history of chemistry

Angol

Főnév

history of chemistry (tsz. history of chemistries)

1. (informatika)

A kémia története

Az ókori kémiai ismeretek és gyakorlatok (Mezopotámia, Egyiptom, India, Kína, görög és római világ)

Az emberiség kémiai ismeretei az őskorba nyúlnak vissza. Már a korai ember használta a tüzet a főzéshez és fémek hevítéséhez, és készített egyszerű eszközöket kőből vagy csontból. A fazekasság (agyagedények kiégetése) is ősi technológia, amely kémiai változást – az agyag keményedését – foglal magában. Ezek a gyakorlati ismeretek jelentették a kémia kezdeti lépéseit. Ókori Mezopotámiában és Egyiptomban Kr. e. 4000 körül már jelentős gyakorlati kémiai tudás halmozódott fel. Számos anyag-előállítási és feldolgozási eljárást ismertek: többek között tudtak agyagedényeket kiégetni, bitumenből nyers aszfaltot és gipszből vakolatot készíteni, mázazást és üvegkészítést végezni, sörfőzést folytatni, bőröket cserzeni, ecetet előállítani, kozmetikumokat és balzsamozó olajokat készíteni, szappant főzni, textíliákat színezőnövények és állati festőanyagok segítségével színezni, valamint élelmiszereket tartósítani. Egyiptomban például kifejlett söripar működött: a sört erjesztett kenyérből, datolya és méz hozzáadásával állították elő. Az ókoriak már szappant is készítettek fa hamujának lúgtartalmát olajjal/állati zsiradékkal felfőzve. A textíliák festésére különféle természetes forrásokat használtak: indigót a festőcsülleng leveleiből, vörös festéket a rubia (buzér) gyökeréből, sárgát a sáfrány virágából, sőt egyes rovarokból (bíbortetű) is nyertek karmazsin festéket. Kiemelkedő festőanyag volt a bíborfesték (türoszi bíbor), amelyet tengeri csigák (Murex fajok) mirigyváladékából nyertek ki. Ehhez mintegy 10 000 csigát kellett három napig sós lében főzni, mire alig néhány gramm igen tartós és intenzív bíborszínű festéket kaptak – ezt a festéket már ~4000 éve, a föníciai Türosz városában is előállították, innen ered a neve. Az ókori egyiptomiak számos szervetlen anyagot is ismertek és felhasználtak, például a timsót (aluminium-szulfát), ként, konyhasót, ólom-szulfátot, ólom-oxidot (minium), réz-acetátot, antimon-szulfidot vagy cink-oxidot. Több ezek közül élénk színű pigment volt: a sárga-narancs okker (vas-oxid agyagban), a zöld malachitpor (bázisos réz-karbonát), a fekete korom (finom szemcséjű szén), a fehér kréta (kalcium-karbonát) vagy gipsz. Figyelemre méltó az egyiptomi kék nevű mesterséges pigment, amelyet az egyiptomiak fejlesztettek ki. Ezt a ragyogó kék színanyagot mész, réztartalmú ásvány (malachit) és finom homok keverékének erős hevítésével állították elő; az eredmény egy kalcium-réz-szilikát összetételű anyag lett (CaO·CuO·4SiO₂), amely az első ismert szintetikus pigment volt.

Egy egyiptomi kék pigmenttel színezett ókori edény (pyxis) az i. e. 8. századból. Az „egyiptomi kék” a történelem első mesterségesen előállított pigmentje volt, amelyet mész, homok és rézérc keverékének magas hőfokon való kiégetésével hoztak létre.

