ότι ο πρώτος και ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής, που ασχολούνται με τη μεταφορά θερμότητας και την εντροπία, είχαν διατυπωθεί το 1851, και ότι ο Josiah Willard Gibbs είχε δημοσιεύσει την αριστουργηματική σειρά εργασιών του σχετικά με την εφαρμογή της θερμοδυναμικής σε χημικά φαινόμενα την περίοδο μεταξύ 1873 και 1878. Αλλά ο αντίκτυπος αυτού του έργου στη χημεία δεν έγινε αισθητός παρά μετά το 1900. Στις αρχές του αιώνα, ο Walter Nernst ανακάλυψε τον τρίτο νόμο της θερμοδυναμικής, που σχετίζεται με τη συμπεριφορά των ουσιών σε χαμηλές θερμοκρασίες, και πολλοί χημικοί, μεταξύ των οποίων αξίζει ιδιαίτερη μνεία ο Gilbert Newton Lewis, εργάστηκαν για να συλλέξουν θερμοδυναμικά δεδομένα και να τα συνδυάσουν σε ένα πρακτικό σύστημα.

Η κβαντική στατιστική μηχανική έχει δείξει πώς η γνώση των διατομικών αποστάσεων και των σταθερών δύναμης που λαμβάνονται από σπετροσκοπικές μελέτες και μελέτες περίθλασης μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην εφαρμογή της χημικής θερμοδυναμικής σε πρακτικά προβλήματα

Στο σχεδιασμό βιομηχανικών εγκαταστάσεων, ο σύγχρονος χημικός, ειδικά ο χημικός πετρελαίου, μπορεί να βασίζεται σε θερμοδυναμικές πληροφορίες που λαμβάνονται μέσω υπολογισμών από τις διατομικές αποστάσεις στα μόρια.

Πληροφορίες σχετικά με τις θερμοδυναμικές ιδιότητες των ουσιών, ειδικά την απόλυτη εντροπία, για την εφαρμογή του τρίτου νόμου, συχνά λαμβάνονται μόνο μέσω μετρήσεων που πραγματοποιούνται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Στις αρχές του τρέχοντος αιώνα, ο Kamerlingh Ónnes, επεκτείνοντας το πρωτοποριακό έργο του Sir James Dewar, πέτυχε θερμοκρασίες ελαφρώς κάτω από 1 βαθμό Κέλβιν με την εξάτμιση υγρού ηλίου. Για κάποιο χρονικό διάστημα φαινόταν αδύνατο να επιτευχθεί μια πιο κοντινή προσέγγιση στο απόλυτο μηδέν. Στη συνέχεια, ο William F. Giauque πρότεινε το 1924 και αργότερα εφάρμοσε μια νέα μέθοδο – την ψύξη με απομαγνήτιση. Με αυτήν την τεχνική, αυτός και άλλοι ερευνητές κατάφεραν να φτάσουν σε θερμοκρασίες έως και 0,01 βαθμούς Κελσίου.

Έτσι, η χημική θερμοδυναμική έχει αναπτυχθεί ραγδαία σε σημείο όπου είναι δυνατή η κατασκευή πινάκων των θερμοδυναμικών συναρτήσεων των χημικών ουσιών. Με τη βοήθεια αυτών των πινάκων, μπορεί να γίνει μια αξιόπιστη πρόβλεψη για το αν οποιαδήποτε χημική αντίδραση που περιλαμβάνει αυτές τις ουσίες μπορεί να πραγματοποιηθεί ή είναι θερμοδυναμικά αδύνατη. Αυτή η πρόβλεψη, ωστόσο, δεν ικανοποιεί τον χημικό. Θέλει επίσης να μάθει αν η αντίδραση θα προχωρήσει αρκετά γρήγορα ώστε να παρέχει μια ικανοποιητική απόδοση του προϊόντος στον διαθέσιμο χρόνο. Η μελέτη της ταχύτητας των χημικών αντιδράσεων είναι ένας άλλος σημαντικός κλάδος της φυσικοχημείας. Σε αυτόν τον τομέα έχει σημειωθεί κάποια πρόοδος, αλλά ο στόχος της διατύπωσης μιας πλήρους θεωρίας της κινητικής των αντιδράσεων, ανάλογης με το πλέον ουσιαστικά ολοκληρωμένο σύστημα της χημικής θερμοδυναμικής, φαίνεται να βρίσκεται πολύ μπροστά.

