Ugrás a tartalomhoz

A magyar kémia művelődéstörténete

Szabadváry Ferenc

Mundus Kiadó

Fizikai kémia

Fizikai kémia

Míg a tekintélyes szerves kémiának alig volt kutatója akkoriban e honban, a siheder, éppen felcseperedő fizikai kémiának meglepően sok eredményes korabeli magyar művelője akadt.

A fizikai kémia nagyon komplex terület, ahol olyan megfigyelések, észlelések álltak össze tudománnyá, amelyek hosszú ideig külön utakon fejlődtek. Aztán kiderült, hogy ez az új tudomány a jelenségek elméleti megoldására az összes ismert kémiai ágazatban alkalmazható. Alkalmazták is. Legelőször maga Ostwald az analitikai kémiában. Persze gravimetriás meghatározást anélkül is sikerrel el lehet végezni, ha az oldhatósági szorzatról semmit se tudunk. A szerves kémia is tudott szintetizálni minden anyagszerkezeti ismeret nélkül. Nem is sietett alkalmazni a saját területén ilyenfajta meggondolásokat, ezeket csak századunk derekán fogadta be. Annál meglepőbb, hogy nálunk milyen gyorsan felkeltette az érdeklődést ez az új kémiai ágazat.

Megint Than Károllyal kell kezdenünk, aki 1887-ben Die Einheit des Molekularvolumens der Gase című cikkében javasolta, hogy a gáztérfogat egységét definiálják az egy hidrogénatomot tartalmazó gáz (HCl vagy HRr) azon mennyiségének térfogatával, amelyik éppen 1 g hidrogént tartalmaz. Ez vizsgálatai szerint 0o-on és 1 atm. nyomáson 22,33 l. Ennyi térfogatban van tehát molekulasúlynyi gáz. A móltérfogat fogalma és első értékének megállapítása tehát Than Károly érdeme. A gyakorlati meghatározás is elég közel járt a helyes értékhez. Berthelot 1904-ben korrigálta 22,41 l-re, amely értéket máig használjuk.

A gázok után az oldatok. Ebben a tárgykörben a legfontosabb felfedezés kétségtelenül Eötvös Lorándtól származik. 1886-ban írta Folyadékok felületi feszültsége és vegyi alkata közt fennálló kapcsolatról című közleményét, amelyet német nyelven az Annalen für Physik című folyóirat is közölt. Ebben megállapítja, hogy a folyadékok moláris felületi energiája állandó, a moláris felületi feszültség a hőmérséklettel arányosan egyenletesen változik. Van der Waals gondolatából kiindulva következtetései legfontosabb részét így fogalmazta meg:

„E szerint a következő tételre jutottunk: A d/dt ?v (2/3) hányados valamennyi egyszerű összetett folyadékára állandó értékkel bír, mely a hőmérséklettől független... Az állandó érték gyanánt, mint alább terjedelmesebben előadom 0,277-et nyertem. Ennek kiszámításánál v molekulár térfogatnak a molekulár súly és a sűrűség viszonyát vettem, s a felületi feszültség egységéül azt választottam, mely a folyadék felületében 1 mm-nyi hosszon a milligramm súlyával egyenlő erőt fejt ki. Ennek folytán

?? (2/3) = 0-277 (T – ?) is írható, hol T azt a hőmérsékletet jelenti, mely alatt ?? (2/3) 0-sal egyenlő.”

E tétel Eötvös-törvény néven vált ismertté a kémiában. Klupathy Jenő (Kassa, 1861 – Budapest, 1931) vizes sóoldatok vizsgálatánál erősítette meg e törvényt, amelyet az angol Ramsay és Shields 1893-ban először használt molekulasúly meghatározására. Elektrolit oldatokra való érvényességét Zemplén Géza igazolta doktori disszertációjában (1907).