A bányászat és fémkohászat is jelentős fejlődést ért el az ókorban. Már ismerték és hasznosították az aranyat, ezüstöt, rezet és ólmot. Az arany és ezüst gyakran elemi állapotban fordult elő, míg a rezet és ólmot ércből (oxidjaikból vagy karbonátjaikból) faszénnel redukálva olvasztották ki kemencékben. Kr. e. 3500 körül kezdődött a bronzkor, amikor felfedezték, hogy a réz és ón megfelelő arányú ötvözésével keményebb fémet (bronzot) kapnak. Az egyiptomiak Kr. e. 1500-ra már magas szinten művelték az arany- és ezüstművességet, az ötvösök kitűnő arany- és ezüsttárgyakat hoztak létre. A vasat azonban eleinte még nem tudták ilyen módon előállítani, így a kevés ismert vas meteoritleletekből származott: az egyiptomiak az égből hullott meteoritvasat használták fel (ezt hívták „vasnak az égből”), és emiatt úgy gondolták, maga az ég is vasból lehet. Mezopotámia térségében (a mai Irak területén) szintén folytattak kohászati és egyéb kémiai jellegű tevékenységeket. Egy sumér agyagtábla tanúsága szerint már Kr. e. 2500 körül készítettek szappanszerű anyagot fahamu lúgjának és olajnak a felfőzésével. Mezopotámiából indulhattak ki olyan praktikus eljárások is, amelyeket aztán az egyiptomiak továbbfejlesztettek és tökéletesítettek.

Az ókori India kémiai és filozófiai elképzelései szintén figyelemre méltóak. Az indiai természetfilozófiában már Kr. e. 600 körül megjelent az öt őselem tana – a klasszikus föld, víz, tűz, levegő mellett az üres tér (akasa) és a fény is alapelemnek számított bizonyos iskolákban –, míg például a buddhizmus hat elemet tartott számon (a hagyományos négy elem mellett a tér és a tudat is elem). Egy Kanada nevű filozófus Kr. e. ~500-ban megfogalmazta az atomok létezésének gondolatát: eszerint az atomok oszthatatlan, örök részecskék, amelyek mérete rendkívül kicsi (egy napsugárban táncoló porszem hatodrésze), továbbá az atomok kettő, három vagy négy összekapcsolódásával molekulák keletkezhetnek. A Vaisésika filozófiai iskola szerint az atomoknak különféle tulajdonságai lehetnek (például szín, íz, illat). E korai indiai atomelmélet meglepő hasonlóságot mutat az ókori görögök atomisztikus nézeteivel – a tudománytörténészek máig vitatják, hogy e hasonlóság a kulturális kölcsönhatásnak vagy a független párhuzamos fejlődésnek tudható be. Az indiaiak gyakorlati téren is jeleskedtek: magas színvonalon űzték a fémművességet és a technikai kémiát. Kiváló minőségű acélt (úgynevezett wootz-acélt) állítottak elő már az ókorban, és számos fémmegmunkálási eljárást alkalmaztak. Az ősi Indiában a vegyészet (alkímia) is virágzott, különösen a higany alapú elixírek és gyógyitalok terén értek el eredményeket.

Az ókori Kína ugyancsak gazdag kémiai hagyományokkal bírt. A kínai filozófia az anyagi világot öt alapelemre vezette vissza (fa, fém, víz, tűz, föld), és a kínai alkímia két fő célja az életelixír (a halhatatlanság itala) elkészítése, valamint a fémek arannyá transzmutálása volt. A kínai mesterek a gyakorlati technológiákban is élen jártak: már a Kr. e. 4–3. században, a Hadakozó Fejedelemségek idején magas hőmérsékletű fújtatós kemencéket alkalmaztak, és elsőként állítottak elő nagy mennyiségben öntöttvasat ércekből. A kínai kohászok találták fel a krómbevonat alkalmazását is a fémek rozsda elleni védelmére: a Csin Si Huang császár (Kr. e. 3. sz.) sírjában talált bronz nyílhegyeket vékony króm-oxid réteggel vonták be, így azok több mint 2000 év után is fényesen, rozsdamentesen kerültek elő. A kínai alkimisták kísérletei vezettek egy világraszóló találmányhoz is a középkor hajnalán: a 9. században – valószínűleg az örök élet elixírjének keresése közben – felfedezték a puskaport, az első robbanóképes kémiai elegyet, ami forradalmasította a hadviselést.

