A KÉMIA TÖRTÉNETE 3. Keverékek – vegyületek – elemek: elválasztás, azonosítás, jelölés és rendszerezés.

Az előadások a következő témára: "A KÉMIA TÖRTÉNETE 3. Keverékek – vegyületek – elemek: elválasztás, azonosítás, jelölés és rendszerezés."— Előadás másolata:

1 A KÉMIA TÖRTÉNETE 3. Keverékek – vegyületek – elemek: elválasztás, azonosítás, jelölés és rendszerezés

2 Az analitika fejlődésnek indul
Friedrich Hoffmann ( ): ásványelemzéseket végez és 1722-ben megállapítja, hogy a keserűsóban (MgSO4) valami ismeretlen fém van Sigismund Margraff ( ): oldatból kikristályosodott sók alakjának mikroszkópos vizsgálata 1751: sárgavérlúgsót (kálium-ferrocianid) használ az oldott vas kimutatására Thomas Melvill ( ): sók lángfestése (1752) Torben Bergman ( ): A svéd acél gyártásához komoly ércelemzésekre volt szükség (Co, Mn!): „Száraz elemzés”: olvadékos „Nedves elemzés”: oldatos Erős savak a gyengébbeket fölszabadítják a sóikból 1771: bóraxgyöngypróba+szódás feltárás Forrasztócsőpróba (gyertya szúrólángja fémmé redukál) Reagens fogalma (pl. ezüst-ionokkal kloridot, bárium-ionokkal a szulfátot, meszes vízzel szén-dioxidot mutat ki!) Nyulas Ferenc, 1800: „Az Erdély országi orvos vizeknek bontásáról közönségesen” Ez az első magyar nyelvű kémia könyv! (Forrás: Magyar Kémikusok Lapja, évf. 1.)

3 Karl Scheele ( ): 8 elemet (oxigén, nitrogén, klór, fluor, bárium, mangán, molibdén és wolfram) fedezett fel vagy segítette a felfedezésüket és egyiknél sem őt tartják számon felfedezőként (kiv. pl. Boksay említi az oxigénnél)! Különös és különösen szerencsétlen! Uppsala-i svéd gyógyszerész (tőle vette Bergmann a vegyszereit), csak nagyon egyszerű eszközei voltak, de sok vegyületet is ő fedezett fel, pl. ammónia, glicerin, hidrogén-cianid, sok szerves sav : levegő=„tűzlevegő” (O2)+”tisztátalan levegő” (N2) Flogiszton (H2) + ”tűzlevegő”(O2)=hő (+víz, de nem vette észre) A vas-oxidból a Cavandish által előállított hidrogénnel fém vas! Fölfedezéseit nem ismerték el vagy túl későn publikálta őket (svéd anyanyelvű volt!), pl. az oxigént már 1772-ben előállította MnO2-ból, de nem publikálta. Joseph Priestly függetlenül fedezte fel és közölte 1774-ben! a klór felfedezőjeként Humphrey Davy-t tartják számon, aki 36 évvel Scheele után állította elő elektrolízissel! Scheele mangán-dioxiddal állította elő sósavból, de nem tekintette új elemnek. Rájött a klór „Hypo”-ként való hasznosításának lehetőségére, de mások gazdagodtak meg ebből. 1774: MnO2→Mn (végül Bergman segédje /Gahn/ a felfedező Különös szokása volt, hogy mindent amivel kísérletezett megszagolt és megkóstolt (a higanyt és a hidrogén-cianidot is!). 43 éves korában halva találták a munkaasztalára borulva, körülötte mérgező vegyszerekkel.

