A modern kémia születése: a jatrokémia és a gázvizsgálatok

Az előadások a következő témára: "A modern kémia születése: a jatrokémia és a gázvizsgálatok"— Előadás másolata:

1 A modern kémia születése: a jatrokémia és a gázvizsgálatok
A KÉMIA TÖRTÉNETE 2. A modern kémia születése: a jatrokémia és a gázvizsgálatok

2 Az „Élet vize” Az iszlám tiltja az alkoholfogyasztást és a léghűtéses cserépből készített desztillálók nem is voltak alkalmasak nagyon alacsony forráspontú anyagok desztillációjára. A keresztény vallás megengedte a borfogyasztást és a fejlett itáliai üvegipar (Velence, Muránó) lehetővé tette az üvegeszközök tökéletesítését: Thaddeus Alderotti (1223 k. – 1301) firenzei orvos bevezette a vízhűtést → A bor desztillálásával alkoholt (spiritusz = lélek, szellem, a bor lényege) állítanak elő, amit a gyógyászatban használnak. Víztartalmát kihevített sókkal kötik meg (égetett mész, ill. szóda). Hatásosnak tartották a rettegett pestis ellen: az „Élet vize” (Az alkohol sejtméreg, tehát van fertőtlenítő, azaz a kórokozókat pusztító hatása, amelyet a gyógyászatban sokáig kihasználtak.)

3 Jatrokémia – orvosi vegytan I.
Arnoldus Villanovanus (1240 k k.): francia orvos és alkimista, az orvosi kémia előfutára Alkoholt használt sebfertőtlenítésre és higanyos kenőcsöket alkalmazott DE!: A mesterségesen „csinált” arany gyógyításra kevésbé alkalmas, mint a természetes… Paracelsus: , Svájc): orvosi kémia („jatrokémia”) alkimista helyett kémikusnak hívták magukat! Sokat utazik és gyűjti a hasznos ismereteket. („A tudomány nem megy senki után, nekünk kell utánamenni.”) Sokakkal kerül ellentétbe, mert kortársait keményen kritizálja. Újítások: Az emberi testben kémiai folyamatok zajlanak, ezért a gyógyítás kémiai úton is történhet Sok fogalmat vezetnek be: savak, bázisok, sók, halmazállapot, gázok (görög: „káosz”) A kén-higany elv kiegészül a „só” fogalmával, ami az oldhatóságot jelképezi , de a kén – higany – só „hármas elv” jeleníti meg a légnemű – folyadék - szilárd halmazállapotokat is (a „kén” az éghető, a „higany” az elgőzölgő és a „só” az égés után visszamaradó szilárd részt jelenti) A kémiát az orvostudomány részeként tanítják az egyetemen Valerius Cordus ( ): alkohol+kénsav→éter (altatás!) Agricola /Georg Bauer/ : ( ) orvosként járta a bányákat és fölfedezte a bizmutot. „De re metallica” c. könyvé (1556) 1 éven belül németül is megjelenik.

4 Jatrokémia – orvosi vegytan II.
A Szász Érchegységben (ahol már az ókorban is bányásztak ónt) 1453-tól kezdve nyíltak az ezüstbányák (Thal = völgy → tallér), s a szász ércbányászoktól több fém neve eredeztethető: Nikkelércből nem sikerült rezet előállítani (Kupfernickel= „rézördög”) Kobaltércből sem lesz réz (gonosz bányamanók – koboldok - kobalt) A wolfram úgy ragadja magával az ónt, mint farkas a bárányt (Wolfram=„farkasnyál”) Libavius /Andreas Libau/: ( ) aceton előállítása Ón+szublimát→ón-tetraklorid (textilfestéshez) Vizelet+kénsav →ammónium-szulfát HCl gáz előállítása A kétféle módon előállított kénsav azonos: Vitriol (zöld vitriol: FeSO4.7H2O; vitreolum=üvegszerű /latin/) desztillációjával Kén+salétrom (kálium-nitrát) Alchimia c. művei gyakorlatias szempontok szerint írt kémia könyv 1602: az első kémia tanszék a németországi Altdorf egyetemen

