Ugrás a tartalomhoz

A tudományos gondolkodás története - Előadások a természettudományok és a matematika történetéből az ókortól a XIX. századig

dr. Kiss János, Kiss Olga, dr. Ropolyi László, P. Szabó Sándor, dr. Székely László, dr. Szegedi Péter, dr. Varga Miklós (2012)

Eötvös Loránd Tudományegyetem

F. A kémia tudománnyá válásának kora a XVIII–XIX. században

F. A kémia tudománnyá válásának kora a XVIII–XIX. században

(Varga Miklós)

A kémia tudománnyá válása nem köthető egy határozott időponthoz vagy egy adott jelentős felfedezéshez. Mintegy 100 évre volt szükség ahhoz, hogy a klasszikus kémia fogalomrendszere, alapvető elvei megfogalmazódjanak. Nem járunk messze az igazságtól, ha azt mondjuk, hogy a kémiai elemfogalom első korrekt definíciója (Lavoisier, 1778) és a periódusos rendszer felfedezése (Mengyelejev, 1868) határolja be azt az időszakot, amely alatt ez a folyamat végbement. Helytelen lenne ezen időszak nagy jelentőségű felfedezései között valamilyen fontossági sorrendet felállítani, kétségtelen azonban, hogy a kémiai elemfogalom kialakulása mérföldkő ebben a fejlődési periódusban, mert logikai feltételét képezte minden további elmélet kialakulásának. Tudománytörténeti szempontból érdekes és tanulságos az ezt közvetlenül megelőző időszak. A XVII. sz. végétől kezdődően több kémikus is arra az álláspontra helyezkedik, hogy a kémia megújulása csak akkor képzelhető el, ha megvalósul a mesterségbeli tudás és a “korszerű” természetfilozófiai alapelvek valamilyen szintézise. Lényegében ezt a programot fogalmazza meg R. Boyle és Lomonoszov. Elképzeléseik sikerei és kudarcai egyrészt kimutathatóan befolyásolták a kémiai gondolkodás fejlődését, másrészt számos elvi tanulsággal is szolgálnak.

1. A kémiai elemfogalom kialakulása

A. Robert Boyle

Boyle (1627–1691) úgy vélte, hogy egyrészt túl kell lépni a csupán mesterségbeli célokat szolgáló kémiai tevékenységen, másrészt meg kell újítani a “kémiai bölcseletet”.[343] Az elméleti megalapozáshoz a mechanikus materialista filozófiát hívta segítségül, illetve éppen a kémiában látta az egyik fő területet, ahol e filozófia racionalitása, fölénye, a korábbi elméletekkel szemben látványosan igazolható. Mint ismeretes, a mechanikus filozófia keretében született meg az ún. elsődleges és másodlagos minőségek tana, Boyle ennek segítségével kísérli meg a kémiai elemfogalom kialakítását. Szerinte a “minima naturaliából” “prima mixta” jön létre. Felfogása szerint a minima naturaliák az elsődleges minőségek, amelyek a természeti erőkkel szemben teljesen ellenállóak, ezek az igazi elemek, az anyag atomjai. (Lényeges körülmény, hogy Boyle az “elem” és az “atom” fogalmakat szinonimaként használta!)

A másodlagos minőségek (szín, szag, íz, hő stb.) a prima mixtán belüli átalakulások, átrendeződések következtében jönnek létre.

Boyle elemfogalma semmi esetre sem tekinthető a modern elemfogalom előfutárának. Definíciója a következő:

“Elemnek nevezem mindazokat az eredeti és egyszerű, semmi mást nem tartalmazó testeket, amelyek egyikét sem lehet a másikból előállítani, és amelyekké az összetett anyagok bonthatók.”[344]

Boyle elképzeléseinek jelentőségét az adja, hogy megkísérelt más utakat keresni a kémiai bölcselet számára, mint amelyek a látszaton alapuló arisztotelészi elemtanból következnek, ill. – ezt nagyon lényegesnek tartom – az “elrendeződés” fogalmát alighanem úgy tekinthetjük, mint az első kísérletet arra, hogy a struktúra és a minőség fogalmai között a tudományos gondolkodásban kapcsolatot keressünk.

B. M. V. Lomonoszov

A kémia természetfilozófiai megalapozásának lehetőségeit tekintve Boylehoz hasonló nézeteket vallott Lomonoszov (1711–1765) is. Hatása a kémiai gondolkodás fejlődésére kisebb, mint Boyle-é, nézeteinek rövid áttekintése azonban rendkívül tanulságos, mivel jól mutatja, hogy a következetesen alkalmazott mechanisztikus materista természetfilozófiai elvek milyen problémák megoldását segítették, ill. melyekét gátolták. Nézeteinek részletes kifejtésére itt nincs lehetőség, érdemes azonban áttekinteni néhány axiómáját és ezek következményeit:[345]

“I. lemma: 17 §. A testek minden változása mozgás által megy végbe.

l. tétel: Következésképpen a vegyületek változása is mozgás által megy végbe.

2. tétel: A mozgás tudománya a mechanika, így a vegyületek változásait a mechanika törvényeivel lehet magyarázni.

3. tétel: Ezért a vegyületek változásait a mechanika törvényeivel lehet magyarázni.

4. §. A minőség kétféle ... az elsődleges: a test tömege, alakja, mozgása, elhelyezkedése, a másodlagos: fény, íz, gyógyító erő, a részecskék kapcsolódása stb. Az elsővel minden test rendelkezik, a másodikkal csak némelyik. Ezért célszerű – Boyle-hoz hasonlóan – ez előbbieket általános, az utóbbiakat sajátos minőségnek nevezni. Mi a sajátos (másodlagos) minőségek oka? A sajátos minőségek kielégítő oka az érzékelhetetlen részecskék kiterjedésében, inerciaerejében, alakjában és mozgásában van!”

Fenti nézetek a kémiai elemfogalom kialakításában zsákutcát jelentettek, mert az elsődleges és másodlagos minőségek tanára alapozott felfogásával éppen úgy nem tudta megmagyarázni az anyagok minőségi sokféleségét, mint R. Boyle.

Nem véletlen viszont, hogy a fenti alapelvek segítségével nagyon korrektül megfogalmazza a hő = mozgás tételt, amely lényegében a száz évvel későbbi kinetikus gázelmélet alapját képezte. Ezzel magyarázható, hogy megfelelő kritikáját adja a flogiszton-elméletnek is.[346]

Láttuk, hogy Boyle, de még inkább Lomonoszov, a kémiai elmélet megújítását egy “korpuszkuláris mechanika” segítségével, módszereivel képzelte el. A tudományok történetében számos példát látunk arra, hogy egy adott korban a legfejlettebb szaktudományok elvei, módszerei mintegy példaként szolgáltak a kevésbé fejlett tudományok számára. Nem véletlen tehát, hogy a klasszikus fizika Galilei, Kepler és Newton nevéhez füződő megalapozása, illetve ezen belül a mechanika viszonylagos fejlettsége komoly hatást gyakorolt a kémikusok gondolkodására is. Tekintettel azonban egyrészt arra, hogy ebben a korban a kémia fejlettségi szintje messze elmaradt a mechanika mögött, másrészt pedig a kémia megoldatlan problémái egészen más típusú feladatok megoldását igényelték,[347] a mechanika elvein alapuló kémia megvalósítása irreális célkitűzés volt.

C. Antoine-Laurent Lavoisier

Lavoisier (1743–1794), akinek jelentőségét a kémia fejlődése szempontjából nehéz túlbecsülni, néhány évtizeddel később már egészen más elveket hirdet. Számára ugyanis nyilvánvaló, hogy mind a mechanisztikus atomista természetképen alapuló magyarázatok, mind az egyéb korabeli elméletek (pl. flogiszton-elmélet) a kémia számára szinte hasznavehetetlenek. Ezért kora valamennyi kémiai elméletét szigorú kritika tárgyává teszi, és mai szóhasználattal élve, szinte szélsőségesen “pozitivista” tudománymódszertant hirdet. “A szó csak jel” – írja híres munkája, a Traité de Chimie[348] bevezetésében. A kémiát ezért – írja ugyanott – az algebra mintájára kell megalkotni, s az így alkotott nyelv semmi mást nem tartalmaz, mint empirikus tartalmat. Ily módon – vélte Lavoisier – a nyelvalkotás kombinációs szabályai szerint juthatunk új ismeretekhez, általánosításokhoz.

Ez a program a mai szemmel nézve természetesen naiv, de tartalmazta az igazság csíráját és a XVIII. sz. második felében nagyon hasznosnak bizonyult. Ezen az alapon sikerült száműzni számos olyan kifejezést, amelyek önkényességet vittek a kémiába (pl. a “föld” elem fogalma).

Abban, hogy Lavoisier tartózkodik a metafizikai rendszerektől, viszont vonzódik egy csak matematikai-kísérleti módon művelt kémia iránt, a XVIII. sz. második felében kialakult francia tudományfejlődés jellegzetes megnyilvánulását láthatjuk. Már a századfordulón volt a kísérletezők részéről olyan törekvés, hogy a fogalmak elméleti jelentésének tisztázásától legalább ideiglenesen eltekintsenek. (Gondoljunk pl. arra, hogy a hőmérséklet fogalmának első meghatározása lényegében egy műveleti utasítás: osszunk valahányad részre bizonyos vonatkoztatási pontok által behatárolt intervallumot.) Ennek a magatartásnak a kialakulásában szerepet játszott a felvilágosodásnak a spekulatív metafizikai rendszerek elleni kritikája is.

Visszatérve fejezetünk fő mondanivalójához, Lavoisier a lehető legegyszerűbb utat választotta, az elem fogalmát műveleti utasítással definiálta:

“Elem az, ami felbonthatatlan.”

Ami ennek az utasításnak a gyakorlati megvalósítását illeti, Lavoisier és kortársai egy dolgot tudtak tenni, a vizsgált anyagokat súlyállandóságig hevítették. Ha nem tapasztaltak további változást, a kapott anyagot elemnek tekintették. Kétségtelen, hogy a fenti definíció segítségével a kémiai elemeknek csak egy részét tudták azonosítani, és voltak olyan anyagok is, amelyeket elemnek tekintettek, holott nem voltak azok. (Egyes magas bomláshőmérsékletű fémoxidok.) A definíció azonban mégis rendkívüli jelentőségű volt, mert a felbontási módszerek időközbeni tökéletesedésével egyre nagyobb számú elemet tudtak azonosítani.[349]

2. A klasszikus kémiai atomelmélet kialakulása. A daltoni atomhipotézis és kialakulásának körülményei

A daltoni atomhipotézis a következő állításokat tartalmazta:

l. Léteznek a kémiai elemek atomjai.

