Szervetlen kémia

Abstract

A kémia a természettudomány egyik ága,, ami a körülöttünk lévő anyag vizsgálatával foglalkozik. Nehéz lenne pontosan meghatározni, mikor kezdett el az ember kémiával vagy kémiai jellegű munkával foglalkozni. Annyi bizonyos, hogy a kémia kezdetei az ókor korai szakaszába nyúlnak vissza. Maga a szó - kémia - eredete máig sem tisztázott. Mivel az ókori európai leírások szinte kizárólag Egyiptomot jelölik meg "minden tudományok" forrásául, a kémia elnevezése feltételezések szerint az egyiptomi ' kemmi '( = fekete) szóból ered, ami egyiptomi nyelven a Nílus fekete humuszos deltáját, azaz magát Egyiptomot jelentette. Ehhez nagyon hasonló a régi görög nyelvben a 'ehetni', ami szintén feketét jelentett. Egyesek a kémia szót az ugyancsak görög 'chíma' vagy 'chetnea' szóból származtatják ; az előbbi a fémek olvasztását jelenti, az utóbbi pedig az arany és ezüst előállítását. Más kutatók a fentiekkel ellentétben kínai eredetre vezetik vissza a kémia szó jelentését : a 'chin-i' szó például az arany előállításának egyik műveletét jelenti. E szavak valamelyike és az általa jelölt tevékenység aztán vélhetően arab közvetítéssel jutott el Európába, ahol al-kímia (a/ = határozott névelő) formában honosodott meg és terjedt el. Az ókori Egyiptomban már ismerték az illatszer- és szappangyártást, az alapvető erjesztési folyamatok révén kitűnő söröket és borokat készítettek. Birtokában voltak az üveg és fazekascserép előállítási technológiájának, változatos színű festékeket és egyéb színező anyagokat készítettek. Nagyon sok, máig is használt alapanyagot fedeztek fel (szóda, hamuzsír, ecet), és tisztán elő tudták állítani a fontosabb fémeket (réz, ón, ólom) is. A többi ókori birodalomban (India, Kína, Mezopotámia) is viszonylag fejlett kohászat működött, amelynek feladata mindenekelőtt az ón, ólom, réz, vas, ezüst és arany kinyerése volt a különböző ércekből fegyverek, szerszámok és ékszerek készítése céljából. Ezen ősi technikai ismeretekhez tették hozzá az ókori görög természetfilozófusok az anyag felépítésének, szerkezetének elméletét, amely gyakorlati megfigyelések spekulatív magyarázatán alapult. DEMOKRITOSZ és követői az anyagnak diszkrét, parányi egységekből, atomokból való felépülését hirdették. ARISZTOTELÉSZ az ún. őselemelmélet legjelentősebb képviselője volt. Négy őselemröl - tű z , levegő, v iz , fö ld - beszél, melyek a hid eg, meleg, száraz és nedves alaptulajdonságokkal létrehozzák a különböző anyagi testeket. A tulajdonságok megváltoztatása (pl. hevítéssel) az anyag sajátságainak változását okozza, így lehetőség nyílik az anyagokat egymásba átalakítani. Ugyanez az elv lelhető fel a kínaiaknál is, akik öt elemet és öt tulajdonságot feltételeztek. Kínában alakították ki az ún. kén <-» higany elvet is, amit az arabok fejlesztettek tovább. E szerint "...a fémek higany és kén különböző arányú vegyüléséből..." keletkeznek; annál nemesebb egy fém, minél kevesebb ként tartalmaz, így az arany a legtisztább higany. Ezek a " kinyilatkoztatások" lettek az alapjai a középkor európai kémiájának, az alkímiának, amely részben átvette az egyiptomi, görög, ill. római tapasztalatokat, és keveredett az ókori Kelet misztikumával. Az alkimisták évszázadokon át az arisztotelészi tévhitet mint elvet alapul véve leginkább az arany előállításának bűvöletében dolgoztak, ami persze mai szemmel nézve eleve kudarcot jelentett, de a rengeteg próbálkozás és kísérletezés esetenként (általában véletlenül) "eredményeket" is hozott : pl. a salétromsav előállítása, a porcelángyártás kifejlesztése. Ekkor vált a tudományok nyelvévé a latin, ezért a X-XIV. századot az alkímia latin korszakaként szokás emlegetni. Az alkímia tudományát, a "fehér mágiát" az egyház is elfogadta, sőt gyakran a monostorokban, apátságokban dolgozó papok és barátok váltak igazi természettudósokká: a legnagyobbak közül ALBERTUS MAGNUS (1193-1280) lovag domonkosrendi, TEOPHILUS bencés, ROGER BACON (1214-1294) ferencesrendi szerzetes