Eötvös Loránd, aki báró Eötvös József író és politikus fia volt, Budán 1848. július 27-én született. Heidelbergben végezte tanulmányait Bunsen, Kirchhoff és Helmholtz mellett. 1871-ben a budapesti tudományegyetemen magántanári címet szerzett, 1872-ben, Jedlik Ányos nyugalomba vonulása után a kísérleti fizika tanszékét vette át, amelyet 1919. április 8-án bekövetkezett haláláig vezetett. Az MTA első természettudós elnökeként működött 1889-1905 között. 1894-ben vallás és közoktatási miniszter volt, igaz, hogy csak egy féléven keresztül. 1891-ben ő alapította a Fizikai Társaságot, amelynek első elnöke lett. Ő alapította továbbá 1895-ben az édesapjáról elnevezett Eötvös Kollégiumot, a magyar felsőoktatás eme nagyhírű elit intézményét, amelynek egyetemistaként annyi nagy tudósunk volt lakója.

Philipp Lenard néven lett világhírű fizikus Lénárd Fülöp, aki 1905-ben elnyerte a fizikai Nobel-díjat, és ugyanezen a néven lett, magyarságát megtagadva, elkötelezett híve a húszas évektől a nemzeti szocializmusnak, azaz a náci mozgalomnak. Ám azt nem tagadhatta, hogy mégis csak Magyarországon, Pozsonyban született 1862. június 7-én, és ott járt magyar gimnáziumba is. Apja gazdag borkereskedő volt, fiát is azzá kívánta nevelni. A bécsi és budapesti műegyetemen végezte vegyészeti tanulmányait. Aztán belépett apja üzletébe, de ez nem elégítette ki. Végül Németországban tanult tovább. Heidelbergben doktorált. Londonban egy szemesztert hallgatott, majd számos német egyetemen tevékenykedett, míg 1898-ban a kieli egyetemnek, 1907-1931 között a heidelbergi egyetemnek lett a professzora. Nagynémet nacionalizmusa és antiszemitizmusa sodorta a nácik közé, ahol hírnevénél fogva a párt reprezentatív tudósa lett. Messelhausenben hunyt el 1947. május 20-án. A Magyar Tudományos Akadémia már 1897-ben levelező, 1907-ben rendes tagjává választotta.

A Nobel-díjat elsősorban a katódcsővel kapcsolatban elért eredményeiért nyerte. A kémiában a nyomelemek által aktivált lumineszkáló szervetlen anyagok, az úgynevezett kristályfoszforok vagy lenardfoszforok foszforenciás tulajdonságaival kapcsolatos, alapvető vizsgálatait kell megemlítenünk. Egyrészt azért, mert ezek előállítása kémiai feladat. Másrészt, mert ezeket a vizsgálatokat Pozsonyban kezdte, még gimnazista korában és folytatta egyetemi szünidőkben is kémiatanárával, Klatt Virgillel együtt (1850-1933), aki ezt a témát Lénárdnak javasolta, és akivel erről 1889-ben első cikkét írta. Első szerzőként Klatt neve szerepel. Egy Klatt fiához írt levelében apja úttörő érdemeit Lénárd újra elismerte, háláját fejezte ki volt tanárának, továbbá egyik könyvét neki ajánlotta.

Folytassuk tovább fizikusok bemutatásával, pontosabban elektrokémiának nevezett szakágazatával a fizikai kémiát. Ez a tudományág valójában jóval régebbi volt a fizikai kémiánál, de végül is összeolvadt azzal.

Jedlik Ányos István (1800-1895), igen szegény jobbágy családból származott. A bencés rend taníttatta a tehetséges fiút pozsonyi gimnáziumában, később Jedlik maga is belépett a rendbe. Ekkor vette fel szerzetesi nevét, az Ányost. Fizikai tanulmányokat folytatott a pesti egyetemen, 1822-ben doktorált. A győri bencés gimnáziumban kezdte tanári pályáját, 1831-1839 között a pozsonyi királyi akadémián, 1840-1878 között a budapesti egyetemen volt fizika professzor.