2. Vegyületképződéskor az atomok összetett atomokká alakulnak (Dalton szándékosan kerülte a “molekula” fogalmát!).

3. Ha két elemnek csupán egyféle vegyülete ismert, akkor ezeket egy-egy atom kapcsolódása alkotja. (Pl.: H–O; N–H; H–S. ) Ez az ún. “egyszerűségi elv”[350]

A daltoni atomhipotézis létrejöttének körülményeit illetően több téves nézettel is találkozunk. Van olyan felfogás, amely szerint Dalton számára – aki részben ismerte, részben maga fedezte fel a súlyviszonytörvényeket – lényegében készen állottak a tapasztalati törvények, amelyek a továbbiakban csupán értelmezésre vártak.

Az tény, hogy az ún. állandó súlyviszonyok törvényét Proust 1799-ben már felfedezte, de jelenlegi ismereteink alapján sokkal inkább úgy tűnik, hogy Dalton a többszörös súlyviszonyok törvényét azért fogalmazta meg, s ismerte fel, hogy a mérési adatok egy törvényt takarnak, mert már eleve feltételezte a kémiai elemek atomosságát. Roscoe és Harden[351] egyébként már a múlt század végén megjelent, Daltonról szóló könyvükben rámutattak arra, hogy nem az atomokra következtetett Dalton a többszörös súlyviszonyok törvényéből, hanem megfordítva. Másként fogalmazva, az igen nagy kísérleti hibákat mutató adatokat azért tudta szelektálni, mert volt egy előfeltevése: léteznek a kémia elemek atomjai. Ezt a feltevést valószínűsíti az a tény, hogy Dalton még a súlyviszonytörvények felfedezése előtt “atomok” feltételezésével próbált két problémát megoldani.

A levegő fizikai sajátosságainak vizsgálata során arra a kérdésre keresett választ, hogy a különböző elemekből álló gázelegyek miért nem válnak szét alkotórészeikre, miért képeznek homogén elegyeket? A magyarázathoz kiindulásul azt tételezte fel, hogy a gázok atomos szerkezetűek, a hasonló elemek atomjai taszítják egymást, és a különböző elemek atomjai nem hatnak egymásra. Szintén atomelméleti kiindulópontról próbálta megmagyarázni a különböző gázok eltérő oldékonyságát. Feltételezte, hogy a gázok atomos szerkezetűek, atomjaik különböző tömegűek, ezért oldódnak különböző mértékben. Mindezekben az esetekben a gázok, tehát kémiai elemek (és vegyületek) “atomjainak” létezését kellett feltételeznie.[352] Tehát ami Dalton gondolatmenetét illeti, sokkal valószínűbb, hogy hipotetikus-deduktív következtetéssel állunk szemben, nem pedig empirikus-induktív általánosítással. A másik közkeletű tévedés, hogy Dalton “felújította” a görög atomizmust. Ez súlyos félreértés. Láttuk, hogy a XVII–XVIII. sz.-i természetkutatás alapvető természetfilozófiai háttere mechanisztikus atomista szemléletű. A természetkutatás feladata – vélte a kutatók többsége – az, hogy változatlan létezőkből a hozzájuk rendelt tulajdonságuk segítségével levezessék a belőlük felépülő rendszerek sajátságait. Az atomizmust tehát nem kellett felújítani, az benne volt a kor gondolkodásmódjában. Az is világos, hogy a görög atomizmus soha nem volt anyagszerkezet-elmélet, hanem – mint az előzőekből is kitűnhet – módszerként szolgált.

Dalton érdeme tehát nem az, hogy felismer egy egyszerű analógiát. Ennél sokkal többet tett; a kémiai elemek tulajdonságait hozzárendelte a kémiai elemek atomjaihoz, és világosan látta azt is, hogy az atomosság relatív, eszközeink függvényében létező kategória. Erről tanúskodik az alábbi Dalton-idézet, amelyben a szerző megindokolja sajátos szóhasználatát:

“Én az atom szót ezeknek az elsődleges részecskéknek a megjelölésére használom, előnyben részesítve a részecske, molekula vagy más kicsinyítő elnevezéssel szemben, mert ez a szó kifejezőbb, magában foglalja az oszthatatlanságot. Sajnos, lehetséges, hogy feleslegesen kiterjesztem azt, amikor összetett atomokról beszélek, pl. elsődleges részecskéknek nevezem a szénsav atomjait. Azonban, bár ez az atom osztható, ha elbomlik szénre és oxigénre, megszűnik létezni mint szénsav. Ezért, úgy gondolom, nem vagyok következetlen, ha összetett atomokról beszélek.”[353]

Dalton tehát kiterjeszti az atom fogalmát, összetett atomokról beszél molekulák helyett, holott jól tudja, hogy ez utóbbiak állandósága csak viszonylagos. Úgy tűnik tehát, hogy Dalton atomfogalma már viszonylagos változatlanságot, viszonylagos szubsztanciát jelentett, semmi esetre sem tételezte fel, hogy csak egyféle erőhatással szemben lehetséges atomos viselkedés. Számára az atom valamely dolog legkisebb, a dolog természetét még mutató részecske volt. A XIX. század harmadik évtizedétől más kémikusok is – pl. Dumas – egyre határozottabban fogalmazzák meg, hogy az atomosság, ha létezik, akkor meghatározott erők függvényében jön létre. A relatív atomosság fogalma tehát jóval több, mint az a pusztán szaktudományi feltevés, mely a későbbiek során az atomok felbonthatóságának felfedezésével tapasztalatilag is igazolódik. Olyan fogalom ez, melyhez éppen úgy elméleti-gondolati, mint tapasztalati úton jutottak el.

3. A kémiai atomelmélet válsága és megszilárdulása

A közfelfogás úgy tartja, hogy Dalton a szaktudomány számára elfogadható módon kidolgozta a klasszikus kémiai atomelméletet, s ennek megfelelően az atomelmélet evolúciós fejlődését tételezi fel a klasszikus szerkezeti kémia és a periódusos törvény kialakulásáig. Valójában azonban nem beszélhetünk az elmélet evolúciós fejlődéséről, az atomelmélet XIX. századi fejlődése 3 alapvető szakaszt mutat[354].

Dalton hipotézisét, s részleges tapasztalati igazolásának megszületését követő felfutási periódust az atomelmélet hiányosságainak felfedezése, e hiányosságok kiküszöbölésére irányuló törekvések kudarca, s egy közel fél évszázados elméleti válság követi. E válságkorszakban ugyan egyre inkább nyilvánvalóvá vált, hogy a kémiának szüksége van az atomelméletre, mégis viszonylag hosszú ideig tartott, míg a kémikusok az atomelmélet belső problémáin úrrá tudtak lenni. Az atomelméletet általánosan csak a 60-as évek elején fogadták el.

Az atomelmélet válságszakaszát számos tényező bonyolult kölcsönhatása okozta, szaktudományi problémák, filozófiai-tudománymódszertani okok egyaránt szerepet játszottak kialakulásában.

A. A válság okai

E témakör áttekintéséhez induljunk ki abból, hogy mit várt e kor egy tudományos elmélettől? Általában mindenki elfogadta alapelvként, hogy egy elmélet feladata a tapasztalatok rendszerezése és tudományos előrelátások biztosítása. Megfelelt-e a kémiai atomelmélet ennek a követelménynek?

Kétségtelen, hogy a daltoni megfogalmazásban erre maradéktalanul még nem volt képes. Az elmélet gyakorlati felhasználása, a tapasztalatok rendszerezése nem volt lehetséges az atomsúlyok ismerete nélkül, ez viszont megkövetelte az önkényes egyszerűségi elv alkalmazását. A vegyületek összetételének ily módon való megállapítása, s az így számított molekulasúlyok már igen hamar ellentmondásokra vezettek. Az atomista Avogadro pl. maga is bírálni kénytelen Daltont, aki az egyszerűségi elv alapján feltételezett H–O vízösszetételből 8-as mólsúllyal számolt, míg Avogadro más módon ennek az értéknek közel kétszeresét fogadta el.[355] A kémiai atomelmélet válsága szempontjából kevésbé fontos, inkább tudománytörténeti érdekesség, hogy Dalton maga sem fogadta el a Gay-Lussac-törvényeket, illetve az Avogadro-hipotézist. Ennek oka, mint láttuk, a gázok szerkezetéről alkotott sajátos elképzelése, miszerint azonos atomok taszítják egymást, s a gázokban az atomtávolságok azonosak. “Zavaros eszme – írta Dalton –, hogy adott térfogatú oxigéngáz ugyanannyi részecskét tartalmaz, mint a hidrogén”.[356]

Milyen megoldási lehetőség kínálkozott az egyszerűségi elvből fakadó ellentmondások kiküszöbölésére?

Mivel a felmerült problémák éppen az atomelmélet hipotetikus részéből adódtak, az egyik kínálkozó lehetőség az volt, hogy szét kell választani egymástól az elmélet tapasztalati bázisát – a súlyviszonytörvényeket – és az atomhipotézist, mint önkényes, igazolhatatlan felépítményt. El kell vetni a “nyilvánvalóan önkényes” nézeteket az anyag atomos felépítéséről, csupán a tapasztalat által igazolt súlyviszonytörvényeket kell megtartani, de azokat nem az atomokra, hanem a kísérletekben szereplő anyagmennyiségre, az ekvivalensekre kell vonatkoztatni. Ezt az utat követte pl. Wollaston, aki az ekvivalenssúlyok rendszerét dolgozta ki, s Cavy is, aki Dalton munkásságából csak a többszörös súlyviszonyok törvényének megfogalmazását tartotta jelentősnek.[357] E felfogás látszólag azzal az előnnyel járt, hogy megmaradtak a tudományos előrelátások lehetőségét biztosító tapasztalati törvények, az elmélet problematikus része, az atomhipotézis nélkül. Itt nincs hely annak részletes elemzésére, hogy miért vélekedett így igen sok kémikus a XIX. sz. első harmadában. Csupán arra szeretnénk rámutatni, hogy a tudományos elmélet és az elmélet tapasztalati bázisának szétválasztása, majd ezek szembeállítása mind a kémiában, mind az újkori természettudományos gondolkodásban gyakorta megfigyelhető. Az okok nagyon különbözőek, kezdve a gyakorlati szempontból használhatatlan hipotézisektől való idegenkedéstől, olyan fogalomrendszerekre épülő elméletek kialakulásáig, ahol az egyes fogalmak értelmezése nehézkes (l. a modern fizikai elméletek fogalomértelmezési vitáit).