volt. Korábban GERBERt (930-1003) pápává választották II. Szilveszter néven (tőle kapta Szent István a koronát). Mivel azonban az arany ígérete, a gyors meggazdagodás reménye nagyon sok tanulatlan kóklert és kalandort is vonzott, és aranyat sem sikerült előállítani, az alkímia fokozatosan elvesztette misztikumát, és gyakorlatiasabb, megvalósítható célokat keresett. A XV-XVII. században egyre nagyobb szerepet kap a technológia, az anyagok nagy tételben való előállítása, és egyre nagyobb jelentősége lesz a természetes és mesterséges vegyi anyagoknak a gyógyításban. Kialakul az orvosok alkímiája, a iatrokémia (orvosi vegytan). Legjelentősebb képviselője a német orvos, PARACELSUS (1493-1541), aki az alkímia célját a gyógyító szerek készítésében fogalmazta meg. AGRICOLA (1494-1555) ugyancsak orvosnak tanult ; a német Érchegységben a bányászat, valamint az ércek kohósításának tanulmányozása mellett a bányászok fémbetegségeit is vizsgálta. Az alkimisták a már az ókorban is ismert kilenc elem (7 fém : arany, ezüst, réz, ón, ólom, vas, higany ; 2 nemfém : kén, szén) mellé további nyolcat fedeztek fel (arzén, antimon, bizmut, cink, foszfor, kobalt, nikkel, platina), és természetesen rengeteg új vegyületet is előállítottak. Egészen a XVIII. sz. elejéig az adatgyűjtés korszaka volt ez, és ezzel együtt kialakultak, ill. fejlődtek mindazok az eszközök és műveletek, amelyek a későbbiekben az adatok rendszerezésével lehetővé tették a modern kémia kialakulását, amit az egyre fontosabbá váló ipar és a terjeszkedő kapitalizmus megkövetelt. Ennek első lépéseként 1661-ben BOYLE megalkotja a kémiai elem fogalmát. A következő állomás pedig a tömegmegmaradás elvének tudományos érvényű megfogalmazása, valamint kísérleti bizonyítása volt (LOMONOSZOV, 1756 ; LAVOISIER, 1773). Innentől számíthatjuk a modem kémia fejlődését. 1801-ben PROUST megfogalmazza az állandó súlyviszonyok törvényét, majd 1804-ben DALTON megalkotja a többszörös súlyviszonyokét. Ugyancsak DALTON volt az, aki 1803-ban először jelentette ki, hogy "...minden test...nagyon sok egészen kicsi részecskék óriási számából áll, amelyeket a körülményektől függően erősebb vagy gyengébb vonzóerő tart össze...." Két évezred elmúltával feléledt DEMOKRITOSZ atomelmélete. 1808-ban BERZELIUS az addig ismert vegyületeket szerves és szervetlen anyagokként csoportosítja, létrehozva ezzel a szerves (organikus) és szervetlen (anorganikus vagy inorganikus) kémiát. A besorolásnak elvi alapja volt, amit az akkor uralkodó "vis vitalis” (életerő) elv alapján magyaráztak, nevezetesen, hogy a szerves kategóriába sorolt vegyületeket (alkohol, glicerin, ecet) csak az élő szervezet képes előállítani. Ez a szemlélet 1828-ban WÖHLER kísérlete nyomán omlott össze, aki a szervetlen ammónium-cianátból karbamidot, tehát szerves vegyületet állított elő. Ezt követően rohamléptekkel indult meg a szerves vegyületek előállítása, és reakcióinak vizsgálata. A XX. század elejére a kb. 20-30 ezer ismert szerves vegyület mellett a szerves vegyületek száma elérte az egymilliót. Napjainkban a szervetlen vegyületek száma még 100 ezer alatt van, míg a szerves vegyületeké meghaladja az ötmilliót. A kémia két nagy területének a szervetlen és szerves kémiának szétválasztását és külön-külön kezelését, illetve tárgyalását ma már nem annyira elvi okok, sokkal inkább gyakorlati szempontok teszik szükségessé. Túl azon, hogy a szerves vegyületek számának milliós nagyságrendje más rendszerezési elvet kíván, mint a szervetlenek néhány tízezres száma, más kategóriákban kell gondolkodni az ún. leíró jellegű tárgyalásmódban is : a szerves és szervetlen vegyületek összetétele, fizikai tulajdonságai, finomszerkezete, stabilitása alapvetően eltérő vizsgálati és tárgyalási módszert követel. A múlt század végéig a kémia az anyag minőségi tulajdonságait és az anyagi minőség megváltozásával járó reakciókat vizsgálta. A szervetlen kémia feladata pedig szinte kizárólagosan az elemek és a nemszén-vegyületek sajátságainak empirikus