4 Scheele (Upsalla, 1775 ) által használt alkímiai és kémiai szimbólumok

5 Elemek és vegyületek http://www. unctad
Elemek és vegyületek: nehézségek az azonosításban és kommunikációban, pl. a platinát (spanyol: plata = ezüst, platina=„ezüstöcske”) háromszor kellett fölfedezni: Julius Scalinger, 1557: hírt ad egy dél-amerikai bányákban látott fémről, ami minden kezelésnek ellenáll Antonio de Ulloa, 1735: újgranadai (columbiai) fémként hozta Európába, de nem nagyon tudtak vele mit kezdeni, semmivel nem reagált. Harmadszor is „föl kellett fedezni” az 1800-as évek elején W. H. Wollaston állította elő tisztán. Ma kb. az ipari termékek 20%-nak gyártásánál használják!!! Sok vegyületet különítenek el, vagy állítanak elő és írnak le, nemritkán párhuzamosan, vagy egymástól függetlenül, mert az elnevezés is gyakran esetleges volt, s egyugyanazon anyagnak akár több neve is lehetett. Pl.: Nicholas Theodore Soussere ( ): a fotoszintézis alapfolyamata Proust: cukrok (glükóz, szacharóz, fruktóz) Lowitz: jégecet és absz. alkohol; oxálsav és karbamid (a „vis vitalis” megdöntésekor kulcsszerep!), Etilén+klór→1,2-diklór-etán (olajszerű termék→az etilén „gas olefiant” = olajképző nevet kapja→OLEFFINEK)

6 Sir Humphry Davy (1778 - 1829) http://www. spartacus. schoolnet. co
Egy fafaragó fiaként született Cornwall-ban. 19 évesen Bristolban kezd természettudományokat tanulni. Itt kezdi el gázokkal végzett kísérleteit, fölfedezi a kéjgázt (dinitrogén-oxid) és annak erős élettani hatását. Első könyvének megjelenése után (Researches, Chemical and Philosophical, 1799) kinevezik a Royal Institution tanárának. Előadásai (ahol pl. a kéjgáz hatását is demonstrálta) nagyon népszerűek voltak és hatalmas tömegeket vonzottak.

7 Davy és az elektrolízis
A Volta-oszlop fölfedezése után (1800, amivel jelentős elektromos feszültséget lehetett előállítani) Davy elektrokémiai kísérletekbe kezdett. 1807-ben rájött, hogy a lúgok vegyületek, s elektrolízissel előállította a káliumot és nátriumot. A következő évben hasonló módon a kalciumot, stronciumot, báriumot és magnéziumot sikerült fölfedeznie. 1812-ben lovaggá ütötték, s asszisztensével, Michael Faraday-vel európai körútra indult a vulkáni tevékenység tanulmányozása végett. Franciaországban Napóleontól kitüntetést vett át (annak ellenére, hogy országaik háborúban álltak!), s fölfedezte a jódot. 1815-ben bányászok fordultak hozzá azzal a kéréssel, hogy fejlesszen ki egy olyan lámpát, aminek a lángja nem okoz robbanást bányalég (metán) jelenlétében. A kifejlesztett biztonsági lámpa tehát az ő nevét kapta, annak ellenére, hogy George Stephenson szintén magának követelte a fölfedezésének érdemét. A lángot körülvevő kettős fémháló elvezeti a hőt és így nem alakul ki gyulladási hőmérséklet. Rájött, hogy robbanás csak bizonyos metán:levegő aránynál következik be, ezért szellőztetéssel megelőzhető. 1820 – 1827 között a Royal Society elnöke volt. Korai halálát állítólag a kéjgáz túlzott élvezete okozta. Munkásságát tanítványa, Michael Faraday folytatta. (A rossz nyelvek szerint Davy legnagyobb felfedezése Michael Faraday volt…)

8 Jeremias Benjamin Richter http://en. wikipedia
( ) német vegyész a ma Lengyelországhoz tartozó sziléziai Hirschberg-ben született. A porosz hadseregtől leszerelve bányatisztviselő lett Breslau-ban 1794-ben. 1800-ban a berlini királyi porcelángyár bányászattal és vegyészettel foglalkozó osztályára nevezték ki, ahol korai haláláig dolgozott.

9 Richter: a matematika és a mennyiségi viszonyok szerepének hangsúlyozója a kémiában
A titrálás fölfedezője: rájött, hogy az azonos mennyiségű (súlyú) savat semlegesítő különböző mennyiségű (súlyú) bázisok egyenértékűek egymással. Az állandó súlyviszonyok (sztöchiometria): 1792-ben azt közölte, hogy a kémiai reakciókban a vegyületek mindig azonos súlyarányban reagálnak egymással. Ezzel - Joseph-Loiis Proust-tal / / együtt, aki kimondta, hogy az egyes vegyületekben az elemek állandó súlyarányban szerepelnek - az újkori atomelmélet előfutárává vált. Az eredményeit két művében is közölte: „Der Stochiometrie oder Messkunst chemischer Elemente” ( ) és „Über die neueren Gegenstände in der Chemie” ( ), Egy félreértés miatt (amiben Berzelius-nak is része volt) azonban csak a Szentpéterváron dolgozó Henri Hess (a Hess-törvény megalkotója) ismerte fel ezek fontosságát 1841-ben.

