A Hét 1984/1 (29. évfolyam, 1-27. szám)
1984-02-10 / 7. szám
Tudomány-technika Béguyerde Chancourtois (1819—1886) francia geológus, a párizsi bányászati főiskola tanára továbbfejlesztette Gladstone elképzelését: ő 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 helyen is hasonló kémiai tulajdonságú elemek kerültek egymás alá. Ha jól meggondoljuk, igazat kell adnunk a korabeli tudósoknak, akik nem láttak az egészben mást mint bűvészkedést és számokkal való játszadozást; szó sincs itt semmiféle zseniális megsejtésről, még kevésbé a jelenségek átfogó elemzéséről, a derék tudósok ráhibáztak valamire, amiről csak jóval később derült ki, hogy valójában micsoda. Közelebb került a titok nyitjához John Alexander fíeina New/ands (1837— 1898), aki 1864-ben, a Londoni Kémiai Társaság ülésén — a hallgatóság gunyoros megjegyzéseinek és közbeszólásainak kíséretében — egyebek között ezt mondta: „Ha egyenértékeik szerint sorakoztatjuk az elemeket, némi kis igazítások elvégzése után, kiderül, hogy az ugyanahhoz a csoporthoz tartozó elemek rendszerint ugyanabban a MENGYELEJEV (1834-1907) A kémiai elemek csoportosításának és rendszerezésének gondolata — igaz. eléggé kezdetleges formában — először a XIX. század tízes-húszas éveiben vetődött fel. Maga a probléma természetesen nem állt az érdeklődés előterében, hiszen akkoriban a kémia más területei — mindenekelőtt a szénvegyületek kémiája és az elektrokémia — vonzották a kutatókat, ezért az említett témakörben publikált dolgozatokról tudományos körökben jóformán nem is vettek tudomást. Ennek ellenére mindig akadt valaki, aki napirenden tartotta a kérdést. Figyelemre méltó volt Johann Wolfgang Döbereiner (1780—1849) közleménye, amely arról számolt be, hogy a kalcium, a stroncium és a bárium között nemcsak vegyi rokonság figyelhető meg, hanem az atomsúlyaik is meglepő összefüggést mutatnak: a stroncium atomsúlya Mintha számtani középértéke lenne a kalcium és a bárium atomsúlyának. 1817 és 1829 között további hármas elemcsoportokat — ún. triádokat — fedezett föl, s megjósolta, hogy az akkoriban fölfedezett bróm atomsúlya a klór és a jód atomsúlyának számtani középértéke lesz, mert ez a három elem is triádot alkot. A heidelbergí egyetem egyik vegyészprofesszora, Leopold Gme/in (1788— 1853) 1843-ban kiadott könyvében — elsősorban didaktikai megfontolásokból — az elemeket vegyi és fizikai tulajdonságaik alapján (de mellőzve az atomsúlyokat) csoportosította és sikerült is számos elemet rokoni kapcsolatba hoznia (pl. az alkáli fémeket, az alkáli földfémeket, a halogéneket stb.). Döbereiner és Gmelin még csak részeredményeket érhettek el, hiszen kizárólag empirikus megfigyelésekre szorítkoztak. John Gladstone (1827—1901) 1853-ban az akkor ismert atomsúly-értékek alapján sorba állította az elemeket és megállapította, hogy bizonyos helyeken túl nagy a különbség az egymás után következő értékek között. Ebből arra következtetett, hogy a sorból még fel nem fedezett elemek hiányoznak. Kilenc esztendővel később, 1862-ben Alexandre függőleges sorban jelennek meg. Ebből következik tehát, hogy az analóg elemek rendszámai vagy 7-tel vagy ennek sokszorosával térnek el egymástól; más szóval ugyanannak a csoportnak tagjai körülbelül ugyanolyan viszonyban vannak egymással, mint az oktávok a zenében." 