A kémia története

Bevezetés

Tavaly ősszel a Spektrum tévében bemutatott sorozat felcsigázta az érdeklődésemet a kémia története iránt. Kezdtem sajnálni, hogy annak idején a Veszprémi Egyetemen nem volt ilyen tantárgy.

Természetesen a róluk elnevezett törvényekkel, állandókkal, képletekkel együtt meg kellett tanulnunk a kémia nagyjainak neveit, de a nevek mögött nem állt semmi és senki, valahogy ugyanolyan absztrakciónak tűntek, mint maguk a törvények.

A TV sorozat viszont bemutatta ezeknek a tudósoknak emberi arcát, vívódásaikat, küzdelmeiket, így bennem is életre keltette a részben elfeledett neveket és arra késztetett, hogy magam is utána nézzek történeteiknek.

Manapság nem túl nehéz az interneten keresztül bármiről információkat szerezni, különösen, ha az ember nagyjából tudja, hogy mit és hogyan keressen. Rövid idő alatt kiderült, hogy számos könyv és prezentáció jelent meg ebben a témában, többek között  Balázs Lóránt „A kémia története I.-II.” című könyve magyar nyelven.

Én Schiller Róbert „Hidrogén az elemek királya” című könyvét kaptam meg karácsonyra, mely „A kémia születésétől az energetika jövőjéig” alcímet viselte. Ennek a könyvnek az alcíme is sejteti azt az alapvető dilemmát, hogy mi is tartozik a kémiához.

Alulról fizikával, felülről a biológiával határos, de a határvonalakat nehéz meghúzni, mert a határsávok meglehetősen szélesek. Vannak fejezetek, melyek egyaránt részei a fizika és kémia tankönyveknek, mint például az atomok szerkezete, a hőtan (termodinamika), vagy a színképelemzés.

A biológiával kapcsolatosan a felső határsávba sorolható a biokémia, amelyről ugyancsak nehéz eldönteni hovatartozását.

Érdekes viszont megvizsgálni a kémia és fizika viszonyát.

Sajnálatosan meg kell állapítani, hogy a kémia óriásai közel sem nőttek az égig, mint egyes fizikusok, nem lehet mondani olyan kémikust, aki akkora közismertségnek örvendene mint Newton, vagy Einstein.

Ennek egyik oka magában a tudomány fogalmában rejlik, miszerint az tekinthető tudománynak, amelynek törvényei matematikai formulákkal leírhatók. Ez a követelmény a kémiában a feladat bonyolultsága miatt nehezen biztosítható, inkább egyes szakterületeire, pl. a termodinamikára jellemző.

A kémia negatív megítélések ősi oka a sandaság, amely évezredekig övezte a kémiát, ami elsősorban az alkimistáknak köszönhető, de ma is sokan vannak, akik tudományos voltát lebecsülve, egyszerű kotyvasztásnak tartják.

Erre jó példa egy régi élményem, amely a Nitrokémia kísérleti üzemének fénykorában történt, ahol közel egyforma létszámmal dolgoztak gépészek és vegyészek és közöttük jól érzékelhető rivalizálás alakult ki.

Könnyű nektek, mondták a gépészek, összeburogattok valamit, aztán ha elszúrtátok, kiöntitek és kész, senki se tudja meg. Bezzeg, ha mi elrontunk valamit, csodájára jár az egész üzem. Hát igen, volt ez így.

Abban az időben az egyik kutató csoport ioncserélők polimerizációjával foglalkozott, volt egy olyan polimerizáló reaktoruk, amelynek a fedelét gyakran fel kellett emelni, de ez meghaladta egy ember erejét.

Megszületett az éca, emelő szerkezetet kell a fedélhez konstruálni. Egyik tervező technikusunk megtervezte, a műhely legyártotta, elkészült a mű. Mikor ráépítették a reaktor fedelére, körbeállta az üzem szellemi elitje. Rögtön látszott a szerkezeten, hogy azt két ember sem képes megmozdítani. Hát akkor mire lesz jó, megindult a találgatás. Végül arra jutottak, hogy vadászkutya vészféknek kiváló lesz. Ennyit erről.