10 Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794) http://www. chemheritage
Apja gazdag párizsi ügyvéd, aki kisnemesi címet vásárol, s fiát is ügyvédnek taníttatja 1768-ban belép a „Ferme Générale” (Adóbérlők Szövetsége) kötelékébe és főadóbérlő lesz: livre/év (kb. 4 milliárd Ft/év) jövedelem 1765: Párizs közvilágítása! 1768-ban (25 évesen) már a Francia Tudományos Akadémia tagja… 1771: Feleségül veszi főnöke nem egészen 14 éves lányát (Marie-Anne Pierrette Paulze - „szívek és elmék találkozása” - napi 5 órát és vasárnap is együtt dolgoznak a laboratóriumukban. Madame Lavoisier megtanul angolul, hogy pl. Priestley munkáit lefordíthassa és rajzolás terén is képzi magát, hogy illusztrálhassa férje munkáit 1772: gyémánt elégetése (nyilvános kísérlet). Nem mindig közölte, hogy más kísérletét mutatja be, de az ismert tényeket új szempontok alapján csoportosítja! 1775: Lavoisier-t kinevezik a puskaporgyártást felügyelő szervezethez, és a Párizsi Fegyvertárban nagyon jól felszerelt laboratóriumot rendez be, ahol csak főzőpohárból 13 ezer db volt…

11 http://www. chemheritage. org/classroom/chemach/forerunners/lavoisier
Lavoisier és rekonstruált laboratóriuma Münchenben

12 1774: Az égés rejtélye megoldódik
Scheele és Priestley kísérletei nyomán Lavoisier pontos méréseket végzett az égéssel kapcsolatban, pl. A HgO-ból keletkező oxigénben szenet éget, s a keletkező szén-dioxid mennyisége és minősége azonos a HgO szenes redukciójánál előállított gázéval! Ónt éget zárt edényben, s más égési kísérletek kénnel, foszforral → az oxigén súlya = az elégett anyag súlynövekedésével! A víz hidrogénből és oxigénből áll! Savak és bázisok képződése oxidokból (kevés kiv. HCl, NH3): Fém+oxigén → fém-oxid („fémmész”) → fém-hidroxid (lúg) Nemfém+oxigén → nemfém-oxid → sav A belélegezhető levegő: „oxigenium” = savképző A nitrogént először „azot”-nak nevezi („diazotálás”!), aztán „nitrogenum” = salétromképző (1777) A fermentációkor (cukor alkohol+szén-dioxid) és a szerves anyagok égésekor egyaránt szén-dioxid képződik! 1783: Az égés oxigénnel való egyesülés → a flogiszton elmélet hamis! → 1789: a tömegmegmaradás törvénye!

13 Lavoisier rendet teremt a kémiában http://www. chemheritage
1787: A „Méthode de Nomenclature Chimique”: kémiai nevezéktan társszerzője. Elegendő és elég tiszta anyag van már, de iszonyú zűrzavar az elnevezésben, amin ez a könyv segít! 33 anyagot nevezett kémiai elemnek („a legutolsó termék, amit analíziskor nyerünk”), amelyek semmilyen módszerrel tovább nem bonthatók. „A kémia két általános módszere: az analízis és a szintézis teszi lehetővé a testeket felépítő elemek meghatározását.” Így a vegyületek valóságos elemekből épülnek föl, flogisztonra nincs szükség! Sajnos még Ő is téved: a hőt és a fényt is elemnek tekinti! Könyvet ír: „Traité Élémentaire de Chimie (1789, angol fordítás 1790!) és folyóiratot jelentet meg: „Annales de Chimie” Közrejátszik a mértékegységrendszer kialakításában Mint az Académie Royale des Sciences tagja, számtalan dolog iránt érdeklődik: pl. hipnotizmus, börtönreform, a rovarok légzése, Párizs vízellátása stb. Liberális nézetei miatt aktív részese a francia forradalomhoz vezető eseményeknek, pártolja és kezdeményezi a reformokat.