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. A dolog érdekessége, hogy mind Julius Lothar Meyer (1830—1895), mind pedig Dimitri/ Ivanovics Mengyelejev — professzorok lévén — tankönyvírás közben találta szembe magát a kémiai elemek rendszerezésének problémájával. A látszólag didaktikai jellegűnek tűnő feladat aztán egyre inkább fontos tudományos kérdéssé vált mindkettőjük számára. Gladstonehoz, Chancourtois-hoz és Newlandshez hasonlóan ők is az atomsúlyok szerint csoportosították az elemeket, de ezen kívül más jellemző tulajdonságokat is figyelembe vettek. Meyer elsősorban a fizikai jellemzőket, Mengyelejev viszont a kémiai sajátosságokat tartotta fontosaknak. Az elemeket a növekvő atomsúly-értékek sorrendjében függőleges oszlopokba rendezték, s amikor egy olyan elemhez érkeztek, amelyhez hasonló már szerepelt a táblázatban, akkor azt egy új oszlopban tüntették fel, ilymódon a rokon elemek a vízszintes sorokba kerültek. (Manapság 90 fokkal elfordítva használjuk a periódusos táblázatot.) Mindketten hagytak ki helyet olyan elemek számára, amelyeket abban az időben még nem ismertek, de létezésük elképzelhető volt, mivel az egymást követő elemek sorában itt-ott a kelleténél nagyobb különbségek adódtak. Lothar Meyer 1869 decemberében, Mengyelejev viszont már 1869 márciusában nyomdába küldte kéziratát, így szinte törvényszerűen prioritási vita lett a dologból. Hozzá kell tenni rögtön, hogy nem a két tudós hadakozott egymással — mindkettőjük egyéniségétől távol állt az effajta magatartás —, hanem azok a kémikusok, akik talán kezdetben nem is fogták fel Meyer és Mengyelejev gondolatainak újszerűségét és jelentőségét, később viszont fontos lett számukra, hogy legalább ilyen érdemeket szerezzenek. Mielőtt azonban folytatnánk az események ismertetését, be kell mutatnunk a történet egyik főszereplőjét, Dimitrij Ivanovics Mengyelejevet. 150 esztendővel ezelőtt, 1834. február 8-án született a szibériai Tobolszkban egy sorsüldözött gimnáziumi igazgató tizenhetedik gyermekeként. Ő volt a legfiatalabb a családban, amely egyébként hamarosan támasz nélkül is maradt, mert a családfő nem sokkal legkisebb fia születése után megvakult és rövidesen meg is halt. A sok gyermekkel egyedül maradt özvegy nehéz helyzetbe került, de talpraesett és energikus asszony lévén, kilábalt a bajból, igy aztán lehetővé vált az is, hogy a tehetséges Dimitrij gimnáziumban folytathassa tanulmányait. Az érettségi után a szentpétervári Pedagógiai Főiskolára került, ahol gimnáziumi tanárokat képeztek, de Mengyelejev néhány professzora hatására hamarosan a tudományos pálya iránt kezdett érdeklődni. Igaz, a diploma megszerzése után rövid ideig a szimferopoli gimnáziumban tanított, de a krími háború idején — 1856-ban — visszakerült a fővárosba, ahol 22 évesen egyetemi docens lett. 1859-ben külföldi tanulmányútra küldték, hogy gyarapíthassa tudását, így került Heidelbergbe, Robert Wilhelm Bunsen (1811 — 1899) laboratóriumába, ahol az idő tájt már javában fáradoztak a színképelemzés megteremtésén. Mengyelejev Heidelbergben elsősorban a folyadék viselkedését tanulmányozta magasabb hőmérsékleteken és nyomásokon; felismerte, hogy létezik egy olyan hőmérséklet — ezt ő „abszolút forráspontnak" nevezte —, amelyen felül a gáz már semmilyen körülmények között nem cseppfolyósítható. (Csak az érdekesség kedvéért feltüntetném néhány gáz kritikus hőmérsékletét — ma ugyanis így hívjuk —: a vízgőzé 374 C°, a széndioxidé +31 C°, az oxigéné —118 C°, a nitrogéné —147 C°, a hidrogéné —240 C° stb.) 1863-ban Mengyelejev visszatért Oroszországba és a pétervári Műszaki Főiskola tanára lett, 1866-tól pedig a tudományegyetem professzoraként működött egészen 1889-ig. Mengyelejev a kémia sok területén tevékenykedett; 1887-ben könyvet adott ki „A vizes oldatok sűrűségének vizsgálata" címmel; ebben a munkájában fejtette ki azt a nézetét, hogy az oldatban az oldószer és az oldott anyag vegyületet alkot, ennek köszönhető az oldódás. Mengyelejev elképzelése csak részben helytálló, nem magyarázza meg kielégítően az oldatok valamennyi tulajdonságát, de nagyban hozzájárult