A válság kialakulása szempontjából a legfontosabb okot az atomsúly-meghatározások pontatlansága jelentette. Azok számára, akik elvben elfogadták a kémiai atomelméletet, hamar nyilvánvalóvá vált, hogy az atomelmélet gyakorlati alkalmazásának nélkülözhetetlen feltétele az atomsúlyok kielégítő pontosságú meghatározása. Ez a feladat azonban a kutatók számára nem csupán méréstechnikai, hanem nem várt elvi problémákat is felvetett, s jó néhány buktatót rejtett magában. Az itt felvetődő nehézségeket akkor érthetjük meg a legjobban, ha a kor egyik kiemelkedő kémikusa, J. B. Dumas munkásságának e szakaszát vesszük szemügyre. Dumas egyik cikkéből, amelyet 1826-ban írt, kitűnik, hogy a szerző jól látja az ellentmondást: az atomelmélet ugyan egyre szélesebb jelenségkör magyarázatát nyújtja, de az önkényes egyszerűségi elv bizonytalan alapot jelent az elmélet számára[358]. Az Avogadro-törvényt elfogadva, Dumas egy új, gőzsűrűségmérési módszeren alapuló eljárást dolgozott ki, hogy pontos atomsúlyértékekhez juthasson. Mérései során azonban néhány olyan anyagot is megvizsgált (AsH3 PH3, S), amelyekre nézve a mért atom-, illetve mólsúlyok nem voltak összeegyeztethetőek a más módszerek alapján nyert értékekkel.

Dumas hosszú időn át végzett kísérleti munkája nem hozott eredményt, az eltéréseket nem sikerült kiküszöbölni, s nem sikerült magyarázatot találni a felsorolt anyagok rendellenes viselkedésére. (A kudarc oka ma már nyilvánvaló. Fenti anyagok gőzállapotban asszociálódnak, a mért mólsúlyok ezért nem feleltek meg a tapasztalati képleteknek. Az eltéréseket csak úgy lehetett volna megmagyarázni, ha Dumas felismeri az asszociáció jelenségét, amit azonban csak a múlt század ötvenes éveiben bizonyított be Deville.)

Dumas jellemző módon reagált a kudarcra. Tízévi munkája eredményét végül is az atomizmus vehemens elutasításaként fogalmazta meg:

“Ha hatalmamban állna, kitörölném az atom szót a tudományból, mert meggyőződésem, hogy a tapasztalatunkból hiányzik, s a kémiában soha nem kell tovább mennünk a tapasztalatnál”.[359]

Dumas nézete empirista tudományfelfogást tükröz. Véleménye azért figyelemre méltó, mert jól mutatja, hogy az atomelmélet válságkorszakában a megoldatlan szaktudományi problémák látszólag alátámasztották az elmélettel szembeni filozófiai-tudománymódszertani ellenérveket.

B. A válság megoldódása

Az atomelmélet azért került válságba, mert bizonyos, széles körben elfogadott elemi tudományos normákat nem teljesített, s a válság úgy oldódott meg, ahogyan bővültek az elmélet magyarázó fogalmai és a tudományos előrelátások lehetősége. A XIX. század ötvenes éveiben Cannizzaro tevékenysége jelenti e folyamat első szakaszát. Cannizzaro a felhalmozódott ismeretanyag alapos elemzése révén kimutatja az Avogadro-törvények alkalmazhatóságát. Ez a felismerés komoly érv az atomhipotézis elfogadása érdekében, mert segítségével megoldódik az a probléma, hogy a korábbi atomelmélet az ismert tények egy részét nem tudta értelmezni. A vegyértékfogalom és a periódusos törvény felfedezése további döntő bizonyítékot képeztek, mert segítségükkel igazolták, hogy az atomelmélet tudományos előrelátások lehetőségét nyújtja. Az atomelmélet alapján kifejlődött atomsúly- és vegyértékfogalom tette ugyanis lehetővé egyrészt a periódusos törvény felállítását, mely után a szervetlen kémiai kutatás új szakaszba lépett, másrészt ezekre a fogalmakra épült a klasszikus szerves kémiai szerkezetelmélet is. E felfedezések segítségével számos új tapasztalatra tettek szert a kémikusok, melyek az atomelmélet további közvetett bizonyítékait képezték. E tények a kutatók döntő többségét meggyőzték arról, hogy az atomelmélet, ha nem is nélkülözhetetlen és igaz, de legalábbis hasznos.

4. A tudományos törvény problémái Mengyelejev és L. Meyer munkásságában

A. A periódusos törvény felfedezése

Alapvető törvény, hogy a tudományok egyenlőtlenül fejlődnek. Ennek következménye, hogy adott korban általában létezik egy vagy több olyan tudomány, amely kora élenjáró tudományának tekinthető, s amelyben a tudományfejlődés magasabb szintje valósul meg. A fejletlenebb tudományok számára ezek módszerei, felépítése mintaként szolgálnak. Ezt a tendenciát természetesen korlátozzák az egyes szaktudományok specifikus különbségei, általában azonban e minták létezése elősegíti a fejletlenebb tudományágak fejlődését. A XIX. századi tudomány egyik alapvető feladata az volt, hogy az egyes tudományágak területén kvantitatív törvényeket keressenek. Tudjuk, hogy ehhez a munkához elsősorban a fizikai kutatás adott modellt, ami pedig a matematikai eszközöket illeti, a matematikai analízis ebben az időszakban már igen komoly fejlettségi szintet ért el.

Mindezt azért szükséges elöljáróban megjegyezni, mert a periódusos törvény felfedezésében igen lényeges szerepet játszott, hogy L. Meyer és Mengyelejev milyen nézeteket vallottak a tudományos törvény sajátosságairól, szerepéről. Az esemény, melyet vizsgáltunk, röviden a következőképpen foglalható össze:

L. Meyer lényegében 1860 óta folyamatosan dolgozott az elemek egységes rendszerének kidolgozásán. Az elemek viselkedésében tapasztalható periodicitás létezését azonban – alig kéthónapos munka után – Mengyelejev fedezte fel 1869-ben.

Mivel magyarázható, hogy éppen Mengyelejev jutott el először a törvény felismeréséhez (2. táblázat)?

Az elemek oszlopokba rendezve.
2. táblázat. Mengyelejev első, 1869-es periódusos törvénye.

Az előzményeket a következőkben foglalhatjuk össze.

1. A kutatók eljutottak odáig, hogy a hasonló viselkedést mutató elemeket családokban rendszerezték.

2. Bizonyos hasonló elemek atomsúlyai között egyszerű szabályszerűségeket fedeztek fel (Döbereiner, Pettenkoffer).

Közben, mint láttuk, Lavoisier és Dalton működésének eredményeként létrejött a kémiai elemfogalom, amely most már az elvont általanos szintjén is megfogalmazódott.

Az elemek rendszerezése ezzel ellentmondásos szakaszba jutott. Az elemek mint “elemek” az elvont általános szintjén azonosnak minősültek, ugyanakkor az elemcsaládokba való rendszerezés azt a logikát követelte meg, hogy az adott elemcsaládba tartozó elemeket élesen szembeállítsák a más családba soroltakkal. A rendszerezést formális logikai oldalról a “kizáró vagy” viszony alkalmazása jelentette. Bizonyos elemek vagy hasonlóak egymáshoz és egy csoportba tartoznak, vagy különbözőek egymástól és különböző csoportokba kerülnek, de a csoportok között semmiféle kapcsolat nem volt a különös szintjén megadható.

A kémiai elemek egysége tehát csak az elvont általános szintjén volt ismeretes ebben a korban – ezt fejezte ki a kémiai elemfogalom. Az egyes elemcsoportok között – tehát logikai értelemben a különös szintjén – csupán a csoportokon belüli hasonlóságokat állapították meg, a felismert törvényszerűségek csak a csoportokon belül voltak érvényesek, de hiányzott az átmeneteket jellemző törvény. Ebben rejlett az elemrendszerezés ellentmondásossága; gyakorlatilag sikerült ugyan szinte minden elemet valamilyen részosztályba, csoportba sorolni, de ezek egymásról függetlenül léteztek. A különböző táblázatokban éppen ezért az egyes elemcsoportok egymáshoz való viszonya teljesen esetleges volt.

A periódusos törvény felismerése egyrészt megszüntette ezt az esetlegességet, mert az egyes elemcsoportokat is jól meghatározott viszonyba állította egymással, másrészt kifejezte azt a fontos körülményt is, hogy az egyes elemek közötti kapcsolat nem a többiekhez való hasonlóság vagy különbség, hanem az egyes elemek a hasonlóság és különbség átmenetei, csomópontjai egy egységes rendszeren belül.

Nézzünk egy klasszikus kémiai fogalomkörből származó, egyszerű példát. Az ón fémes és nemfémes módosulatát régóta jól ismerték a kémikusok. E két módosulat léte jól szemléltette egy vonatkozásban a hasonlóságot és különbséget, illetve ezek átmenetét. A széncsoport kisebb atomsúlyú elemeit mint nemfémes elemeket ismerték, az ólmot viszont egyértelműen a fémek közé sorolták. A fémes sajátságok tendenciózus változása ugyanakkor a negyedik periódus mentén is megfigyelhető volt, tehát az egyes csoportok közötti átmenet, kapcsolat is tükröződött a rendszer alapján.

B. A törvényfogalom eltérő felfogása L. Meyer és Mengyelejev munkásságában

Miben állt e két kutató törvényfogalmának és a törvényfeltárás útjára vonatkozó nézeteinek különbsége? A lényeges különbségek a következőkben foglalhatók röviden össze[360]:

l. A törvény csak akkor tudományos jellegű, ha kvantitatív (L. Meyer).