14 1794. júl. 27.: Robespierre lefejezése, a terror vége
1780: Lekicsinylő megjegyzéseket tesz Jean-Paul Marat égéssel kapcsolatos elméletére… Korábban a csempészet megakadályozása végett Párizs körül épített fal munkálatait is felügyelte – népszerűtlen tett! A francia forradalom „felfalja gyermekeit” („Reign of Terror”): 1793 novemberében 30 másik „Ferme Générale” vezetővel együtt letartóztatják 1794 máj. 8.: Lavoisier-t guillotinnal lefejezik a Place de la Révolution-on 1794. júl. 27.: Robespierre lefejezése, a terror vége Joseph-Louis Lagrange (matematikus): „Csak egy pillanatba került nekik levágni azt a fejet, amilyet meglehet egy évszázad sem teremt újra…”

15 John Dalton (1766-1844) http://www. sulinet
Egy kvéker takács tehetséges fia, aki már 12 évesen kvéker iskolát nyit, majd a manchesteri New College kvéker iskola matematika és természettudományok tanára (Oxfordban és Cambridge-ben csak anglikánok tanulhattak!) Érdeklődése sokoldalú és rengeteg kísérletet végez gázokkal is: parciális nyomások – Dalton törvény! : Megfigyeli, hogy a nitrogén és az oxigén kétféle arányban is vegyülhet (nitrogén-dioxid és dinitrogén-pentoxid) → 1807: többszörös súlyviszonyok törvénye → léteznek az anyag legkisebb, oszthatatlan részei az ATOMOK! A Royal Society tagja volt, 1826-ban kapta meg a társaság aranyérmét, és levelező tagjává választotta a Francia Tudományos Akadémia

16 Dalton atommodellje Dalton táblázatba foglalta az elemek relatív atomsúlyát (helyesen: atomtömegét). Az atomsúlyok megadásánál a hidrogént vette alapul. 3 legfontosabb állítása az atomokról (azon kívül, hogy léteznek) HAMIS: 1. Az atomok oszthatatlanok (radioaktivitás!) 2. Azonos elemek atomjai mindenben azonosak (Izotópok!) 3. Különböző elemek atomjai mindenben különböznek (elemi részecskék!) Nagysága tehát az atomok létezésének kísérletekkel és számolással való bebizonyításában volt!

17 A Dalton által néhány elemre használt kémiai szimbólumok http://www
Elemek: I. Oxigén 2. Hidrogén 3. Nitrogén 4. Szén 5. Kén 6. Foszfor 7. Arany 8. Platina 9. Ezüst

18 Vegyületek 7. Kalcium-hidroxid
A Dalton által néhány vegyületre használt kémiai szimbólumok Vegyületek 7. Kalcium-hidroxid 8. Kalcium-karbonát 9. Kalcium-szulfát 10. Kalcium-nitrát 11. Kalcium-klorid

19 Az atomok mérete 1811: Lorenzo Romano Amadeo Carlo Avogadro olasz gróf fölfedezi, hogy a gázok azonos térfogatában azonos hőmérsékleten és azonos nyomáson azonos számú részecske van Avogadro visszavonultan él, a vegyészek akkoriban amúgy sem nagyon találkoztak, s kevés folyóirat működött A kémia nem „úriemberek” tudománya (nem olyan divatos, mint pl. a geológia), évtizedekkel később jönnek létre az intézményei, mint a többi tudományé: 1841: Chemical Society of London 1876: American Chemical Society 1877: Institute of Chemistry Csak 1860-tól (a első nemzetközi kémiai kongresszus Karlsruhe-ben) válik Avogado törvénye általánosan ismertté → kiszámítják az atomok méretének nagyságrendjét: m (Angström)

20 Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) http://www.ch.bme.hu/chemonet/
Svéd kémikus, a Stockholmi Egyetem professzora. A Bergman által lefektetett analitika alapjaira építkezve rendkívül alapos elemzéseket, méréseket végzett, felvirágoztatta az analitikát, s nagy tekintélyre tett szert. Lavoisier–vel együtt a modern kémia atyja, híres évkönyveiben, a „Jahres Bericht”-ekben összefoglalta és rendszerezte a kémia eredményeit.