Komolyra fordítva a szót, természetesnek tekinthető az a 100 éves elmaradás, amellyel a kémia fejlődése a fizikát követte.

Szükség volt olyan fizikai felfedezésekre, mint a Volta (1745-1827) féle elem, amelyek lehetővé tették az elektrokémia kialakulását, az alkáli fémek és földfémek előállítását.

Alessandro Volta

Kedvcsinálónak leszögezem, hogy nincs szándékomban a szakértők könyveit kijegyzetelni, csak annyi képletet írok le, amennyi a mondanivaló megértéséhez feltétlenül szükséges, és a kronológiai hűség megtartása mellett inkább az érdekes fordulatok kiemelésére törekszem.

Ókor

Ennek az időszaknak a kémiáját summásan úgy lehetne összefoglalni, hogy a gyakorlat évezredekkel megelőzte az elméletet.

Hogy a legfontosabbal kezdjem, a sör erjesztése. A legrégebbi feljegyzések a suméroktól származnak Kr.e. 4000-ből. De hamar terjedt Egyiptomban, Mezopotámiában, olyannyira népszerűvé vált, hogy helyenként a munkások bérét sörtérfogatban számolták ki.

Hamurabi, Babilónia királya első ismert törvénykönyvében meg is szabta társadalmi osztályokként a sör napi fejadagját, miszerint a munkásoké 2 liter, az állami hivatalnokoké 3 liter, a főhivatalnokoké és papoké 5 liter volt. Azt nem tudni, hogy a papok és főhivatalnokok miért izzadtak annyival többet, mint a munkások.

Hamurabi

Arról sem szól a fáma, hogy ez a sör kielégítette e a prémium kategória kritériumait, mindenesetre zavaros volta és keserű üledéke miatt szívószállal itták.

Bizonyára akkor is voltak újító típusú emberek, akik a jól bevált módszerektől eltértek, így ecet képződött, ami az első hozzáférhető savnak bizonyult.

Tejsavas erjesztésről, ami például a kovászos uborkánál megy végbe, Kr. előtt 2500-ból maradt fenn részletes leírás.

Kevésbé fontos, de Kr. előtt 5000-ig nyúlik vissza az illatszerek, balzsamok, kozmetikumok készítése, amelyekhez elsősorban növényi kivonatokat használtak fel, de néhány, a természetben előforduló ásvány is beépült a szépítő szerekbe.

Kr.e. 5000-ben már volt fekete szemfesték koromból + antimon-szulfidból (antimonit), ill. ólom-szulfidból (galenit), Kr.e. 2500-ben zöld szemfesték malachitból. (Cu(OH)₂·CuCO₃ )

Háztartási célokra is használtak kemikáliákat, mosáshoz szódát (Na₂CO₃). hamuzsírt (K₂CO₃ ill. KHCO₃), ez utóbbit fahamuból oldották ki.

Egyiptomban a mumifikálás nélkülözhetetlen kelléke volt a szóda, amelyet a Nílus áradásából visszamaradt, majd a forróságban bepárlódott nátrontavakból nyertek ki. Később kőolajat is alkalmaztak erre a célra.

Üveggyártás, zománcfestés már Kr.e. 3500 körül elkezdődött. Pedig ehhez legalább három összetevőt, homokot, mészkövet és szódát kellett összeolvasztani megfelelő arányban.

Az első átlátszó üveg Tutanhamon fáraó (más elterjedt írásmód Tutankhamon) piramisából került elő. (Kr.e. 1340)

A híres egyiptomi kékzománc úgy készült, hogy az üveget kobalt sókkal együtt olvasztották.

Kéküveg pasztából készült Nofretete maszkja. (Kr.e. 1560)

Indiából származik a textilfestés és színezékek tudománya (Kr.e. 3500), de az egész ókori világban elterjedt.

