D r . S Z Ö K E F A L V I - N A GY Z O L T ÁN tanszékvezető főiskolai docens:
A KÉMIAI ELEM-FOGALOM FEJLŐDÉSE
A kémi ai elem f o g a l m á n ak mai t a r t a l m a hosszú fejl ődés e r e d m é- n ye k é nt a l a k u l t ki. Ez a fejl ődés p á r h u z a m os u g y a n — t er més z et s ze- r ű en — a t e r m é s z e t t u d o m á n y ok fejlődés ével, sok esetben azonban a kémiai elemekről vall ott felfogás megelőzte a kut at ás o kat, m á s k or viszont g á t l ó ja volt azoknak.
A ké mia t u d o m á n y t ö r t é n e te á l t a l á ban h űen regi szt rálja azt, hogy az egyes korszakok ban, s ezeken bel ül az egyes k u t at ók mű v e i b en mi volt az elemekről vallott u ralkodó nézet, arról azonban, ho gy ezek a né zet ek mil yen m é r t é k b en f ü g g n ek össze, h o g y fejlődik egyik felfogás a másikból, kev és kivétellel n e m vizsgálják. Akik pedig f o g - lalkoznak ezzel a kérdéssel, mint az ú j a b b ak közül Bein [51] és Hooij- kaas [58] túlságosan n agy anyagot ölel nek fel, emi a tt éppen a fo g al o m fe j lődés é nek m e n e t e n e m követhető kellően. Pedig a k érdés nek ilyen, di al ektikus vizsgálata v ol na a helyes, csakis így n y e r h e t n é n ek k ulcs ot egyes korszakok k é mi k u s a i n ak helyes értékelésére.
A következőkben megkísérlem az elem-fogalom fejlődésének lényeges voná- sait vázlatosan összeállítani. A vázlatosságot megengedhetővé teszi az, hogy a bizo- nyító adatok többsége a kémia-történetekből általában ismert. Ahol mégis kon- krétabb adatok felemlítése látszik szükségesnek, igyekezem a tudománytörténeti irodalomban ismeretlen, lehetőleg hazai vonatkozású művekre utalni, amelyek sokszor igen jellegzetesen tükrözik korunk gondolkodásmódját is.
Az elem fogalmának fejlődése Aristotelesig I.
Az elem fo g al m a szinte egyidős az emb er i k u l t ú r áv a l. Már a leg- régibb i dő ben ösztönösen hitt az e mb e r abban, hogy a világ an y agi l a g egységes, és ezt „a t er més zet jel enség ei nek végtelen változatossága el lenére — m i n t Engels m o n d j a — ma g át ól értődőnek t a r t j a " [62].
Már az i. e. XII. században k el e t ke ze t t hindu vallásos h imnuszok , a Védák is igyekeznek egységesen ma gya rá zni a világ vál t ozat os tényeit, s b ár a szöveg so k b an n eh ezen ért elmezhető, a nn yi f é l r e é r t h e- tetlen. hogy u t a l n a k az an ya gi világ egy ősegységére [59]. Ezt az ősegy- séget, vagy őselemet akkor, a naiv ma te ri al i zm u s korá ban az e m be r ko nkrét módon megh at ár oz ott v a l a m i b e n keresi, m i nt például Thales
a vízben" [62]. Azt a felfogást, hogy a víz az őselem, m ár az egyiptomi- aknál is meg lehet találni, de valószínűleg már a görögök között is vol- tak Thaiesnek elődjei. Talán már Homeros is így vélekedett, s Hesiodos ősködje is nedves ködöt, t ehát végeredményben vizet jelentett Probus szerint [61].
Thales miletosi utóda, Anaximenes a levegőben, Herakleitos a t űz- ben, Ferecides a földben vélte az őselemet megtalálni. A miletosi Anaxi- mandros azt állította, hogy az őselem „végtelen, de n e m határozta me g pontosan, hogy ez a levegő, víz, vagy másvalami" (Diogenes Laertios) [61]. A felfogásbeli eltérések ellenére azonban „megegyeznek, m e r t . . . azt állítják, hogy . . . az őselem egyetlenegy" — m on d j a Simplicius [61].
A korai görög materialisták Aristoteles szerint „azt mondták, hogy a létezőknek az az eleme és a kezdete, amiből minden dolog van, és a m i - ből eredetileg keletkezett, s amibe végül megromlásakor visszatér, m i - közben a szubsztancia megmarad, noha tulajdonságaiban változásokat mu ta t ." (Metafizika I. 3.)
Az ele m fogalmára t ört ént szóalkotás jellegzetesen m utat ja , hogy mi volt a fogalomna k akkor a t a r t a l m a : az elem görög neve, „sztoiche- ion" egyben a betű jelentésével is bír, jelezve azt, hogy az elem m i n - dennek a felépítője. A la tinba n valószínűleg az ABC közbülső betűiből, az LMN-ből képezték az elem fogalmának terminus technicusát.
II.
Már az óindiai Upanisádok szakítanak az egységes őselem f e l fo - gással, s a víz mellett a földet is elemnek tekintik, később pedig az ele- mek száma tovább bővül, végül már öt elemet különböztetnek meg (víz, tűz, föld, éter és szél). A kínaiak i. e. a X. században, egy o k m á ny tanúsága szerint, ugyancsak öt elemet taní tottak: víz, tűz, fa, f ém és föld [59]. A Babilonban kialakult felfogás, valószínűleg abból a hitből kiindulva, hogy a föld az ég tükörképe, a négy főbolygónak m egfele - lően négy elemet t anít ott [48].
Empedokles tehát, aki a görög természetfilozófusok közül elsőnek szakított az egyetlen őselem feltételezésével, nem töretlen útra lépett.
Szerinte n é gy öröktől fogva meglévő, változatlan elem építi fel a vilá- got: a tűz, a levegő, a víz és a föld. Ezeknek az elemeknek a különböző aránykeveredése hozza lé tre a testek tapasztalható anyagi különböző- ségeit. A csoportosulást és a szétválást két alaperő, a szeretet és viszály, vagyis a vonzás és a taszítás irányítj a.