5 Kémiai eszközök Andreas Libavius, Alchymia... C. könyvéből (1606)

6 Kémiai eszközök Andreas Libavius, Alchymia... C. könyvéből 2. (1606)

7 Georgius Agricola Paracelsus (Georg Bauer)
Georgius Agricola (Georg Bauer) Paracelsus

8 A tudományos kémia kezdetei
A XVII. sz.: a természettudományok forradalma (elsősorban ipari centrumokban, mert az egyetemeken a keresztény vallás dogmáit tanítják) Anglia: a polgári forradalom győzelmével az ipar és a kereskedelem képviselői jutnak befolyáshoz – London tudományos központ (1662: Royal Society megalapítása a „Láthatatlanok Társaságá”-ból , R. Boyle kulcsszereplő!) Franciaország erős és gazdag, szilárd kormányzattal, szintén fejlődik az ipar, a kereskedelem és a tudomány – Párizs a másik tudományos központ (1666: Academie des Sciences) Németországot a harmincéves háború ( ) akadályozta, itt a téves flogisztonelmélet (1697: Georg Ernst Stahl) születik meg, a berlini Akademie der Wissenschaften csak 1700-ban jön létre Itáliában Galilei pere után óvatosak a természettudósok Spanyolországban még az inkvizíció akadályozta a tudományok fejlődését! Svédország acélgyártás→ úttörő szerep az analitikában!

9 A nemesfémbányászat és tudomány Magyarországon
A XIII: sz.-ban Magyarország részesedése az összes európai aranytermelésből 1/6 rész (kb kg), az ezüsttermelésből ¼ rész (kb kg) Magyarországon a nemesfémbányászat virágkora a XIV. sz.: Károly Róbert (1325): első aranyforint és megreformálta a bányászati és nemesfémforgalmi törvényeket 1342: fémpróbázók („cementesek”) működése 1405 Zsigmond: választóvíz alkalmazása Pénz kell → bányákat birtokló szepességi Thurzó család és a velencei Fugger nevű bankár família összeházasítja gyermekeit (1495 Thurzó János: első egyezség → bevezetik a bányavíz szivattyúzás és a réz és ezüst elválasztásának fejlettebb módszereit) Kolozsvári Cementes János: 1558: a nagybányai aranyverő és finomító felülvizsgálata, 1568: nagyszebeni aranyfinomítóban dolgozik. Naplójában gyakorlatias leírások, de a fémvizsgálatok időpontját a csillagok állásához köti 1627: Lőporos robbantás a bányákban (valószínűleg elsőként a világon) 1763 Mária Terézia: Selmecbányai Bányászati Akadémia világhírű (III. Károly 1735-ben alapított bányatisztképző iskolájából). Gyakorlati laboratóriumi oktatási módszereit vezetik be később külföldön is (pl. Franciaországban!). Itt tanul Müller Ferenc ( ), a tellúr fölfedezője (1782) Probléma: aranyért mindent meg lehetett venni, s ez visszavetette az ipar fejlődését!!

10 Elhatárolódás az alkímiától http://www. levity. com/alchemy/portr_11
Robert Boyle ( ): „The Sceptical Chemist” (1661) „A kétkedő kémikus”– a kémia „becsületes” tudomány”: a kísérletezés a tudományos megismerés forrása! DE! Vannak akik úgy gondolják, hogy elhatárolódása az alkímiától nem volt teljes és inkább Paracelsus tanaitól történt A keresztény vallás lényeges szerepet játszott az életében, a Bölcsek Kövét fontos eszköznek tartotta az ateizmus ellen… R. Boyle Írországban, Cork grófjának 14. gyermekeként látja meg a napvilágot, s ez lehetővé teszi számára, hogy a Kontinensen is folytasson tanulmányokat Híres légpumpáját használva Oxfordban sokat kísérletezik gázokkal; asszisztense Robert Hook ( ), légszivattyú 1662: p∙V=áll., DE! Boyle csak idézte Richard Townley ( ) megállapítását, aki viszont Henry Power ( ) kísérleteit használta föl; Edmé Mariotte ( ) a Párizsi Akadémia tagja 1679-ben közli → Boyle-Mariotte törvény!

11 http://www. chemheritage. org/classroom/chemach/forerunners/boyle
R. Boyle és főműve a „The Sceptical Chemist”

12 Boyle eredményei A misztika elleni küzdelem – gyakorlati tények alapján álló elméletek! Korpuszkuláris szemlélete megkülönbözteti az Arisztotelész-i 4 őselem elvet, ill. a Paracelsus-i kén – higany - só elvet vallóktól – a változás: a részecskék mozgása, s egyes csoportok változatlanul mennek át egyik anyagból a másikba! Használja az „element” (elem) kifejezést: „not being made of any other bodies, or of one another” Savak: olyan anyagok, melyek bizonyos növényi kivonatok – INDIKÁTOROK (ibolya, viola, lakmusz stb.) színét pirosra változtatják, a lúgok pedig zöldre, ill. kékre→semlegesítési reakciók, DE! savasan hidrolizáló sók is piros színt adnak! Minőségi elemzés: a vegyületek színe alapján: pl. Rézvegyületek: kék, ill. zöld Ezüstvegyületek: fehér, ill. sárga (klorid, ill. karbonát) Rájött, hogy égéskor a fémek tömege nő, DE! feltételezte tűzkorpuszkulák létét is, s az égést oldásként fogta föl!