Az alizarint (C₁₄H₈O₄) festőbuzér gyökeréből vonták ki és timsóval (KAl(SO₄)₂·12H₂O elegyítve vörös pác-színezékként használták.

Leggyakoribb kék festék az indigó volt, melyet repceindigóból, ill. indigó cserjéből készítettek.

Legdrágább színezék az antik-bíbor volt, 12000 szerencsétlen bíborcsigát kellett összezúzni, majd napokig sóoldatban főzni, hogy 1,4 gramm festéket kapjanak.

A kárminvörös hatóanyaga a kárminsav (C₂₂H₂₀O₁₃), melyet tölgyeken élősködő vértetvekből vontak ki.

Kis-Ázsiában és Egyiptomban sáfrány virágából sárga festéket állítottak elő. (Kr.e. 2500)

A fémkohászat magas szintre emelkedett anélkül, hogy az oxidáció és redukció elméletén eltöprengtek volna. Bizonyára akkor is voltak értelmes emberek, akiknek nevét nem őrizte meg a történelem, de akik képesek voltak megfigyelni és hasznukra fordítani a természeti törvényeket.

Az ókorban ismert fémek az arany, ezüst, réz, ón, ólom, cink, higany, vas, arzén, antimon voltak, melyek közös jellemzője, hogy a természetben vagy elemi állapotban fordulnak elő, vagy érceikből, ásványaikból viszonylag egyszerű szenes redukcióval, vagy hevítéssel kinyerhetők.

A sumérok Kr.e. 5500-ban készítettek a könnyen alakítható vörösrézből különböző tárgyakat. Nevét (cuprum) Ciprus szigetéről kapta, ahol Kr.e. 2500 körül nagy mennyiségben bányászták.

Úr városában Kr.e. 3500-ban már bronz (80-85% réz + 15-20% ón ötvözete) fegyvereket készítettek, mert a bronz lényegesen keményebb volt a vörösréznél.

Az ónt kassziterit (SnO₂) szenes redukciójával állították elő.

A sárgaréz, réz és cink ötvözete Kr.e. 1000 körül Kínában vált ismertté, színe a cinktartalomtól függően változik.

A higany forrása a cinnabarit (HgS), ill. cinóber volt, melyet korábbi vulkanikus tevékenység helyein bányásztak, ennek levegőn való hevítésekor a kén kéndioxid formájában eltávozott, és visszamaradt a fémes higany. (HgS + O₂ = Hg + SO₂)

A vasat mennyei fémnek tartották, mert először a meteoritokban bukkantak rá. Kheopsz fáraó piramisában találtak először vasból készült szerszámokat. (Kr.e. 2250)

Vas meteorit. 1995. május 7-ikén hullott alá Kaposfüreden

.(Somogy megye, Magyarország)

Nagyobb mennyiségben valószínűleg az ókori Anatóliában, vagy a Kaukázusban kezdték felhasználni a Kr.e. második évezredben.

Az indiai kohászat csúcsteljesítménye az a kovácsoltvas oszlop, melyet az V. században állítatott fel Csandra Varmann hindu király II. Csandragupta király (380-415) tiszteletére, és amelyen a mai napig egyetlen rozsdafoltot sem találtak.

A vasoszlop eredetileg az allahabadi Visnu templom előtt állt, majd 1050-ben AnangPal király parancsára szállították át Delhibe, ahol most is turista nevezetesség, és sokan földönkívüliek kezét sejtik a fejlett technológiában.

A Fe= 99,72%-os, minőségű vas napjainkban is csak drága, hidrogénes redukcióval vagy elektrolízissel állítható elő, 1500 évvel ezelőtt ilyen eljárás egészen biztosan nem létezett

Görög városállamok, Római birodalom

A görög városállamokban pezsgett a gazdasági és kulturális élet. A kémia tudománnyá válását hátráltatta, hogy a szellemi életet a filozófusok uralták, akik nem mértek, nem kísérleteztek, csak gondolkodtak.