Aristoteles, aki műv ei ben összegyűjtötte elődeinek tanításait, elfo- gadta Empedokles négy elemét, ugya nakko r viszont n e m veti el t e l j e - sen a régebbi tanokat sem. Szerinte a világban minde n egy egységes oselemből (proté hylé, röviden protylé-ből) származik; a világ fe lépí té- sében azonban az őselem által létrehozott négy empedoklesi elem sze- repel.
Elődeink t an í t ás át Aristoteles azzal egészítette ki, hogy a négy elem mell et t n égy elemi s aj át s ág ot is me g k ül ön b öz t et et t.
Két ellentétes s a j á t s á g - p ár al k o t j a az a l a ps a j át s á go k a t: h i d eg -me l eg és száraz-nedves. Ezek kombinációi ere d mé n ye zik az el emeket . A levegő:
meleg és nedves, a t ű z: meleg és száraz, a föl d: hid eg és száraz, a víz pedig: hideg és nedves. Is mer t ek azok a gr a f i k u s összeállítások, a m el ye k ezeket az összefüggéseket szemléltetik.
Aristoteles különböző m u n k á i b an n e m egészen azonos felfo gást m u - t at o t t az elemekről. í gy a Met a fi zi k ában két elyét fe j ez i ki a r r a v o n a t k o - zóan, v a j o n a tűz e l e m n e k t ek i n t h et ő -e. Más m ű v é b en egy ötödik el em- ről (ouisa = aither) is tesz említést, ami a későbbiekben, m i n t q u i n t a essentia n y e r g y a k r a n említést. (Ennek a f el f o gá s n ak ere de t e is vissza- vezet hető indiai, kínai, sőt görög t a no kr a is [56].
A fizikáról szóló aristotelei h at k ö n y v b en í r o t t a k at pedig úgy l eh e t értelmezni, hogy a t e s t n e k fel é p í t ésében az any a g és f o r m a vesz részt, m i nt fe lé pí t ő elem.
*
Az a n t i k természetbölcselettel, s ezen belül k ül ö n ös en a görög filo- zófiával azért v ol t am k é n y t el en részletesebben foglalkozni, m i n t h o g y az azóta eltelt két és fél évezred t u d o m á n y os gond olko dása az akk o r m ár megvolt al apo kra ép ült fel. Aristoteles t a n í t á s á b an ös s ze g y űj t ö t te lényegileg mindazt, am it őelőtte t an í t ot t ak, de az ő t a n í t á s á ra v e ze t - hető viszont vissza szint e kivétel n é l kül mindaz, a m i t e kérdésről azóta t a n í t o t t ak, gondoltak, í r t ak a t ermés zett udós ok. Le g t an ul s ág os a b b nak ezért azt t ar t o m , h a a k öv et k ez ők b en az ant i k t ermés zetfi lo zófia egyes t an í t á s ai n ak fej l őd és ét k ü l ö n -k ü l ön f i gy e l e m m el k í s é r j ü k.
Az elem fogalmának fejlődése Aristotelestől napjainkig
1. Ősanyag — őselem
„Az a felfogás, h o gy az elemek egy ősanyag származékai, s oh ase m t ű nt el a chemik usok g o n d o la t kö r ébő l" — á l l apí t ja meg Ilosvay L a j o s [57]. A k özépko rb an, am i k or t ö bb el emet t a ní t ot t a k, ál tal ában n e m t a ga dt ák azt, hogy azok az elemek e r e d e t ü k re nézve, sőt végső f e l é pí t é- s üket t e k i n t v e is m e g t a r t j ák anyagi egységüket. A Genezis t e r e m t é s- t ö r t é ne te is hord m a g á b an ilyen jellegzetességeket. Van Helmont, a n ag y h a t á s ú f r a n c i a k ém i k us még 1670-ben is ezt m o n d j a : „látható, hog y az összes t es t ek . . . any agi lag egyszerű vízből v a n n a k fe l ép í t ve és vissza is l ehet alakít ani vízzé" [55].
Az ősanyagról szóló t a n í t ás a l a p j á b an véve ma t er i al i s t a fe l f og ást tükröz, Aristoteles óriási te ki n t él ye azonban ezt n e m engedte észre- venni. Ezért í rh a t o tt i l y en e ke t a nag ysz om bat i jezsui ta e g y e t e m e n Ruman Zsigmond do ktori tézisében: ,,Az ősanyag n e m kelet kezet t és n e m vész el." (Materia p r i m a est ingenerabilis et incorruptibilis) [131.
Az egyház csak azok ellen l ép ett fel, akik az anyag t e r e m t e t t s é g ét n y í l- t a n t á m a d t á k: „Az An ya - sz e n t - eg yház ká rh o z at alá v e t t e a' Ma n i k h eus e r e t n e k e k n e k azon t a n í t á s ok at; hogy a' világ egy előtte való színetlen matéri áb ól t e r e m t e t e t t " — í r ja Sartori B e m a r d [24],
Lényegileg az egységes a l apan yag o t vallot ták azok is, akik Aris- toteles f i z i k á j át t a r t o t t ák az igazság k ú t f e j é n e k. A magy arors zági jezsu - ita iskolák X VI II . századelejei felfo gását tükrözi jellegzetesen Tauter J á n os egyik do k to ri tézise: „Nincsenek at omok, nincs a n égy elem, sem azok közül eg yik is, h a n e m igaziból ket tő v a n : an yag és forma , vagy pedig a vál t ozást is f i g ye l em b e véve há r om va n : anyag, f o r m a és a f o r - mav ál tozás." (1713.)
A p r o t e s t á ns iskolák fel fo gását Comeniusnál így l á t j uk összefog- lalva: ,,Az e l e me k a világ egyazon a ny agá ból v annak, s ű r ű s é g ük és r i t - kas águk k ül ö n b öz t eti meg ő k e t" [4].