Jedlik számos fontos fizikai felfedezést tett. Ilyen volt villamos forgonya (1828), amelyik az elektromotor ősének tekinthető, 1855-ben egy működő villamos kocsi modelljét szerkesztette meg. Egyedülálló finomságú rácsosztó gépet szerkesztett, és végül 1861-ben alakította ki egyetlen példányban „egysarki villámindítóját”, az első unipoláris szerkezetet, és ennek kapcsán eljutott a dinamó-elektromos elv felfedezéséhez. A dinamó a múlt század egyik legfontosabb találmánya, ugyanis ennek révén lehetett elektromos áramot mind mennyiségben, mind erősségben „nagyban gyártani”. Az egész társadalom életét forradalmasította. Mindezt a dicsőséget azonban a német Werner Siemens aratta le, aki hat évvel Jedlik után fedezte fel újra a dinamót. Ezúttal is igazolódott a már többször kifejtett technikatörténeti tapasztalat, ha valami megérett a feltalálásra, akkor azt fel is találják. Siemens Jedliktől függetlenül találta fel a dinamót. Ez biztos. Jedlik ugyanis soha le nem írta találmányát, dinamójának egyetlen elkészült példányát sajátkezű működési utasításával az Országos Műszaki Múzeumban őrzik.

Miért nem hasznosította, sőt nem is publikálta találmányát? Sokszor tették fel azóta ezt a kérdést. S feleltek is rá: Jedlik világtól elzárkózott szerzetes volt, aki csak tudományának élt, a felfedezés kielégítette, ipartól és gazdaságtól messze élt, valószínűleg fel sem ismerte dinamója jelentőségét.

Én azonban más magyarázatot is elképzelhetőnek tartok, és ezt éppen elektrokémiai munkásságának eredményeiben találhatjuk meg.

Jedlik a galvánelemek terén is végzett kutatásokat. Vizsgálatait már 1840-ben megkezdte, és azokat több mint húsz esztendőn keresztül folytatta. A Bunsen- és Grove-féle szénelektródos galvánelemekkel végzett kísérletei vezettek arra a felismerésre, hogy tökéletesítésük útja a cellát szétválasztó ellenállásnak a lehető legkisebbre csökkentése. Ezért előzetesen savval kezelt papírból készített cellákat, amelyeket fakeretben állított össze. Sokat kísérletezett a szénelektródokkal is, végül platinadróttal bevont szénlemezeket szerkesztett és ezeket használta. Kísérleteit bizonyosan siker koronázhatta, mert 1854-ben Hamar Leóval és Csapó Gusztávval társaságot alapított elemei gyártására és forgalombahozatalára. Ez a ténykedés ellentmond annak az elterjedt közhiedelemnek, amely szerint Jedlik az élet gyakorlati oldalai iránt érzéketlen tudós lett volna. Az alapítók azt remélték, hogy elemükkel elnyerik III. Napóleon császár díját, amelyet a párizsi világkiállításon az elektromosság legjobb alkalmazására tűzött ki. Csapó utazott Párizsba, ahol az elemeket kiállították. Sajnos útközben annyira megsérültek, hogy megjavításuk nem sikerült, és Csapó nem tudta őket működés közben bemutatni. Ennek ellenére sikerült Csapónak francia szabadalomra szert tennie, és francia érdeklődőket találnia, akik vállalkoztak az elem franciaországi gyártására. 1858-ban maga Jedlik is Párizsba utazott. A papírcellás elemek eléggé elterjedtek, stabilak voltak és jó feszültséget adtak, de igen kényesnek bizonyultak. Bíztató kezdet után más konstrukciók hamarosan kiszorították őket, és a gyártó társaságot felszámolták.

A felszámolásra Jedlik anyagilag nagyon ráfizetett, s társai is cserben hagyták. Jedlikben tehát volt érzék az élet gyakorlati oldalai iránt, próbálta hasznosítani találmányát, felismerte a lehetőséget, de nem ismerte ki magát a veszélyes üzleti életben. Elege is lett belőle. A dinamó feltalálásakor már elmúlt hatvan éves, nem volt kedve újra üzleti vállalkozásba fogni.

