Ugrás a tartalomhoz

A magyar kémia művelődéstörténete

Szabadváry Ferenc

Mundus Kiadó

Radiokémia

Radiokémia

Ez a tudományág a fizikai kémiánál is fiatalabb, és az a nagy tudományos fordulat teremtette, amely leginkább megrendítette a klasszikus fizikát, de később a kémiára is hatással volt. A múlt század nagy tudományos eredményei megelégedéssel töltötték el a tudós társadalmat. Lord Rayleigh, angol fizikus az 1880-as években egy a század eredményeire visszatekintő előadásában büszkén foglalta össze: „a világot már nagyrészt kitakarítottuk, és csupán egyes félreeső sarkok rendbeszedése van hátra”. Évtized múltán hozzátette: „Így hittük és most látjuk, hogy kezdhetjük elölről.”

De mi is történt közben? Azzal kezdődött, hogy Becquerel francia fizikus 1896-ban felfedezte, hogy az urán megfeketíti a fényképezőlemezt, tehát valamiféle sugarakat bocsát ki. Mi szolgáltatja ehhez az energiát? A következő években a kutatók több hasonló sugárzó elemet fedeztek fel, így a Curie házaspár a rádiumot. Rutherford a sugárzásnak háromféle fajtáját különítette el. Az egyik közülük a hélium ionizált atomjaiból áll. Honnan kerülnek elő a hélium részecskék? Honnan veszik azt a képességet, hogy vékony fémfóliákon is át tudnak hatolni? Rutherford és Soddy 1902-ben elképesztően merész elképzeléssel állt elő: a hélium a rádiumból keletkezik, miközben más elemmé alakul át. Ramsay és Soddy 1904-ben ezt kísérletileg is bebizonyította, sőt a rádium és a hélium színképvonalai mellett egy ismeretlen elem erősödő színképvonalait is észlelték. A hélium részecskék pedig azért képesek fémfólián áthatolni, mert a szilárd testek nem szorosan egymáshoz illeszkedő atomokból állnak, hanem köztük hézagok vannak. Egyes hélium részecskék azonban irányt változtatnak, sőt visszaverődnek, nyilvánvalóan beleütköznek valamibe, ami csak a fématom lehetett. Mivel a hélium részecske pozitív töltéssel rendelkezik, az atomnak vagy atomrészecskének, amellyel ütközött, erősebb pozitív töltéssel kell rendelkeznie. Rutherford 1911-ben fejtette ki elképzelését: az atomnak szerkezete van, amely a Nap-rendszerhez hasonlít. Az atom központjában van egy pozitív töltésű atommag, amelynek a térfogata az atom teljes térfogatához képest nagyon kicsi, s e körül keringenek a negatív töltésű elektronok, még pedig annyi, ahány pozitív töltése van a magnak. Bohr dán fizikus ezt tovább fejlesztette – az időközben Planck által kifejtett kvantumelmélet alapján. Nevezetesen, hogy minden elektron meghatározott energiaszintű pályán kering.

Kémikusok közben rájöttek, hogy a rádium és más radioaktív elemek bomlása nem áll meg a héliumkibocsátás során keletkező, időközben megismert rádium-emanáció (vagy radon) nevű új elemnél, hanem egy teljes és hosszú ideig tartó bomlássorozat végén ólommá alakul, bár ennek atomsúlya nem teljesen azonos a természetben előforduló ólom ismert atomsúlyával.

1918-ban egy újabb megdöbbentő felfedezés következett: Rutherford úgynevezett ködkamrában nitrogént bombázott ?, azaz hélium részecskékkel, s megállapította, hogy egyes nitrogén atomok befogadták a héliumatomot, és átalakultak oxigénné.

A tudományt forradalmasító felfedezések voltak ezek. Mert szerintük az atom nem a végső oszthatatlan rész, hanem magának is belső szerkezete van. Ennek alkotórészei az atommagot képező protonok (és neutronok), valamint az atomhéjjon keringő elektronok, amelyek minden elemi atomban azonos minőségek, csupán számban különböznek egymástól a különböző kémiai elemekben. Egyik elem ezek megváltoztatása révén átalakulhat egy másik elemmé. Az átalakulás nem csak a belső energiák hatására történhet, mint a természetes radioaktív elemeknél, hanem mesterségesen is előidézhető. Az elemek tehát átalakíthatók egymásba. Ez teljesen ellentmond Dalton atomelméletének, de némileg igazolja az alkémisták elképzeléseit, hogy egyik fém átalakítható egy másikká. És még ennél is régebbi elképzeléseket. Az ókori görög filozófusokét, amely szerint van egy vagy néhány őselem, és ezek számszerűségei, elhelyezkedési formái hozzák létre a természet anyagi sokféleségét.