*
Azon a fel fog áson, hogy a világ any agi lag egységes, alapult az atomelmélet is. Eszerint az egész világot egymáshoz haso nló at o mok ép í t ik fel, az egyes an yag o k közötti kül ön bs ég csak az a t om ok s ű r ű s é- g éb en van.
Az a t o m t a n , s ezzel kapcsolatban a világ anyagi egysége körül az idők f o l y a m án igen sok vita volt t e r m é s z e t t u d om á n yi és h i t t u d o m á n yi érvekk el e g y a r á n t. M i u t án azonban Gassen din ek sik erü lt az a t o m t a n t és az egy ház t an ít ás ait összehangolnia, az atomel mél et „vala a' leg- közönségesebb véleked és az Oskolákban a' XVI. s z áz adb an" (Kováts Mihály [38].)
Nem vo lt egységes f el fo g ás ar r a vonatkozóan, hogy az at omok mind e g y f o r m á k - e, v ag y pedig különbözők. Páriz Pápai Heidel bergben azt tanulta, h o gy „ m i n d en t e s t b en v a n n a k gömbölyű, hosszúkás, hegyes, kockaalakú, h en ger es, lapos stb. részecs kék" [8]. Sartori B e m a r d viszont ú gy vélekedik, ho gy ,,a' ví znek részetskéi m i nd egyenesek, az o l a j n a k részetskéi el l en b e n ágosak, 's e' m ia t t erősebben r a g a d n a k a t es t h ez"
[24]. Addai László s zerint : „Az olaj az a test, am el yn e k részei ágazato- s ak, h a j l é k o n y o k ." Reviczky Ant al pedig ezt í r j a: „A víz valószínűleg hosszúkás, h e n g e rd e d , t oj ásal akú, h a j l é k on y, kön ny ű, gördülő, s ű r űn elhelyezkedő, kevéssé összefonódó részecskék hal ma za " [21].
Csak a X I X. század el e j én mondot t a ki egészen h a t á r o z o t t an Dal- ton, hogy t ö b b f é le s úlyú a t o m van, s a h á ny f a j t a s ú l y ú at o m létezik, a n n y i f a j t a e l e m is van, s azt, hogy az an ya g összes a t o m j a i n a k azono- s o k n ak kell lenniök [54].
A dalt oni at o mel m él et el t er j e dése egy időre visszaszorította a világ anyagi egységéről, az ős el emről szóló elméletet. P ár é vre rá azon- b a n az at o m s ú l y ok vizsgálata ismét leh etővé t e t t e a n n a k fe l ú j u l á s át. Abból k i i n d u l v a, hogy a kezdet i vizsgálatokon az a t om s ú l y ok a h i d ro - g én egészszámú többszörösnek m ut at k o zt a k , Prout angol orvos a r r a a k ö ve t ke zt et és re j utott, hogy az e l e me kn e k egységes felépítője, ős- eleme a hi dr ogén.
Berzelius és mások bebizonyították, hogy a Prout által felhasznált mérési adatok pontatlano k voltak, ezért P r ou t elméletét el kellett ejteni.
W. Crooks állott elő nemsokára egy olyan elmélettel, amely szerint az egyes elemek „legvalószínűbben valamely lehülési folyamat alatt vég- bemenő fokozatos sűrűsödés e rdm én ye ké nt jöttek létre, s a lehűlés sza- bálytalanságai adj ák az atomsúlyok közti szabálytalanságokat" [45].
A XX. század elején, amikor Aston és más kut at ók bebizonyították., hogy a természetes elemek több izotóp keverékei és hogy az izotópok at om sú lya közelítőleg a hidrogén egészszámú többszörösének felel meg, ismét f e l új ult P rout elmélete, ismét a hidrogént képzelték minden a n ya g felépítőjének.
E vizsgálatokkal egy időben kiderült, hogy a hidrogén, s a többi -atom sem egységes, h ane m többféle részecskéből épül fel. Megállapí- tották, hogy az anyagot elektronok és protonok építik fel, ma jd később kiderült, hogy az anyag építőkövei közé tartozik a ne utr o n is. Az ú j a bb vizsgálatok pedig egész sorát fedezték fel a különböző, általában rövid é l e t t a r t a m ú részecskéknek.
A XX. század közepének egyik legérdekesebb problémája éppen az, mi ly en összefüggés van ezek között, nincs-e olyan valami, ami közös felépítője volna valamennyinek.
Heisenbergnek a legutóbbi időkben megjelent művei megfelelő ma te mat ik ai appa rátus felhasználásával éppen azt kívánják bizonyí- tani, hogy „minden elemi részecske alapjában véve egy s ugyanazon anyagból áll, s ugyanazon anyagnak (alapkvantumnak) különféle sta- cionárius állapota" [66].
Hosszú a fejlődés, míg az egyiptomiak ősvizétől el jut ott un k Heis en - berg alapkvantumjához. Mint láttuk, gyakran előzte meg az elmélet a n n a k kísérleti bizonyítékait, sokszor adott ösztönzést a k uta t ás ra az elmélet, hogy bizonyítékokat szerezzenek az elgondolásokhoz.
2. Alapelemek és alapsajátságok
A világot felépítő négy empedoklesi elemről szóló aristotelesi taní- t ás igen hosszú ideig változatlanul is f e nn m ar a d t . Szent-Ivány Márton még 1689-ben is hosszasan bizonyítja, hogy csakis négy elem lehet, mivel „annyi elem van, ahány lehetséges kombinációja van az alapsa- játs ágoknak". Áthúzódik azonban ez az elmélet a XVIII. század máso- dik felére is. Kováts István például, aki 1774-ben (Krüger nyomán) latin nyelvű fizika-könyvet írt, azt mondj a, hogy „már a legrégibb időktől kezdve azt tartották, hogy a tűznek, levegőnek, víznek és föld- nek kell adni ezt a nevet — ti. az elem nevet — és nem hel vtele- n ü l" [25].