Az ókori görögök és rómaiak elsősorban elméleti síkon járultak hozzá a kémia fejlődéséhez. A görög filozófusok megpróbálták racionálisan megmagyarázni, miért különböznek az anyagok (például színükben, sűrűségükben, viselkedésükben). Ennek során megszülettek az első természettudományos igényű elméletek az anyagok felépítéséről. Empedoklész (~Kr. e. 450) szerint minden anyag négy őselem kombinációjából áll: földből, vízből, levegőből és tűzből. Démokritosz (~Kr. e. 370) ezzel szemben azt tanította, hogy az anyag parányi, tovább nem osztható részecskékből – atomokból – épül fel. Híres mondása szerint az „atom” (atomosz) szó jelentése: oszthatatlan. A két felfogás hívei között vita bontakozott ki: Arisztotelész (Kr. e. 4. sz.) tagadta az atomok létét, mert úgy vélte, az anyag folyamatos (nem részecskékből álló) közeg, amely kitölti a teret, így nem létezhet üres tér (vákuum). Arisztotelész ehelyett az empedoklészi négy őselemet fejlesztette tovább, bevezetve a négy elemhez társuló négy minőséget: a meleget, hideget, nedvességet és szárazságot. Úgy vélte, minden anyag e négy elem és négy tulajdonság keverékéből épül fel, és az anyagok egymásba átalakulhatnak a természeti folyamatok során. Arisztotelész az élettelen anyagokat is élőnek tekintette, csak sokkal lassabb „életciklussal”. Ebből adódott az a gondolat, hogy a fémek a föld mélyében „növekednek” és egyre nemesebbé válnak – például az ólom idővel arannyá érhet. Az a hit, hogy az anyagok átalakulhatnak egy tökéletesebb formába, az alkímia eszmerendszerének alapját képezte. Arisztotelész hatalmas tekintélyének köszönhetően az atomelmélet a görög-római világban és a középkori Európában feledésbe merült, és közel két évezreden át az arisztotelészi négyelem-tan uralta a természetről való gondolkodást.

A görög tudomány az Alexandriai Múzeumban (a Kr. e. 3–1. században) találkozott az egyiptomi vegyészeti ismeretekkel. Alexandria városa – melyet Nagy Sándor alapított Kr. e. 331-ben – a hellénisztikus világ kulturális és tudományos központja lett, óriási könyvtárral. Itt dolgoztak az első olyan kutatók, akiket a kémia előfutárainak tekinthetünk. Az alexandriai tudósok örökölték az egyiptomi kézművesek technikai tudását, ismerték és használták a kemencéket, fújtatókat, lepárlókat, ülepítőket és szűrőberendezéseket, tudtak bort és sört készíteni, szappant főzni, üveget és porcelánszerű fajanszt előállítani. Ugyanakkor jártasak voltak a görög filozófiában is, így Alexandriában először egyesült a gyakorlati kémia és az elmélet. Kísérleteket végeztek új anyagok létrehozására, és az eredményeket lejegyezték: az első „kémiai” kéziratok leírásokat és berendezés-rajzokat is tartalmaztak. Valószínű, hogy maga a „kémia” szó is az alexandriai időkben született meg – egyes feltevések szerint egy kínai eredetű kifejezésből (aranylé) az arab közvetítők által átvéve, innen az arab al-kímíá és az európai „alkímia/kémia” megnevezés. A görög tudományosság azonban Alexandriában misztikus-esoterikus tanokkal keveredett: keleti (főleg perzsa és indiai) hatásra az ókori tudósok körében terjedni kezdtek az okkult magyarázatok. A görög filozófia, az egyiptomi vegykémia és a keleti miszticizmus elegyéből született meg az alkímia, amely a késő ókortól kezdve hosszú évszázadokra meghatározta az anyagok vizsgálatáról való gondolkodást. Az alkímia elméleti alapját a hagyomány szerint egy titokzatos alexandriai írás, a Smaragdtábla fektette le, melyet Hermész Triszmegisztosznak (az egyiptomi Thot isten görög megfelelőjének) tulajdonítottak. A Smaragdtábla 13 mondásban foglalja össze az alkímia hitelveit – például azt, hogy „ami fent van, ugyanaz, mint ami lent van”, utalva a makrokozmosz és mikrokozmosz közötti analógiára. Ezek az ezoterikus eszmék nagy hatással voltak a középkori alkimistákra, akik Hermész „fiainak” nevezték magukat. Az alexandriai alkímiai hagyaték a 7. századtól az arab világ közvetítésével maradt fenn és terjedt tovább.

