A kémia története 2. rész

Középkor, a kémia tudománnyá válásának kezdetei

A Római Birodalom széthullása, a népvándorlások századai, az évtizedes háborúk, az inkvizíció, az a korszak, amit sötét középkorként szoktunk emlegetni, nem kedvezett a természettudományok fejlődésének Európában.

Még jó, hogy ezen a világon semmi sem tökéletes, így a sötétség sem. Ha nem is születtek korszakalkotó felfedezések ebben az időben, arab közvetítéssel apránként visszaszivárgott az alkímia tudománya Európába.

Talán meglepő, hogy éppen azoktól kellett tanulnunk valamit, akik korántsem a tudomány pártolóiként kezdték hódító háborúikat.

Mikor Amr ibn al-Ász seregei 640-642 között bevonultak Alexandriába, I. Omár kalifa parancsára elégették a könyvtár teljes állományát, mondván, „ha a könyvek azt tartalmazzák, mint a Korán, feleslegesek, ha nem, veszélyesek.”

Ez nagy csapás volt az ókori tudomány számára, hiszen a könyvtár évszázadok ismereteit tartalmazta.

Később a stabilizálódott iszlám világban fordult a kocka, birodalom szerte számos egyetemet alapítottak, könyvtárakat működtettek, ahol arabra fordították a görög tudósok, köztük Eukleidész, Démokritosz, Arisztotelész írásait, majd az arabról latinra fordított művek kereskedelmi kapcsolatok révén eljutottak vissza Európába, velük együtt az alkímia is.

Az emberi kapzsiság, az arany utáni vágy elég erős hajtóerőnek bizonyult ahhoz, hogy az alkimisták megszállottan kísérletezzenek. Ha nem is sikerült aranyat csinálniuk, nem találták meg a bölcsek kövét, sem a halhatatlanságot nyújtó életelixírt, számos hasznos újítással gazdagították a kémia eszköztárát, és jó néhány új kemikáliát állítottak elő.

Az itáliai üvegipar fejlődése lehetővé tette a laboratóriumi üvegeszközök tökéletesítését.

Thaddeus Alderotti (1223-1301) firenzei orvos bevezette az addig ismeretlen vízhűtést, ami lehetővé tette illékonyabb vegyületek kondenzáltatását is.

Bor desztillálásával híg alkoholt nyertek, melynek víztartalmát égetett mésszel, vagy szódával kötötték meg.

Az alkohol sejtméreg, tehát van fertőtlenítő, azaz a kórokozókat pusztító hatása, amelyet a gyógyászatban sokáig ki is használtak.

Valerius Cordus (1515-1544) német fizikus és botanikus alkohol és kénsav reagáltatásával étert állított elő, melyet sokáig altatásra használtak.

Az éternél meg kell állnom, ugyanis ez volt az első preparátum, amelyet másodéves vegyészmérnök hallgatóként a VVE szerves laborjában emlékezetes körülmények között elkészítettem.

A szerves laborban minden hallgató kapott egy laborasztalt, amely el volt látva a legszükségesebb eszközökkel, volt vízcsap, mosogató, gázégő, a szekrényben lombikok, főzőpoharak, pipetták, hűtők, szóval minden ami kell egy nem túl bonyolult készülék összeállításához.

A szükséges vegyszereket a labor vegyszerkiadójából lehetett vételezni.

Rögtön az első laborgyakorlaton kézhez kaptuk a félév során elkészítendő preparátumok receptúráit, ezekből tetszés szerint lehetett választani, hogy melyikkel kezdjük, azután milyen sorrendben folytatjuk. Voltak egyszerűbbek, voltak bonyolultak, minden preparátum a nehézségi fokától függő pontszámot ért, a pontokat a félév végén összesítették és ez határozta meg az érdemjegyet.

Hogy mégse legyen annyira egyszerű, az alkotó munkát felügyelő tanárok (erre a felügyeletre biztonsági okokból is szükség volt) időnként odaléptek egy-egy hallgatóhoz és kérdéseket tettek fel az éppen készülő preparátummal kapcsolatosan.