Ugyana bban az évben Szőnyi Be nj á min tankölteményt írt a négy elemről, vagy ahogyan ő nevezte, a „négy éltető állatról" [26].
A fizikai tankönyvírók, mint Horváth János [28], Molnár J á nos [29] ugyancsak a négy elemnek megfelelően tagolják könyvüket. így folyik akkor a fizikatanítás az erdélyi unitárius gimnáziumokban is [22].
Az alapelemekről szóló taní tás többé-kevésbé módosított f o r m ái- v a l is kísérleteztek a középkorban és az ú j k or elején. Comenius szerint példá ul csak h á r om elem van , minthogy a tűz nem tekinthető elem- nek . [4].
Különösen sok változáson ment át az idők fo ly amán Aristoteles igen sokat v i t at o t t ötödik eleme, a kvinta esszencia. Ez volt a legke- vésb é k on kr ét an definiált Aristoteles műve i ben is, ezzel kapcsolatban k e r ü lt a ké miá val kapcsolatba a legtöbb határozatlanság, a legtöbb misztikum. Az alkémisták hit e az egyetemes csodaszerben, a bölcsek kövében stb. az ötödik alapelem tanításából fejlődött ki, jellegzetes pél dáját m u t a t v a annak, hog yan terelheti t év ú t ra a k ut at ást egy hely - telen elmélet.
Voltak természetesen józanabbul gondolkozók is, s az ötödik ele- m e t a világűrt kitöltő feltételezett anyagban, a világéterben látták.
A vita erről még ma sem egészen befejezett. Nemcsak magyar von at- kozása miatt é rdemes megemlíteni, hogy 1847-ben az ét ern ek a Lavo- isier-féle elemek között is helyet biztosított tankönyvében Irinyi J á n os [40].
1 ' i * /
Az aristotelesi tanít ásban is szoros kapcsolatban volt a négy elem a négy al apsa játság tanításával. A középkori kémia g y akr a n h ajlo t t arra , hogy az anyag sajátságainak döntő jelentőséget tulajdoní tson. Egy, a középkorban használt könyv, amely ne k szerzőjéül Crates szere- pel, azt í r j a: ,,Az edényben összekevert anyagot ezüstnek nevezzük, ha fe hé r, s aran yn ak , ha sárga" [47]. Még 1753-ban is Hont megye főorvosa, Woita Ant al művéből az derül ki, hogy szerinte a s aj á t- ságok és az anyagok közel egyértel műek [19],
Az aristotelesi elemi sa j át ság tanát a középkor fo l y amán nagyobb- részt kiszorította ennek a felfogásnak az arabok által kidolgozott f o r - m á j a, a princípiumok tana. Állítólag azért volt szükség ennek az új tan - n a k a bevezetésére, minthogy az addig használt sajátságok alkalmatla- no k voltak a középkorban legtöbbet vizsgált anyagok, a fémek s a j át- ságait nem f e j e z t ék ki.
A legelőször említett princípiumok a sulphur (kén) és a mercurius (higany) voltak. Albertus Magnus szerint „minden f ém elemi anyaga . . . száraz víz, amit élő víznek, vagy élő ezüstnek nevezünk és büdös spiritus, amel ye t másként k é n n ek n ev ezün k" [1]. Ez alatt azonban n e m azt értették, hogy a fémek a közönséges higanyból és kénből lennének felépítve, csak azok lényeges sajátságait, „spiritus"-át vélték b en n ük fellelni. A régi írások is g y ak r a n figyelmeztetnek erre, de még 1777- b e n is szükségesnek látta Hatvani István debreceni professzor, hogy ezeket í r ja kö nyv éb en: „Óv a ko dj attól, hogy a kén nev e alatt b ármi- lye n közönséges kénes tömeget értsél. Valójában, amikor ként mondok, ez alatt a gyúlékony, finom, zsíros, olajos princípiumot értem, azt, amelyik mi n d e n testben okozza a szagot" [30].
A kén t e h át a szagosság, éghetőség, más szerzőknél egyben a me- legség, az aktivitás princípiuma. Ha az említett sajátságok közül vala-
melyiket megtalálták egy testben, rámondották, hogy ként tartalmaz, méghozzá minde n figyelmeztetés ellenére gyakran a közönséges k é n- követ igyekeztek ezekben a testekben feltalálni. Ennek az elméletnek ilyen vulgarizálására a hazai irodalomban gyakran találunk példát, mint azt egy előző dolgozatomban részletesebben ismertettem [64].
A kén-principium elnevezése az idők folyamán többször változott, sokszor olaj, m a j d Becher nyomán zsíros föld elnevezést is használták.
Nem is az elnevezés volt a fontos, hane m az a sajátság, amelynek h o r - dozóiként, jelképként felhasználták azokat.
Az éghetőség princípiuma változott át Stahl flogisztonává. Ezért írt Horváth Ker. János nagyszombati professzor így: ,,A kén princí- pium, amit másként flogisztonnak nevezünk, az a valami, aminek olyan sajátsága van, hogy meggyulladni, égni tud, és ami a testeknek égési képességet ad" [28]. (Ebben Horváth Vogel követője [27].)
A hidrogén felfedezése ut án egy ideig a hidrogént tartották a l át- ható flogisztonnak. Kirwan szerint az éghető levegőnek (a hidrogén- nek) a flogiszton az alapja. (Jaquin [33].)
A többi princípiumról szóló tanítások rövidebb életüeknek bizo- nyultak, s idők fol yamán erősebb változásoknak is voltak alávetve, minthogy kevésbé volt konkrét az a sajátság, amit képviseltek. A hideg- séget, passzivitást, folyósságot jelképező higanynak, mint princípium- nak, a „spiritus Mercuri"-nek Basilius Valentinus szerint lényegében lelke van, anyaga szellemi, alakja földi. Sok más hasonlóan misztikus meghatározással találkozunk a különböző szerzőknél. Béguin szerint .,a higany az a savanyú, állékony, átható éterikus és nagyon tiszta folyadék, amelyből ered a test tápláléka, az érzelem, a mozgás, az erő, a színek és az öregedéstől való megőrzés".