Jedlik miután a dinamót feltalálta „az egymást váltakozva kölcsönösen leváltmányozó telepek”, vagyis az akkumulátorok területén is kísérletezett. Olyan megoldást talált, amivel a korábbi kísérletezők hiába fáradoztak, nevezetesen megteremtődött az árammal való egyszerű feltöltés (1867). Ólommal kísérletezett ő is, de nem sikerült tartós telepet előállítania.

Joggal volt nagyobb sikerre kilátása két selmecbányai professzornak, Schenek Istvánnak a kémia és Farbaky Istvánnak (1837-1928), a géptan tanárának úgynevezett óriás akkumulátorukkal 1885-ben. Ekkorra már a francia Faurenak sikerült tartós ólomakkumulátorokat készítenie. A selmeci óriás akkumulátorok pólusait rácsozott és öntött ólomráma képezte, a negatívot ólomoxiddal, a pozitívot ólomoxid és mínium keverékével töltötték meg. „Egy ilyen akkumulátor formált és megtöltött állapotban öt Ampér állandó áram mellett 232 óra/Ampér áramot ad.” Az akkumulátort izzólámpák (addigra már azt is felfedezték) áramellátására tervezték. Volt már ugyan dinamó áram, de az nem volt eléggé egyenletes. A feltalálók a dinamó áramot akkumulátoraikon keresztül akarták világításra használni. Mint írták 1890-ben, 1886 óta a selmeci Bányaigazgatóságot 60, a Bányászati Akadémiát 104 egyenként 22 kg-os elektródokat tartalmazó akkumulátorral világítják. A bécsi operaházat 4000 db egyenként 50 kg-os teleppel világították meg, a Burgtheaterben 540 db 300 kg-os telep dolgozott. Akkumulátoraikat dinamó-elektromos árammal töltötték. Az elektromos erőművi áramtermelés azonban egyenletes áramnyerést biztosított hamarosan, és ez megpecsételte az óriás akkumulátorok sorsát.

Az elektrolitek vezetőképességének vizsgálata Kohlrausch nyomán a múlt század utolsó harmadában nagyon gyakori kutatási téma volt Európában. Ideális terület volt doktori disszertációk céljaira. Hiszen az elvek és technikák többnyire azonosak, a vizsgálható anyagok, elektrolitek száma viszont nagyon sok volt. S ezek bármelyikének vizsgálata publikálható eredményeket nyújtott.

Buchböck Gusztáv az ionhidratáció mérésére dolgozott ki szép eredménnyel bíztató módszert, amely a hidratációs szám meghatározására is alkalmasnak ígérkezett. Azóta tudjuk, hogy exakt meghatározásokra kevésbé, legfeljebb tájékoztató, közelítő eredmények nyújtására alkalmas.

Buchböck Gusztáv (1869-1935) Budapesten végezte kémiai tanulmányait, majd Than Károly mellett maradt asszisztensként. Századunk elején hosszabb tanulmányútra nyílt lehetősége, amelyet Ostwald és Nerst, a fiatal fizikai kémia korabeli legnagyobb egyéniségei mellett töltött. Nernst mellett dolgozta ki említett módszerét is. Hazatérve a fizikai kémia első hazai előadója lett az egyetemen Elméleti kémia címen. Than halála után a korábbi egyetlen tanszéket ketté osztották. Az egyiknek a professzorává Buchböcköt nevezték ki. Physikai kémiai mérőmódszerek című könyve az első magyar nyelvű munka volt a tárgykörben (1922).

Az oldatok kémhatása finom vizsgálatának úttörői különös, de érthető módon elsősorban orvosok és fiziológusok voltak. A kémikusok, úgy tűnik, sokáig nem tudták megérteni a pH fogalmát, számukra a savasság sokáig a titrálható sav mennyiségét jelentette. A biológiai oldatokban, például a vérben a hidrogénion koncentráció finom változásai azonban nagyon fontos szerepet játszottak, érthető, hogy erre legelőször orvosok figyeltek fel.

