A Hét 1982/1 (27. évfolyam, 1-26. szám)
1982-01-23 / 4. szám
Tudomány-technika A BŰVÖS TÁBLÁZAT (Hetvenöt éve halt meg Dimitrij Ivanovics Mengyelejev) A ma ismert kémiai elemeknek közel a felét (a százhétből ötvenegyet) a XIX. század folyamán fedezték föl, illetve azonosították végérvényesen. Ez a tény nyilvánvalóan szoros összefüggésben áll a vizsgálati módszerek nagymérvű tökéletesedésével és a menynyiségi szemlélet fokozatos térhódításával mind a fizikában, mid pedig a kémiában, de egyúttal azt is jól demonstrálja, milyen ösztönző hatással volt a korabeli vegyészekre a múlt század hajnalán új és megbízható alapokra helyezett atomelmélet, amelynek köszönhetően nemcsak a vegyi folyamatok váltak áttekinthetővé és magyarázhatóvá, hanem maga a kémiai elem fogalma is meghatározott tartalmat kapott. Igaz, addig jónéhány évtizednek kellett még eltelnie, de az első lépést maga a mester, a modem atomelméletet megalapozó és az általános és többszörös súlyviszonyok messzire kiható törvényét megfogalmazó John Dalton (1766—1844) tette meg, amikor közreadta a relatív atomsúlyokat tartalmazó táblázatát. Furcsa módon ö nem tulajdonított különösebb jelentőséget ezeknek az adatoknak; egyszerű viszonyszámoknak tekintette őket. Nem úgy Thomas Edward Thomson (1773— 1852) és William Hyde Wollaston (1766— 1828), akik felismerték a Dalton-féle relatív atomsúlyok mögött a mélyebb összefüggéseket, s mindent megtettek annak érdekében, hogy az atomsúlyok problémája többé ne kerüljön le a napirendről. Az atomsúlyról ugyanis csakhamar kiderült, hogy egy-egy elemre jellemző állandó, s mint ilyen, különböző összefüggések tisztázásánál nélkülözhetetlen lehet. Ezért igyekeztek a vegyészek egy-egy újonnan fölfedezett elem esetében — a fizikai és a kémiai tulajdonságok tisztázása mellett — az atomsúlyt is minél pontosabban meghatározni, jóllehet ez a korabeli kezdetleges eszközökkel nem lehetett valami hálás feladat. Az egyes elemek közötti hasonlóság, illetve rokonság kérdése viszonylag korán, a múlt század első évtizedeiben fölvetődött, de érdekes módon nem keltette fel a kutatók többségének az érdeklődését. Az izgalmas témákat az idő tájt a szerves kémia kínálta, s a korszak főszereplői, illetve hangadói — Berzelius, Wöhler, Liebig, Dumas, Gerhard stb. — is ezekkel a problémákkal (és egymással) viaskodtak. Szinte észrevétlen maradt Johann Wolfgang Döbereiner (1780— 1849) közleménye, amely arról tudósított, hogy a kalcium, a stroncium és a bárium között nemcsak vegyi rokonság figyelhető meg, hanem az atomsúlyaik is meglepő összefüggésben állnak egymással: a stroncium atomsúlya mintha számtani középértéke lenne a kalcium és a bárium atomsúlyának. 1817 — 1829 között több hármas elemcsoportot — ún. triádot — fedezett föl, s megjósolta. hogy az akkor tájt fölfedezett bróm atomsúlya a klór és jód atomsúlyának számtani középértéke lesz, mert ez a három elem is triádot alkot. Leopold Gmelin (1788— 1853) , a heidelbergi egyetem professzora 1843-ban kiadott vegytani kézikönyvében — főleg didaktikai szándékkal — az elemeket vegyi és fizikai tulajdonságaik alapján, de az atomsúlyok mellőzésével csoportosította és sikerült is jónéhány elemet rokoni kapcsolatba hoznia (pl. az alkáli fémeket, az alkáli földfémeket, a halogén elemeket stb.). Döbereiner és Gmelin még csak részeredményeket érhettek el, hiszen kizárólag az empirikus megfigyelésekre szorítkoztak. John Gladstone (1827 —1901) 1853-ban az akkori atomsúly-értékek alapján sorba állította az elemeket és megállapította, hogy bizonyos helyeken túl nagy a különbség az egymást követő atomsúlyok között. Ebből logikusan arra