Az elmondottak is bizonyítják, hogy a princípiumok közül ez m u - t at j a a legjobban, hogyan vált az alkémistáknál az elem fogalma telje - sen metafizikus jellegűvé. ,.Az elem szó elveszti anyagi jelentését — mo ndj a helyesen Petrescu —, a jellel válik egyértelművé, az anyag . . . nem más, mint isteni, vagy ellenkezőleg ördögi szellemek okkult erő- inek megjelenése" [56],
A kén és a higany mellett egy ideig szerepelt az arzén is, Paracel- sus pedig a kén és a higany mellé harmadikna k a sót (sal) sorolta, mint az éghetetlenség princípiumát.
Comenius fi zikájában a három principium jellegzetességeit így foglalja össze [4]:
folyósság | a mj t a Im e r c u r
^u s n a^ j
o l a
Jo sf g j kérrükusok s u lPh^ n a k neveznek
szilárdság | | salnak |
A négy elem és a három principium tana gyakran jelenik me g együtt, mások szembeállítják ezeket a tanokat, noha lényegüket tekintve mindkét elmélet teljesen megegyezik egymással. Mindegyik azt mondja , hogy minden principium, illetve minden elem mindenféle, vagy leg- alábbis a legtöbb anyagban előfordul, csak az arányuk különböző.
A két rokon jellegű t an a XVI. századtól kezdve egyre inkább ösz- szefonódott. Egyrészt az empedoklesi elemeket egyre inkább elvont fo gal mak ké nt kezelték, másrészt a principiumok értelmezésében az elvonttól a kézzel fogható felé tolódtak el. Ez időtől kezdve a levegőt gyak ran illetik a principium activum, a földet principium passivum megnevezéssel, a víz pedig a nedvesség princípiumává vált, ahogy Fabrinál olvassuk: ,,A kémikusok vize nem az a folyékony, vizes víz, ami gyenge tűzzel átdesztillálhat ó . . . s ami semmi más, mint a kémi- kusok vizének váladéka, h an e m az, amit sok helyen spiritusnak neve- zünk, mi n d e n dolognak nedves gyökere, a nedves őselem" [3].
Az alkémisták is ettől az időtől kezdve kezdik figyelembe venni azokat az anyagokat is, amelyek „nem kölcsönöznek semmilyen aktív sajá tságot" (Béguin [5].) Köleséri Sámu el még azt mo n d j a : „A testek lelke a spiritus, só és olaj, a többi a „caput m o r t u u m " [14], de már kor- társai közül a legtöbben a „caput mo r tu u m" - o t a földdel azonosítják, s az elemek közé sorolják, a vízzel egyenlőnek tekintet t ,phlegma"-val, nedvességgel együtt.
így a h ár om aktív princípiumból, és ebből a két passzív princípi- umból alakul t ki az öt elem tana. Nagyon kevéssé lényeges az, hogy milyen elnevezést használnak. Andrási, Lányi, Ötvös és Ma jer közös disszertációjában mercurius , sal, sulphur , phlegma és caput mo r tu um szerepelnek [31], Ádány Andrásnál: „1. Spiritus aliter mercurius, 2, Sulphur seu oleum, 3. Sal, 4. Aqua, 5. Ter r a " az elemek elnevezése [20].
K. Mátyus Istvánnál ezt olvassuk: „A világon min den testek öt-féle materiából készültek: ú. m. 1. Tiszta f ö l d b ő l . .. 2. V í z b ő l . .. 3. Só b ó l. . . 4. Phlogistonból vagy lángba menő olajból . . . 5. Mercurialis Spiritus- ból." [32].
Önálló úton indult el, ú j f a j ta elemek feltételezésével Descartes és Becher. Előbbit követik Pósaházi Já nos és Szathmári Mihály, amikor három elemet különböztetnek meg: f é ny (vagy tűz), ég (aether) és föld (tellus). Ez utóbbinak megjelenési formái a levegő, víz és a föld (terra).
Becher elemei az üveges, gyúlékony és a higanyos föld nem váltak közhasználatúvá, jelentőségük abban van, hogy ezekből fejlesztette Stahl ki a maga elemeit: 1. Gyúlékony anyag vagy flogiszton, 2. Szí- nező anyag, 3. Nyers anya g [52], amelyek közül a flogiszton a kémia tört énetében jelentős szerepet játszott.
*
Lavoisier fellépte u t án a négy elem tana és az ebből kisarjadt, hozzá hasonló tanok igen gyorsan h át t ér be szorultak, s ha ma elemi csapásokról beszélünk, amikor tűz, víz, földrengés, szélvihar dönti össze házunkat, m ár nem gondolunk a kifejezés eredeti értelmére.
Változott for má ban azonban g y ak r a n felmerült azóta is az alap- elemek t ana . Winterl J a k a b a XIX. század első éveiben megjelent mű- veiben még négy alapprincipiummal dolgozik: savasság, lúgosság, éghe- tőség és mozgás princípi ummal [34, 35].
A debreceni kollégium első kémia-professzora, Kerekes Ferenc 1319-ben is tagadja, hogy annyi elem lenne, ahányat Lavoisier és a szá-
zadforduló körül élt különböző kut at ók állítottak, h a n e m szerinte csak- is kevés számú elem létezik. Ezeket azonban — mo n d j a — „nem ismer- jük, igen, nem is fo gj u k ismerni, mer t azok önállóan sohasem jelennek meg, csakis vegyületeikben. Ezek az elemek min de n testben u gyan- azok, csak arány uk különböző. Amikor több test egymással vegyülni látszik, a vegyülés sohasem a testek, mint ilyenek között, hanem a kö- zös, által unk ismeretlen elemek között történik m eg " [39],
Az elemek ilyen értelmi felfogása (amely te hát az ókortól a XIX.
század elejéig követhető), a kémia két jellemző irányzatát eredmé- nyezte: az alkémiát és a iatrokémiát.