A pH jelölést a dán Sörensen 1909-ben ajánlotta a hidrogénion koncentrációra.

Az ő munkássága nem volt alapvető, hiszen a hidrogénion koncentrációt már értelmezték és mérték is. Javallata csupán praktikus előnnyel bírt: 10-7-en helyett ennek negatív logaritmusát, vagyis egyszerűen 7-es számot kellett írni. A közleményben, ahol Sörensen javaslatát megtette, számbaveszi a szakterület vezető kutatóit, közöttük Szily Pált, Bugarszky Istvánt, Liebermann Leót, Rhorer Lászlót, Tangl Ferencet, Farkas Gézát és Rigler Gusztávot említette. Az amerikai-német Michaelis 1914-ben írta a hidrogénion koncentrációról az első könyvet a világon. A könyv előszavában elpanaszolja, hogy a kémikusok még mindig nem értik meg az aciditás és az alkalitás fogalmának jelentőségét, és ezért sok jelenséget tévesen értelmeznek. Két személyt nevezett meg ezután, Bugarszky Istvánt és Liebermann Leót, mint akik az új gondolkodásmódot és metodikát teljes mértékben megértik és alkalmazzák.

A fent említett kutatók nagy mértékben járultak hozzá a pH fogalmának és mérésének ügyéhez. Érdemes megemlítenünk, hogy munkásságuk legnagyobbrészt az Állatorvosi Főiskola kémiai tanszékéhez fűződik.

Bugarszky István és Liebermann Leó fehérjék fizikai-kémiai mérési módszerekkel történő vizsgálata során vette észre, hogy ezek az anyagok viszonylag nagy mennyiségű lúgot és savat képesek felvenni, velük szemben tehát resistensek, míg sókkal szemben nem így viselkednek. Tulajdonképpen tehát a fehérjék puffer (tampon) természetűek (1898), jóllehet ezt a szót még nem használták. Ezt a kifejezést az ő munkájuk alapján, két évvel később két francia kutató alkotta meg. 1900 és 1905 között történt, hogy Rhorer László a vizelet hidrogénkoncentrációját 30.10-7-nek határozta meg. Rigler Gusztáv a vér és vérsavó puffer természetét, Farkas Géza pedig a vérsavó OH koncentrációját (1.10-7) határozta meg. A legfontosabb eredményeket azonban Szily Pál doktor érte el. Kutatásának eredménye 1903-ban jelent meg az Orvosi Hetilapban az Indicatorok alkalmazásáról állati folyadékok vegyhatásának meghatározására című közleményben. Különböző indikátorok színét vizsgálta eltérő sav, lúg, szóda, bikarbonát oldatokban, kénsavas vízben és tiszta vízben. Ezután úgy okoskodott, hogy „az érzékenység fokát pontosan megadja azon legkisebb OH koncentráció, melynek jelenlétében az első indikátor első színváltozást mutat. Így aztán fordítva egy színes mértékrendszerrel bírunk, amely segítségével a sóoldatok és az állati folyadékok vegyhatását meghatározhatjuk”... „az indikátorok a színváltozást a titrált bázis anyagi minőségétől függetlenül csakis az OH ionok koncentrációinak megfelelően mutatják ki...”

Szily Pál tehát egy kolorimetriás módszert dolgozott ki a pH érték meghatározására. 1903-ban Szily a berlini élettani társaságban tartott előadást eredményeiről. Ott került kapcsolatba Friedenthallal, a berlini egyetem fiziológia tanárával, aki meghívta Szilyt egy évre az intézetébe. Friedenthal folytatta Szily munkásságát, és az ő kolorimetriás skáláját tökéletesítette. Az összehasonlító oldatokat először a sav és a lúg oldatok hígításával kísérelte meg előállítani. Ám ezek hidrogénion koncentrációja nem bizonyult elég stabilnak. „Ekkor tanácsolta tanítványom, Pál Szily, hogy a 10-4 – 10-9 között konstans hidrogénion koncentrációjú oldatokat primér és szekundér foszfátok megfelelő arányú elegyítésével állítsák elő...” – olvashatjuk ezután a német dolgozatban. Így tehát a mesterséges, ismert hidrogénion koncentrációjú pufferoldatok feltalálója szintén Szily Pál volt.