következtetett hogy a sorból még fel nem fedezett elemek hiányoznak. Kilenc évvel később, 1862-ben A. £ Béguyer de Chancourtois (1819—1886) francia geológus tovább fejlesztette Gladstone elképzelését: ö az elemek neveit — a növekvő atomsúlyok sorrendjében — egy henger palástjára jegyezte fel, mégpedig egy spirálvonal mentén, s amikor a palástból hengert formált, feltűnt neki, hogy több esetben is hasonló tulajdonságú elemek kerültek egymás alá. Ha jól meggondoljuk, igazat kell adnunk a kortársaknak, akik nem láttak ebben többet egyszerű bűvészkedésnél; szó sincs itt zseniális megsejtésről vagy a jelenségek átfogó elemzéséről, ahogy azt utólag némelyek — nyilván Lothar Afeyer(1830—1895) és Dmitri) Ivanovics Mengyelejev (1834—1907) érdemeinek kisebbítése érdekében — szeretnék beállítani. Valamivel közelebb került a titok nyitjához John Alexander Reina Newlands (1837 —1898), aki 1864-ben a Londoni Kémiai Társaság ülésén — a hallgatóság gunyoros megjegyzéseinek kíséretében — kifejtette, hogy az elemeket a növekvő atomsúlyok sorrendjében hetes oszlopokba lehet rendezni, akárcsak a zenei hangokat. A nyolcadik elem tulajdonságai hasonlítanak az elsőére, a kilencediké a másodikéra és igy tovább. Az „oktávok törvénye" — ahogy Newlands elméletét elnevezte — bizonyos tekintetben egyfajta előképe volt annak az eszmerendszernek, amelyet öt évvel később, 1869-ben szinte egyszerre ketten is papírra vetettek. Érdekes módon mind Lothar Meyer, mind pedig Mengyelejev tankönyvirás közben találkozott először a kémiai elemek rendszerezésnek problémájával. A didaktikai feladat aztán fokozatosan tudományos kérdéssé lépett elő mindkettőjük számára. Kiindulási pontnak ők is, akárcsak Gladstone, Chancourtois vagy Newlands, az elemek atomsúlyát tekintették. A további csoportosítás szempontjából azonban kissé eltértek egymástól: Meyer a fizikai tulajdonságokat. Mengyelejev viszont inkább a vegyi tulajdonságokat tartotta fontosabbaknak. Az elemeket a növekvő atomsúlyok sorrendjében függőleges oszlopokba rendezték, s amikor egy olyan elemhez érkeztek, amelyhez hasonló már szerepelt a táblázatban, akkor azt mellé helyezték, igy a vízszintes sorokba rokon elemek kerültek. Mindketten hagytak ki helyet addig még fel nem fedezett elemek számára, de míg Meyer ezekről semmiféle prognózist nem tudott adni, addig Mengyelejev néhányról szokatlan merészséggel jóslásokba bocsátkozott, s ahogy utólag bebizonyosodott: teljes sikerrel. Így például megjövendölte a szkandium, a germánium és a gallium, illetve néhány vegyületük kémiai és fizikai tulajdonságát, s szinte megdöbbentően pontos értékeket adott meg forráspontokra, fajsúlyokra stb. vonatkozóan. Mind Meyer, mind Mengyelejev felismerte, hogy az elemeknek ebben a rendszerében egyfajta természeti törvény megnyilvánulását kell látnunk. Ők még pontos magyarázattal nem szolgálhattak, csupán annyit állapíthattak meg, hogy — Mengyelejev szavaival megfogalmazva — „az elemek és belőlük összetett testek tulajdonságai periódusos függvényei az atomsúlyoknak". Az elemek periódusos rendszerének egzakt értelmezésére csak azután kerülhetett sor, amikor nyilvánvalóvá vált az atomok belső szerkezete. Az atomsúlyok szerinti csoportosítást felváltotta a rendszámok alapján történő csoportosítás, ami nem eredményezett ugyan semmiféle lényeges változást a rendszerben, csupán a valós összefüggésekre mutatott rá. Az elem rendszáma ugyanis azt határozza meg, hogy az atom hány protont tartalmaz, az atommagban található protonok száma viszont megszabja az atomok jellegét. Az elemeket meghatározott rendszerbe kényszerítő bűvös táblázat belső elrendezéséért