Az alkémia elő ak ar t a állítani a bölcsek kövét, amelynek segítsé- gével aranyat készíthetnek. „Az a hit, hogy a bölcsek köve előállítható... Aristoteles tanításával állott okszerű összefüggésben" — mo n d j a Fabi- nyi Rudolf [46]. Ügy t u dt ák ugyanis az alkémisták, „hogy mindenik mét al l umnak ugyan azon alkotó részei vágynák" (Báróczi [37], eszerint tehát a felépítő elemek arányának megváltoztatásával bármilyen a n y a - got elő lehet állítani. Ezért hitték az arany előállíthatóságát évszázado- kon keresztül, ezért volt kénytelen, elméletének megfelelően Kerekes Ferenc is megállapítani, hogy „az arany előállításának művészete n em lehetetlenség", noha ő maga hiábavalónak tart ott a aranycsinálásra m u n k át fecsérelni.
Az orvosi kémiát, a iatrokémiát is az elemek ilyen értelmezése hozta létre. Paracelsus szerint az ember kémiai vegyület, a betegségek oka ennek a vegyületnek valamilyen megváltozása [42]. A iatrokémia évszázadokon keresztül azért állított elő vegyszereket, hogy azokkal az emberben az elemek helyes ar án yát kémiai úton visszaállítsa, s kidol- gozta közben a ma is használatos gyógyszerek egész sorát.
Paracelsust igazolja n ap j ain kb a n Pauling Nobel-díjas amerikai kutató, amikor megállapítja, hogy egyes betegségeket rendellenes hemo- globin-molekulák okoznak [67].
A XX. század felfedezései kiderítették, hogy a lapjában véve iga- zuk volt Empedokleséknek, Kerekes Ferencéknek, amikor azt tanítot- ták, hogy az anyagokat kevésszámú, minden anyagb an jelenlévő egy- szerű alapanyagok építik fel, s csak azok aránya különböző a különböző anyagokban. Szőnyi Sámuel sem tévedett 220 évvel ezelőtt, amikor azt mo nd ta : „Minden atom osztható, ha másképpen nem, isteni erővel" [16].
Mesteri előrelátásnak is t e k i n t he t j ük Kerekes szavait: „Remélhető, hogy a kísérletek kétségtelenn é f og j ák tenni, hogy a mi kémiai eleme- inket a szó ma használatos értelmében is szét lehet bontani, s egymássá át lehet alakítani, m er t ha ez eddig nem tört ént meg, ezért kizárólag a mi bontási eljárásaink a hibásak."
Nyilvánvaló, hogy Aristoteles elemeit ma az atomfizika által meg- ismert elemi részecskék volnának hivatva helyettesíteni. Ezeket kellene t eh át ma elemeknek neveznünk. A kémiában azonban eközben kiala- kult a kémiai elem fogalma, amel y más úton fe jl ődött ki az aristotelei elemfogalomból.
3. A kémiai elemek mai jogalmának kialakulása
A kémiai elem mai foga lmá nak jellemző vonásai: kémiai úton más tulajdonság ú anyagokr a n em bonthatók, ugyanakkor viszont kémiailag különböznek m i n de n más elemtől.
E meghatározásnak eredet e a XVII. századba nyúlik vissza, ami- kor a német Jungius, m aj d ma r ad andó bb sikerrel az angol Boyle [11]
szembeszálltak az elemek „szpiritualizálásával", s az elemeket nem elvont ér t el m ű principiumokként magyarázták, hanem ann ak szüksé- gességét hangoztatták, hogy konkrétan meg kell vizsgálni, vajon az elemeknek t a r t o t t anyagok egységesek-e, megtalálhatók-e más anya- gokban is, mi n t azok felépítői. Kimondották, hogy elemi testnek csak azt szabad mondani, ami egységes, tovább, más sajátságú anyagr a nem bontható.
Boyle n y o m án egyre többen kísérleteztek az egyes anyagok bon- tásával, ebben az időben vált a kémia bontóművészett é (Scheidekünst- lerei). Az új elmélet a ké mi ában is új fejezetet nyitott, ekkor alakult ki a kémiai analitika; magát az analízis szót is a kémiában Boyle hasz- nálta először 1661-ben a Chymista sceptitus első kiadásában [65].
Ezóta beszélnek a föld helyet t föld-félékről, megállapítva, hogy több- féle, egymásba át nem alakíthat ó f a j t ák különböztethetők meg.
A kémiai analízis a XVIII. század végén az elemek egész sorát fedezte fel. Kerekes Ferenc éppen a felfedezések nagy számától meg- rettenv e t é rt vissza régebbi stílusú elméletéhez, azt hitte, hogy külön- ben végül a nn yi f éle elemet fognak megkülönböztetni, a h á ny anyag van. Az analitikusok által k imu t at ot t elemek nem is bizonyultak mind helyeseknek. A Winterl által felfedezni vélt új elem, az andronia a francia a ka démia vizsgálata szerint összetett anyagnak bizonyult.
Nem bizonyult elemnek az ausztrálföld sem, amit Kováts Mihály is említ a ,.Magyar Chémiában". Később pedig az összes ,,föld"-féléről kiderült, hogy azok a f öldf émek vegyületei.
Hosszú ideig nem nem volt tehát biztos alap arra vonatkozóan, mi tekinthető igazán elemnek, vagyis mi az, ami szétbonthatatlan. A kémiai elemek akkori definiálása is tükrözte ezt a bizonytalanságot Lavoisier szerint: „Elemek a mi sz ámun kra mindazok az anyagok, amelyeket még semmilyen út on nem t u d t u n k szétbontani." Winterl meghatározása még konkrét abban tükrözi ezt a bizonytalankodást: „Egyszerű testeknek nevezzük azokat, amelyeknek kémiai szétbontása nem sikerült. Szóval n e m a tárgy természetéből, h a n e m a mi tu dásunk tökéletlenségéből. . származik a kémiai elem fogalma.
