10881
S T R O P H A N T U S
I
%
BEVEZETŐ AZ
■LET KÉMIÁJÁBA
-6.SZ. 5 .E Z E R .Á R A 4 0 FILLÉR
ISIHALADASg®
KÖNYVKIADÓ
8 g\ÄULALÄrai
ÜSHLADASAffiM
240881
A z é letv eg y tan o ly an ága a k é m iá n a k ak á r a ía u c s u k k é m ia v ag y a festék ek kém iája. D e m ig ez itó b b ia k p ro b lém ái c sak a szak em b ert érdeklik, ad d ig íz élet k é m iá já n a k elem i ism erete m in d en igazi m űveltség egyik a la p já n a k tek in ten d ő . E z a tu d o m án y ág m in d en ek elő tt azért ta rth a t általán o s érd ek lő lésre szám ot, m ert p ro b lém ái m indenki szá m á ra íg észen k ö z e lfe k v ő e k : az, hogy o lyan k ev eset tö rő d n ek velük, é p p azért van, m ert tú lság o san g y a k ra n m erü ln ek el az em b erek előtt s m ár egészen m egszokták, hogy sem m itse értse n e k belőlük. D e az érd ek esség en és szük- jégességen kivül v an m ég egy körülm ény, am ely kivána-
;ossá teszi, hogy ebből a tu d o m án y b ó l ném i ism ere- :eink legyenek. H a v alam ily en m ás, m ag á b a n véve érdekes és h aszn o s tu d o m á n y t n em ism erünk, h a például n em ism erjük a fény fizikáját, v ag y n incsenek fogalm aink a festék ek k ém iájáról, az m in d en esetre liá n y a tu d á s u n k n a k ; d e nem tu d h a tu n k m indent,
"danem a fén y tan ró l v agy a festék k ém iáró l legalább nincsenek előitéleteink, ezekről nem gondolunk ki sem m i Dstobaságot, nem is a k a d senki, aki ezekre v onatkozó la m is tan o k k a l félre a k a rn a vezetni m inket. A z é le tta n nal m ásh o g y áll a dolog. A z em beri g o ndolkozás nem tudja elviselni, hogy lép ten -n y o m o n lá ssa az élet, a saját slete p ro b lém áit anélkül, hogy valahogyan értelm ezze bket; ennélfogva kiki a sa já t fa n táziája szerin t m in d en félét kigondol az életről, a halálról, az öröklésről, a betegségekről és igy tovább, legtöbbnyire persze helyteleni. E h h ez járul m ég az, hogy az em berek g o n d o lk o zásán ak igen h a ta lm a s irá n y itó i: az egyház és a legtöbb iskola ezen a téren tu d a to sa n , m e ste r
ségesen terjeszten ek ham is ta n ításo k at. A z ered m én y az, h ogy a tu d á sn a k alig v an területe, am ely b en több előítélet g áto ln á a tiszta látást, m int az életről szóló ism ereteink közt.
шятт щш
S o rra venni ezek et az elő ítéletek et s egyenkint cáfolgatni azokat, fárad ság o s s am ellett sikertelen m u n k a v o ln a : m ás, uj előítéletek m a ra d n á n a k lehet
ség esek . S o k k al b izto sab b ezek re való tek in tet nélkül az éle ttu d o m á n y a la p ta n a it, úgy ah o g y azo k at a sz ak szerű term észettu d o m án y i k u ta tá s m egállapította, ism ertetn i: ezek tu d á sa semmiféle h ely telen ítéletet n e m fog m egengedni.
E z a kis k ö n y v az élet je len ség ein ek fizikai-kém iai leirá sá t ad ja. E m ellett a b e n n e szereplő kém iai fogal
m a k a t külön m eg m ag y arázza, úgy hogy a szak
ism eretek k el nem ren d elk ező olvasó is n eh ézség nélkül m eg érth esse.
4
Az élőanyag összetétele.
--- -—;—i A z élettelen világgal foglalkozó ter- izi a és kémia. | m ész e ttu d o m á n y t k é t részre osztjuk : izik ára és k é m iá ra ; bizonyos jelenségekről az u tá n ízt m ondjuk, h ogy azo k fizikai jelenségek, m ásokról, 'o g y k ém iaiak. E z a m egk ü lö n b ö ztetés m esterség es s sem m ik ép en sem vihető szigorúan keresztül, ügyelőre elég ed jü n k m eg azzal, hogy azt m o n d ju k : i fizikai jelen ség ek n él a testek egyik-másik tu lajd o n ság a n egváltozik, a többi m inden egyéb sajá tsá g a azo n b an /á lto zatlan m a r a d ; kém iai v álto zásn ál az a b b a n részt /ev ő te ste k összes sa játság ai áta la k u ln a k . így h a egy
’oil az asztalról leesik, az fizikai f o ly a m a t; a tolinak
;sa k a föld k ö zép p o n tjáh o z való helyzete változott meg, összes többi sa játság ai v álto zatlan u l m a ra d ta k . H a a z o n b an egy b o m b át ejtü n k le, ak k o r a fizikai folyam atot k ém iaiak is k is é rik : a d in am itb ó l egészen m ás sa játság g al biró g á z a la k u testek k eletk eztek .
A je len ség ek ilyen k étféleség én ek a la p já t k ö n n y en felism erjük, h a a z o k at a m olekula-elm élet sze m p o n tjá ból vizsgáljuk m eg. E z az elm élet abból a feltevésből indul ki, hogy a te ste k nem eg y en letesen töltik ki a teret, h an e m sz ám talan igen kicsiny részecskéből, a m o lekulákból állanak. E zek a részecsk ék oly kicsinyek, hogy sem m iféle e ljárással lá th a tó v á n em te h e tő k ; de h a igy közvetlenül n em észlelhetők is, létezésü k re annyi so k féle jelen ség m u tat, hogy m a általán o san reálisan- lé te z ő k n e k tekintetnek. A különböző te ste k m o lek u lái
n a k szám át, nagyságát, súlyát k isz á m íto ttá k ; a m olek u lák közötti vonzó és taszító erőket, a m o lek u lák m ozgását, azo k se b esség ét a fizika és a kém ia m e g tu d ta h atározni.
A z a n y a g szerk ezetérő l ennyi a mi céljain k ra elég és m ost té rjü n k vissza a fizika és k ém ia m eg k ü lö n b ö zteté
sére. A m olek u la-elm élet ala p já n egyszerűen azt m ond-
5
ju k : a testek b en v égbem enő v álto záso k egy része o ly an ,, hogy k ö zb en a m o lek u lák h elyzete, m ozgása, távol
sága, egyszóval a m olek u lák egym áshoz való viszonyai m eg változik (anélkül, hogy az egyes m o lek u lák m a g u k : m eg v álto zn án ak ). E zek a v álto záso k fizikaiak. Bizonyos i v álto záso k azo n b an m a g á ra a m o lek u lára is kiterjednek, a m olekula m ég kisebb részekre, az ato m o k ra eshetik szét, m ás m o lek u lák k al nagy o b b m o lek u lák k á egyesül
h e t és igy tovább. V ilágos, hogy ezek az u tó b b iak álta
lá b a n m ély reh ató v áltozások, ilyenkor a testek összes sa játság ai m eg v álto zn ak ; ezek a kém iai változások. A v a ló ság b an p ersze m in d k étféle v álto zás egym ás m ellett egyidejűleg történik, m ert m indenféle fizikai v áltozás
sal h a k ism érték b en is, m indig kém iai v álto zás is jár. ' A kém iai v izsg álat m indig k é t részre osztható. E lőször m eg re n d szer kém iai összetételét: hogy áll, hogy m ily en ek ezeknek a
Kémiai statika és dinamika.
kell vizsgálni a m icso d a an y ag o k b ó l
sa já tsá g a i és hogy m ilyen viszo n y b an v a n n a k eg y m ás
hoz ezek az a n y ag o k a ren d szerb en . A z u tá n m eg kell vizsgálni a zo k at a kém iai változásokat, a m ely ek ezek kö zö tt az an y ag o k kö zö tt lefolynak. A z előbbi ere d m én y e a vizsgált ren d szer statik ája, az utóbbi ere d m én y e a re n d szer d in am ik ája.
A z élő szervezetek, am e ly e k n e k ö sszetételév el és v álto zásaiv al foglalkozni fogunk, tu d v alev ő leg sejtek ből és a sejtek között tö b b -k ev eseb b élettelen a n y a g ból v a n n a k ö s s z e té v e ; az élö -an y ag a sejt. A z élet k é m iá ja a n n a k a sajátság o s a n y a g k o m p iex u m n ak a k ém iája, am ely et sejtn ek n evezünk.