– A kvantitatív jelleg az egzaktság fokára vonatkozik (Mengyelejev).

2. A törvény nem a dolgok természete és viselkedése között fogalmazható meg, hanem csak a természet és viselkedés egy-egy kísérletileg közvetlenül vizsgálható paramétere között. Az elemek “természete” és “viselkedése” között feltételezett törvény legfeljebb szemléleti segédeszköz, valóságos tartalmát a kvantitatíve ismert paraméterek közötti viszonyok adják. Ilyen pl. az atomsúly–atomtérfogat görbe (L. Meyer).

– Törvény fogalmazható meg az “egészek”, a dolgok természete és viselkedése között is, nemcsak a kísérletileg vizsgálható paraméterek között. Az ilyen törvény tartalma több, mint az egyes paraméterek között felállított törvények összeségében kifejezésre jutó tartalom (Mengyelejev).

3. Az adatokhoz képest a törvény mindig hipotetikusabb, lévén azok alapján felállítható. Valahányszor a tételezett törvény (szabály) és egy adat, egy egyedi tény között ellentét van, akkor a törvény módosítandó, miután az egyedi adatokhoz képest a törvény szubjektív mozzanatot tartalmaz. Tehát nem megengedhető az a módszer, hogy a feltételezett törvény alapján adatokat kétségesnek minősítünk, és azokat a törvény érvényesítése céljából önkényesen megváltoztassuk (L. Meyer).

– A törvény szükségszerűséget fejez ki, így az alá sorolható egyedi adatok megítélése nemcsak lehetséges, hanem szükséges is (Mengyelejev).

Úgy vélem, ezek után érthető, hogy Mengyelejevnek volt “bátorsága” az elemek rendszerét – növekvő atomsúlyaik alapján – törvénynek tekinteni.

“Az elemek viselkedése atomsúlyuk periodikus függvénye” – fogalmazza meg a törvényt, s igen tanulságos, hogyan reagál erre L. Meyer:

“Már 1864-ben sikerült a különböző elemcsaládokat azonos sémába vonni... Mengyelejev röviddel ezelőtt kimutatta, hogy egy ilyen rendszerhez úgy is eljuthatunk, hogy az elemeket tudatos vizsgálódás nélkül sorbaállítjuk, e sorokat bekezdésekre osztjuk, majd a bekezdéseket változtatás nélkül sorbaállítjuk”.[361]

Meyer tehát Mengyelejev táblázatát egyszerűen egy formális rendszerezési lehetőségnek tekintette. Miután a két táblázat lényegében megegyezett, nyilvánvaló, hogy a periodicitást saját táblázatában sem látta. Nézzük meg, hogy miért? A tudománytörténet-írás – meglepő módon – teljesen figyelmen kívül hagyta azt a tényt, hogy a mengyelejevi törvényt L. Meyer és Mengyelejev teljesen eltérő módon értelmezte. Meyer a következőket mondta:[362]

“(Mengyelejev táblázata) azt a koncepciót nyújtotta nekünk, hogy az elemek tulajdonságai atomsúlyaiknak periodikus függvényei ... ugyanaz vagy hasonló tulajdonság tűnik fel újra az atomsúly bizonyos értékénél. Bármily meggyőző is azonban ez a megfigyelés, teljesen sötétben hagy bennünket a tulajdonságok megváltozásairól azon perióduson belül, amelynek végén megismétlődnek a kezdetnél észlelt tulajdonságok”.

S ehhez még hozzátette L. Meyer: csak a vegyértékek változnak folyamatosan. A természettudós, hogy ne legyen “önkényes”, mindent megtett, hogy az adott lehetőségek között a lehető legkevesebbet mondja ki. A periódusos törvény Meyer szerint nem tudományos törvény, mert nem kvantitatív, mert az elemek viselkedéséről és nem ezeknek egy empirikus, kvantitative vizsgálható sajátságáról szól, s mert csupán a vegyértékeknél mutatkozik “átmenet”. Így tartalma nem több, mint az a majdnem triviális állítás, hogy meghatározott – de általános szabályként ismeretlen – atomsúly-növekedés után az elemek viselkedése periodikusan visszatér. Mint ismeretes, Meyer így is látott benne bizonyos heurisztikus jelentőséget, és óvatosan bár, de alkalmazni kezdte, s kimérte az atomsúly–atomtérfogat viszonyt kifejező görbét. Lényegében ezt tekintette az első periódusos törvénynek (l. az ábrát)[363].

Az atomok térfogatát az atomsúlyok függvényében ábrázoljuk, egy 5-csúcsú görbét kapunk.
Meyer atomsúly-atomtérfogat görbéje

A Mengyelejev és L. Meyer közötti nézetkülönbségeket jól mutatja még a későbbiekben az “ekaelemek” felfedezése körüli vita is.

Nagyon jól ismert tudománytörténeti példa, hogy miután Boisbaudran francia kémikus felfedezte a galliumot és közölte néhány fizikai adatát, Mengyelejev rámutatott, hogy a periódusos rendszerben elfoglalt helye alapján a galliumra más sűrűségérték várható. Az ismételt mérés igazolta Mengyelejevet. Kevésbé ismeretes viszont, hogy L. Meyer az ekaelemek felfedezése után is úgy nyilatkozott, hogy itt bizonytalan törvényszerűségek alapján való szerencsés jóslásról volt szó[364].

5. A klasszikus kémiai szerkezetelmélet kialakulása. “A kémiai szerkezet” fogalmának különböző megközelítési módjai

A XIX. sz. középső harmada az az időszak, amikor a klasszikus kémiai szerkezetelmélet kialakulásának feltételei létrejöttek. Ha az e témával foglalkozó kutatók nézeteit áttekintjük, egy érdekes kettősséget vehetünk észre. A kémikusok egy csoportja úgy vélte, hogy vegyületek tulajdonságait az atomokból kiindulva kell megmagyaráznunk, méghozzá oly módon, hogy a vegyületek bizonyos makroszkopikus tulajdonságait egyszerűen hozzárendelik a kémiai elemek atomjaihoz, feltételezve, hogy e tulajdonságok az atomok belső, igen állandó sajátosságai. Lényegében ezt a nézetet képviselte Kekülé, Couper, Frankland. E felfogás hivei az atomokból felépülő molekulákat a makrotestek állandó, elemi építőköveinek tekintették, amelyek általában rendelkeznek mindazon tulajdonságokkal, mint a belőlük felépülő test.

A kutatók más csoportja viszont úgy vélte, hogy a “kémiai szerkezet” fogalma tulajdonképpen relatív, mert a vegyületek különböző reakcióikban különböző szerkezetet mutatnak. Ezt a nézetet képviselte pl. Gerhardt. Érdemes egy általa idézett példával megvilágítani felfogásának tapasztalati alapjait. Gerhardt – egyébként nagyon helyesen – felismeri, hogy az ecetsav, mai szóhasználattal élve hol acilező, hol acetilező, hol pedig karboxilező szer, ill. különböző reakciókban különböző funkciós csoportjaival reagál. Gerhardt az ilyen típusú megfigyelésekből arra következtetett, hogy nincs értelme valamely anyag állandó kémiai szerkezetéről beszélni, csupán “reakcióformulák” léteznek, amelyekkel az egy-egy adott reakcióban tanúsított viselkedést lehet jellemezni.

Itt nincs mód arra, hogy ezen tudománymódszertani szempontból igen érdekes vita részleteire és egyéb vonatkozásaira rámutassak. A probléma lényege jelenlegi ismereteink alapján világos: a szerkezetfogalom e szélsőséges felfogásai között szintézist csak azután lehetett teremteni, miután világossá vált, hogy milyen típusú erőhatások alakítják ki a vegyületek szerkezetét. Erről pedig XIX. századi eleink nagyon keveset tudnak. Ezért érdemel figyelmet Couper, majd később Butlerov egy-egy megjegyzése, akik azt is tudták – hogy mit nem tudnak.

Couper:[365]

“Amikor az individuális elemek minden sajátságát és erejét meg fogjuk ismerni, akkor lesz arra lehetőségünk, hogy a vegyületek szerkezetéről, amelyek az elemekből képződnek, világos képet alkothassunk.”

Butlerov:[366]

“Igaz, hogy nem ismerjük azt a kapcsolatot, amely fennáll a bonyolult részecskékben az atomok kémiai kölcsönhatása és azok mechanikai elhelyezkedése között, így nem tudjuk, hogy közvetlenül érintkeznek-e egymással a kémiailag közvetlenül egymásra ható atomok, de ennek ellenére sem lehet tagadni..., hogy az összetett test kémiai sajátosságait főképpen alkotóelemeinek kémiai kapcsolatai határozzák meg.

Kiindulva abból a gondolatból, hogy minden kémiai atom, amely az adott test összetételében szerepel, részt vesz annak létrehozásában és hatását a neki megfelelő mennyiségű kémiai erővel (affinitással) fejti ki, kémiai szerkezetnek azon erők hatáselosztását nevezem, amelyek következtében – egymásra közvetlenül vagy közvetve hatva – ezek kémiai részecskévé egyesülnek.”

A. A vegyérték-fogalom megjelenése

E fogalom kialakulásának eseménytörténetét a tudománytörténeti irodalom elég részletesen taglalja,[367] így e folyamatnak csupán néhány állomását kívánom jelezni.

Dalton óta tudták: a vegyületeket alkotó elemek atomjai között meghatározott mennyiségi összefüggések állnak fent. Mivel a kor gondolkodásmódjának megfelelően a vegyületek tulajdonságait rendre hozzárendelték az atomokhoz, nem meglepő, hogy előbb-utóbb sor került e fogalom bevezetésére.