Az alkímia kora (arab és európai alkímia)

Az alkímia a késő ókorban, Alexandriában alakult ki, majd a középkor folyamán a tudománytörténet fő áramlatává vált. A 7. században az iszlám hódítók elfoglalták Egyiptomot, és hozzáfértek az alexandriai görög kéziratokhoz. A görög-római alkímiai és természettudományos műveket arab nyelvre fordították, ezzel megalapozva az iszlám világ kémiai ismereteit. Az arab (iszlám) aranykor alkímiája a 8–11. század között élte virágkorát. Az arab alkimisták számos anyagot és kísérleti eszközt ismertek. A nagy perzsa tudós, ar-Rázi (Rhazes, ~865–925) például rendszerbe foglalta az ismert anyagokat: szerinte vannak állati (pl. vér, tej, epe), növényi (pl. hamu, faszén) és ásványi anyagok. Az ásványokat hat osztályba sorolta: illó „szellemek” (például kén, arzén-szulfid, ammónium-klorid, higany), fémes testek (arany, ezüst, réz, vas, ón, ólom), kövek, vitriolok, bóraxok és sók. Ráadásul részletesen leírta az alkalmazott alkimista laboratóriumi felszereléseket is: például a kemencét, fújtatót, tégelyt, fogókat, mozsarat, üstöt, mozsárütőt, retortát, hűtőedényt, aludelt, alembiket, szublimálóedényt, lombikot stb.. Ez mutatja, hogy az arab alkimisták nagyon fejlett kísérleti technikákat alkalmaztak a kor viszonyaihoz képest. Ar-Rázi hitt a fémek átalakulásában (úgy vélte, sikerült is ólomból aranyat előállítania), de hangsúlyozta, hogy az alkímiának nem ez az egyetlen célja.

A hagyomány az arab alkímia atyjának tartja Dzsábir ibn Hajjánt (Geber, ~721–815), bár újabb kutatások szerint a „Geber” név alatt fennmaradt mintegy 3000 arab nyelvű alkímiai irat valószínűleg több szerzőtől származik (akiket a későbbi források egységesen Dzsábirnak neveznek). A Dzsábirnak tulajdonított írások rendkívül fejlett kémiai tudást és filozófiát tükröznek. Ötvözik a görög és bizánci alkímiai elméleteket a kínai és indiai alkímiai hagyományokkal. Kifejtik az arisztotelészi négy elem tanát, a fémek két elvű (kén-higany) elméletét, a Bölcsek Köve segítségével történő fémátalakítás lehetőségét, valamint az emberi egészség és élethossz tökéletesítését egy univerzális Elixír által. A legendás Bölcsek Köve (latinul lapis philosophorum) nemcsak a nemtelen fémek arannyá változtatását ígérte, hanem az ember testi-lelki tökéletesedését is szimbolizálta. Avicenna (Ibn Színá, 980–1037), a nagy perzsa polihisztor – bár főként orvosként és filozófusként ismert – szintén írt alkímiáról. Úgy vélte, hogy az összes fém ugyanazon „faj” különböző változatai (azaz nem teljesen különböző anyagok), így elvben lehetséges közöttük az átalakulás, de gyakorlatilag kételkedett abban, hogy az arannyá változtatás sikerülhet. Avicenna e szkepticizmusa már előrevetítette az alkímia lassú átalakulását kémiává. Az arab világ alkimistái számos felfedezést tettek: leírták több sav (például a tömény ecetsav, salétromsav, vitriol (kénsav) és királyvíz) előállítását, tökéletesítették a desztillációt és más labortechnikákat, új elemeket és vegyületeket azonosítottak (például a salétromot és az ammóniát is az arab kémikusok fedezték fel mint különleges anyagokat). Az arab alkimisták 8–11. századi eredményei méltó helyet biztosítanak számukra a kémia fejlődésének történetében, és fontos kapocsként szolgáltak az ókori tudás és az európai tudomány között.