E gy n ö v én y v agy állat kém iai ö sszetételén ek m eg v izsg álása lén y eg éb en u g y an o ly an term észetű feladat, a k á r egy k ő zet ö sszetételén ek m eg állap ítása. Ez bizo
n y á ra eg észen te rm észetesn ek tű n ik fel a laikus előtt, h a egy élettelen, m eg h alt növén y rő l v ag y állatról
6
állítjuk, p ed ig u g y an az áll az élő sejtre is. U tób
bival szem b en a k övetkező k érd és m erü lh et fel:
a k ém ikus, m ikor v alam ely an y ag vegyi ö sszetételét vizsgálja, é p p e n e vizsgálat fo lyam án so k olyan h a tá sn a k teszi ki (savval v ag y lúggal, m ag as h ő m érsék lettel kezeli s igy tovább), m elyek azt, ha élő, feltét
len ü l e lp u s z títjá k ; ilyenform án a k ém ikus m indig az élettelen lényt vizsgálja m e g ; lehet erről joggal az élő sa já tsá g a ira k ö v etk eztetn i? A k érd és egybeesik azzal, hogy m ib en k ü lönbözik kém iailag az élő szerv e
zet a m eghalttól. H ogy a különbségeket felism erhessük, ism erjük m eg előbb az o k a t a sajátság o k at, am ely ek élőben és élettelen b en n y ilv án v aló an azonosak.
Ilyen m in d en ek elő tt az élő szer
v ezetek töm ege. A k é m iá n a k a la p törvénye, hogy a testek töm ege állandó m arad , b á r
m ilyen v álto záso n m en jen ek is azo k keresztül. E zt úgy kell érteni, h o g y h a különböző an y a g o k a t egy ed én y b e elzárok, ezekkel az elzárt an y ag o k k al b á r
m it csinálhatok, leh ű th etem vagy felm elegithetem , m eg fag y aszth ato m v agy elp áro lo g tath ato m őket, elektrom os á ram o t v ezeth etek ra jtu k keresztül, összen y o m h ato m vagy kiterjedni en g ed h etem a zo k at és igy tovább, a töm egük (am ely et súlyúkkal m érünk) m in d ezek n ek a v égén is p o n to san a k k o ra lesz, am e k k o ra az elején volt. E nnélfogva a k ém ik u s által az élettelen szerv e
zeten m ért sú ly ad ato k m inden további nélkül az élő szerv ezetre is v o natkoznak. U gyanigy vagy u n k a szer
v ezetek elem i ö sszetételév el is.
A kém ia, m int tudjuk, az an y ag o k kö zö tt v eg y ü letek et és elem ek et k ü lönböztet m eg. A földön találh ató sz á m ta la n féle a n y ag v izsg álatak o r k id erü lt ugyanis, hogy azokból, eredeti ö sszetételü k b en b árm en n y ire is külö n b ö zzen ek egym ástól, nem n ag y szám ú , ö sszesen
A z elemek változ- hatadausága.
A tömeg megmaradása.
7
m integy 80 o ly an test állitható elő, a m ely ek et tovább n e m leh et egy szerű b b testek re bontani. E bből a 80 elem
ből v a n n a k ö sszetév e az összes általu n k ism ert testek;
a testek te h á t v agy elem ek v ag y e zek n ek az elem eknek vegyületei. A z elem ek m ag u k sem m iféle eljárás utján n em alak íth a tó k át eg y m á ssá v ag y uj elem ekké. Ezen tö rv én y alap ján , a m ely et szám talan , az átalak ításra irán y u ló k ísérlet sik ertelen ség e bizonyít, az élettelen szerv ezet elemi ö sszetétele p o n to sa n u g y an az, m int az élőé; a k ém ik u s b árm it csin álh at az élő anyaggal, m in d ig u g y a n a z o k a t az elem ek et fogja b e n n e találni.
A k é m iá n a k azt az ágát, am ely v a
lam ely a n y a g elem i ö sszetételén ek ki- p u h a to lá sá v a l foglalkozik, analitik ai (elem ző) k ém iá
n a k nevezik. A z elem i ö sszetétel v izsg álatán ál az illető a n y a g o t bizonyos so rren d szerin t különböző e ljá rá so k n a k v etik alá (kiizzitják, elégetik, feloldják, b izonyos ism ert a n y a g o k k a l: rea g e n se k k el kezelik stb.), m ik ö zb en a b e n n e elem i a la k b a n v ag y vegyület a la k já b a n jelen lev ő elem v alam ely jellem ző tu la jd o n sá g á t elárulja. A n atriu m elem n ek p éld áu l, a m ely igen e lte rje d t a term észetb en , az a sajá tsá g a , h ogy lán g b a tartv a, azt sá rg á ra f e s ti; h a te h á t v a lam ely a n y a g n a k a lá n g b a ta rto tt p ró b á ja azt sá rg á ra festi, a k k o r tudjuk, hogy az n a triu m elem et ta rtalm az. A z ilyen e ljárás során elő szö r az illető an y a g m inőségi ö sszetételét állap ítju k m e g : azt, h ogy m ilyen elem ek b ő l á l l ; a z u tá n egész so ra k ö v etk ezik a külö n b ö ző e ljá rá so k n a k a n n a k a m e g h a tá ro z ásá ra , h ogy ezek az elem ek m ily en ab szo lú t és viszonylagos m en n y iség ek b en fo rd u ln ak elő a k é r
d é se s an y ag b an . (Q u a n tita tiv analízis.)
A z elem ek leg tö b b je s z a b a d elem i á lla
p o tb a n ritk án v ag y e g y á lta lá b an n e m fordul elő a term észetb en . E zek et, h a sz ü k ség ü n k v a n ráju k , v eg y ü leteik b ő l kell elő állítan u n k . N ém ely ek viszont
8 Elemek.
Kémiai analízis.
ЩШШШШ
ren g eteg m enn y iség b en v a n n a k elem i á lla p o tb an is jelen. Ilyenek a nitrogén (k ém iai jelzése : N) és az oxigén (O ), m ely ek a föld atm o szférájáb an , a levegőben 4 : 1 térfo g a ta rán y b a n k ev ered v e, elem i a la k b a n v a n n a k э ‘ jelen . A h idrogén (H ) elem i állap o tb an alig fordul elő a te rm é s z e tb e n ; az oxigénnel vegyülve, m int viz (H 20 ) Vö'öd felületét b o rítja a földnek.
A z élettan i k ém ia szám talan analízise azt m u tatta, hogy bizonyos elemek m in d en élő sejtb en jelen v a n n a k s hogy a különböző szerv ezetek sejtjeib en ezek n ek csa k a m en n y iség e változik. E zek az elem ek a szén, nitrogén, kén, hidrogén, oxigén, foszfor, klór, kálium, nátrium, magnesium, calcium, vas. E zek n ek a v együletein kívül, am ely ek m inden sejtben jelen v an n ak , n ém ely sejt v együleteiben kis m en n y iség ek b en ta lálh ató k a silicium, fluor, bróm , jód, alum inium , m an g an n evű elem ek is.
E zen elem ek viszonylagos m ennyiségeinek m egíté
lésére tájék o ztató u l lássu k egy em lős állat ö sszetételét.
(A z em b er összetétele is egészen hasonló.) I. Táblázat.
S z a rv a sm a rh a elem i összetétele.
500 kgr testsúlyból kgr
szén — — — — — — — — 1 17'089
hidrogén --- — — — --- — 4 5 7 0 0
oxigén — — — — — — — 268'412
nitrogén — — — — — — 13'300
kén — — — — — — — — 0'906
foszfor — — ... — — — 3'990 chlór — — — — — — — 0'294 calcium — — —- — — — — 7'500 m agnesium — —- — — — — 0 ‘254
kalium —- — — — — — — 0'8 4 6
natrium — — — — ... — 0.540 va9 — — — — — — — — 0 4 3 9 silicium — — — — —- — —- 0 0 3 0 4 5 9 0 0 0 Béltartalom 41 '000 5 0 0 0 0 0 9
Vegyületek. A 80 ed d ig ism ert elem m ajdnem m in d eg y ik e bizonyos k ö rü lm én y ek között egy v ag y tö b b m ás elem m el vegyülni k ép es. Ez a tén y fogalm at n y ú jth a t a term észetb en talált és m es
terség esen előállítható veg y ü letek b e lá th a ta tla n szá
m áról.
H o g y a veg y ü let fogalm ával tisztáb an legyünk, m in d en ek elő tt m eg kell azt k ü lö n b ö ztetn ü n k a keve
réktől. H a k ét k ü lönböző elem et ö sszehozunk, azok csak bizonyos k ö rü lm én y ek k ö zö tt fognak vegyülni egym ással, e g y éb k én t v álto zatlan u l m a ra d n a k m eg eg y m ás m ellett. P éld áu l, h a hid ro g én t tartalm azó ed én y b e oxigént bocsátu n k , ak k o r közö n ség es hő
m é rsék leten és ny o m áso n azo k nem veg y ü ln ek egy
m ással ; a k ém ikus k ö n n y en m eg tu d ja állapítani, hogy a k é t elem elem i álla p o tá t v álto zatlan u l m eg
tarto tta. A vegyülés csak a k k o r fog bek ö v etk ezn i, ha a g ázk e v e rék e t m ag as h ő m érsék letre hozzuk, (h a azt m eggyujtjuk.) A z igy keletk ező vegyületben, a vizben a h id ro g én és oxigén n em ta rto ttá k m eg elem i sa
já ts á g a ik a t: a viz m in d en sa já tsá g a m ás, m int a gáz- elegyé volt. A k é t fo ly am at között, a k ev ered és és vegyülés kö zö tt n incsen á tm e n e t; a k ettő egym ástól élesen elválik. A keveredés ab b a n áll, hogy az ele
m ek változatlanul m a ra d t m olekulái egy m ás között e lk e v e re d te k ; a vegyülés, hogy azo k eg y m ással uj m o lek u lák k á alak u ltak , egyesültek.