Τι θα φέρουν τα επόμενα 50 χρόνια; Πόση μεγαλύτερη κατανόηση και γνώση των χημικών ουσιών από ό,τι έχουμε τώρα θα έχει ο χημικός του έτους 2000; Μπορούμε να ελπίζουμε ότι θα έχει αποκτήσει τόσο διεισδυτική γνώση των δυνάμεων μεταξύ ατόμων και μορίων που θα του επιτρέψει να προβλέψει τον ρυθμό οποιασδήποτε χημικής αντίδρασης με λογική αξιοπιστία. Για να το κάνει αυτό, θα πρέπει να ανακαλύψει πώς λειτουργούν οι καταλύτες στην επιτάχυνση των χημικών αντιδράσεων. Προς το παρόν, κανείς δεν γνωρίζει γιατί ένας συγκεκριμένος καταλύτης είναι αποτελεσματικός για μια συγκεκριμένη αντίδραση. Η παρασκευή καταλυτών είναι ουσιαστικά μια εμπειρική τέχνη. Ίσως στον επόμενο μισό αιώνα οι χημικοί θα καταφέρουν να παρασκευάσουν καταλύτες κατά παραγγελία. Επιπλέον, ο χημικός του μέλλοντος μπορεί κάλλιστα να είναι σε θέση να χρησιμοποιήσει νέα βοηθήματα για να προκαλέσει την πραγματοποίηση επιθυμητών χημικών αντιδράσεων. Ένα από αυτά τα βοηθήματα θα μπορούσε να είναι οι ακτίνες υψηλής ενέργειας – σωματίδια άλφα, ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια, ακτίνες γάμμα – που διατίθενται από το σωρό ουρανίου.

Καθώς αναπτύσσονται νέα υλικά ικανά να αντέχουν σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις, μπορούν να συμβούν νέες χημικές αντιδράσεις. Και η ανάπτυξη μιας καλύτερης κατανόησης της σχέσης μεταξύ της μοριακής δομής και των χημικών και φυσικών ιδιοτήτων των ουσιών θα πρέπει να επιτρέψει προβλέψεις να γίνουν εκτιμήσεις σχετικά με τους τύπους νέων ουσιών που πρέπει να συντεθούν για διάφορους ειδικούς σκοπούς.

Η πρόσφατη επιτυχημένη ανάπτυξη πολύτιμων νέων ενώσεων πυριτίου και φθορίου υποδηλώνει ότι και άλλα στοιχεία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πρόσθετες χρήσεις. Η χημεία πολύ μεγάλων ανόργανων μορίων έχει παραμεληθεί. Μπορούμε να προσβλέπουμε ιδιαίτερα στην πρόοδο στη μελέτη και χρήση ενώσεων στοιχείων που έχουν ισχυρή τάση να υπάρχουν σε μεγάλα μόρια, κυρίως φώσφορο, βανάδιο, μολυβδαίνιο, βολφράμιο και ταντάλιο.

Τα μέταλλα αποτελούν μια μεγάλη κατηγορία ουσιών που αξίζει πιο εμπεριστατωμένης μελέτης από τους χημικούς. Τα οργανικά και τα συνηθισμένα ανόργανα υλικά έχουν διερευνηθεί επιμελώς χρόνο με το χρόνο, αλλά τα μέταλλα και τα κράματά τους, συμπεριλαμβανομένων των μεσομεταλλικών ενώσεων, έχουν παραμεληθεί. Το επόμενο μισό του αιώνα θα πρέπει να δει την ανάπτυξη μιας στέρεης θεωρίας της δομικής χημείας των μεταλλικών ουσιών. Η μεταλλογραφία θα γίνει έτσι επιστήμη και η απλή σύνθεση νέων κραμάτων με ειδικές ιδιότητες και πολύτιμες χρήσεις θα καταστεί δυνατή

Στην οργανική χημεία υπάρχει ένας τομέας με εξίσου ευρύ περιθώριο προόδου: η διερεύνηση της δομής των φυσιολογικά ενεργών ουσιών, ιδιαίτερα των βιταμινών και των φαρμάκων, και η σύνθεση νέων. Αυτό το έργο έχει παρεμποδιστεί από την έλλειψη μιας θεωρίας για τη μοριακή δομική βάση της φυσιολογικής δραστηριότητας. Το επόμενο μισό αιώνα θα πρέπει να γίνει μάρτυρας της ανάπτυξης μιας τέτοιας θεωρίας. Αυτό θα περιλαμβάνει επίσης την επίλυση του προβλήματος της δομής των πρωτεϊνών, των νουκλεϊκών οξέων και άλλων μακρομοριακών συστατικών των ζωντανών οργανισμών, συμπεριλαμβανομένων των ενζύμων και τελικά των γονιδίων. Όταν ο μηχανισμός δράσης των φαρμάκων έχει διευκρινιστεί, θα είναι δυνατό για τους χημικούς να συμβάλουν όλο και περισσότερο στο πρόβλημα της καλής υγείας και του ελέγχου των σωματικών και ψυχικών ασθενειών. Αντί να συνθέτουν τυχαία μεγάλο αριθμό ουσιών, ο χημικός θα είναι σε θέση να σχεδιάσει τη μοριακή δομή της πιο πιθανής ουσίας για κάθε χρήση και να τη συνθέσει για δοκιμή.