A 12. század folyamán az alkímia tudása visszajutott Európába is, nagyrészt az arab tudomány közvetítésével. Ekkoriban latin nyelvre fordították a fontosabb arab alkímiai szövegeket, és megindult a középkori európai alkímia kibontakozása. Az alkímia egyszerre volt kísérleti tevékenység és misztikus filozófia. Az alkimisták úgy hitték, hogy a fémek „érnek” a föld belsejében, és a nemesfém (az arany) a tökéletes, érett állapotot képviseli. Céljuk a folyamat mesterséges felgyorsítása volt a laboratóriumban, hogy a nem nemes fémeket (pl. ólmot) arannyá változtassák a Bölcsek Köve segítségével. Úgy gondolták, hogy e nagy mű (a magnum opus) véghezvitele nemcsak gazdagságot jelent, de spirituális értelemben is tökéletesíti a kísérlet végrehajtóját. Nem csoda, hogy sokan egész életüket és vagyonukat feláldozták a titok nyomában járva, laboratóriumi kemencéik mellett „puffogtatva és fújtatva”. Az alkímia nyelvezete és jelképrendszere szándékosan homályos és bonyolult volt, hogy titkait az avatottakon kívül más ne értse meg. Az alkimisták számtalan könyvet és kéziratot írtak teli kódolt receptekkel és látomásszerű ábrákkal. Például az „életelixír” egyik receptje így hangzott egy névtelen 15. századi szerzőtől: „Végy másfél unciányi nedvességet; a Nap lelkéből (aranyból) egynegyed unciát; ugyanannyi sárga színt; auripigmentumból fél unciát – összesen három uncia. Tudd meg, hogy a bölcsek szőlőjét három részben sajtolják, és bora harminc nap alatt lesz kész.” Ilyen és ehhez hasonló rejtjelezett utasításokat próbáltak megfejteni a beavatottak, több-kevesebb sikerrel.

Az alkimisták között akadtak őszinte kutatók és kalandor csalók is. Az utóbbiak – az áltudós „pufferek” – fejedelmek és főurak előtt kápráztató trükkökkel mutatták be az aranycsinálást, hogy busás anyagi juttatásokat csaljanak ki. Sok alkimista-szélhámost végül lebukás után kivégeztek (például hamis aranyat készítőket arannyal futtatott akasztófán akasztottak fel). A 16. század végére több európai uralkodó – például II. Rudolf császár Prágában – nyíltan pártfogolta az alkímiát, udvarába gyűjtve a hírneves vagy hírhedt alkimistákat, hogy támogassa kísérleteiket. Prágában az aranycsinálók utcája (Zlatá ulička) máig látható, itt működött több alkimista műhely Rudolf idejében. Az alkímia központjai voltak még a korábbi századokban az olyan kolostorok és egyetemek, mint pl. a 13. századi párizsi és oxfordi iskolák (ahol Roger Bacon is kísérletezett), vagy az itáliai és német fejedelemségek udvarai. Paracelsus (1493–1541) – a híres orvos és alkimista – a 16. században szakított a hagyományos nézetekkel: elvetette a négy elemet és a fémek kén-higany elvét, helyette három „principiumot” (higany, kén, só) hirdetett, és az alkímiát a gyógyítás szolgálatába állította (iatrokémia). Paracelsus a betegségeket kémiai úton, ásványi gyógyszerekkel próbálta orvosolni, ezzel a valódi kémia felé terelte a tudományt.