21 Berzelius eredményei és tévedései
1811-ben bevezette az elemek latin nevéből származó vegyjeleinek rendszerét. Daltonnal szemben (helyesen) Gay-Lussac térfogati törvényét fogadta el, amit a többszörös súlyviszonyok törvénye bizonyítékának tekintett. Szerinte a reagáló anyagok térfogatarányai a vegyületekben lévő atomok arányát is megadják (pl. az ammónia 1 nitrogén és 3 hidrogén atomból áll). Sok vegyület elemi összetételét határozta meg. Összesen 43 elem atomsúlyát határozta meg az oxigént véve 100 egységnek. Rájött, hogy a hidrogén nem lehet egységnyi súlyú, mint ahogy Dalton gondolta ban publikálta az elemek atomsúlyait (amelyek már jól egyeztek a mai értékekkel (bár némelyik azoknak kétszerese vagy fele volt), de az atomok és molekulák megkülönböztetése tekintetében tévedéseket is tartalmazott. Avogadro kétatomos elemmolekuláit nem fogadta el, mert az affinitásról vallott nézetei szerint nincs lehetőség azonos atomok kapcsolódására. Szerinte a kémiai reakciók során a molekulák stabil atomcsoportjai (gyökök) cserélődnek ki A sók a savak és bázisok vegyületei. A savak anionjai a pozitív elektród felé, a kationok a negatív elektródhoz vonzódnak. Kidolgozta az ionok és az ionos vegyületek elméletét. Nem hitt az életerő elméletben, csak egy olyan szabályozó erőben, ami az élő szervezet szöveteinek szerveződéséért felelős.

22 Dimitrij Ivanovics Mengyelejev (1834-1907) http://www. ch. bme
Dimitrij Ivanovics Mengyelejev ( ) William H. Brock: The Fontana History of Chemistry (Fontana Press 1992), + Sokgyermekes család legkisebb fiaként született a szibériai Tobolszkban. Apja iskolaigazgató volt, de korán megvakult, ezért anyja (Maria Kornileva) dolgozni ment. Rendkívüli asszony lehetett, mert egy üveggyárat vezetett. Sajnos a gyár 1848-ban leégett, s a család elszegényedett. Édesanyja elhatározza, hogy legkisebb fiát mindenképpen taníttatja, s különféle járművekre fölkéredzkedve mintegy 4000 km-t utazik vele, hogy eljutassa Szentpétervárra, ahol tanulhat. Édesanyja hamarosan meghal a kimerítő erőfeszítésektől, de Dimitrij befejezi a tanulmányait, s a Szentpétervári Egyetem professzora lesz.

23 Mengyelejev periódusos rendszere
1816: Johann Wolfgang Döbereiner ( ) a jénai egyetem professzora: 3-3 hasonló tulajdonságú elemet egy csoportba soroló triádokat írt le, amelyeknél a középső atomsúlya jó közelítéssel a másik kettőének számtani középértéke (pl. Ca-Sr-Ba; Cl-Br-I) 1863: John Alexander Reina Newlands ( ) egy londoni cukorfinomitoban dolgozo vegyész felállítja az oktávok törvényét (a növekvő atomsulyok szerint minden 8. elem hasonló tulajdonságú), de kortársai kifigurázzák érte. 1869: Mengyelejevre nagy hatást gyakorolt a karlsruhei konferencia, ahol az atomsúlyokat rögzítették, de feltehetően nem ismerte Newlands oktávjait. Mengyelejev zsenialitása abban állt, hogy a periodikusan ismétlődő tulajdonságokat tekintette döntőnek, s így rendezte csoportokba a növekvő atomsúlyok szerint az elemeket. Az üresen maradt helyek nála még fölfedezésre váró elemeket jelentettek, amiknek jó közelítéssel jósolta meg fizikai és kémiai tulajdonságait (pl. a majdani germániumot „eka-Si-nak” nevezte, ahol “eka” jelentése szanszkritül “egy”. 1868 novemberében az Orosz Kémiai Társaság ülésén mutatták be először elképzelését (Mengyelejev nem volt jelen, mert beteg volt). Zsurnal Russzkogo Himicseszkogo Obscsesztva 1, 60 (1869) Julius Lothar Meyer ( ): hasonló táblázatát csak 1869 novemberében adja nyomdába, s 1870 márciusában jelenik meg.