Mikor kiderült, hogy az illetőnek fogalma sincs arról mit miért csinál, két órára, súlyos esetben egész napra eltávolították a laborból, hogy pótolja hiányzó ismereteit.

Ez azért volt kemény büntetés, mert a kiesett időt nem lehetett pótolni, az illető kevesebb prepit tudott elkészíteni és félévkor hiányoztak a pontok. Laborgyakorlatból nem lehetett utóvizsgázni.

Bemelegítésként a dietil-étert választottam, mert ez egyszerűnek tűnt, bemérem az alkoholt, a kénsavat, összekeverem, kidesztillálom a képződött étert és kész.

Gyorsan összeállítottam a készüléket és elkezdtem a műveletet. Szabály szerint be kellett volna mutatni a szerelést a felügyelő tanárnak, de nagyon biztos voltam magamban, hogy készülékem tökéletesre sikerült.

Meggyújtottam a gázégőt, szép finoman beszabályoztam a lángot, és megelégedéssel figyeltem, ahogy az éter egyenletesen csöpög a szedőedénybe.

Ekkor ért oda Farádi adjunktus úr, és megkérdezte: mit csinál?

Étert desztillálok, feleltem.

Azonnal zárja le a lángot és két órára hagyja el a laboratóriumot, hangzott az ítélet.

Mit tehettem volna, elzártam a lángot és felmentem a kollégiumba. A szobában már ott várakozott Géza barátom, aki ugyancsak kétórás kényszerpihenőjét töltötte. Ketten megpróbáltuk kitalálni, hogy mi volt a probléma, de nem jöttünk rá.

Azt gondoltam, hogy a tanár úrnak rossz napja van, két óra elteltével visszamentem a laborba, meggyújtottam a gázt és folytattam a desztillációt. Alig kezdett csepegni az éter, ismét odaért Farádi tanár úr és rákérdezett: mit csinál?

Étert desztillálok, feleltem.

Éppen az előbb küldtem el valakit ezért, mondta eltűnődve.

Utólag azért kiderült, hogy az étert, mint tűz és robbanásveszélyes folyadékot tilos volt nyílt lánggal desztillálni, vízfürdőt kellett volna a lombik alá helyezni.

De térjünk vissza a XVI. századba, amikor az alkimisták már nemcsak kísérleteztek, hanem elméleteket is szültek. Az ókori négy őselem, tűz, víz, levegő és föld helyére a hármas elv (Tria Prima) került, miszerint minden anyag kén, higany és só elegyéből tevődik össze.

A kén az éghető, a higany az elgőzölgő, a só az égés után visszamaradó részt jelentette, de ugyanúgy képviselték a légnemű, folyadék és szilárd halmazállapotokat is.

Egyértelműen sosem definiálták ezeket az alapvető elemeket, sőt később spirituális tartalmakkal is felruházták őket.  

A század első évtizedeiben új tudományág bontogatta szárnyait az orvosi kémia, vagy jatrokémia. Alapítója Paracelsus, született Philipp von Hohenheim (1493-1541) volt, követői elhatárolták magukat az alkimistáktól, ők már kémikusok voltak, a kémiát pedig az egyetemeken tanították.

Paracelsus  egy svájci faluban, Einsiedelnben született, apja Wilhelm von Hohenheim jó nevű orvos és kémikus volt, akitől sokat tanulhatott.

Egyetemi tanulmányait a bázeli egyetemen kezdte meg 16 éves korában, Bécsben folytatta, doktori fokozatát a Ferrarai egyetemen nyerte el 1515-ben.

Orvosi pályáját katonaorvosként kezdte, ebben a minőségében bejárta egész Európát, sőt még a Közel-Keletre is eljutott, utazásai közben feltehetően sok hasznos ismeretre tett szert.

Később meghívták Bázelbe, ahol az orvosi tanszéket vezette. Professzori tevékenységét beárnyékolta arrogáns természete, elődeit, kortársait élesen kritizálta, sokszor meglehetősen vulgáris módon. 1526-ban Salzburgban saját rendelőt alapított. A Paracelsus nevet 1529 körül vette fel.