13 Az alkímia és a modern kémia kora között
John Mayow ( ): a harmadik „oxfordi kémikus”: Kálium-nitrátból oxigént fejleszt („salétromos légszesz”), ami az égéshez és a légzéshez egyaránt kell! Az éghető anyag „kénes részecskéi” a levegő salétromos légszesz” részecskéivel egyesülnek – KÖZEL JÁRT AZ ÉGÉS TITKÁNAK MEGFEJTÉSÉHEZ! Otto Tachenius ( ): „minden só két részből: savból és bázisból áll…” – sav, bázis, só csoportosítás! Étienne Francois Geoffroy ( ): affinitási táblázatok (1718) Nyulas Ferenc ( ): „Rokonság tábla” (1800): pl. timsó+sziksó→Glauber-só+oldhatatlan Al-só (cserebomlás) Guillaume Francois Rouelle ( ): bázis fogalma (1754) DE! Hosszú ideig voltak átfedések: Pl. 1.: Jean-Baptist van Helmont ( ): flamand orvos Cserebomlás: az ezüstöt salétromsavban oldva és az oldatba rezet helyezve az ezüst újra kiválik (tömegmegmaradást még nem fedezi fel) A gáz és gőz megkülönböztetése A tűz nem elem, hanem jelenség (de: a víz az igazi őselem!) Viszont: meggyőződése szerint a piszkos fehérneműből egerek keletkezhetnek… Pl. 2. Johann Joachim Becher ( ) német jatrokémikus , a flogisztonelmélet előkészítője (nem mért, így számára a fémek tömegnövekedése az égés során föl sem tűnt!): „Physica Subterranea” (megkerülhetetlen tudományos igényű mű az ásványtan területén) Ugyanakkor úgy gondolta, hogy megfelelő anyagok alkalmazása esetén láthatatlanná teheti magát!

14 A nagy tévedések Kb. a XVIII. sz. végéig a tudósok olyan dolgokban is hittek, ill. olyan dolgokat véltek felfedezni, amik egyszerűen nem léteztek, pl. „Vis vitalis” („Élan vital”) = „életerő elmélet”: az az erő, ami életet ad az élettelen anyagnak (szerves/szervetlen kémia csoportosítás eredete), elektromos áramütéssel megvalósítható (Mary Shelley: Frankenstein…) „Éter”: A világegyetemben az űrt kitöltő anyag (Newton!) „Kalória”: s súlytalan anyag, ami melegítéskor a testek tágulását okozza (még Lavoisier is elemnek gondolja!) „Flogiszton” (flogisztosz=elégett /görög/): 1693-tól egy évszázadon át akadályozza a kémia fejlődését! Georg Ernest Stahl ( ) német jatrokémikus Írásai misztikusak, a német és latin szavak keverése miatt olvashatatlanok, hisz az aranycsinálásban! A flogiszton az anyag éghető része, az égés során a levegőbe távozik - „negatív oxigén”: az oxidáció az oxigénfelvétel helyett flogisztonleadás! Sikerének titka: az oxidációt és redukciót összekapcsolja, mert a redukciót pedig flogisztonfelvételként értelmezi: pl. PbO+flogiszton→Pb A flogisztonleadással a saverősség nő: S→H2S→H2SO3 → H2SO4 Sokan - pl. Martinovics Ignác ( ), aki a lembergi egyetemen is tanított - hisznek benne! Csak Lavoisier-nek sikerül majd megdönteni!

15 Véletlenszerű felfedezések!
Pl 1. Johann Friedrich Böttger ( ): Erős Ágost udvarában alkímiai kísérletek közben (hajpor, azaz kaolin hevítésekor) fölfedezi a kínai porcelán titkát 1709 Meissen: porcelángyártás Pl 2. Hennig Brand (német): 1669 Aranyat akart kinyerni emberi vizeletből… Felfedezte a fehér foszfort! A foszfor drágább volt az aranynál is, amíg Karl Wilhelm Scheele (svéd) 1750-es években kidolgozta a kémiai előállítás módját → → Svédországnak ma is vezető szerepe van a gyufagyártásban!