Az említett alkotók életpályája eredményesen alakult, kivéve a legjelentősebb, Szily Pálé:

Bugarszky István (Zenta, 1868 – Budapest, 1941) Budapesten végezte vegyészi tanulmányait, majd az Állatorvosi Főiskolán vállalt tanársegédi állást. Hosszabb külföldi tanulmányút után, amelyet Nernst mellett töltött, hazatért a főiskolára. 1902-ben a főiskola kémia professzorává nevezték ki, 1913-ban a budapesti tudományegyetem II. sz. kémiai tanszékének a vezetője lett 1935-ös nyugdíjba vonulásáig.

Liebermann Leó (Debrecen, 1852 – Budapest, 1926) orvosi tanulmányait a bécsi egyetemen végezte. Pályáját az innsbrucki egyetemen kezdte. 1879-ben a budapesti Állatorvosi Főiskola kémia professzorává nevezték ki. 1881-től az Országos Kémiai Intézet igazgatói teendőit is ellátta. 1902-ben a budapesti egyetem közegészségtan tanszékének vezetését vette át.

Rhorer László (Budapest, 1874 – Pécs, 1934) orvos volt, az Állatorvosi Főiskolán tanársegéd, majd 1910-től az orvosi fizika tanára. 1923-tól ezt a tisztséget a pécsi egyetemen töltötte be.

Rigler Gusztáv (Dunamocs, 1868 – Budapest, 1930) orvos, a Budapesti Egyetem közegészségi tanszékén dolgozott. 1899-ben a kolozsvári egyetem közegészségtan professzora lett, onnan az egyetemmel Szegedre költözött. 1926-tól a budapesti egyetem közegészségtan tanszékének vezetője.

Farkas Géza (Budapest, 1872 – Budapest, 1934) orvos, az Állatorvosi Főiskolán tanársegéd, 1904-1921 között ugyanott a fiziológia tanára. 1921-1934 között ugyanezt a tisztséget a budapesti egyetemen töltötte be.

Szily Pál (Budapest, 1878 – Magyaróvár, 1945) orvos, majd az élettani tanszék tanársegédje. Berlini tartózkodása után a sebészeti klinikán, majd a Rókus kórház sebészetén dolgozott. 1928-tól mint bőrgyógyász Magyaróváron tevékenykedett az Országos Társadalombiztosító Intézet alkalmazottjaként. 1945-ben a nyilasok elhurcolták. A gyűjtőtáborból ugyan sikerült kiszabadulnia, de egészségi állapota súlyosan leromlott, még ugyanabban az évben elhunyt.

A galvánelemek reverzibilis működésük során hőt vesznek fel, vagy adnak le környezetüknek. Ezt Helmholz állapította meg 1882-ben, jóllehet akkor csak a hőleadó folyamatokat ismerték. 1897-ben Bugarszky István fordított irányú folyamatot valósított meg, amelyiknek áramtermelő tevékenysége endoterm, s így bizonyította a fenti tételt. Az áramtermelő folyamatot merkuroklorid és kálium hidroxid segítségével hozta létre. Azóta is ez a folyamat szerepel példaként a szakkönyvekben.

A reakciókinetika területén szintén számos disszertáció készült, ami érthető, hiszen minden szerves-szervetlen vagy szerves reakció alkalmas kinetikai elemzésre. Magyarországon is számos kinetikai közlemény jelent meg századunk kezdetétől. Egy tekintélyes magyar fizika-kémikus nyilatkozta egyszer tréfásan, hogy „valaha Amerika volt a korlátlan lehetőségek hazája, ma a reakciókinetika az!”