Filozófiájában elfogadta a Tria Prima elvet, amit úgy illusztrált, ha elégetünk egy fadarabot, akkor a láng a kén, a füst a higany, a visszamaradt hamu a só.

Felismerte, hogy az emberi szervezetben kémiai folyamatok zajlanak, melyekbe kémiai anyagokkal be lehet avatkozni. Ezeket a hatóanyagokat azonban nem erdőn-mezőn gyűjtötte, mint ahogy ezt az ókorban is tették, hanem saját maga készítette.

Lehet, hogy a mai orvosok jó néhány készítményét, elsősorban antimon, higany, arzén vegyületeit nem írnák fel betegeik számára, de végül is ezek teremtették meg a mai gyógyszerkémia alapjait.

A korszak másik nagy alakja Georgicus Agricola (1494-1555) német orvos és kémikus volt, aki orvosként járta a németországi bányákat, ásványok sokaságát gyűjtötte be, és kiváló rendszerező adottsága révén katalogizálta azokat. Ma is őt tekintik az ásványtan atyjának. Nevéhez fűződik a bizmut felfedezése.

A század második felének kiemelkedő kémikusa Andreas Libauf (1555-1616) német orvos, kémikus töretlenül hitt az aranycsinálásban. Munkásságának 25 éve alatt 40 művet publikált, melyek a tudomány szinte minden területével foglalkoztak.

Elfogadta Paracelsusnak azt az elvét, hogy mesterségesen elkészített kémiai anyagok felhasználhatók a gyógyításban, de elutasította a misztikus magyarázatokat.

Több fontos kemikáliát, így acetont, ón-tetrakloridot, ammonium-szulfátot, sósav gázt, kálium-nitrátot állított elsőként elő.

A század végére elég sok tapasztalat, információ gyűlt össze ahhoz, hogy valaki rendet vágjon a sokszor bizonytalan, homályos kémiai fogalmak között. Ez a valaki volt Robert Boyle (1627-1691)

Robert Boyle egy 14 gyermekes, előkelő ír grófi család hetedik fiaként született a lismorei kastélyban, Írországban. Származásánál fogva kiváló neveltetést kapott, már gyermekkorában tanították görögre, latinra, franciára. Édesanyja halálát követően Angliába, az Eton kollégiumba küldték, ahol apja barátja volt az igazgató.

Három Etonban eltöltött év után tanári kísérettel Franciaországba, majd Itáliába utazott, ahol nagy hatást gyakorolt rá az idős, de még élő Galileo Galilei (1564-1642).

Visszatérve Angliába, Oxfordban telepedett le, ahol teljes egészében kémiai és fizikai kutatásainak szentelhette életét.

1661-ben jelent meg  „The Sceptical Chymist” című munkája, amelyben elutasítja mind Arisztotelész négy őselem (tűz, víz, levegő, föld) teóriáját, mind a Paracelsus által támogatott hármas elvet. (kén, higany só), helyettük visszatér Démokritosz atomelméletéhez.

Ma is helytálló módon meghatározza a kémiai elem fogalmát, megkülönbözteti a vegyületeket az elemektől.

Neve mégis leginkább a róla elnevezett gáztörvény kapcsán vált ismertté, miszerint állandó hőmérsékleten egy adott mennyiségű gáz nyomásának és térfogatának szorzata konstans.

Matematikailag kifejezve p · V = konstans.

Boyle ezt a törvényt 1662-ben fedezte fel, de tőle függetlenül Edme Mariotte (1620-1684) 1676-ban szintén igazolta, így Európában Boyle-Mariotte törvényként ismerjük.

Boyle is sejtette, hogy ez az összefüggés a hőmérséklettel változhat, de ennek megfogalmazására csak néhány évtized múlva került sor.

A hőmérsékletváltozással járó folyamatokat a hőtan ( termodinamika) tárgyalja, ezzel a következő rész foglalkozik.