16 Gázvizsgálatok és mérések
Stephen Hales ( ) angol botanikus növényeket hevített gázfejlesztőben (CO2; H2; NOx; O2; CO, de mindet „levegőnek” tekinti, csak éghetőséget vizsgál) Mihail Lomonoszov ( ): 1750-ben fölhívja a figyelmet arra, hogy a kiindulási anyagok és végtermékek súlyát mérni kell→ tömegmegmaradás előfutára) Joseph Black ( ) skót orvos: Alkalmazza Lomonoszov módszerét: MgCO3 →MgO→MgSO4→MgCO3: ugyanaz és ugyanannyi, mint a kiindulási anyag ez már lényegében a tömegmegmaradás törvénye, amit Lavoisier mond majd ki véglegesen! Karbonátokból hevítéssel szén-dioxid (mészégetésnél nem flogisztonfelvétel!), ami aztán erős lúggal újra megköthető →„fix levegő”: az állatok ezt lélegzik ki ugyanez keletkezik a bor erjedésekor! Savakból flogisztonleadással bázisok (és ford.) Torben Bergman: eudiométercső gázok vizsgálatához (beosztásokkal)

17 Henry Cavendish ( ) Őt tartják a hidrogén fölfedezőjének, mivel ő írta le a „gyúlékony levegő” sűrűségét, aminek égésekor víz képződik 1766-ban a "On Factitious Airs" című cikkében. Boyle kísérletei nyomán, de tisztán állítja elő. Azonos mennyiségű fém mindig azonos mennyiségű gyúlékony levegőt fejleszt (gyúlékony levegő = flogiszton!...) Lavoisier megismételte a kísérletet, rájött, hogy a víz hidrogénből és oxigénből áll, majd elnevezte az új gázt (hidrogén=vízképző). A leghevesebb égés 3:7=hidrogén:levegő aránynál van Előállítja a nitrogént és megméri a sűrűségét, de nem közli – Daniel Rutherford-ot ( ) tartják a N2 fölfedezőjének (1772) Ő végzi a legpontosabb méréseket (pl. O2: 20, 84%) → a nemesgázok kimutatása kb. 100 évvel fölfedezésük (1894) előtt: levegő+O2 fölösleg+elektromos szikra→NOx →oxidáció →NO2→vízben elnyeletve→kis légbuborék mindig marad! Cavendish angol arisztokrata családban született, de rendkívül társaságkerülő ember hírében állt, gyakran nem is publikálta az eredményeit. Csak a XIX. sz. végén, a hagyatékának átvizsgálásakor derült ki, hogy fölfedezte pl. a későbbi Dalton-törvényt, Ohm-törvényt stb. Csak a Royal Society Club összejöveteleire járt el, ahol a tagság együtt vacsorázott az ülések előtt, s ahol őt nagy tiszteletben tartották. Későbbi rokonai adományából: Cambridge-i Egyetem híres Cavendish Laboratóriuma (1870-es években), amihez sok fontos tudományos eredmény születése köthető (pl. J.J. Thomson és Rutherford jóvoltából)

18 Henry Canendish és torziós ingája, amivel meghatározta a Föld sűrűségét és tömegét, valamint a gravitációs gyorsulást

19 A híres Cavendish laboratórium régi épülete Cambridge-ben (1974-ben elköltöztették)

20 Joseph Priestley (1733–1804) http://www. chemheritage
Az oxigén felfedezője anglikán lelkésznek tanult, de amatőr természettudós is lett. Később megkérdőjelezte Jézus isteni voltát, s így a korai unitárius eszméket vallotta A francia és az amerikai forradalom támogatója volt, mert „Isten Országának” eljövetelét várta 1767-: Leeds-ben egy sörfőzde mellett lakik, ami kísérleteihez nagy mennyiségű szén-dioxidot nyújt. 1772: szódavíz előállítása (és a CO2 belőle kiforralható!) 1791: a királypárti csőcselék lerombolja házát és laboratóriumát Birminghamben→Amerikába menekül, ahol Northumberland-ben jól felszerelt laboratóriuma is lesz 8 gázt izolál és ír le (vízzár helyett higanyzár→vízoldhatókat is!): HCl („savas levegő”), NH3 (szalmiáksó+mésztej→„alkalikus levegő”), SO2; NO (vízoldhatatlan és színtelen) →NO2 (vízoldható és barnás színű) stb. NH3+ HCl→szalmiáksó! (Glauber, 1648) 1770: KNO3+hő→O2 (de nem ismeri fel és utána előállítja mínium (Pb3O4), HgO, higany-nitrát, ólom-nitrát hevítésével is! 1774: 2HgO→2Hg+O2, amiben a gyertya erős lánggal ég és az egér tovább él! Októberben meglátogatja Lavoisier-t és elmondja neki! (Scheele már 1774 szeptemberében megírja Lavoisier-nek!) De! Az égést a flogiszton elmélet alapján magyarázza → vitája Lavoisier-vel! (N2: „flogisztonizált lev.”, O2: „deflogisztonizált lev.”)

21 http://www. chemheritage. org/classroom/chemach/forerunners/priestley
Joseph Priestley és az általa használt berendezés