A 17. századra az alkímia tekintélye hanyatlani kezdett, mivel gyakorlati eredményei elmaradtak a nagy ígéretektől. Több új felismerés is megingatta az alkímia alapjait. Galileo Galilei és Evangelista Torricelli kísérletei (1643) igazolták a vákuum létezését, így újra napirendre került az atomok létezésének kérdése, amit az alkímia addig tagadott. René Descartes és a korai természettudósok mechanisztikus világképe pedig kétségbe vonta az alkimisták panteisztikus, „élettel teli” anyagfelfogását. Végül döntő csapást mért az alkímiára a tudományos módszer elterjedése: a 17. század közepétől egy új nemzedék – élükön Robert Boyle – már a pontos mérésekre és kísérletekre támaszkodó, kritikus szemléletet honosított meg. Ezzel kezdetét vette a modern kémia kialakulása, és az alkímia lassan átadta helyét az új tudománynak.

A korai modern kémia (Boyle, flogisztonelmélet, a kémiai elemek felfedezése)

A 17. század közepére az alkímia fokozatosan átalakulóban volt: a misztikus-filozófiai elemek háttérbe szorultak, és egyre inkább a kísérleti megfigyelések kerültek előtérbe. Ennek a fordulatnak három fő mozgatórugója volt: (1) az alkímista kísérletek ismétlődő kudarcai a nagy cél (aranycsinálás, életelixír) terén; (2) Torricelli vákuumkísérlete (1643), amely bebizonyította, hogy mégsem „tölt ki mindent” az anyag, tehát az atomok közti üres tér lehetséges; (3) Descartes új, mechanisztikus filozófiája, amely az élettelen anyagban nem tételezett fel életerőt vagy mágikus tulajdonságokat. Ebben a szellemi közegben tevékenykedett Robert Boyle (1627–1691), akit gyakran a modern kémia első képviselőjének tartanak. Boyle, aki maga is előkelő angol–ír család sarja volt, ifjúkorában alkímiával foglalkozott, de nyitott szellemű, kísérletező alkat lévén hamar túllépett az alkímia dogmáin. Tanulmányozta a gázok viselkedését: levegőpumpát szerkesztett, amellyel részleges vákuumot tudott előállítani, és megvizsgálta a levegő súlyát, rugalmasságát, valamint szerepét az égésben és légzésben. Ő állapította meg a gázok nyomásának és térfogatának fordított arányosságát (Boyle törvénye, 1662): adott hőmérsékleten egy gáz térfogata a nyomással fordítottan arányos. Boyle részt vett a Royal Society (Angol Királyi Tudós Társaság) megalapításában is (1660), ahol a kor legkiválóbb természettudósai osztották meg egymással kísérleteik eredményeit. Boyle híres munkája, a The Sceptical Chymist (A szkeptikus kémikus, 1661) már címében is jelzi új szellemiségét. Ebben a könyvben – amelyet párbeszédes formában írt meg – Boyle kísérleti eredmények alapján vitatta az addigi alkímiai tanokat. Kétségbe vonta, hogy az anyagi világ négy elemből állna, ahogy azt az alkímia (és Arisztotelész) tanította, és elutasította Paracelsus három „principiumának” (higany, kén, só) elképzelését is. Boyle szerint az elem fogalmát újra kell definiálni: szerinte elem azoknak az alkotórészeknek az összessége, amelyekre egy anyagot kémiai úton tovább már nem lehet bontani. Megfigyeléseit gyakran apró, láthatatlan részecskék (korpuszkulumok) mozgásával magyarázta, előrevetítve a későbbi atomos elgondolásokat. Boyle munkássága nyomán a kémia kezdett eltávolodni az alkímiától, és szigorúbb természettudományos alapokra helyezkedett.