A román t ermész et tudo mán yos ismeretterjesztés egyik úttörője, Baras még 1852-ben is kora felfogását tükrözve í r hat ja ezt: „A kémia ismer 55 elemet, de nem t u d j u k meghatározni, hogy az elemeknek min- dig ez a száma fog-e szerepelni, mert lehet, hogy a kémia fejlődésével a jövőben lesznek olyan eszközök, amelyekkel fel bonthatók azok az anyagok, amel yeke t ma el emeknek t a r t u n k " [41].
A kémiai elemek reális valóságát, s azoknak véges voltát csak
a XIX. század közepén sikerült bebizonyítani Mendelejevnek. amikor a kémiai elemek között meglévő periódusos törvényszerűséget felfe- dezte. Ö is megtart ott a azonban Dalton elemfogalmát, szerinte is annyi elem van, a hányfé le súlyú atom van, az atomok, s ezzel együtt az ele- mek legjellegzetesebb sajátságának az atomsúlyt tekintette.
A rádióaktív kutatások megingatták a múlt században kialakult és véglegesnek gondolt elem-fogalmat. Ilosvay joggal írta ekkor: „Va- jon nem leszünk-e kénytelenek az elemi testekről kialakult nézetünket feladni, vagy gyökeresen megváltoztatni?" [53]. Elsősorban az izotópok felfedezése állította nehéz kérdés elé a kémikusokat. „Az atomsúlyt tehát a legújabb kutatások alapján nem t a r t h a t j u k többé valami termé- szeti állandónak" — állapítja meg ebben az időben Soddy [50].
Moseley és Rutherford úttörő vizsgálatai bizonyították be, hogy a kémiai elemekre nem az atomok súlya, ha ne m az atommag töltés- száma, másként az atom rendszáma a jellemző. Azóta a kémiai elemek definíciójaként olyan fogalmazással is találkozunk, hogy kémiai elem- nek nevezzük azoknak az atomokna k az összességét, amelyek azonos rendszámmal rendelkeznek.
A kémiai elemek ilyen, atomszerkezeti alapon történő definiálása bizonyos mé rt ék ben ellentétben van azzal, hogy az elemek különböző sajátságú anyagokr a nem bonthatók, márpedig ha egy természetes ele- me t izotópjaira szétválasztunk, olyan anyaghoz jut unk, amelyek — ha lényegileg meg is egyeznek egymással kémiai sajátságaikban — tagad- hatatlanu l nem tökéletes a megegyezés közöttük, van bizonyos fokú eltérés sajátságaikban.
Különösen nehéz a kérdést eldönteni, indokolt-e, jogos-e a hidro- gén nehéz izotópjait a könn yű hidrogénnel együtt azonos elemnek t ar- tani. A már is használt önálló név (deutérium, tricium), sőt önálló vegy- jel arra mutat, hogy a vegyészek hajlanak arra, hogy ezeket önálló ele- mekne k tekintsék.
Ez a kérdés nyitott, jellemzően mutatva, hogy az elemek fogalma körül folyt több évezredes vita ma sem tekinthető egészen lezártnak. Nem találunk az elem fogalmára olyan meghatározást, amely a tudo- m á ny mai eredményeivel mindenben megegyezne. Ma is változik, f e j - lődik az elemekről vallott tudományos felfogás, utat keresve a jövő kutatásai számára, rögzítve mindig az új eredményeket. „A ma nem más, mint egy pont a fejlődés görbéjén, nem egy maradandó állapot, ne m is egy különleges fontossággal rendelkező pont, hanem csak össze- kötő a tegnap és a holnap között." — m o n d j a tudománytörténetében Herz [49], s valóban igaza is van.
Ismerve a kémia és a fizika fejlődésének mai. egyre fokozódó üte- mét, számíthatunk arra, hogy az elkövetkezendő évtizedek és évszáza- dok a kémiai elemek fogalmának újabb, jelentős mérték ű fejlődését is magukkal fogj ák hozni.
I R O D A L O M Theatrum chemicum. Argentorati, 1613.
Tani, Michael: Conclusiones Physicae. Romae, 1632.
Faber, Petrus Joannes: Pharmacopaea Chymica. Argentorati, 1632.
Comenius, J. A.: Physicae. Lipsiae, 1633. V. S.
Beguin, Johannes: Tyrocinium Chymicum. Wittenbergae, 1656.
Friesz, Fridericus: Disputatio Physica de principiis chymicis. WittenbergaeT
1660.
Pósaházi, Joh.: Philosophia naturalis. Patakini, 1667.
Páriz Pápai Ferenc heidelbergi fizika-jegyzete, 1673. {Kézirat a kolozsvári volt ref. kollégium könyvtárában.)
Kunkel, Johannes: Observationes Chymicae. London et Rotterdam, 1678.
Collectanea Chymica Leidensia. 1696.
Boyle, Robert: Chymista scepticus, vei dubia et paradoxa chymico-physica circa spagiricorum principia. Genevae, 1680.
Szent-Ivány, Martinus: Curisiora et selectiora variarum scientarum miscel- laneae. Tyrnaviae, 1689.
Ruman, Sigismund: Theses ex universa philosophia. Tyrnaviae, 1708.
Köleséri de Keres-Eer, Samuel: Auraria romano-dacica. Cibinii, 1717.
Szathmári, Michael: Physica contracta. Claudiopoli, 1719.
Szőnyi Sámuel: Physica. Claudiopoli, 1783. (Kézirat a kolozsvári volt ref. kolL könyvtárában.)
Tőke, Stephanus: Institutiones philosophiae naturalis. Cibinii, 1736.
Fürst, Michael: Compendium chimico-medicum. Viennae, 1752.
Woita, Anton Carolus: Examen physico-medicum thermarum Sclenensium.