A v eg y ü letek ala p tö rv é n y e az, hogy a b e n n ü k levő elem ek
A súlyviszonyok törvénye.
sú ly án ak v iszo n y a állandó. M ig a k ev e ré k az elem ek k ülönböző viszonylagos m en n y iség eit ta rtalm azh atja, ad d ig a veg y ü let ö sszetétele állandó.
így p éld áu l a viz az alkotó elem eit m in d en k ö rü l
m én y ek között o ly an m en n y iség ek b en ta rtalm azza, hogy egy gr. h idrogénre 8 gr. oxigén jut. H a v alam ely
10
hidrogén-oxigén gázelegyből vizet ak a ru n k készíteni, a k k o r b árm ily en a rá n y b a n elegyítettük is a g ázokat, m in d ig csak an n y i viz k ép ző d ik , am en n y i az elem e
k et 1 :8 sú ly a rá n y b a n ta rta lm a z h a tja ; a feleslegben г volt g áz elem i á lla p o tb a n v isszam arad .
A v eg y ü letek m olekulái aszerint, hogy h á n y ato m o t tartalm azn ak , különböző fokban összetettek. A k o n y h asó p é ld áu l igen egyszerű vegyület, k é t elem ből áll, n á t
rium ból (N a) és chlórból (Cl), m ely ek n ek egy-egy ato m ját tartalm azza. A kém ik u s a k o n y h asó t a rö v idség k e d v é é rt igy je lz i: N aCl. A viz m o lek u lájáb an k é t ato m hidrogén és egy ato m oxigén v a n ; jele H 20 . A k én sav m o lek u la m ár jóval ö sszetettebb, 2 atom hidrogént, 1 atom k é n t (S), 4 atom oxigént ta rta lm a z : H 2 S 0 4. A z S 0 4 (sulfát) elem csoport, m ely nem ö n álló vegyület, sok m ás veg y ü letb en is s z e re p e l;
az ilyen elem cso p o rto k at g y ö k ö k n ek nevezzük. A sulfát-g y ö k n ek egyéb vegyületei p é ld á u l a k e se rű sé (M g S O J (m agnesium sulfát), gipsz (C a S 0 4) (cal- cium sulfát) stb.
A m olekuláris szerk ezet h a so n ló sá g á ra és k ü lö n b ö ző ség ére alap itv a, a kém ia a v eg y ü letek n ek külö n b ö ző típ u sa it írja le, hogy a tájék o zó d ást a v eg y ü letek re n g etéb en m eg könnyítse. B izonyos v eg y ü letek et közös n é v en só k n ak neveznek, m á so k a t közös n év en szén h id ráto k n ak , ism ét m á so k a t a lk o h o lo k n ak és igy tovább. E gy-egy cso p o rt o lyan v együletekböl áll, a m e ly ek n ek a v isel
k e d ése bizonyos h aso n ló ság o k at m utat. E vegyület- cso p o rlo k közül azokkal, am ely ek a sejt életéb en fo n to sság g al birnak, érd em es lesz m egism erkedni.
A z összes v eg y ü letek et k ét n ag y cso p o rtb a o s z tju k : a szerv es (organikus) és szerv etlen (an o rg an ik u s) v eg y ü letek cso p o rtjá b a ; m in d k ét cso p o rto n belül s z á m os v eg y ü lettip u st k ü lö n b ö ztetü n k m eg. A szerves
A oegyületek fajai.
I I
veg y ü letek , am elyek, m in t n ev ü k m u tatja, az élő szerv ezetek v ilág áb an n a g y o n el v a n n a k terjedve,*
a szén n ek vegyületei, hid ro g én n el v ag y hidrogénnel és m ég m ás elem ekkel, leginkább oxigénnel és n itro génnel. A z összes többi elem ek veg y ü leteiv el az a n o rg an ik u s k ém ia foglalkozik. A z an o rg an ik u s v eg y ü letek leg n ag y o b b részén ek m o lek u lája ará n y la g eg y sz erű : k ev és elem ből, k ev és atom ból áll; legfontosabb v eg y ü lettip u sai a sav ak , a lúgok és a sók.
A savak leg k ö n n y eb b en arról ism erh ető k fel, hogy vizes o ld a tu k n a k sa v a n y u ize van. E zenkívül term é
szetesen sok közös sa já tsá g u k van, igy az, hogy bizonyos festék o ld ato k színét eg y fo rm án v álto ztatják m eg (p éld áu l a k ék lak m u szt m egvörösitik), hogy m indegyikből h id rogéngáz fejleszthető és igy tovább.
E zek a közös sa já tsá g o k a m o lek u láris összetétel k ö v etk ező h aso n ló ság án a la p u ln a k : a sa v a k v a la m en n y ien a h idrogénelem vegyületei, valam ely m ás elem m el v ag y elem cso p o rttal. így a só sav m o lek u lájá
b an eg y ato m h id ro g én egy ato m chlórral van egyesülve (HC1), a salétro m sav m u lek u lájáb an egy ato m h idrogén a N 0 3 (nitrát) elem cso p o rttal (H N 0 3), a k é n sa v m o lek u lájáb an k é t ato m hid ro g én a S Ö 4 (sulfát) elem cso p o rttal (H 2 S 0 4) stb.
* R é g eb b en a szerves és szervetlen v eg y ü letek k ö zö tt lényeges és alap v ető k ü lö n b sé g et g ondoltak. A zt h itték , hogy szerves a n y a gokat csak az élő szervezet k é p e s létreh o zn i az ú g y n ev eze tt „életerő "
segítségével. Ez a felfogás m ár ak k o r h ib á sn a k bizonyult, m id ő n W ő h le rn e k sikerült az első szerves vegyületet, a h u g y an y ag o t m es
terség esen előállítania. A z ó ta a szerves vegyületek m in d en c so p o rtjá ról b ebizonyították, hogy keletk ezésü k b en sem m iféle életerőnek nincs szerepe. A legk o m p lik áltab b szerves v eg y ü letek is é p p oly an v e g y ü letek, m int az eg y szerű b b szervetlenek, a k ü lönbség c su p á n annyi, ho g y — é p p e n b o n y o lu ltab b voltuknál fogva — n e h e z e b b az elő állításuk. A h o l n em az életjelenségek vegytani leírásáról v an szó, h a n e m p u sz tán e vegyületek kém iájáról, o tt n em is b eszéln ek o rg a
nikus vagy szerves vegytanról, h an em a szénvegyületek kém iájáról.
A lúgok közö s tu lajd o n ság ai közül legfeltűnőbb sajá tsá g o s lúgos izük s bizonyos festék o ld ato k színére való h a tá su k (a vörös la k m u szt m egkékitik). A k ü lönböző lúgok m o lek u láján ak közös alk atrésze а H O (h y droxyl) ele m c so p o rt; a n átro n lu g e n n ek az elem cso p o rtn a k v eg y ü lete a n átriu m elem m el (N a O H ),
i b aritv izn ek n ev ezett lúg k é t H O elem csoport v e g y ü lete a b a ry u m elem m el (Ba [O H ]2) stb.
H a sav és lúg eg y m ásra h atn ak , a k k o r viz és só k eletkezik. A k ém ik u s ezt a fo ly am ato t következő- k é p e n á b rázo lja:
H C 1 + N a O H = H O H + N a Cl
(só sav ) nátronlug (H aO , viz) (k o n y h asó )
v agy
2 H N O 3 + Ba (O H ) 2 = 2 H O H + B a ( N 0 3) a
(salétro m sav ) (barytviz) (viz) (b ary u m n itrát só)
A só k n a k n ev ezetes közös sa já tsá g u k az, hogy vizes o ld a ta ik az elek tro m o sság o t jól vezetik. A tiszta viz az elek tro m o s áram o t igen rosszul vezeti; m ag u k a sók tiszta, szilárd á llap o tb an h aso n ló an rossz vezetők.