Ennek ellenére Démokritosz (Kr.e. 455-370) teljesen spekulatív úton eljutott arra a feltevésre, hogy minden anyag tovább már nem osztható részecskékből, atomokból áll (atomosz = oszthatatlan). Ezzel a feltevéssel majd kétezer évvel megelőzte korát, de miután nem volt semmi tárgyi bizonyítéka elméletének igazolására, közel 50 évvel később Arisztotelész (Kr.e. 384-322) könnyedén lesöpörte.

Tanítása szerint az anyag folytonos, négy őselemből tevődik össze, ezek a tűz, a víz, a levegő és a föld. Ezek aránya szabja meg az anyag megjelenését és tulajdonságait. Ha ezt az arányt megváltoztatjuk, megváltozik az anyag is.

Az akkori világban Arisztotelész elmélete győzedelmeskedett és még a középkorban is ez vált meghatározóvá.

Arisztotelész jó példa arra, hogy minél nagyobb és elismertebb tudós valaki, tévtanai annál tovább élnek.

Tulajdonképpen ez a hiedelem éltette kétezer éven át az alkimistákat, hogy elég a higanyban a tűz és föld arányát megváltoztatni és arany lesz belőle. Igaz, hogy aranyat sohasem sikerült csinálniuk, de kitartó próbálkozásaik során jelentősen továbbfejlesztették a kémiai laboratóriumok eszköztárát, az oldás, bepárlás, kristályosítás, szűrés, desztilláció, szublimálás műveleteit fejlesztették, így erőfeszítéseik nem voltak teljesen hiábavalók.

A kínai alkimisták csak úgy mellékesen feltalálták a puskaport, más néven fekete, vagy füstös lőport, amely eltérően a mai tüzérségi lőporoktól szervetlen alkotórészekből állt.

Optimális összetétele: 73,9% salétrom (KNO₃), 14,6% szén és 11,5% kén.

Egyes feltételezések szerint a kínaiak már az V.-VI. században ismerték, de eleinte csak tűzijátékokhoz használták, lövésre először a mohamedán hadseregek alkalmazták a XIII. században.  

A rómaiak pragmatikus módon viszonyultak a természettudományokhoz. Hódító háborúikhoz kemény fegyverekre volt szükségük, így a bronz mellett megindították a vasgyártást is. Egyik legnagyobb vívmányuk a beton volt, ami forradalmasította az építészetet.

Gaius Plinius Secundus (23-79) katonai parancsnok volt a korai Római Birodalom hadseregében, személyes jó barátja Vespasianus császárnak, mellesleg író, természettudós és filozófus, 37 kötetes enciklopédiában (Historia naturalis) foglalta össze korának természettudományos ismereteit.

Egy érdekes epizód, amiből az tűnik ki, hogy a hadviselésben sem árt némi kémiai ismeretekkel rendelkezni.

Hannibal (Kr.e. 247-181) karthágói hadvezér a második pun háború kezdetén, Kr.e. 218 tavaszán

50 000 fős sereggel, 36 harci elefánttal kelt át az Alpokon, hogy északi irányból lepje meg a rómaiakat.

A fáma szerint egy völgyszorosnál hatalmas sziklatömb zárta el az útjukat, amelyet nem lehetett kikerülni. A feltorlódott sereggel nem akart visszafordulni, mert az felért volna egy totális vereséggel. Ekkor segített a kémia. Hatalmas tüzet raktak a sziklán, majd mikor kellően felforrósodott, leöntötték ecettel. Megismételték néhányszor a műveletet, mire a szikla szétrepedezett, így már utat vágtak rajta és folytatták az átkelést.

A görögtűz a vegyi fegyverek előfutárának nevezhető. A Bizánc ellen indított második arab ostrom idején (717) a keresztények ennek a vízen úszó, hevesen égő kemikáliának a segítségével semmisítették meg az arab hajóhadat. Kőolaj, kén, salétrom, égetett mész, szurok, gyanta, pirit keverékéből állt.