Viennae, 1753.
Ádány, Andreas: Philosophia naturalis. Tyrnaviae, 1755.
Reviczky, Antonius: Elementa philosophiae naturalis. Tyrnaviae, 1758.
Ágoston, Samuel: Physica prolegomena, 1760. (Kézirat a kolozsvári volt uni- tárius koll. könyvtárában.)
Wipacher, David: De thermis Ribariensibus in Hungaria. Lipsiae, 1760.
Sartori, Bernard: Magyar nyelven filosofia. Eger, 1772.
Kováts, Stephanus (Krüger Gottlob): Elementa philosophiae naturalis. Clau- diopoli, 1774.
Szönyi Benjamin (—Rollin Károly): Gyermekek' fisikája. Posony, 1774.
Vogel, Augustus: Institutiones chemiae. Francofurti, 1774.
Horváth, Joh. Bapt.: Physica generalis. Tyrnaviae, 1776.
Molnár János: A' természetiekről. Posony és Kassa, 1777.
Hathvani, Stephanus: Thermae Varadienses. Viennae, 1777.
Andrási—Lányi—ötvös—Majer: Positiones ex physica generalis. Claudio- poli, 1783.
K. Mátyus István: Ó és új diaetika. Posony, 1783.
Jaquin, Joseph Franz: Lehrbuch der allgemeinen und medizinischen Chymie.
Wien, 1798.
Winterl, Jacobus Josephus: Prolusiones ad chemiam saeculi decimi noni.
Budae, 1800.
Winterl, Jakob Joseph: Darstellung der vier Bestandtheilen der anorganischen Natur. Jena, 1804.
Kováts Mihály: Chémia vagy természettitka. Buda, 1807.
Báróczi Sándor: A' mostani adeptus. Béts, 1810.
Kováts Mihály: Állati mágnesség méröserpenyüje. Pest, 1818.
Kerekes, Franz: Betrachtung über die chemischen Elemente. Pest, 1819.
Irinyi János: A vegytan elemei. Nagyvárad, é. n. (1847 ?).
Baraschu, Julius: Minunele natúréi. Bucuresti, 1852.
Hoefer, Ferdinand: Histoire de la chimie. Paris, 1866.
Kopp, Hermann: Die Entwicklung der Chemie in der neueren Zeit. Mün- chen, 1873.
[44] Ladenburg, Vorträge über die Entwicklungsgeschichte der Chemie in den letzten hundert Jahren. II. Aufl. Braunschweig, 1887.
[45] Crooks, Wiliam nyomán Krécsey Béla: A chemiai elemek eredetéről. Term, tud. Közi. 1891. Pótf. 65.
[46] Fabinyi Rudolf: Múlt és jelen a chémiában. Orvos-Term. tud. Ért. 1892.
[47] Berthelot, M.: La chimie de moyen age. Paris, 1893.
[48] Thorpe, Eduardo: Storia della chimica. Torino, 1911.
[49] Herz, W.: Grundzüge der Geschichte der Chemie. Stuttgart, 1916.
[50] Soddy, Frederick: A chemiai elemek összetett voltáról. Term. tud. Közi.
1919. 267.
[51] Bein, Willy: Das chemische Element, seine Wandlung und sein Bau. Berlin u. Leipzig, 1920.
[52] Delacre, Maurice: Histoire de la chimie. Paris, 1920.
[53] llosvay Lajos: Radioaktív kutatások eredményei megingatták-e az elemekről kialakult nézeteinket? Term. tud. Közi. 1920. 129.
[54] Ostwald, W.: L' évolution d'un science. Paris, 1921.
[55] Metzger, Héléne: Les doctrines chimiques en France du début du XVIIe ä la fin du XVIIie siécle. Paris, 1923.
[56] Petrescu, G. Z.: Zorile chimiei si alchimia. Bucuresti, 1925.
[57] llosvay Lajos: Az anyag egysége és az elemek átváltoztatására irányuló kísér- letek. Term. tud. Közi. 1927. 361.
[58] Hooijkaas, Reijer: Het begrip element in zijn historisch-wijgerige ontwikkeling.
Utrecht, 1933.
[59] Csűrös—Plank: Az elemek felfedezése. Budapest, 1941.
[60] Lockemann, Georg: Geschichte der Chemie. Berlin, 1950—1955.
[61] Banu, Ion: Korai görög materialisták. Budapest, 1952.
[62] Engels Frigyes: A természet dialektikája. Budapest, 1952.
[63] Náray-Szabó István: Szervetlen kémia I. kötet. Budapest, 1956.
[64] Szőkefalvi-Nagy Zoltán: A kémiai ismeretek terjesztése hazánkban 1770—
1850. Eger, 1958.
[65] Szabadváry, F.: Kurze Geschichte der analytischen Chemie. Per. Polytechn.
Chem. 1958. 49.
[66] Heisenberg, Werner: A mai fizika világképe. Budapest, 1958.
[67] Pauling, L.: Melekuláris megbetegedések és a radioaktív sugárzások. Term, tud. Közi. 1958. 198.
Dr. SZÖKEFALVI-NAGY ZOLTÁN:
Le développement de la notion de I'élément chimique
Les composants de la notion de I'élément chimique sont le résultat d'un long développement La notion de I'élément est aussi ancienne que la culture humaine.
L:homme a toujours cru — d'une croyance toute instinctive — ä l'entité matéri- elle du monde, malgré la diversité des phénoménes de la nature. Les théories les plus anciennes furent receuillis par Aristote, toute théorie postérieure y prend son origine.
A chaque äge persiste l'idée de la matiére primordiale (de I'élément primitif).
Cette idée peut étre aisément suivie dés I'élément primitif de Thales jusqu'á la quantité de fond de Heisenberg.
Aux quelques élément d'Empedocle correspondent ä nos jours les parties élémentaires de l'atome. La notion des éléments chimiques s'est développée aprés les recherches de Boyle, mais elle subit continuellement le changement et Invo- lution.