H a a z o n b a n v alam ily en só t vízben oldunk, ak k o r a viz elektrom os ellen állása so k k al k iseb b lesz, vagyis jó v ezető v é válik. E n n ek a jelen ség n ek értelm ezése céljából a k ém ia az ú g y n ev ezett elektrolytes disz- szociáció elm életét alk o tta m eg. E z az elm élet azt tan ítja, hogy a só m o lek u lák egyrésze vizes o ld atb an sa játság o s á lla p o tb a n v a n ; k é t részre, k é t ato m ra v ag y a to m cso p o rtra oszlik, a m e ly ek n ek egyike pozitiv, m á sik a n egativ elektrom os töltéssel bir. A z ilyen elek tro m o s tö ltéssel elláto tt ato m o t vagy ato m cso p o r
to t ionnak n ev ezzü k és azt m ondjuk, hogy p éld áu l a k o n y h asó (N a Cl) vizes o ld a tb a n n atriu m io n o k ra (N a+ ) és chlo rio n o k ra (C l- ) v a n disszociálva. A z elektrom os á ram o t m á r m ost az o ld a tb a n az ionok elektrom os
13
töltései szállítják és ezért az o ld at an n á l jo b b an v e zeti az áram ot, m inél több iont tartalm az. A tiszta desztillált viz igen rosszul d is s z o c iá l: á tlag m inden tízm illió H 20 m o lek u la közül c sak egy bom lik szét h y d ro g en io n o k ra (H +) és h y d ro x y lio n o k ra (O H - ).
A sók k ülönböző m érték b en , d e á lta lá b a n sokkal jo b b a n d isszociálnak, h a v izben o ldjuk a z o k a t ; ez azt jelenti, hogy a só m o lek u lák n a g y százalék a, 50— 9 0 % -a nem m in t m olekula, h a n e m m int k é t ion k o m p le x u m a v a n jelen az o ld atb an . A sa v a k és a lúgok is jól d isszociálnak. M inden sav m o lek u láin ak egy része p ozitív tö ltésű h y d ro g en io n ra és n egativ tö ltésű m ás io n ra b o m lik ; a sa v a k összes jellem ző k özös tu lajd o n ság ai a h y d ro g en io n tó l ered n ek . A lúgok k özös jellem ző ionja a n eg ativ töltésű hydroxylion ( O H - ), a m ásik, a pozitiv ion, leh et b árm ily en elem v ag y elem csoport.
A sz é n n ek az a sa já tsá g a van, hogy igen összetett, n ag y m o lek u lájú vegyü- letek et k ép ezh et. E gy-egy ilyen k o m p lik áltab b szerves v eg y ü let m o lek u lájáb an 6— 7 k ülönböző elem lehet e g y ü tt; ezek az elem ek b izonyos elem cso p o rto k k á egyesülve k a p c so ló d n a k eg y m ásh o z úgy, hogy egy m o lek u la több elem cso p o rtb ó l áll. E gy és ugy an azo n elem ato m ja in a k sz á m a egy m o le k u lá b a n tö b b száz leh et, m ert u g y an az az elem külö n b ö ző elem cso
p o rto k b a foglalva sokszor fo rd u lh at elő a m olekulában.
A k ém ia ed d ig több m int százezer különböző szerves v e g y ü letet ism er; a sok típus közül, am ely ek b e ezeket beosztja, az élettani k é m iá b a n a fehérjéknek, a zsíroknak és a szénhidrátoknak v a n legnagyobb jelentőségük.
A sz é n h id ráto k és a zsírok szénből, hidro g én b ő l és oxigénből álló v eg yületek, d e ezen elem ek a to m ja in a k szám a és cso p o rto su lása eg észen m ás a szén h id rátm o lek u láb an , m int a zsirm o lek u láb an . A szén-
Szerües vegyületek.
14
h id rátm o lek u láb an a hidrogén és az oxigén a rá n y a olyan, m int a vizben, vagyis k é t ato m hidrogénre egy ato m oxigén jut. E gy igen fontos szén h id rátn ak , a sző lő cu k o rn ak m o lek u lája p éld áu l 6 szénatom ból, 12 h id ro g én ato m b ó l és 6 oxigénatom ból áll: C6H 120 6.
A n ád cu k o r, m a lá ta c u k o r és tejcukor m olekuláris ö sszetétele C 18H 22O u ; ezekből bizonyos eljáráso k u tján viz felvétele közben k é t m o lek u la egyszerűbb szén h id rát állítható elő (1. 25. o.). M ég ö sszetettebb sz én h id ráto k a k em ényítő, glycogen, cellulose, a leg kü lö n b ö ző b b növényi és állati sejtek alk atrészei.
A zsírok, am elyek, m int m ondottuk, szintén szénből, oxigén- és hidrogénből álló vegyületek, úgy v a n n a k ö sszetéve, hogy m o lek u láju k b an egy glicerin-m ole
k u la (C 3 H 5 [O H ]3) v alam ily en zsirsav-m olekulával (C n H 2„ 0 2) v an egyesülve. A leg elterjed teb b ek azok a zsirok, am ely ek zsirsav jáb an n érték e 15 (pálm aolaj), 16, 17 (állati zsir).
M ig a sz é n h y d ráto k és a zsirok bizonyos sejtek b en eg y általáb an nem , v agy csak
A fehérjék.
id ő n k én t és csak bizonyos k ö rü lm én y ek között v a n n a k jelen, ad d ig a fehérjék kivétel nélkül m in d en sejtn ek alk o tó részét te s z ik ; ezért a feh érjék et az élő an y ag specifikus a lk o tó részén ek tekintjük. M inden fehérje szénből, hidrogénből, kénből nitrogénből és oxigénből áll, ném ely fehérje m o lek u lájáb an ezeken kívül p h o s
phor vagy vas is van. E ze k n e k az elem ek n ek a to m sz á m a és elren d ezése a m o lek u láb an azo n b an m ég n in csen teljesen tisztázva, d a c á ra az erre irányuló an alízisek rendkívüli n agy szám án ak . A b izo n y talan ság o k a p u sz tá n az, hogy ezek a veg y ü letek az összes eddig ism ert veg y ü letek között a legbonyolultabbak.
E z azo n n al érthető, ha tudjuk, hogy az eddigi a n alí
zisek szerint a fehérjem olekula m in d en esetre több száz és n ém ely fehérjem olekula talán ezernél is több
15
■ и и в а н
шяшшштвшшяшшшшя
ato m o t tartalm az. A m it a fehérje kém iai összetételéről m á r ed d ig tu d u n k , a n n a k a lén y eg e a k ö v etk ező : A feh érjem o lek u la (m int a m a g a sa b b szénhidrát
m o lek u lák is általán ) sok k iseb b egy szerű b b m ole
k u láb ó l ö sszetettn ek tekinthető. B izonyos kém iai h atá
so k ra a fehérjemolekulából k ev eseb b ato m o t tartalm azó, egyszerűbb v e g y ü le te k : peptonok, ezekből ism ét még eg y szerű b b és m ár jól ism ert ö sszetételű vegyületek, az aminosaüak k eletk ezn ek . A feh érjem o lek u la tehát sok különböző am in o sav -m o lek u la k o m p lex u m a. Ilyen am in o sa v a k m esterség es eg y esítése u tján a fehérjének több k ö zv etlen b o m lásterm ék ét m esterség esen elő is állíto tták m ár, am ivel a fehérje elő állítása elvileg m e g o ld o ttn ak tekinthető.
A feh érjék v ízben á lta lá b a n oldhatók, azo n b an vizes o ld atu k sok tek in tetb en k ü lönbözik eg y éb a n y ag o k vizes o ld a tá tó l; a fehérjefélék o ld a tá t (és m ég sok m ás an y ag ét, k ö ztü k az össze
te tte b b szén h y d ráto k ét) k o llo id o ld atn ak nevezzük, m eg k ü lö n b ö ztetésü l a v alódi oldatoktól. A kolloid
o ld ato k sa játság ai leg eg y szerű b b en abból érthetők m eg, hogy az azokban oldott részecskék aránylag igen nagyok. A való d i o ld ato k b an , m in t tudjuk, az oldó
szer m olekuláit az oldott test m olekuláitól sem m iféle nag y itó v al sem tu d ju k m e g k ü lö n b ö z te tn i; a kolloid
o ld a tb a n levő részecsk ék azo n b an elég n ag y o k ahhoz, hogy u ltram ik ro szk ó p p al lá th a tó v á legyenek. A z ilyen m ik ro szk ó p o n á t a sz a b a d szem n ek teljesen egynem ű fo ly a d é k b a n sz á m ta la n igen kis részecsk e figyelhető m eg : egy v agy több egym áshoz ta p a d t m o lek u la képei.
A kolloidok m o lek u láján ak n ag y ság áv al függ össze az a sa já tsá g u k is, hogy o ld alaik b an csak igen lassan, bizonyos h á rty á k o n k eresztü l p e d ig eg y á lta lá b an n em d iffundálnak. H a egy valódi o ld a tb a n levő an y a g o t (p éld áu l k o n y h asó o ld ato t) p e rg a m e n th á rty á v a l elzárt
Kolloidok.
16
csőbe ö n tü n k s a csövet tiszta vízbe állítjuk, ak k o r egy-két ó ra m ú lv a az old o tt an y ag o t (a k o n y h asó t) kívül is ki leh et m u ta tn i; az o ldott natrium chlorid- m o lek u lák áth a to lta k a p e rg a m e n th á rty a finom lyuka- csain, átd iffu n d áltak . H a egy fehérje-oldattal végezzük e z t a k ísérletet, a fehérjét n a p o k m ú lv a sem sikerül a k ülső vízben k im u tatn i, am i a n n a k a jele, hogy a n ag y kolloid-részecskék a h á rty á n n em v o ltak k é p e se k átjutni.