Russel[368] helyesen mutat rá, hogy a vegyértékfogalomhoz két úton is el lehetett jutni, mind az ún. “gyökelmélet”, mind az ún. “ típuselmélet “ alapján. Ismeretes, hogy a XIX. sz. első felében a vegyületek összetételére vonatkozó tapasztalatok alapján a kémikusok egy része úgy gondolta (Kolbe, Frankland), hogy a vegyületek rendszerezése a kémiai reakciókban többé-kevésbé állandónak mutatkozó atomcsoportok – a gyökök – segítségével lehetséges. Mások viszont úgy vélték (Gerhardt, Laurent), hogy a vegyületek négy ún. alaptípusba,[369] ill. az ezekből leszármaztatható alcsoportokba sorolhatók. Bár e két felfogás hívei más módon közelítették meg mind a vegyületek rendszerezésének, mind kémiai szerkezetének kérdéseit, kétségtelen, hogy tevékenységük során bővült az a tapasztalati bázis, amelyből arra lehetett következtetni, hogy a kémiai elemek atomjai bizonyos szabályszerűségek alapján alkotnak vegyületet más elemek atomjaival, és ezek a mennyiségi viszonyok atomi tulajdonságokat fejeznek ki. Jól látható ez a törekvés pl. Odling egy közleményében[370], aki, miután megpróbált néhány fémoxidot és hidroxidot a típuselmélet szerint csoportosítani, bevezeti a “többatomos” elem fogalmát és azt a következő jelölésekkel szemlélteti: H’, O’’, K’, Sn’’, B’’’, Fe’’.

Ez a gondolat – ha még nem is nevezik nevén a vegyérték-fogalmat – már nagyon világosan kitűnik Kekülé egy 1857-ben megjelent cikkéből:[371]

“Valamely elem atomjainak a száma, amely egy másik elem atomjaihoz kapcsolódik, az alkotórészek rokonságának mértékétől függ. Ebből a szempontból az elemek 3 csoportba sorolhatók:

- egyatomosak (H, Cl, Br, K)

- kétatomosak (O, S)

- háromatomosak (N, P, As)

Ebből következik, hogy a vegyületeknek is 3 fő típusa lehet, amelyeknek a leggyakoribb képviselői: HH, OH2, NH3.[372]

Ugyanebben a cikkben megjegyzi, hogy:

“A szén... 4 értékű, vagy 4 atomos, azaz egy atom szén ekvivalens 4 atom hidrogénnel. Ezért az első csoport legegyszerűbb szénvegyületei a CH4, vagy CCl4”.

Úgy vélem, a tudománytörténeti irodalom egy fontos mozzanatra nem hívta fel eddig a figyelmet. Bizonyos, hogy a korábban említett rendszerezési kísérletek kudarca is nagymértékben hozzájárult a vegyértékfogalom kialakulásához. Mind a gyökelmélet, mind a típuselmélet rendszerezési káoszt eredményezett, s az ezt követő kritikák során fogalmazódott meg igen határozottan, hogy az eredményes rendszerezésnek csak az lehet az alapja, ha mint magyarázó elvhez, visszatérnek az elemek atomjainak sajátságaihoz. Szinte természetes, hogy ez a “visszatérés” a XIX. században szükségképpen uralkodó, mechanisztikus rész-egész felfogás keretében ment végbe. Ennek lehetünk tanúi Couper egy cikkében is,[373] melyben a szerző a következőképpen bírálja a gyökelméletet:

“... éppen annál a pontnál bénítja meg a kutatást, ahol az magyarázatra szorul, mivel végső elemeknek bélyegez meg olyan testeket, amelyekről tudjuk, hogy nem azok. ... Nyilvánvaló, hogy az egész mindig egyszerűen a részek származéka. Következésképpen, e kvázielemek sajátosságai egyszerűen következményei az őket alkotó elemek sajátosságainak.”

C. Russel a már idézett művében egy érdekes táblázatot közöl a vegyértékfogalom etimológiájának történetéről (3. táblázat). Ami a szóhasználatot illeti, a tudománytörténeti irodalomból megállapítható, hogy a “vegyérték” (valenz) kifejezést Kekülé használta elsőként:

“Mikor a vegyületek atomi szerkezetének értelmezésekor nehézségekkel találtam szemben magamat, éveken át egy sajátos módszert alkalmaztam, nevezetesen, a különböző vegyértékű (valenz) atomokat különböző méretűeknek tüntettem fel. “[374]

C. Russel[375] ezzel kapcsolatban feltételezi, hogy Kekülé és munkatársai hosszú időn át azonos értelemben használták a “vegyérték” (valenz) és a quantivalence kifejezéseket. (Ez utóbbi kifejezésnek nincs jó magyar megfelelője. Kekülé és kortársai az atomoknak azt a tulajdonságát próbálták így jellemezni, hogy azok általában más elemeknek egy vagy több atomjával képesek összekapcsolódni.)

A – latin, német és angol – vegyérték szó története.
3. táblázat.

Bár a problémakör részletes elemzésére itt nincs lehetőség, érdemes megjegyezni, hogy e téren komoly terminológiai zűrzavar mutatkozott a múlt században. A különböző szerzők – mint erre Frankland[376] már 1857-ben rámutatott – lényegében hasonló értelemben használták az atomosság, atomi erő, egyenértékűség és a vegyérték fogalmakat. W. Ostwald 1904-ben megjelent és számos nyelvre lefordított tankönyvében[377] pl. még mindig az “atomosság” kifejezést használta!

B. Az állandó és változó vegyérték fogalma

A vegyületek összetételére vonatkozó adatok gyarapodásával a kémikusok elég hamar szembetalálták magukat a problémával: egyazon elem atomjairól fel lehet-e tételezni, hogy a vegyértékük változó? Első pillantásra talán meglepőnek tűnik, hogy a kérdés megválaszolása egyáltalán gondot okozhatott, hiszen a XIX. sz. középén már számos olyan vegyületet ismertek (pl. a nitrogén, a foszfor, az arzén, a szén stb. oxidjait), amelyekben 2 elem különböző összetételben fordult elő, és mint tudjuk, már Dalton működése óta ismerték a többszörös súlyviszonyok törvényét is!

Ne feledjük el azonban, hogy a XIX. sz. “következetes”, az atomelmélethez hű kémikusainak számára, az atomok változatlanságának elvéből logikailag szinte egyértelműen következtetett, hogy minden anyagi tulajdonságot, amelyet hozzárendeltek az atomokhoz, hasonlóan változatlannak tételezzék fel. A kémikusok egy csoportja ezért – és közéjük tartozott Kekülé is – inkább vállalta, hogy mai szemmel nézve szinte groteszk szerkezeti formulákkal[378] írja le az atomok kapcsolódását, annak érdekében, hogy a “vegyérték”, mint atomi tulajdonság, állandó maradjon. A vegyérték – mondja Kekülé –[379]

“... fundamentális atomi tulajdonság, ugyanolyan állandó és változatlan sajátosság, mint maga az atomsúly”.

E témakör részletes elemzését azért nem tartom szükségesnek, mert számunkra már nyilvánvaló, hogy az e téren jelentkező ellentmondásokat – nevezetesen az összetétel állandóságának és változékonyságának problémáját – a klasszikus kémia fogalomrendszerében nem lehetett feloldani, ehhez a kémiai kötés mibenlétének a megismerésére volt szükség.

Érdekességként csupán arra szeretnék utalni, hogy Mengyelejev – aki egyébként igen sok vonatkozásban meglehetősen konzervatív atomista – nem fogadja el a “vegyérték” állandóságának elvét. Ennek egyik oka kétségtelenül az, hogy a vegyértékfogalom abszolutizálása a periódusos törvénynek is ellentmondott volna. Rá kell azonban mutatni arra is, hogy Mengyelejev elsősorban szervetlen kémiai kutatásokat folytatott, így olyan tapasztalati bázisról szemlélte a kémiát, amely nem is szolgáltatott kiindulópontokat a vegyérték állandóságának feltételezéséhez. Cikkei, közleményei alapján tudjuk, hogy pl. fémoxidok, fémhidroxidok, metalloidok[380] tulajdonságait vizsgálta. Ezek a vegyületek pedig változó összetételt mutattak. Nyilvánvaló, hogy más következtetésekre juthattak azok a kémikusok, akik elsősorban szerves kémiával foglalkoztak. Ők ugyanis, ha feltételezték a szén, a hidrogén és az oxigén vegyértékének állandóságát, lényegesen kevesebb problémával találták magukat szemben.

A XIX. sz. utolsó harmadára végül is “kompromisszum” született a kémikusok között. Axiómaként elfogadták a hidrogén egy- és az oxigén kétvegyértékűségének elvét. Ez utóbbi meglehetősen nehéz döntés volt, mivel cserébe fel kellett adni a szén négyvegyértékűségének elvét, amely pedig, mint tudjuk, a rendkívül sikeres szerves kémiai szerkezetelmélet alapját képezte. Azon próbálkozások közül, amelyek megkísérelték menteni az egységes értelmezés lehetőségét, érdemes idézni Newlands egy ötletét.[381] Szerinte a szén-monoxid a következő formulával irható le:

Ötlete azonban nem aratott sikert, hiszen ezidőtájt már ismerték a gázok asszociációjának jelenségét, de semmiféle tapasztalati tény nem támasztotta alá, hogy a szén-monoxid erre hajlandó lenne. A század végére terjed el a vegyértékfogalomnak az a ma is használt definíciója, amely szerint a vegyérték az a szám, amely megmondja, hogy egy adott elem atomja hány hidrogénatomot képes lekötni, ill. azt vegyületeiben helyettesíteni.

C. A kémiai kötés fogalmáról, a fizika és kémia kapcsolatának néhány kérdéséről

A kémia alapvető fogalmai közül alighanem a kémiai kötés fogalma az, amelyet a klasszikus kémia a legbizonytalanabbul tudott körülírni, s amely ezután a XX. században alapvető jelentésváltozáson ment keresztül. (Ez utóbbi tényezőt, sajnos, mind tankönyveink, mind az ismeretterjesztő irodalom kevéssé hangsúlyozza, komolyan megnehezítve ezáltal a modern szerkezeti kémia fogalmainak oktatását és megértését.)

Érthető, hogy a kémiai kötés mibenlétéről a XIX. sz. kémikusai érdemben szinte semmit sem mondhattak, hiszen gyakorlatilag teljes mértékben hiányzott az ehhez szükséges anyagszerkezeti háttér. A különböző magyarázó próbálkozások egyszerű fizikai analógiákra támaszkodtak – l. pl. Berzelius ún. dualista elméletét – ám ezek a hipotézisek már a kor tapasztalati ismeretanyagán belül is ellentmondásokra vezettek. A XIX. sz. végére a kémikusok általában tudomásul veszik, hogy a kémiai kötés valamilyen, egyelőre ismeretlen eredetű fizikai erőhatás következménye.