tulajdonképpen az atommagok körül mozgó elektronok felelősek, azok a részecskék, amelyek az elemek kémiai tulajdonságait meghatározzák. Mindezt persze sem Meyer, sem pedig Mengyelejev abban az időben még nem tudhatta, ennek ellenére nagyszerű éleslátással és kitartó szorgalommal, az adatok helyes értékelésével sikerült olyan eszmerendszert létrehozniok, amelyet még a kvantumelmélet sem tudott megingatni, sőt éppen a segítségével sikerült egyértelműen feltárni ennek a csodálatos szellemi alkotásnak az igazi lényegét. A teljesség kedvéért el kell mondani, hogy egy időben megkíséreltek prioritási vitát szítani a két zseniális tudós között, természetesen eredménytelenül, hiszen egymástól függetlenül hozták létre művüket, s ugyanakkor mindkettőjüktől távol állt az ilyen kicsinyes magatartás. Mengyelejevről egyébként feljegyezték, hogy névjegykártyáinak túlsó oldalára irta fel az egyes elemek főbb tulajdonságait, s úgy „játszadozott" ezekkel a lapokkal mint unatkozó öreg hölgyek a pasziánsszal. Egy ízben elszunnyadt a lapok fölött, s álmában megtalálta a helyes megoldást. A valóság minden bizonnyal sokkal prózaibb lehetett, bár semmivel sem kevésbé izgalmas. Mengyelejev halálát követően még néhányan megkísérelték új alapokon felépíteni az elemek természetes rendszerét — pl. Alfred Werner (1866-1919), Harkins, Hall -, de csoportosíthatták az elemeket bárhogyan, felszabdalhatták és újra összerakhatták a táblázatot mindenféleképpen, Meyer és Mengyelejev rendszerénél tökéletesebbet nem tudtak létrehozni. LACZA TIHAMÉR Ércek az óceánban Jelenleg már öt nemzetközi konzorcium foglalkozik a Csendes-óceán aljazatán, az egyenlítő és a 20° É. sz. közti területen található mangánkészletek kitermelésének lehetőségeivel. A bányászati technológiák közül a legcélszerűbbnek egy szállítószalag-szerű rendszer tűnik, melynek két vége egy-egy hajóra fut be. A markolók sorozatából álló berendezés mintegy végigsöpri a tengerfeneket, és a kibányászott ércet a megfelelően kiképzett hajókra továbbítja. Mindezek megvalósítása — már csak a kezdettől az indulásig — igen drága, legalább 600 millió dollár. Ennek fő oka az, hogy a szóban forgó övezetben az óceán igen mély, s a lelőhelyek távol esnek a kontinensektől, sőt mindenféle szárazföldtől. (Ez egyébként tengerjogi problémákat is jelent.) Ami a feldolgozást illeti, különleges, szilárd építményeket kell létrehozni a tengeren, és meg kell oldani a meddő kőzetek további sorsának kérdését. És ha maga a bányászás drágának tűnik, a feldolgozás legalább háromszor annyiba fog kerülni. Hogy ennek ellenére mégis akadtak vállalkozók, azzal magyarázható, hogy ezekben a kb. 35 % mangánt tartalmazó gumókban több értékes nyersanyag is van: kb. 2 % nikkel és réz, O.T—0,5 °/o kobalt valamint vanádium. vas, ólom, cink. Becslések szerint, ha mindezek kitermelhetővé válnának, a jelenlegi világkészlet a két-háromszorosára növekedne. A manchesteri egyetem kutatói szerint „aranybányát" ugyan senki sem várhat a tengeri érckészletektől, de a befektetések feltétlenül megtérülnek. Üres a vezetőfülke Egy éve már, hogy a japán Kobe város vasútállomását komputervezérlésű magasvasút köti össze egy közeli mesterséges szigettel. A 6.5 km hosszú útvonalon hat kocsiból álló szerelvények robognak végig, két és fél percenként. A „szellemvonat" vezetőfülkéjében ugyan senki sincs, de egy központi elektronikus számítógép minden műveletet pontosan irányít, és minden adatot „fejben tart". Még azt is tudja, hányán szálltak be a vonatba, s ha 450-nél többen tartózkodnak a szerelvényen, nem indítja addig a vonatot, míg a „fölösleges utasok" le nem szállnak. 18