A fehérjék, sz é n h y d ráto k s m ég ném ely m ás an y ag kizárólag k o llo id állap o tu k b an ism eretesek. Bizonyos különös eljáráso k k al azo n b an bármely k ém iai te st kol
lo id m ó d o su lata előállítható.
K ém iailag a fehérjeféléket n ag y lab ilitásu k je lle m z i:
azt értjü k ezen, hogy úgy fizikai állap o tu k , m int kém iai ö sszetételü k külső h a tá so k ra k ö n n y en m egváltozik.
L átn i fogjuk, hogy a fehérjefélék e sa já tsá g a m ilyen n ag y fontossággal bir az élet kém iai fo ly am ataib an .
A kolloidok sajátság aiv al a k é m iá n a k egy leg ú jab b an n ag y rafejlő d ö tt ága, a kolloid-kém ia fo g la lk o z ik ; e tu d o m á n y á g fejlődése n agyfontosságu az élettan h a la d á sa szem pontjából, m ert az élő -an y ag legfon
to sab b alk atrészei a k o lloidtestek k ö zé tartoznak.
A szénhydrótokon, zsírokon és feh érjék en kívül m ég igen sok szerves vegyület je len létét m u ta ttá k ki a sejtek b en és ezek n ek a v eg y ü letek n ek szám a egyre nő. jó részt az ism ertetett h áro m n ag y m o lek u láju típus b o m lásterm ék ei ezek, am ely ek azo k n a k a sejtb en lefolyó kém iai v álto zásai során k eletk eztek . N ém ely sejte k b e n állan d ó an jelen v an n ak , m áso k b a n so h asem fo rd u ln ak elő; az illető sejt h á z ta rtá sá b a n n ag y jelen tő ségük lehet, d e részletezésü k szám u n k ra, ak ik a sejtélet általános k ém iájáv al foglalkozunk, elhanyagolható.
E gy m á sik cso p o rtja a sejtek b en talált egyéb szer
ves v eg y ü letek n ek az úgyn ev ezett lipoid-anyagok.
E zek m eg leh ető sen ö sszetett, d e jó részt m á r k iderített szerk ezetű szénvegyületek, m ely ek n ek az a közös sajá tsá g u k v an, h o g y zsíro k b an v agy a zsírok oldó
szereib en jól o ld ó d n ak . E z e k a v eg y ü letek (a leci
thin, a ch olestearin, a cerebrin stb.) m ajd m indenféle sejtből e lő á llith a tó k ; ará n y la g n a g y m en nyiségben v a n n a k az id eg állo m án y b an .
A k ü lönböző v e g y ü letek m ennyiségi v iszonyának m eg ítélésére tájék o zó u l szo lg áljan ak a kővetkező a d a to k :
II. táblázat.
E m b e r feh érv érsejtjein ek ö sszetétele. 1000 gram m sz á ra z an y a g b a n (am ely az összes viz e lp á ro lo g tatása u tá n v issz a m a ra d t) v an
gramm fehérjék --- — —- — — --- --- 480*24
lecithin I ” ' - ... 1 4 3 8 3 ch o lestearin — --- — — — — 74'00 cerebrin — — — — — — — 51 '99 n atrium chlorid — — — — — 4'34 calciu m p h o sp h át — — - — --- — 2 '05 m a g n e siu m p h o s p h á t— — — — 1' 13 v a s p h o sp h á t — --- — — — — 1 '06 egyéb p h o sp h á to k — — — --- 9'1 6 nátriu m — — — — — —- — 0'6 8 kalium — — — — --- — — nyom ok o ld h a ta tla n a n y ag o k — — — --- 205'66 k iv o n h ató an yagok — — — --- 44'33
III. táblázat.
A z em beri te st tartalm az
6 7 '6 % vizet 15 '2 % fehérjét
4 '9 % fehérje h a sa d á si term ék et 2'5°/0 zsírt
0 '6 % k iv o n h ató an yagot 9 '2 % sót
18
L áttu k , hogy az élő an y ag m icso d a ve- gyületekből v an összetéve, m egism ertük nag y jáb ó l ezek n ek szerk ezetét és fizikai sajátságaikat. E zen ism eretek b irto k áb an m ost m ár v isszatérhetünk a rra a kérdésre, hogy a kém ikus által vizsgált élettelen sejt ö sszetétele m en n y ib en és n en n y ire azon o sith ató az élőével. M int láttuk, az anyag n ém ely sajátság a (a tö m e g e ; az elemi össze
tétele) a k ém ia ta n ítá sa szerin t m in d en k ö rü lm én y ek között v á lto z a tla n m a r a d ; ezek a sa játság o k te h á t az élettelenen m egfigyelve m in d en további nélk ü l azo n o síthatók az élővel. H o g y áll azo n b an a dolog az élő
^nyag üegyületeiüel ? B izonyos-e, hogy az élettelen a n y ag b an talált v együletekböl v an az élő is ö ssze
téve ? H iszen tudjuk, hogy a v együletek tö b b é-k ev ésb é kön n y en m ás v eg y ü letek k é a lak u lh atn ak , elem eikre bo- m o lh atn ak , ö sszetetteb b v eg y ü letek k é egyesülhetnek.
É s é p p e n a sejt vegyületei k ö zö tt v a n n a k olyanok, am elyekről kiem eltük, hogy egyéb v együleteknél so k kal v álto zék o n y ab b ak . H a ezek a sejt elp u sztu lása közb en m eg v álto ztak , n em lehetséges-e akkor, hogy az élö an y ag ö sszetétele egészen m á s volt, m in t az, am it a kém ikus m egvizsgált?
A felelet erre a k ővetkező. M indenekelőtt m á r e d d ig is sikerült a sejt legtöbb v eg y ü letét az élősejtben v ag y élöszervben is k im utatni, m ég p ed ig o lyan el
járá ssa l, amely a sejtet nem pusztította el. M iután igy szám o s v együletről kiderült, hogy azok az élő és élettelen sejtben eg y a rá n t m e g ta rto ttá k szerk ezetü k et, a z t a tan u lság o t v o n tu k le, hogy a sejt elh alása k ém iailag ép p e n nem m ély reh ató folyam at, han em ellen k ező leg , hogy az csak n a g y o n jelen ték telen kém iai v álto záso k b ó l állhat. E v álto záso k jó részt a n ag y o n labilis fehérjékre v o n atk o zn ak , azo n b an ezek fizikai á lla p o tá ra és k ém iai ö sszetételére is csak
Visszatérés egy kérdésre.
je le n té k te le n h a tá ssa l v an n ak . P ersze a halál után m in d m ély reh ató b b v álto z á so k észlelhetők az e lp u sz
tult s e jte n ; ezek azo n b an csak lassan, foko zato san és n ag y o b b részt külső b e h a tá so k ra (m ikroorganizm u
sok) jö n n ek létre. M ag a a halál, a sejt k ém iai stati
káját alig v á lto ztatja m eg, csak úgy, m in t ahogy egy ó ra kém iai ö sszetétele se m v álto zik m eg, h a szerke
z e tét s ezzel eg y ü tt a m ű k ö d é sé t egy k e ré k elté ré sé vel elrontottuk.
Az élő anyag kémiai változásai.
A z o k a k ü lö n b ség ek , a m e ly e k élő és élettelen a n y a g k ö zö tt v an n ak , sokfélék. A z élőt az élettelen n el sz em b en bizo n y o s szerkezeti, alaki sa já tsá g o k jellem zik, az élő szerv ezetek to v á b b á n ö v e k ed n ek , sz a p o ro d n a k , m ozognak, in g erelh ető k és igy to v áb b . V a ló b a n : ezek a sa já tsá g o k igy eg y ü tt csak élő sz erv eze
te k e n é s z le lh e tő k ; h a azo n b an e g y en k én t vizsgáljuk m eg azo k at, a k k o r eg y részt azt találju k , h ogy m in d eg y ik ü k bizonyos m é rté k b e n élettelen a n y a g o k n ál is előfordul és hogy m ásré sz t a k á rm ely ik ü k h ián y o zh atik is az élő szerv ezetek sa já tsá g a i közül. így p é ld á u l a fizikai, kém iai és m orfológiai szerk ezet n em jellem ző az életre, m e rt a halál u tá n bizonyos ideig ezek a sa já tsá g o k az élettelen szerv ezetb en is u g y an o ly an o k m a ra d n a k , m int v o ltak az élőben. A m ozgás, a n ö v e k ed és stb. viszont n em élő te ste k e n is ta p a sz ta lh a tó . A z életre bizonyos fizik a i és kémiai üáttozások, ezen v álto záso k egymásutánja és egymáshoz való viszonya jellem ző. H a egy élő sejttel tö k életesen egyező fizikai és kém iai ö sszetételű m esterség es sejtet állitan ak elő, ak k o r ezt c sa k az esetb en n ev ezh etn ő k élőnek, ha ebben a fizikai és kém iai fo ly am ato k n ak
20
ugyanaz a sa játság o s e g y m ásu tán ja játsz ó d n é k le, am inőt az élőben tap a sz ta lu n k . Ez esetb en azo n b an joggal n ev ezn ő k élő n ek ak k o r is, h a az ú g y n ev ezett életjelen ség ek eg y ik ét v ag y m ásik át n em észlelh etn ő k is rajta.