a későbbi kutatások sikeréhez. Mengyelejevet gazdasági jellegű kérdések is foglalkoztatták, szívügyének tekintette Oroszország iparának fellendítését, s ezért aktívan közreműködött az ország olajkincsének felkutatásában is. A kőolaj keletkezéséről felállított egy elméletet, amely szerint a föld mélyében található fémkarbidok vízzel reakcióba lépve különböző szénhidrogének keletkezése közben elbomlanak. Hosszú ideig elfogadhatónak tartották ezt a magyarázatot, napjainkban azonban a kőolaj „szerves eredete" mellett tör lándzsát a legtöbb tudós, már csak azért is, mert a kőolajban több olyan vegyületre bukkantak, amelyek csakis élőlényekből származhatnak. Mengyelejev sokat tett az oroszországi agrokémiai kutatások fellendítéséért, s ő alapította — 1892-ben — a pétervári „mértékek és súlyok föpalotáját", amely tulajdonképpen egy meteorológiai intézet volt. Csillagászati és meteorológiai problémák is érdekelték őt, s feljegyezték róla, hogy egy napfogyatkozás kedvéért egy léggömb segítségével a sűrű felhöréteg fölé emelkedett, hogy el tudja végezni a tervbe vett megfigyeléseket és méréseket. De térjünk vissza a kémiai elemek rendszerezésének kérdéséhez! Mengyelejev és Meyer, elődeiktől eltérően, kezdettől fogva tudták, hogy az általuk megfigyelt egybeesések nem a véletlennek köszönhetők. Az elemek azért csoportosíthatók igy, mert ez egy természeti törvény következménye. Mengyelejev szavaival: „Az elemek és a belőlük összetett testek tulajdonságai periódusos függvényei az atomsúlyoknak." Mengyelejev számára annyira magától értetődő volt ez, hogy meg merte jósolni néhány addig ismeretlen elemnek és vegyületeinek fontosabb vegyi és fizikai tulajdonságát. Megadta például a szkandium, germánium és a gallium atomsúlyát, sűrűségét, egyes vegyületeik (oxidjaik, fluoridjaik, kloridjaik és etilvegyületeik) összetételét, forráspontját stb. Talán mondanom sem kéne, hogy nem nagyon hittek neki, meg is mosolyogták érte. A tudományos világnak azonban hamarosan rá kellett döbbennie arra, hogy Mengyelejev nem fantáziái. 1874-ben Lecoq de Boisbaudran színképelemzéssel egy új elemet fedezett fel, amelyet szülőhazájáról. Franciaországról, galliumnak nevezett el. Hamarosan beigazolódott, hogy az új elem számos vegyi és fizikai tulajdonsága megegyezik Mengyelejev „eka-aluminium"-ának tulajdonságaival, s vonatkozik ez a gallium vegyületeire is. Mengyelejev elképzeléseit kémikus körökben egyre inkább kezdték komolyan venni; orosz nyelvű könyveit és cikkeit lefordították, hogy a nyugati félteke tudósai számára is hozzáférhetőkké váljanak. Sokat tett Mengyelejev elképzeléseinek terjesztéséért és elfogadtatásáért Bohuslav Brauner (1855— 1935) kiváló cseh kémikus, aki nemcsak fordította Mengyelejev írásait, hanem a ritka földfémek kutatójaként szakmailag is nagy mértékben hozzájárult az eszme diadalrajutásához. Az elemek periódusos rendszerének egzakt értelmezésére csak azután kerülhetett sor, amikor nyilvánvalóvá vált az atomok felépítése, 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, a protonok száma viszont megszabja az atomok jellegét. Az elemeket meghatározott rendbe kényszerítő bűvös táblázat belső elrendezéséért tulajdonképpen az atommagok körül mozgó elektronok felelősek, azok a részecskék, amelyek meghatározzák az elemek kémiai tulajdonságait. Mindezt persze Mengyelejev és társai abban az időben még nem tudhatták, ezért is dicséretre méltó az az éleslátás és szorgalom, amely az adatok és tények helyes értékelésével olyan eszmerendszert teremtett, amelyet még a kvantumelmélet sem tudott megingatni, sőt éppen a segítségével sikerült feltárni ennek a csodálatos szellemi alkotásnak az igazi lényegét. LACZA TIHAMÉR 18