Mielőtt a fizika és kémia kapcsolatának néhány érdekes vonatkozására rátérnék, szeretnék még utalni arra, hogy az előbbiekben említett probléma – az állandó és változó vegyértékek hívei közötti vita – szinte szükségképpen vezetett néhány olyan fogalom megjelenéséhez, amelyeket napjainkban is használunk. Nézzünk egy egyszerű példát!

L. Meyer 1866-ban a következőket írja[382]

“... a jód-trikloridban (ICl3) a kémiai rokonság 3 egysége jelenik meg, közülük azonban csupán egy az, ami erős, a másik kettő gyenge. Ez abból látszik, hogy a jód-triklorid hevítésekor felbomlik 2 atom klórra és jód-kloridra (ICl). Nyilvánvaló, hogy az előbb említett klóratomok gyengébben, a ICl-ben lévők viszont erősebben kötődtek a jódatomhoz. Hasonló példák sokaságát idézhetnénk, amelyekből arra következtethetünk, hogy van alapunk feltételezni gyengébb kölcsönhatások meglétét.”

Hasonló példák valóban bőven akadtak, és részben az ezek magyarázatára irányuló próbálkozások, részben az állandó és változó vegyérték fogalmak közötti kompromisszum-keresés végül is oda vezetett, hogy megjelent az “elsődleges” és “másodlagos” kötés fogalma. Ez a fogalompár mutatkozik meg nagyon világos formában a század végén az ún. Werner-féle koordinációs elméletben.[383]

Ami a fizika és a kémia kapcsolatának általános kérdéseit illeti, a XIX. sz. második felében számos érdekes tendencia észlelhető. Változatlanul tanúi lehetünk annak a törekvésnek, hogy a mechanika és az égi mechanika módszerei modellként kellene hogy szolgáljanak a kémia számára, függetlenül attól, hogy ez a szemlélet a XVIII. sz.-ban lényegében már kudarcot vallott (Lomonoszov).

Frankland,[384] aki egyébként nagyon sokat tett a vegyérték és a kémiai kötés fogalmának korabeli tisztázására, így vélekedik (1854):

“A kötés (bond) terminust alkalmazván, megkísérlem, hogy az eddigieknél konkrétabb jelentést adjak ezen fogalomnak ahhoz képest, ahogy a kémikusok ezt korábban tették, pl. az “atomosság”, “atomi erő”, ekvivalencia” fogalmakkal ... Aligha szükséges hangsúlyozni, hogy ezen terminológia bevezetésével nem tételezek fel valami materiális kapcsolatot a kémiai vegyületek elemei között, habár kétségtelen, hogy ezen kötéseket ..., illetve azok természetét hasonló nézőpontból kellene vizsgálni, mint ahogy ezt a naprendszert alkotó égitestek esetében tesszük.”

Legalább ilyen tanulságos Than Károly véleménye is, aki egy 1904-ben megjelent egyetemi tankönyvének egyik fejezete elé a következő bevezetést irja:[385]

“A chemiai mechanika feladata a chemia jelenségeit a mechanika alapelveire, tehát a tömeg, tér és idő vonatkozásaira visszavezetni. Ha e nagy feladat teljesen meg volna oldva, akkor a chemia elmélete az égi testek mechanikájához, az astronomiához hasonlítana. Ekkor abba a helyzetbe jutnánk, hogy a chemiai jelenségeket deductív úton, a fáradságos empirikus kísérletek mellőzésével, elméleti úton előre meghatározhatnók. Ez esetben a kísérletet főképpen az elmélet következményeinek mennyiségi ellenőrzésére használnók. Fölösleges önök előtt az ilyen elmélet fontosságát akár a philosophia, akár az alkalmazás szempontjából bővebben fejtegetnem. Ettől ugyan még távol vagyunk, de a lefolyt század második felében ez irányban fontos törvények fedeztettek fel, melyek azon eredményre jogosítanak, hogy a chemiai rokonság rejtélyét világosabban fogjuk megérteni, és hogy idővel a föntebb említett nagy czélt a tudomány meg fogja közelíteni. “

Kétségtelen, hogy Lomonoszov, Frankland és Than Károly nézeteinek alapvető kiindulópontjai sok tekintetben különböznek egymástól. Lomonoszov, mint láttuk, általános természetfilozófiai meggondolások, Than Károly pedig szakmai indokok alapján hirdeti a mechanika módszereinek követését. Ez utóbbi szerző idézett művéből a továbbiakban világosan kitűnik, hogy számára a tömeghatás törvénye, ill. ennek statisztikus mechanikai megalapozása szolgáltatta a közvetlen indítékot arra, hogy a mechanikai módszerek kémiai alkalmazását ily nagyra értékelje. Ami azonban mindhármuknál közös, az éppen az, amelyet T. Kuhn ismert fel paradigmaelméletében; a fejlettebb szaktudományok mindig modellként állnak a kevésbé fejlettek előtt. Nyilvánvaló, hogy azok az elvárások, amelyek kétségtelenül jellemezték a kémikusok egy részének gondolkodását, végül is kevés eredményt hoztak. Egyrészt az a nagy fejlődésbeli különbség, amely e két tudományterület között a fizika javára megmutatkozott, másrészt az a körülmény, hogy a mechanika módszereinek, fogalmainak közvetlen adaptálása a kémia tudományon belül csak nagyon lehatárolt területeken lehetett sikeres, azt eredményezték, hogy az előbbiekben megfogalmazott várakozások általában illúziónak bizonyultak.

Ami a XIX. sz. második felét illeti, úgy gondolom, két olyan területet említhetünk, ahol a fizikai ismeretek, fizikai módszerek fejlődése kétségtelenül előnyösen hatott a kémiára. A statisztikus mechanika Maxwell és Boltzmann által történt megalapozása, ennek a kémiai termodinamikára és ezen keresztül szinte az egész fizikai kémiára kifejtett hatása igen kedvező befolyást gyakorolt ezen területek fogalomrendszerének fejlődésére, törvényeinek pontosabb megfogalmazására. Ez még akkor is igaz, ha – mint az előzőekben láttuk – egyes kémikusok túlzott reményeket tápláltak a mechanikai módszerek kémiai alkalmazásával kapcsolatban.

Nem szabad megfeledkeznünk arról a közvetett hatásról sem, amelyet elsősorban a kísérleti fizika fejlődése gyakorolt a kémia egyes területeire, annak következtében, hogy számos új mérési módszert, mérési eljárást fedeztek fel, ill. dolgoztak ki. Gondoljunk pl. a röntgensugárzás felfedezésére és ennek alkalmazási lehetőségeire a kristályos anyagok szerkezetének megismerésében, vagy az optikai eszközök gyors fejlődésére, amelyek segítségével lehetővé vált pl. különböző anyagok színképeinek felvétele. Mindezek nyomán a kutatási célokat szolgáló kémiai laboratóriumi technika oly mértékben fejlődött, hogy az e területről származó ismeretek igen nagy mértékben hozzájárultak a modern kémia megszületéséhez. Hadd emlékeztessek pl. arra, hogy a Bohr-elmélet, illetve mindazok az ezt követő elméletek, amelyek az ún. “stabil elektronkonfiguráció” fogalmát bevezették, ehhez a feltevéshez részben annak következtében juthattak el, hogy már a századforduló táján sikerült felvenni néhány nemesgáz színképét.

6. A klasszikus szerkezeti kémia alapelvei, ellentmondásai.

A. Volt-e klasszikus szerkezetelmélet?

Aligha véletlen, hogy az elmúlt században, ill. a XX. sz. elején semmiféle olyan összefoglaló mű nem jelent meg, amely kísérletet tett volna arra, hogy összefoglalja a klasszikus szerkezeti kémia alapjait. Az eddig elmondottak alapján talán érthető a korabeli kémikusok tartózkodása, hiszen a kémiai szerkezet fogalmáról alkotott nézetek távolról sem voltak egységesek, sokan a szerkezet fogalmának létjogosultságát is kétségbe vonták, a kémiai kötés mibenlétéről gyakorlatilag semmi lényegeset nem tudtak mondani.

A korabeli irodalom tanulmányozása alapján utólag azért megkísérelhetjük, hogy összefoglaljuk a klasszikus kémia legfontosabb alapelveit.

A klasszikus kötéselmélet az atom, a molekula és a vegyérték fogalmain nyugodott. Tapasztalati alapjait a XIX. sz.-ban megismert, makroszkopikus anyagmennyiségekre vonatkozó törvények (pl. a súlyviszonytörvények, az Avogadro-törvény, a gáztörvények stb.) képezték, elméleti alapját pedig egyrészt a daltoni atomelmélet, másrészt bizonyos, többé-kevésbé önkényesen elfogadott axiómák jelentették. A klasszikus kötéselmélet legfontosabb elveit a következőkben foglalhatjuk össze:

l. A kémiai kötés az atomok páronkénti kapcsolata.

2. Minden vegyület molekulákból áll.

3. A vegyérték a molekulákban levő atom sajátsága, s mindig kis egész szám.

4. A hidrogén minden vegyületben egy, az oxigén pedig két vegyértékű.

A felsorolt elvek közül a 2. és a 3. daltoni atomelmélet és a súlyviszonytörvények következménye, az l. és a 4. pedig axiómaszerű megállapítás.

B. A sztereokémia kezdetei

Bár a kémia egész területét átfogó klasszikus szerkezetelmélet nem született, két részterületet feltétlenül meg kell említeni, ahol részben fenti alapelvek, részben néhány kiegészítő feltevés alapján a gyakorlatban jól használható elmélet született. Az egyik a tankönyvekből és a tudománytörténeti irodalomból jól ismert Le Bell–van't Hoff-féle elmélet. Ebben a fenti alapelvek két lényeges gondolattal egészültek ki; a szénatom tetraéderes struktúrájával és láncképzési készségével. Ez a modell lehetővé tette számos szerves molekula térbeli felépülésének megállapítását, elősegítve ezáltal a szerves kémiai szintézisek elvi alapjainak jobb megismerését, az izoméria jelenségek magyarázatát stb. A kétségtelen gyakorlati sikerek viszont egy ideig azt a látszatot keltették, hogy a sztereokémia a szerves kémia “belügye”. Jellemző, hogy A. Bayer[386] 1885-ben összefoglaló tanulmányt tesz közzé, amelyben 7 sztereokémiai alapelvet fogalmaz meg – mind a hét a szénatomról szól.