Boyle korában még számos kutató foglalkozott alkímiával, de már egyre inkább a kémiai kísérletekre koncentráltak. A 17–18. században Európa-szerte sorra fedezték fel az addig ismeretlen elemeket és gázokat, bár sokáig az alkímia szemléleti keretében magyarázták őket. Az égés és a fémek hevítése jelenségeire a kor vegyészei a flogisztonelméletet dolgozták ki. Ennek gyökerei a 17. századi Johann Becher munkáira nyúlnak vissza, de legteljesebb formájában Georg Stahl német kémikus vezette elő (1702). A flogisztonelmélet szerint minden éghető anyag tartalmaz egy „flogiszton” nevű rejtett anyagot (egy tűz-szerű princípiumot), amely égéskor kiszabadul. Így magyarázták például, hogy ha fát égetünk, a láng a felszabaduló flogiszton megnyilvánulása, a visszamaradó hamu pedig az „anyag flogiszton nélkül” (calx). A 18. század folyamán ez az elmélet uralta a kémiai gondolkodást, miközben számos fontos felfedezés történt. Georg Brandt svéd vegyész 1735-ben felfedezte a kobaltot mint új fémes elemet – a kobalt nevű pigmentben találta meg az addig ismeretlen fém komponenst. Axel Cronstedt 1751-ben a rézércekben található egyik szennyező anyagról kimutatta, hogy valójában új fém, és elnevezte nikkelnek. (Cronstedt ezzel letette a mineralógia és az analitikai kémia alapjait is.) Joseph Black skót kémikus 1754-ben izolálta a szén-dioxid gázt, melyet „fix levegőnek” nevezett – felismerte, hogy a mészkő hevítésekor felszabaduló láthatatlan gáz különbözik a levegőtől. 1766-ban Henry Cavendish angol tudós előállította a hidrogént, amelyet „gyúlékony levegőnek” hívott. Megállapította, hogy ez a gáz színtelen, szagtalan, levegővel robbanó elegyet alkot, és égésekor víz keletkezik – ezzel gyakorlatilag felfedezte, hogy a víz nem elemi anyag, hanem hidrogén és a levegő egy része (később oxigénnek nevezve) alkotja. Carl Wilhelm Scheele svéd gyógyszerész 1773-ban, majd Joseph Priestley angol lelkész 1774-ben egymástól függetlenül felfedezték az oxigén gázt (előbbi tűzlevegőnek, utóbbi flogisztikátlan levegőnek nevezte). Priestley számos gázt azonosított (ammóniát, kén-dioxidot, nitrogén-oxidokat stb.), és a szódavíz feltalálása is az ő nevéhez fűződik. Konzervatív szemlélete miatt azonban ragaszkodott a flogisztonelmélethez, és elutasította az új magyarázatokat – emiatt élete végére elszigetelődött a tudományos világban. Rajta kívül azonban több kutató is kételkedni kezdett a flogiszton létezésében. Mihail Lomonoszov orosz tudós már 1756-ban kimutatta, hogy a fémek kalcifikációja (oxidációja) során súlygyarapodás lép fel, tehát az égés során nem vész el anyag – ezzel a flogisztonelméletet cáfolta, és megfogalmazta a tömegmegmaradás elvét az égési folyamatokra. A flogiszton elmélet végső bukása azonban a 18. század végén következett be, a francia tudós, Lavoisier forradalmi felismerései nyomán.

A modern kémia születése (Lavoisier, a periódusos rendszer, atomelmélet)