vizsgálatában (megfigyelés, kísérlet) és az adatok rendszerezésében merült ki. Ezeket általánosítva induktív jelleggel próbált meg következtetéseket levonni az anyag szerkezetére vonatkozóan. Az akkori szervetlen kémia alapjait a daltoni atomelmélet képezte, az atomokból felépülő vegyületeket pedig három csoportba sorolták : bázisok, savak és sók. A periódusos rendszer megalkotásával (MENGYELEJEV, 1869) és csaknem összes elemének felfedezésével úgy tűnt, hogy ez a tudományág (is) kerek egész lett, amelynek szerkezetébe-elméletébe nagyon jól beilleszthetőek voltak az újonnan megismert kémiai reakciók és a kísérletek során szinte naponta előállított újabb vegyületek is. Ez volt a szervetlen kémia klasszikus korszaka. A századforduló idejére a fizikában és kémiában összegyűlt tapasztalati adatokat és eredményeket azonban már nem lehetett a korábbi szemlélettel, a daltoni oszthatatlan atomelmélettel megmagyarázni ; a fizika és a kémia mezsgyéjén új tudományág született, a kvantummechanika. RUTHERFORD kísérletei bebizonyították, hogy az atomok atommagból és eletronburokból épülnek fel. BOHR afommodellje már meg is magyarázta az atomok működését, és elviekben is új utakat nyitott a kémia számára. A XX. század elején megváltozott a természettudományoknak az anyagról alkotott fogalma. Már nemcsak a "kézzelfogható", nyugalmi tömeggel és részecskejelleggel bíró egységek tekinthetők anyagnak, hanem az anyag kategóriájába tartoznak a hullámok, a fény, az elektromágneses sugárzás, a gravitációs és mágneses mezők is. Az EISTEIN-féle ekvivalenciaelv és relativitáselmélet összekapcsolja a tömeg és energia fogalmát (egyesíti a tömeg- és energiamegmaradás elvét), messzemenően bizonyítva ezzel az anyagi világ egységét. Innentől datálható a kvantumkémia térhódítása, amelynek segítségével lehetővé vált olyan klasszikus kémiai fogalmak értelmezése és szemléletes magyarázata, mint pl. a vegyérték, a kémiai kötés. Ez tette lehetővé a koordinációs kémia kialakulását, a komplexek szerkezetének vizsgálatát. E szemléletmód terjedésével egyre inkább közel kerültek és kerülnek egymáshoz korábban jól körülhatárolt tudományágak, a kémia, biológia, fizika. Az interdiszciplináris területeken határtudományágak alakultak ki : fizikai-kémia, biokémia, biofizika. Magán a kémia tudományon belül is új területek keletkeztek. Kialakult az elemorganikus kémia, amely a szervetlen és szerves anyagokból álló vegyületek előállításával és vizsgálatával foglalkozik. Az 1920-30-as évektől kezdve nyilvánvalóvá vált a kémiai elemeknek a biológiai rendszerekben betöltött szerepe, esetenként esszenciális jellege. Az ún. makroés mikroelemek élettani jelentősége ma már mindenki számára nyilvánvaló. Az évtizedek alatt a szervetlen kémián belül önálló területté nőtte ki magát a bioszervetlen kémia, ami ma is igen dinamikusan fejlődik. A kémia tudományon belül a szervetlen kémia tudományág ma is a kémiai elemek és vegyületek (a szénvegyületek kivételével) tulajdonságainak és reakcióinak vizsgálatával foglalkozik. Ezen elemek és vegyületek kémiailag azonos szerkezeti elemekből, atomokból, molekulákból, ionokból épülnek fel, és sajátságaikat a létrehozott halmazokban vizsgálhatjuk. Az anyagok tulajdonságainak értelmezésénél atomszerkezeti, molekulaszerkezeti és halmazszerkezeti ismeretek szükségesek. A klasszikus szervetlen kémiával ellentétben napjaink szervetlen kémiája szerezeti szervetlen kémia, amely az anyag építőköveinek különböző szintjein keresi a szerkezet és a tulajdonságok összefüggéseit. Törvényszerűségeket állít fel, amiknek megállapításához már ismert szabályszerűségeket alkalmaz (pl. általános kémiából), vagy azokból vezeti le az újakat : deduktív módszert, használ. A szervetlen kémia tantárgynak mindezek után az a feladata, hogy biztosítsa azt a szervetlen kémiai ismeretanyagot, ami a többi kémiai jellegű tantárgy megfelelő szinten való elsajátításához, illetve a kémia egyéb szakterületeinek eredményes műveléséhez feltétlenül szükséges.