A másik, a kevésbé ismert, a Werner-féle koordinációs elmélet. Úgy vélem, hogy Werner koordinációs elméletének méltatásával a kémiatörténeti irodalom napjainkig is adós maradt. Ha ugyanis figyelembe vesszük mindazt a meglehetősen szerény háttér-ismeretanyagot, amely az adott korban rendelkezésre állt, joggal mondhatjuk, hogy elméletével a lehetőségek maximumát adta. Vegyük sorba, milyen ismeretekre támaszkodott! Felfedezték az elektront (l897), ismerték a Faraday-törvényeket, ami pedig a kémiát illeti, Arrhenius (1888) megfogalmazott már egy ionhipotézist, de e mögött sem állt közvetlen anyagszerkezeti bizonyíték.

Annak bemutatására, hogy Werner mily módon keresett megoldást, álljon itt néhány szövegrészlet az 1983-ban megjelent Beitrag zur Konstitution anorganischer Verbindungen c. cikkéből.

“Gondolatok az MR6 gyökök elhelyezkedéséről és struktúrájáról.

Ha abból indulunk ki, hogy a hidrátokban, ammóniákban stb. 6 víz, ill. ammóniamolekula alkot csoportot, és ezek az egyértékű csoportok veszik körül a szénatomot, akkor felmerül a kérdés, hogy milyen térbeli elrendeződését gondolhatjuk el az egész molekulakomplexnek ...

Nézzük először azt a molekulát:

Öt ammóniát és egy savmaradékot tartalmazó molekula képlete.

amelyben az oktaéder öt sarkához ammónia, a hatodikhoz pedig savmaradék kapcsolódik. Ha ebben egy ammóniát egy savmaradékra cserélünk, ezt két módon tehetjük:

A háromféle molekula oktaédere.

Ily módon 2 izomér

Négy ammóniát és két savmaradékot tartalmazó molekula képlete.

összetételű molekulakomplexet kapunk általában, és ilyen kell, hogy legyen a már korábban említett

Az előző képlet konkretizálása a kobaltsóra.

összetételű só is.

Ezt a konklúziót a tények igazolják. Mint Jörgensen kiváló munkájából tudjuk, ebben a sorozatban valóban létezik két izomer, az egyik zöld ... a másik violaszínű. Ezek az izomerek kémiai szempontból teljesen hasonlóak, a három savmaradék közül csak egy ionos. (Kiemelés tőlem V. M.) ... Ez az érdekes izoméria jelenség az első bizonyítéka az oktaéderes szerkezetből levonható konklúziónak.”

Ugyanebben a cikkében egy másik helyen a következőket olvashatjuk:

“Az oktaéderes formulából levonható következtetéseket más tények is igazolják. A következő összetételű kobaltsó

Öt ammóniát és egy vizet tartalmazó kobaltsó képlete.

is két izomer sorozatban fordul elő, az egyik sárga, a másik vörös színű. A vörös színű só az, amelyiknél a három savmaradék, a három ammónia és a víz egy síkban található. Az a feltevés, hogy víz és a savmaradékok egy síkban helyezkednek el, megmagyarázza, hogy a vízmolekulával kicserélődő, a fémhez kapcsolódó savmaradék miért veszíti el ionos karakterét, sőt, azt is, hogy miért megy oly könnyen végbe ezen molekulák cseréje.”

Az idézetből kitűnik, hogy Werner bátran használja a kötés ionos jellegének fogalmát. Beszél elektronvonzó-képességről, ill. az elektronok részvételéről a kémiai kötés kialakításában. Kvalitatív megállapításai, magyarázatai, lényegében ma is helytállóak.

Figyelemre méltó az a körülmény is, hogy ő az, aki először foglalkozik komolyan az oktaéderes szerkezetek vizsgálatával.

Érdemes idézni néhány későbbi tanulmányában megjelent gondolatát is.

“A fő vegyértékek a telítődésre való készséget mutatják, amelyet az elektronnal való ekvivalenciának köszönhetően lehet mérni ...” (l902)

“Az elemi atomok készséget mutatnak az elektronnal való kapcsolódásra, amelyet úgy jellemezhetünk, mint az elektronhoz való vonzódásukat. Az elektronhoz való kötődés mértéke az elemi atomok elektronegativitásától függően nő.” (1911)

Valószínű, hogy Werner definiálja elsőként a koordinációs szám fogalmát:

“Azon atomcsoportok számát, amelyek az elemi atomot körülveszik, koordinációs számnak nevezném” (Z. Anorg. Chem. 267–300, 1893.)

Ő vezeti be elsőként a koordinációs övek fogalmát is:

“Ha a fématomot gömbnek tekintjük, akkor az őt közvetlenül körülvevő csoportokkal együtt komplex gyököt alkot, ezek a csoportok az első övben helyezkednek el, míg a fennmaradó csoportok képezik a második övet.” (8. o.)

Werner elméletének jelentősége ugyan nem mérhető a Le Bell–van't Hoff-féle modellhez, de fogalomrendszere gyakorolt bizonyos hatást a modern kötéselméletek fejlődésére. A koordinációs elmélet elsősorban azért született meg, mert az elmúlt század végére sikerült előállítani és azonosítani néhány átmeneti fém ammóniával, vízzel és halogénekkel alkotott vegyületeit. Mivel ezek összetételének értelmezése a vegyértékszabály alkalmazásával nem volt lehetséges, bevezették a “komplex” vegyület fogalmát. Feltételezték, hogy ezek a vegyületek egy központi fématomból és az ehhez egy ún. koordinációs övben csatlakozó ligandumokból állnak, amelyek meghatározott geometriai struktúrát mutatnak.

Érdekesség, hogy ennek az elméletnek az alapján, azokra az egyébként korrekt megfigyelésekre támaszkodva, melyek szerint e vegyületek egyes alkotórészei könnyen reakcióba vihetők, illetve izoméria jelenségeket mutatnak, feltételezték, hogy a kötésben “ionos kapcsolat” is szerepet játszik. Ez azért meglepő körülmény, mert az elmélet publikálásakor, 1893-ban, még semmiféle meggyőző kísérleti bizonyíték vagy általánosan elfogadott atommodell nem igazolta az ionok létezését. Az ion fogalma, mint tudjuk, azonban már Arrhenius óta (1888) ha hipotetikus formában is, de bekerült a kémiai gondolkodásba.

C. Alapelvek és ellentmondások

Ami az előzőekben vázolt általános alapelvek és a tapasztalati bázis szembesítését illeti, nézzünk néhány jellemző példát. Korábban már utaltam arra, hogy az oxigén kétvegyértékűségének elve nem volt teljes összhangban a korabeli tapasztalatokkal. Nézzük példaként az alábbi vegyületek tapasztalati képletét:

CH4 (metán)CO (szén-monoxid)CO2 (szén-dioxid)

Látható, hogy a hidrogén egyvegyértékűségének elfogadása mellett két lehetőség között kell választani. Vagy az oxigént tekintjük mindkét oxidban kétértékűnek, s akkor megengedjük, hogy a szén két vegyértékű is lehet (CO), vagy a szén négyvegyértékűsége mellett foglalunk állást, akkor viszont az oxigén vegyértéke a CO-ban csak négy lehet. E két lehetőség között a választás nem volt könnyű, mert a XIX. sz. nyolcvanas éveiben már elterjedt és komoly sikereket ért el a szén négyvegyértékűségének elvén alapuló szerves kémiai szerkezetelmélet.

Ennek ellenére elterjedt az oxigén kétvegyértékűségének elve, a szén-monoxidban levő szén vegyértékére nézve pedig nem született a klasszikus kötéselméletben kielégítő magyarázat. Hasonló problémához vezetett a nitrogén vegyértékének megállapítása is a nitrogén oxidjaiban. A kémiai analízis eredményei alapján régóta ismeretes volt, hogy léteznek NO, NO2, N2O5 tapasztalati képletű nitrogénoxidok. S bár más tapasztalatok arra mutattak, hogy a nitrogén általában 3 vegyértékű, a fenti vegyületekben – az oxigén kétvegyértéküségének elve miatt – 2, 4 és 5 vegyértékű nitrogén jelenlétét tételezték fel. Látjuk, hogy az axiómaként elfogadott elvből szükségképpen következett a változó vegyérték, illetve, az elsődleges és másodlagos kötések fogalma.

A múlt század 80-as éveitől kezdődően egyre több ellentmondáshoz vezetett az az elv is, mely szerint minden vegyület molekulákból épül fel. Bizonyos tapasztalati tények értelmezésére (oldatok áramvezetése, fagyáspontcsökkenésük mért és számított értékei közötti eltérések magyarázata stb.) már akkor felmerült az elektrolitos disszociáció hipotézise. Az a feltevés azonban, hogy bizonyos molekulák folyadékokban oldva elektromos töltésű részecskékre bomolhatnak, ellentmondott a fenti elvnek, mind pedig annak a szemléletnek, mely szerint a kémiai elemek atomjai változatlanok. Az az elv, mely szerint a kémiai kötés atomok páronkénti kapcsolata, a vegyértékszabály formális alkalmazásával együtt látszólag szerkezeti problémákat is megoldott. Az ily módon felírt szerkezeti képletek alapján azonban számos esetben vagy nem sikerült helyesen következtetni a vegyületek kémiai tulajdonságaira, vagy pedig nyilvánvaló ellentmondásba került a feltételezett szerkezeti képlet a tapasztalati tényekkel.

Nézzünk néhány példát. Az Al2O3 és az As2O3 képletű alumínium- ill. arzéntrioxidra az alábbi szerkezeti képleteket írták fel:

Az alumínium- ill. arzéntrioxid szerkezeti képletei.

A formálisan feltételezett hasonló szerkezet nem volt összeegyeztethető e két vegyület nagymértékben eltérő sajátságaival; míg az Al2O3 nagy keménységű, magas olvadáspontú, nehezen oldódó anyag, addig az As2O3 illékony, savakban, lúgokban viszonylag könnyen oldódó vegyület.