A változásoknak az élőre jellemző rendszere az élő '•ejt anyagcseréje. A z an y ag csere olyan fo ly am a
tokból áll, am ely ek et e g y e n k én t és külön-külön az élettelen világgal foglalkozó k ém ia is jól is m e r ; ezek n e k a fo ly am ato k n ak csak az összefüggése, a sor
re n d je az, am i sajátság o s és jellem ző az élő sejtre.
A dolog itt is úgy áll, m int a k ém iai ö sszetételn él lá ttu k : az élő an y a g kém iai részei, elem ei és vegyü- letei n em élő a n y a g o k b an is m e g ta lá lh a tó k m ind, d e v a la m e n n y ie n együtt eb b en az elre n d e z ésb e n és eb b e n az állap o tb an , csakis a sejtek b en v a n n a k m eg. A z élő sz e rv ezetek b en lefolyó k ém iai v álto záso k ren d szere is c sa k o ly an értelem b en sa játszerü és jellem ző az életre, m in t ahogy a gyufa lán g jáb an lefolyó kém iai v álto záso k ren d szere sajátszerü és jellem ző a gy u fa lán g jára. A m i az ilyen különös kém iai re n d szerek között is, m égis különálló h ely et ju tta t az élősejt re n d szeré
n ek, az kizárólag az, hogy e n n e k a fo ly am atai v ég telen ü l ö sszetetteb b ek , m in t ak á rm e ly egyéb re n d szeréi, am ely et a term észetb en eg y eb ü tt találu n k v agy m esterség esen előállitottunk.
H o g y a fizikai és k ém iai v á lto záso k n ak a b b a a k o m p lik ált összefüggésébe, am ely et az élő sejt a n y a g c se réjén ek nevezünk, b ep illan th assu n k , előbb m eg kell ism erk ed n ü n k a kém iai reak ció k általán o s sajátságaival.
--- — — A kém iai reakció o lyan változás,
Л kémn.i reakció. | a m e l y n e k fo ly am án az ab b a n szereplő te ste k molekuláris összetétele m egváltozik, teh át am e
lyek io r á n elem ekből vegyület ( p é ld á u l: chlórból és hidro g én b ő l só sa v : H -(-C l = H Cl), vegyületből elem ek
(p é ld á u l: vizből h id ro g én és o xigén: H 2 0 = H 2 - j - 0 ) v agy v eg y ü letek b ő l m á s v eg y ü letek k eletkeznek.
B izonyos k ö rü lm én y ek k ö zö tt a legtöbb test (elem v ag y v egyület) a legtöbb m á s testtel (elem m el v agy veg y ü lettel) re ak ció b a lé p h e t; ebből n y ilvánvaló, hogy a leh etség es kém iai re a k c ió k sz á m a k iszám íth atatlan u l sok. E zen reak ció k leg n ag y o b b része a z o n b a n az álta lu n k alk alm azn i szo k o tt h ő m é rsé k le te k en és n y o m áso k o n csa k igen kis m é rté k b e n folyik le, (am i azt jelenti, hogy az összes leh etség es reak ció k egy nagy részén él h o sszú idő m ú lv a is c sak igen k ev és anyag alak u l át). A praktikusan szám b ajö v ő reak ció k szám a n e m o ly an nagy, h ogy a k é m ia k u ta tá sa i elől rejtve m a ra d h a tta k v o ln a ; m a m á r a k é m ia e z ek et többé- k e v é sb é ism eri.
E gy k ém iai reak ció ism erete a k ö v e tk e z ő k e t fog
lalja m a g á b a n : ism ern ü n k kell a re a k c ió b a n á ta la kuló és keletk ező te ste k ö sszetételét és eg y éb sa já t
sá g a ik a t ; ism ern ü n k kell az o k a t a súlyviszonyokat, am ely ek b en eg y m á sra h a tn a k ; a reakció seb esség ét v ag y is az időeg y ség a la tt a reak ció fo ly am án keletk ező an y a g o k m en n y isé g é t (hogy a reakció fo ly am án egy ó ra a la tt h á n y g ram m uj a n y a g k e le tk e z ik ); ism ern ü n k kell a reakció e g y e n s ú ly á t; és végül az o k a t az energia- v álto záso k at, a m ely ek a reak ció v al járn ak . E z e k e t a fo
g a lm a k a t a szén elég ésén ek p é ld á já n , am ely élettan ilag is eg y ik e a leg fo n to sab b reak ció k n ak , fogjuk b em u tatn i.
A szén elég ésén ek azt a k ém iai reak ció t n ev ezzü k , a m ely a b b a n áll, hogy a szén elem (C ) eg y esü l az oxigén (O ) elem m el szén sa v v á (C O a). E re a k c ió ról tu djuk, h ogy e n n e k fo ly am án m in d ig egy ato m - suly szén (12 g) 2 ato m su ly oxigénnel ( 2 X 1 6 = 3 2 g) eg y esü l eg y m o lek u lasú ly (44 g) s z é n s a v v á ; a re a k c ió b a n szerep lő h á ro m te stn e k fizikai és k ém iai s a já t
sá g a it jól ism erjük.
22
E n n e k a rea k c ió n a k a se b e ssé g é ről és azokról a körü lm én y ek rő l, am ely ek tő l az függ, szin tén elég részletes és q u a n tita tiv ism eretein k v a n n a k ; igy tudjuk, hogy a szén elég ésén ek seb esség e, v agyis az időegység a la tt keletk ező szén sav m e n n y iség e alacsony hőmérsékleten igen kicsiny, úgy h o g y p é ld á u l a k ö zö n ség es h ő m érsék leten levegőben (te h á t oxy g en t tartalm azó té rb e n ) ta rto tt szénből hosszú idő m ú lv a is csak igen kis m en n y iség ű szén sav keletkezik. Magasabb hőmérsékleteken a bizonyos idő a la tt k eletk ező szén sav m en n y iség e m indig több és több, a reakció seb esség e b izonyos hőfokon túl ( o ly an nag y , hogy az általa term elt hő izzásb an ta rtja a szenet. U g y an íg y függ a h ő m érsék lettő l m in d en k é m ia i reak ció s e b e s s é g e : a hő m érsék let em elésével m in d en reakció seb esség e növekedik.
A m ásik tényező, am elytől a reak ció k seb esség e függ, a szereplő te ste k n y o m ása, illetve k o n c e n trációja. H a a b b a n a gáztérb en , am ely b en a szén elég, az oxigén n y o m á sa kicsiny, a k k o r a keletk ező szén sav m ennyisége, vagyis a reakció seb esség e so k k al kisebb, m in t am ik o r a g áz té rb e n az oxigén n y o m á sa nagy.
H a a kém iai reakció oldott á lla p o tb a n levő a n y ag o k k ö zö tt folyik le, ak k o r a n y o m ás h ely ett az old o tt te ste k k o n cen tráció ja szerepel, vagyis a z o k n a k az o ld at térfo g ateg y ség éb en (egy köbcm .-ében) jelenlevő m e n n y is é g e ; ilyenkor a reakció an n ál g y o rsab b an folyik le, m inél n ag y o b b a b e n n e átalak u ló testek k o n cen tráció ja, vagyis m inél tö b b et ta rtalm az b előlük az o ld at egy-egy k öbcentim étere. V a la m e ly kém iai reak ció seb esség ét te h á t a k k o r ism erjük, h a a n n a k v á lto z á sá t a h ő m érsék lettel és n y o m ással, illetve k o n cen tráció v al ism erjük.
A különböző k ém iai reak ció k seb esség e u g y an azo n h ő m érsék leten és u g y an azo n n y o m áso k illetve koncen-
A reakció sebessége.
{rációk m ellett is egészen különböző. N ém ely [testek eg y m ással ú gyszólván p illan atn y ilag , v ag y is m érh etet
lenül kis idő a la tt „ re a g á ln a k “ ; ily en ek p éld áu l a sa v a k és lúgok k ö zt lefolyó reakciók, am ely ek folya
m á n m o m e n tá n só k k eletk ezn ek , ily en ek á ltaláb an az ionok k ö zt lefolyó reakciók. M ás reak ció k sebessége m a g a s h ő m érsék leten és n ag y n y o m áso k o n , illetve k o n cen tráció k m ellett is igen k ic s in y ; e k é t véglet k özött a zu tán a legk ü lö n b ö ző b b reak ció seb esség ek et észlelhetjük.
Katalizátorok. A reak ció k seb esség ét á lta lá b a n csak úgy b efolyásolhatjuk, hogy a h ő m érsék letet v ag y a n y o m áso k at, illetve k o n c e n trá c ió k at v álto z
tatjuk. N ém ely reak ció n ál azo n b a n azt tap asztalju k , h ogy o lyan an y ag o k jelen léte által is befolyásolható, am ely ek m ag u k a reak ció b an részt sem vesznek.