Meg kell jegyezni, hogy ezek az új észlelések inkább a fizikusokat rendítették meg, a kémikusokat kevésbé. Egyrészt, mert laboratóriumaikban többségükben fel sem figyeltek rájuk. Vegyi kísérletezéseik, folyamataik, szintéziseik és analíziseik továbbra is zavartalanul értelmezhetők voltak Dalton atomelmélete és Kekulé szerves kémiai szerkezetelmélete alapján. Másrészt a kémiában sosem tűnt el egészen az évezredes őselem hipotézise. Sőt különösen felerősödött a Mengyelejev-féle periódusos rendszer felfedezése nyomán. Idéztünk már Than Károly könyvéből egy erre vonatkozó bekezdést. Lengyel Béla 1889-es, tehát Becquerel előtti tankönyvében is találkozunk ilyen mondattal, hogy: „nincs kizárva az, miszerint a jelenleg elemeknek tartott testeket idővel lehetséges lesz mint összetetteket felismerni...” Még régebben, 1882-ben írt hasonlót Krécsy Béla középiskolai tanár A chemiai elemek periódusos törvényéről és azoknak természetes rendszeréről a Vegytani Lapokban megjelent közleményében:

„A heterogénnek tetsző atomok ezen bensőbb rokonság következtében egy lánczolatos egymásutánba sorakoznának... S maguk az elemek, végső elemzet gyanánt egy közös családfő lényegében egyesülve, levezethetők volnának a primo matériából, az egységes ősanyagból. Ez volna az elemek természetes rendszere: csakhogy ez a hypothetikus bensőbb rokonság megtámadja-e az elemeknek mint egyszerű testeknek fogalmát; szabad-e hát ezt kétségbe vonnunk s nem mond-e törekvésünk ellene a chemia legfőbb alaptételeinek? Az utóbbi kérdésre nyugton nemmel válaszolhatunk, az elsőre pedig igent mondani sokféleképpen jogunk van. Miért mondják az elemeket egyszerű testeknek? Mert eddigi physikai és chemiai módszereinkkel nem tudjuk őket egyszerűbbekre elbontani. De következésképp okvetlenül elbonthatatlanoknak, abszolút oszthatatlanoknak kell őket tartanunk? Ez túlzás volna...”

Hazánkban először Lengyel Béla professzor foglalkozott a radioaktivitással kísérleti formában. Vélekedése eleve bizalmatlan volt, nem hitt a folytonosan sugárzó, belülről eredő radioaktivitásban. Úgy vélte, a sugárzás valaminek a következtében felvett tulajdonság, mint például a nyomelemek jelenléte a Klatt-Lénárd-féle foszforeszciálásnál.

Kísérjük figyelemmel Lengyel Béla kísérletét, amellyel elképzelését bizonyította. Ha nem a negatív bizonyítás lett volna a célja, tovább lépve értékes felfedezésekhez juthatott volna. Uranil-nitrátot összeolvasztott bárium-nitráttal, az olvadékot salétromsavban oldotta, majd szulfáttal lecsapta az oldatból a báriumot. A bárium-szulfát csapadék sugárzott! Tehát a bárium az urántól kölcsönzi radioaktivitását. Ha figyelmesebben olvasta volna a rádium felfedezéséről beszámoló irodalmat, megtudhatta volna, hogy a rádium a báriumhoz hasonló kémiai tulajdonságú, tehát az uránban volt a rádium, ez a báriummal együtt szintén a csapadékba került, és az sugárzott. Lengyel ebből levonta a következtetést: „mindezen tények a rádium létezését kétségessé teszik” (1900). Mindazonáltal Lengyel továbbra is figyelemmel kísérte a radioaktivitással kapcsolatos vizsgálatokat. Munkatársai és hallgatói az ő tanszékén is folytattak ilyen vizsgálatokat, elsősorban Weszelszky Gyula adjunktus, aki a radioaktivitásról könyvet is írt magyar nyelven 1917-ben.

Lengyel Béla (1844-1913) a budapesti egyetemen szerezte oklevelét, Than Károly tanársegédjeként kezdte pályáját, majd Heidelbergben járt tanulmányúton, ahol Bunsen mellett dolgozott. Hazatérte után 1870-ben kinevezték az egyetemen újonnan szervezett II. sz. kémiai tanszék professzorává, amelyet haláláig vezetett. Titkára, majd elnöke lett a Természettudományi Társulatnak, és élete végéig szerkesztője az Akadémia Matematikai és Természettudományi Közleményeinek.

A radioaktivitásra egyre nagyobb figyelmet fordítottak a világban, a Bécsben alapított és nemzetközi eredményeket felmutató Rádiumintézet kívánatossá tette, hogy Magyarországon is hasonló létesüljön. 1916-ben az egyetemen nem önálló, hanem a II. kémiai intézet keretébe tartozó Radiológiai Intézetet hoztak létre. A büszke elnevezés mögött néhány szerény szoba és még szerényebb felszerelés rejtőzött. Igazgatójává Weszelszky Gyulát (1872-1940) nevezték ki, a szebb jövendőben történő fejlesztés reményében. A szebb jövő helyett Trianon jött, Lengyel meghalt, és más személyiség nem volt, aki különösebben érdeklődött volna a radiokémia iránt. Így haláláig Weszelszky egy személyben volt tanszékének vezetője és valamennyi munkatársa. Ennek megfelelő eredményekkel működött az intézet.

Az a kevés magyar kutató, aki ezekben az évtizedekben e témával foglalkozott, külföldön tette. Szilárd Béla Párizsban dolgozott Mme Curie Rádiumintézetében. Kutatásairól azonban magyarul is beszámolt. Az Elemi testek átváltozhatóságáról a Vegyészeti Lapokban megjelent közleményének egyik mondatára érdemes odafigyelnünk. Ezt írta:

„Ha az elemi átváltozás általános jelenségnek bizonyul és minden esetben oly nagy energiasugárzással fog járni, mint a ma ismert folyamatoknál észlelhető, úgy várható, hogy ez az energia lesz az emberiség fő energia forrása a mai kémiai reakciók helyett.”

Ezt 1908-ban írta.

A radioaktivitás, illetve radiokémia világhírű és kémiai Nobel-díjjal kitüntetett magyar kutatója Hevesy György lett. Személyével és eredményeivel a Függelékben majd részletesebben foglalkozunk.