A tudománytörténeti irodalomból az is jól ismert probléma, hogy a benzol Kekülé-féle formulája nem adott magyarázatot arra, miért nincs a benzolnak ún. ortohelyzetben diszubsztituált származéka:

A benzolgyűrű gyökeinek két elhelyezkedési lehetősége.

Ha ugyanis helyes a Kekülé-féle képlet, akkor a benzolgyűrűben levő szénatomok strukturális helyzete különböző, s az a/ ill. b/ formulákkal felírt vegyületek fizikai és kémiai sajátságaiban különbségeket kellene találnunk. Ismeretes azonban, hogy nem sikerült előállítani kétféle, ortohelyzetben diszubsztituált benzolszármazékot.

A hasonló típusú ellentmondásokat a klasszikus kémia fogalomrendszerében nem sikerült feloldani. Ezzel is magyarázható, hogy a kémikusok századunk első évtizedeiben igen nagy figyelemmel kísérték a fizikai elméletek fejlődését, és időnként túlzott sietséggel, kellő kritika nélkül próbálták azok fogalmait beépíteni elméleteikbe, annak reményében, hogy magyarázó szerepük ily módon megnő.

Végül szeretném felhívni a figyelmet arra, hogy a jelenkori szakirodalom a “szerkezetelmélet”, “szerkezeti kémia” fogalmakat – éppen tárgykörük sokrétegűsége, gazdagodása miatt – többféle értelemben is használja.

Szűkebb értelemben a szerkezetelmélet a kémiai kötés, illetve ennek az állapotnak a leírására, jellemzésére alkalmazott elméletek, módszerek összességét jelenti.

Tágabb értelemben ide sorolják a kötéselméleten kívül a különböző sztereokémiai elméleteket, /molekulageometria/ koordinációs kémiát, sőt, egyes tankönyvek a kristálykémiát is.



[343] R. Boyle: Collected Works III. kötet (London, 1972).

[344] R. Boyle : uo.

[345] М. В. Ломоносов: Елементы математической химии , 10-11. (М. В. Ломоносов: Избранные труды по химии и физике, Изд. Акад. Наук СССР, Москва 1961)

[346] A XVIII. század közepére általánosan elterjedt hőanyagelmélet – flogisztonelmélet – hívei szerint égéskor a testekből hőanyag távozik. Érdekes, hogy habár mind Lomonoszov, mind Lavoisier fémégetési kísérletei lényegében szinte “experimentum crucis”-ként cáfolták ezt az elméletet, kimutatva, hogy zárt rendszerben semmiféle súlyváltozás nincs, az elmélet még igen sokáig élt és befolyásolta a kémiai gondolkodást. Fényes I. mutat rá Termodinamika és termosztatika c. könyvének bevezető részében (Műszaki Kiadó, Budapest, 1968), hogy a hő kalorimetriás értelmezése – amely szerint a cserélt hő a hőmérséklet-különbség,a tömeg és a fajhő függvénye – sajnos, számos formai analógiát mutat az egyébként alapjaiban hibás flogisztonelmélet néhány fogalmával. Feltehetően ez a körülmény éltette tovább a hőanyagelméletet, mivel annak gyakorlati alkalmazóit – főleg a kohászokat – nem elsősorban az elméletek fogalmi tisztasága, hanem azok praktikus haszna érdekelte. Így a kalorimetria XIX. sz. elejei fejlődése éppen a formai analógiák miatt még mindig azt a látszatot keltette, hogy tulajdonképpen a flogisztonelmélet fogalmait helyezik “tudományos” alapokra.

[347] Ha csak címszavakban is, de utalnunk kell arra, hogy a XVlll. sz. második felétől kezdve igen komoly fejlődésnek indult a vegyipar több területe, bizonyos alapanyagok előállítása már a tömegtermelés méreteit mutatta. A szénbányászat elterjedésével fejlődik a vas- és acélgyártás, az üveg- és a porcelánkészítés. Szabadalmaztatásra kerül a Leblanc-féle szódagyártás, megoldják a textilipari alapanyagok mesterséges fehérítését, előállítanak számos festékanyagot. A vegyipar fejlődése kimutathatóan visszahat a kémiai kutatásokra is, jellemző példa erre Davy munkássága, aki módszeres kísérletekbe kezd pl. a bányalég égési tulajdonságainak, összetételének vizsgálatára. A Francia Akadémia tudományos bizottságokat hozott létre ipari problémák vizsgálatára. Neves kutatók, mint pl. Réaumur, DuFay, Berthellot foglalkoztak – mai kifejezéssel élve – “alkalmazott” kutatásokkal.

[348] A. L. Lavoisier: Traité de Chimie (Paris, 1789) Bevezetés.

[349] A X1X. sz. során elsősorban az elektrokémiai felfedezések révén bővültek a vegyületek felbontásának módszerei. A műveleti utasításon alapuló elemmeghatározással kapcsolatban a századforduló idején jelentkeztek az első problémák. A természetes, majd a mesterséges radioaktivitás felfedezése (1898 és 1913) szükségessé tette, hogy ezeket a folyamatokat “zárják ki” a felbontási módszerek közül. Ekkor így módosították Lavoisier definícióját: Elem az, amely mesterséges kémiai módszerekkel szemben felbonthatatlan.

[350] Az ún. egyszerűségi elv régóta “kísért” a tudományos gondolkodásban. Az ötlet alighanem egy Occam nevű, XI. sz-ban élt gondolkodótól származik, aki, megunva a terméketlen vitákat, úgy vélekedett, hogy egy dolog magyarázatára nem kell a szükségesnél több fogalmat felhasználni. Elvét azóta”Occam borotvája”-ként emlegetik, s módszertani tanácsként nem is igen lehet kétségbe vonni.

Más kérdés, hogy mit jelent egy természettörvény, illetve annak megfogalmazásának, matematikai alakba öntésének egyszerűsége? C. G. Hempel mutat rá egy könyvében (Philosophy of Natural Science, Princeton, 1966), hogy szinte kilátástalan dolog objektív kritériumokat találni erre nézve. Dalton mindenesetre tévedett, amikor sajátosan értelmezte és alkalmazta ezt az elvet.

[351] H. Roscoe–A. Harden: A New View of the Origin Dalton's Atomic Theory (Macmillen, London, 1896).

[352] D. M. Knight: Atoms and Elements (London, 1967).

[353] М. Г. Фаерштейн: История учения о молекул в химии 23. (Изд. Акад. Наук. СССР, Москва)

[354] D. M. Knight: Atoms and Elements

[355] D. M. Knight: Atoms and Elements

[356] D. M. Knight: Atoms and Elements

[357] Classical Papers, Chemistry 87–110 (Mills-Boom, London, 1968)

[358] J. B. Dumas: Annales de Chimie 33, 337, 1826.

[359] J. B. Dumas: Philosophie Chimique (Paris, 1836) 306.

[360] Д. И. Менделеев: Периодический закон (Изд. Акад. Наук. СССР, Москва 1958)

[361] L. Meyer: Die moderne Theorien der Chemie (Breslau, 1872).

[362] L. Meyer: Ostwalds Klassiker , 13, 68 (Leipzig, 1895) Die Natur der chemischen Elements.

[363] L. Meyer: Die moderne Theorien

[364] L. Meyer: Die moderne Theorien

[365] A. Sc. Couper: Phil. Mag. l04–116, 1858.

[366] A. M. Butlerov: Lehrbuch der organischen Chemie (Leipzig, 1868).

[367] C. Russel: The History of Valency (Oxford, 1971).

[368] C. Russel: uo.

[369] Gerhardt szerint a vegyületeket négy ún. alaptípus –

A hidrogén, a sósav, az ammónia és a víz – mint típusok – szerkezeti ábrája.

valamelyikébe lehet besorolni. E csoportokat később alcsoportokkal bővítették, áttekinthetetlen rendszert teremtve.

[370] W. Odling: J. Chem. Soc . 7, 1–22, 1854.

[371] A. Kekülé: Annales der Chemiel04 , 129–150, 1857.

[372] A. Kekülé: Annales der Chemie101 , 200–213, 1857.

[373] A. Sc. Couper: Phil. Mag. l04–116, 1858.

[374] A. Kekülé: Lehrbuch der Chemie Teil 2, 34, (1861).

[375] C. Russel: idézett mű.

[376] E. Frankland: J. Chem. Soc . 19, 372–395, 1867.

[377] W. Ostwald: Lehrbuch der Chemie (Berlin, 1904).

[378] Néhány példa arra, hogy bizonyos elvekhez való ragaszkodás milyen következményekkel járt. Würtz, aki feltételezte, hogy a klór mindig egy vegyértékű, a Cl2O7 és a HClO4 szerkezetét a következő formulával jellemezte:

Cl–O–O–O–O–O–O–Cl

H–O–O–O–O–Cl

Ugyancsak tőle származik a következő képlet:

A CuSO4 • 5H2O szerkezeti képlete Würtz szerint.

CuSO4 • 5H2O

A kén kétvegyértékűségének gondolata jelenik meg Meyer SO3 formulájában:

Meyer szerint az SO3 atomjai egy négyszöget alkotnak.

SO3

Végül is a véletlenen is múlott, hogy a formális gondolkodás segítségével egy-egy esetben jobban megközelítették a valóságos struktúrákat. Kemmerer perklórsav-képlete, amelyet kb. egy időben publikált, mint Würtz a fenti formulát, már közelebb jár az igazsághoz:

Kemmerer szerint a perklórsav keresztalakú, középpontban a klóratommal.

HClO4

[379] A. Kekülé: Comp. rend.58, 510–514, 1864.

[380] Д. И. Менделеев: Сочинение 15, 295 (Изд. Акад. Наук. СССР, Москва 1960)

[381] Newlands: Jahresbericht über die Fortschritte der Chemie (Giessen, 1868).

[382] L. Meyer: Die moderne Theorien 74, (1868).

[383] A. Werner: Z. Anorg. Chem.·3, 276–330, 1893.

[384] E. Frankland: J. Chem. Soc. 19, 372–395, 1867.

[385] Than Károly: Az elméleti chemia ujabb haladásáról. l. 70,.( Orvosi Kiadó, Budapest, 1904).

[386] Id.: I. Szolovjev: A kémia elméleti problémáinak fejlődése 217–218, (Moszkva, 1971).