A z ilyen testek et, am ely ek te h á t p u sz ta jelen létü k által bizonyos reak ció k seb esség ét g yorsitani (vagy lassitan i) k é p esek , k a ta liz á to ro k n ak n evezzük. Ilyen katalitik u s reakció p é ld á ja a n ád c u k o rm o le k u la el- b o m lása sző lő cu k o rrá és g yüm ölcscukorrá. (L. 25.
oldal.) A vizben old o tt n ád cu k o rb ó l hosszú idő m ú lv a és m a g a sa b b h ő m érsék leten is csak n y o m o k b a n k é p ződik s z ö lö c u k o r: a reak ció seb esség e ilyen k ö rü l
m é n y e k kö zö tt igen kicsiny. H a a z o n b a n v alam ily en sa v a t is a d u n k hozzá, a k k o r g y o rsan áta la k u l a n á d cu k o r a n n a k d a c á ra , h ogy e k ö zb en a sav n em h a s z n á lta to tt fel, m e rt a sav m en n y iség e v á lto z a tla n m a rad t. A sav a n á d cu k o r elb o m lá sá b a n m in t k a ta liz á to r szerep elt. L átn i fogjuk, h o g y az ilyen k a ta liz á to ro k n ak ren d k ív ü li fo n to sság u k v an a sejt anyagcseréjében.
H a sz e n e t oxigén-térben elzárunk és v alam ely m a g a sa b b hőm érsék-
A reakciók egyensúlya.
le tre h ev ítv e elég etü n k , a k k o r azt ta p a sz ta lju k , hogy az első ó ra a la tt k e le tk e z ett sz én sav m en n y iség e több,
24
m int a m á so d ik ó ráb an keletk ezetté, ez ism ét több, m int a h a rm a d ik ó rá b a n s igy to v á b b : a reak ció seb esség e idővel m in d in k áb b kisebb lesz. E z a c sö k k e n és n e m c sa k azzal függ össze, hogy az oxigén n y o m á s a az elzárt térb en az oxigén á ta la k u lá sa k ö v e t
k e z té b e n k iseb b lesz, m ert egy bizonyos idő m ú lv a a sz én sav k é p z ő d é se egészen m egszünhetik, n o h a m ég v an v álto zatlan szén és oxigén jelen. E n n ek a jelen ség n ek , hogy tudniillik a reakció idővel m eg szű nik, az alap ja a k ö v e tk e z ő : a k ém iai reak ció k á lta lá b a n m eg fordíthatok, am i azt jelenti, hogy n em csak az egyik irá n y b a n fo ly n ak le, h a n e m a m ásik irán y -
■ b a n is. A szén elégése m egfordítható, m ert a reakció k é t irá n y b a n fo ly h atik le : a szén és oxigén eg y esü lh et szén sa v v á (a szén o x idálódik szén sav v á) és a szén sav v issz aalak u lh at szén n é és o xigénné (a szén sav re d u k á ló d h a tik szénné). A k é m iá b a n a reak ció k m eg- fo rd ith a tó sá g á t k é t nyíllal szo k tu k je lö ln i: > . H a a szén zárt térb en elég, a k k o r m in d k ét reakció eg y id ejű leg lefolyik, csak h o g y k ü lönböző se b e ssé g gel. C - f - O ^ — > C 0 2. A z első id ő b en u g y an is (am ig az oxigén n y o m á sa nag y ) több szén sav k e le t
kezik, m int am en n y i visszaalak u l szén n é és oxigénné.
A m in t k éső b b az oxigén n y o m á sá n a k csö k k en ésév el a keletkező sz én sav m en n y iség e k e v eseb b lesz, viszont az összes szén sav m en n y iség e folyton növekszik, a felső nyillal jelölt reakció seb esség e m indig kisebb, az alsóé m indig n ag y o b b lesz. V ég ü l a k ét reakció- se b e ssé g egyenlő lesz, vagyis u g y an an n y i szén sav k eletk ezik , m in t am en n y i visszaalak u l szén n é és oxigénné. E ttől az időtől k ezd v e sem m i v álto zás nem n e m lesz é s z le lh e tő : a reakció eg y en sú ly b an van.
V a la m e ly kém iai reakció ism eretéh ez m á r m ost h o zzátarto zik tudni, hogy az eg y en sú ly az a lk atrészek m ilyen n y o m ása, illetve k o n cen tráció ja m ellett jön
25
létre s h ogy ez az á llap o t m ik ép v áltozik a hőm ér
séklettel.
M inden k ém iai reak ció v al en erg iav ál
to zás já r és e n n ek az en erg iav álto zásn ak a n a g y sá g a m in d en reak ció n ál m ás és m ás. A k ém iai reak ció n ál szerep lő energiafaj leg
tö b b szö r h ő : a kém iai v álto z á so k n á l hő keletkezik v ag y hő tű n ik el. H a egy reak ció fo ly am án a re n d szer k ö rn y e z e te lehűl, a k k o r azt m o ndjuk, hogy az eltűnt hő á ta la k u lt a reakció fo ly a m á n k eletk ezett te ste k k ém iai e n erg iájáv á. P é ld á u l h a a vizet elbont
ju k h id ro g é n g á z ra és oxigéngázra, a k k o r a k ö rn y e
zetből hő tű n ik e l : ez a hő áta la k u lt a h id ro g én és oxigéngáz kém iai en erg iájáv á. H a u g y an ez a reakció az ellenkező irá n y b a n folyik le (am ik o r a h id ro g én t o x ig én b en elég etjü k vízzé), a k k o r a z t tap asztalju k , h o g y az előbb eltű n t hővel egyenlő m en n y iség ű hő keletkezik s a ren d sz e r k ö rn y ezete fe lm e le g sz ik ; azt m o n d ju k , hogy az á ta la k u lt an y a g o k k ém iai en erg iája hővé a lak u lt át. A z o ly an re a k ció k at, a m ely ek n él hő v étetik fel a k ö rn y ezetb ő l, en d o th erm ik u s reak c ió k n a k (p é ld á u l a viz e lb o n tá sa h id ro g én re és oxigénre), a zo k at, a m e ly e k h ő t a d n a k le a k ö rn y ezetn ek , exo- th erm ik u s reak c ió k n a k (p éld áu l a viz k eletk ezése h id ro g én b ő l és oxigénből) nevezzük. E gy és u g y a n azo n reak ció az egyik irá n y b a n ex o th erm ik u san , a m ásik irá n y b a n en d o th e rm ik u sa n folyik le.
R e á n k nézv e k ülönös fo n to sság g al b írn a k az exo- th erm ik u s reakciók. Ilyen reak ció k tú lsú ly a a n a p b a n szolg áltatja n ek ü n k a n a p m elegét. Ilyen reak ció k fo ly n ak le v aló szin ü leg a föld m é ly é b e n is és ta rtjá k azt izzófolyékony állap o tb an . Ilyen re a k c ió k a t id é z ü n k elő m a g u n k m esterség esen , v a la h á n y sz o r h ő re v a n szükségünk, a g őzgépben, a g ázlán g b an , a k á ly h á b a n és igy tovább. M int m o n d o ttu k , minden reak ció az
A reakció mini energiaváltozás.
26
egyik irá n y b a n e x o th e rm ik u s ; a z o n b an világos, hogy csak az o ly an reak ció k leszn ek en erg iaelő állitásra felh aszn álh ató k , am ely ek sok h ő t term elnek, g y o rsan lefo ly n ak és am ely ek a n y ag ai n ag y m en n y iség b en és a rá n y la g olcsón álln ak ren d elk ezésü n k re. Ilyen reakció m in d en ek elő tt a szén o x id á c ió ja ; egy g ram m szén elég ése k ö zb en 8000 k aló ria hőt term el. (K alória az a hő m en n y iség , m ely egy g ram m 0 fokú viz h ő m é r
sé k letét 1 fo k ra em eli). E z a reak ció m a g asab b h ő m é rsé k le te k en g y o rsan folyik el, a szén és az oxygen p e d ig n ag y m en n y iség b en és a rá n y la g k ev és m u n k a árán , te h á t olcsón álln ak ren d elk ezésü n k re.
M iután a kém iai reak ció k lefo ly ásán ak általános sa já tsá g a iv a l n a g y já b a n m eg ism erk ed tü n k , m o st ném i tá jé k o z ó d á st kell szerezn ü n k a k ü lönféle reak ció k ren g eteg éb en . A különféle re a k c ió k a t és azo k lefolyá
sá n a k sa já tság ait — m ég csak a fo n to sab b ak ét is — eg y en k én t ism erni, a sza k e m b e r szá m á ra is n eh éz felad at. C éljain k ra elégséges lesz egy-két reakció- tip u st m egism erni.
E zt a fontos reak ció -tip u st m ár em litet- t ü k ; közös n ev e ez m in d azo k n ak a re a k cióknak, am ely ek valam ely elem v ag y veg y ü let és az oxigén k ö zö tt fo ly n ak le. A z oxigén lehet elem i (g ázalak u v ag y vízben oldott) oxigén v ag y leh et v alam ely v eg y ü let m o lek u lájáb an levő oxigén, am ely a reakció fo ly am án felszab ad u l s a m ásik te st m ole
k u lá já b a lép. A rró l a testről, am ely az oxigént fel
veszi, azt m ondjuk, hogy oxidálódik, arról, am ely o x ig én jét áta d ja , azt m ondjuk, hogy red u k áló d ik . A k ü lö n b ö ző te ste k o x idációja álta lá b a n h ő term elés
sel já i, azaz ex o th erm ik u san tö rté n ik ; hogy a z u tán az o x id ált testb ő l az oxigént elv o n h assu k (hogy az oxi
d á lt te ste t red u k á lh a ssu k ), ahhoz hőt kell közö ln ü n k a re n d sz e rre l: a red u k ció k álta lá b a n e n d o th erm ik u s
A z oxidációk.
27
folyam atok. A szén és a szén v eg y ü letek oxidációja á lta lá b a n c sak m ag as h ő m é rsék letek en folyik le m ér
hető sebességgel. E z e k e t te h á t fel kell m elegiteni, m eg kell gyújtani, hogy az oxigénnel egyesüljenek.
A m in t az u tá n a reakció m egindult, az annyi hőt term el, hogy a lefolyásához szü k ség es m a g a s hőm ér
sé k letet m a g a ta rtja fenn és a felm elegitést folytatni n em szükséges.
A h y d ro ly zisek a b b a n állnak, hogy v a la m e ly (n ag y o b b m o lek u lájú ) test vizes o ld a tb a n a viz alk atrészeit (H -t és H O -t) fel
veszi és e k ö zb en k iseb b m o lek u lájú an y a g o k ra bom lik. Ilyen h y d ro ly zisek n a g y sze re p e t já ts z a n a k az élő sejt k ém iájáb an . Igen gyakori p é ld a erre a m ár em lí
te tt n ádcukor-hydrolyzis, am ely a k ö v etk ező form ula szerint folyik l e :
C i2 H 22 O n + H O H = C 6 H 12 o 6 + c 6 H ia o G 1 m o lek u la n á d c u k o r eg y esü l a viz alk atrészeiv el és k eletk ezik 1 m o lek u la szőlőcukor és 1 m o lek u la g y ü m ölcscukor. (E z u tó b b iak suly ö sszetétele, m in t látjuk, teljesen azonos, d e az ato m o k elren d ező d ése az egyik m o lek u lájáb an m ás, m int a m ásik éb an .)
A z állati szerv ezet leg fo n to sab b táplálékai m ind ilyen h y d ro ly zisek en m e n n e k át, m ielő tt a sejtek b e b eju tn á n a k . E ze k n e k a h y d ro ly zisek n ek az ö sszeg ét n ev ezzü k em észtésn ek . A fehérjék vizet v eszn ek fel és á ta la k u ln a k am in o sav ak k á, a zsírok glycerinné és z sírsav ak k á, a kem ényítő cu k ro k k á és igy tovább.
C sak ilyen h y d ro ly zált á lla p o tb an a lk a lm a sa k az állati sejt tá p lá lé k a i a felszívódásra, vagyis a bélből a v érb e ju tá sra . H a a h y d ro ly tik u s reakció az ellenkező irá n y b a n folyik le, am ik o r te h á t k é t v ag y több k iseb b m o le k u lájú veg y ü let viz k eletk ezése k ö zb en egy n ag y o b b m olekulájú te stté alakul, az a h y d ro sy n th esis (nád-
A hydrolyzisek.
28
cukor és viz k e letk ezése szőlőcukorból és g y ü m ö lcs
cukorból, stb.).
Disszimiláció és asszimiláció. A sejtben lefolyó kémiai fo ly a matokat k é t cso p o rtb a osztjuk.
E z e k egyike o ly an fo lyam atokból áll, am ely ek so rán a sejt an y ag a, — a sejt állo m án y a és a felvett táp lálék - a n y a g — elbontatik. E bo m láso k á lta lá b a n exotherm ikus folyam atok, úgy, hogy a sejt ezen reak ció k u tján energiához, az élete fe n tartásáh o z szükséges energia- m ennyiséghez jut. A reakció term ék ei azután, m int h a sz n a v e h e tetle n an y ag o k , k iü rittetn ek a sejtből. M ind
ezek a fo ly am ato k a disszimilációk c so p o rtjáb a tarto zn ak . A sejtn ek az u tá n az igy e lh aszn ált an y a g o k a t pó to ln ia kell, tá p lá lé k a n y ag o k a t kell felvennie és ezek egy részéből elh aszn ált állo m án y át újra fel kell építenie.
A táp lálék felv étel, a tá p lálék m eg em észtése, az igy á ta la k íto tt táp lálék b ó l a sejt a n y a g á n a k fe lé p íté s e : az asszim iláció. V izsg álju k m eg e z ek et a fo ly am ato k at kissé közelebbről.
A z o k a kém iai reakciók, am elyekből a sejt an y ag cseréje áll, m ajd n em m ind
A z enzymek
azzal a közö s és feltűnő sa játság g al bírnak, hogy m ag u k b an , a sejten kívül vizsgálva, m érh etetlen v agy c sak alig m érh ető kis sebességgel fo ly n ak le, m ig a sejtben ren d k ív ü l g y o rsan m en n ek végbe. A z állati sejtek disszim ilációjában, m in t látni fogjuk, oxidációk játszó k a főszerepet. K ülönböző feh érje-h asad ási te r
m ék ek , a zu tán zsirok, cukrok és egyéb veg y ü letek o x id á lta tn a k a se jtb e n a levegőből felvett oxigénnel, p e d ig ezek m ind o ly an v együletek, am ely ek n ek tiszta o ld a tá t igen sokáig ta rth a tju k oxigént tartalm azó közeg b en , anélkül, hogy v álto zást szenv ed n én ek . U g y an ez áll a növényi sejtek asszim iláció ján ak leg fo n to sab b reak ció jára, a levegő sz é n sa v á n a k re d u k ciójára. A szén sav közö n ség es h ő m érsék leten a sejtek en
29
kivül nem re d u k á ló d ik m érh ető sebességgel szénné és oxigénné. E s igy áll a dolog a sejtek b en lefolyó m a jd n e m m in d e n k ém iai reak ció v al.
E z a tény, hogy t. i. az élő sejtb en a rea k c ió k egész so ra g y o rsan folyik le, látszó lag u g y a n a z o n k örülm é
n y e k között, a m ely ek k ö zö tt azo k a sejten kivül nem fo ly n ak le, sokáig n a g y p ro b lé m á ja volt az é lettan n ak s d ö n tő érv e a n n a k a felfogásnak, am ely leh etetlen n ek m o n d o tta az é le tjelen ség ek et az é lettelen v ilág tö rv é
ny ei alá vonni. E szerin t a felfogás szerint, am elyet v itaiizm u sn ak n ev ezn ek (s am e ly n e k m é g m a is a k a d n a k hívei), az é lö an y ag sok, eg észen különös, az é le ttelen v ilág b an n em észlelhető, sőt attól különböző sajá tsá g g a l re n d e lk e z ik ; e z ek et a k ü lönös k é p e ssé g e k e t az „é le te rő “ n év en fo g lalták össze. A z életerő egyik n y ilv á n u lá sá n a k ta rto ttá k a m o st szó b an forgó je le n sé g e t is. A z o n b a n a k ém iai k u ta tá s h a la d á sá v a l kid erü lt, h ogy ezek a reak ció k n e m c sa k az élő sejtb en fo ly n ak igy le, h a n e m lefo ly h atn ak a sejten kivül is, h a a b e n n ő k szerep lő a n y ag o k o ld atáh o z h o zzáad ju k az e lp u sztíto tt sejtből vízzel k észitett k ivonatot. Ilyen m ó d o n az élő szerv e z ete k b e n lefolyó ism ert re a k c ió féleség ek igen n a g y sz á m á t u g y an ú g y tu d ju k lefoly
ta tn i a sejten kivül, lo m b ik jain k b an , m in t ah o g y azok a sejtb en folynak le. E zzel a p ro b lém a m eg szű n t az é le tta n p ro b lé m á ja lenni. L áttu k , hogy a k é m ia igen so k o ly an reak ció t ism er, a m ely n ek ered etileg igen kicsiny seb e ssé g é t bizonyos h o z z á a d o tt s a rea k c ió b a n ré sz t n em vevő a n y ag o k , a k atalizáto ro k , n ag y m é r
té k b e n növelni k é p esek . A sejtek b en ily en k a ta li
záto ro k v a n n a k m in d azo n reak ció k szám ára, am ely ek m ag u k b an , a sejten kivül n em fo ly n ak le. A sejt k a ta liz á to rait a fiziológiában e n z y m ek n ek v agy fer- m e n tu m o k n a k n e v e z z ü k ; egy ré sz ü k e t sikerült többé- k e v é sb é tisztán elő is állítani, elem i ö ssz e tételü k et
30