A 18. század utolsó harmadában zajlott le a kémiai forradalom, amely alapjaiban változtatta meg a kémia tudományát. Ennek központi alakja Antoine Laurent de Lavoisier (1743–1794) francia tudós volt, akit a modern kémia atyjának is neveznek. Lavoisier zseniális kísérletező volt, aki nagy hangsúlyt fektetett a mennyiségi mérésre. 1774–79 között végzett híres kísérleteiben kimutatta, hogy az égés valójában egyesülés az egyik levegőalkotó részecskével (amit később oxigénnek nevezett el). Megfigyelte, hogy a foszfor vagy a kén elégetésekor a termék nehezebb, mint a kiindulási anyag, és a tömeggyarapodás a levegőből származik. 1785-re megfogalmazta a tömegmegmaradás törvényét, kimondva, hogy egy kémiai átalakulás során az össztömeg változatlan marad. Lavoisier vizsgálta a víz átalakíthatóságát is: bebizonyította, hogy a víz nem változik „földdé”, ha hosszú ideig forralják egy üvegedényben – a korábban megfigyelt üledék valójában az üveg anyagából vált ki. Priestley kísérleteit megismételve Lavoisier azt is igazolta, hogy a levegő két fő összetevőből áll: egy aktív részből (oxigénből), ami az égést táplálja és a fémeket kalcokra égeti, és egy inert részből (nitrogénből), ami az égést nem támogatja. 1789-ben publikálta fő művét (Traité Élémentaire de Chimie), melyben új, modern elveken nyugvó kémiai nevezéktant vezetett be és táblázatba foglalta az elemek első pontos listáját. Ebben felsorolta mindazon anyagokat, amelyeket kémiai úton nem lehet tovább bontani (pl. oxigén, nitrogén, hidrogén, kén, foszfor, cink, higany), bár néhány téves elemet is tartalmazott a listája (így a hőt (kalorikum) és a fényt is elemnek tartotta). Lavoisier az égés jelenségét a flogiszton helyett az oxigénnel magyarázta, és ezzel végleg megdöntötte a flogisztonelméletet. Munkatársaival (pl. Berthollet, Fourcroy, Guyton) együtt új kémiai nevezéktant dolgozott ki, amely a mai napig használatos (például az oxigén, hidrogén elnevezések tőle származnak). Lavoisier megvizsgálta a kémiai változások hőhatását is: jégkaloriméter segítségével mérte, mennyi hő szabadul fel vagy nyelődik el egyes reakciók során – ezzel megalapozta a termokémia tudományát. A nagy francia forradalom során Lavoisier – aki adószedő is volt – politikai okokból a guillotine áldozata lett (1794), de munkássága óriási hatással volt a kémia további fejlődésére. A kémiai forradalom lényege az volt, hogy a kémia szigorú, kvantitatív tudománnyá vált: a reakciók mérlegelhetők, a kiinduló anyagok és termékek tömege kiszámítható lett.

A kémiai forradalom után a 19. század elején megszilárdult az atomelmélet. A régi görög atomisztikus eszme új életre kelt: John Dalton angol kémikus 1803–1808 között kidolgozta az első modern atomelméletet. Feltételezte, hogy minden elem atomokból épül fel, amelyek az adott elemre jellemző tömegűek, és a kémiai reakciók során az atomok új kombinációkba rendeződnek át. Dalton meghatározta jó néhány elem relatív atomtömegét is (a hidrogént 1-nek véve). Munkáját segítették a századfordulón felfedezett törvényszerűségek: Joseph Proust 1799-ben kimondta a meghatározott súlyviszonyok törvényét (egy adott vegyületben az alkotók tömegaránya állandó), Dalton pedig megfigyelte a többszörös súlyviszonyok törvényét (ha két elem több vegyületet alkot egymással, akkor az egyik elem tömegének rögzített mennyiségéhez a másik elem tömegei kis egész számok arányában viszonyulnak). Ezek a törvények az atomteória bizonyítékául szolgáltak. Amadeo Avogadro olasz fizikus 1811-ben megkülönböztette az atom és a molekula fogalmát, felismerve, hogy a gázok kétatomos molekulák formájában tartalmazhatják elemi részecskéiket (például az oxigén nem atomok, hanem O₂ molekulák formájában létezik). Avogadro elméletét azonban kezdetben nem fogadták el, és csak 50 évvel később, 1860-ban a karlsruhei kémiai kongresszuson vált általánosan elfogadottá, köszönhetően Stanislao Cannizzaro munkájának. Cannizzaro és társai egységes rendszert teremtettek az atomtömegek és képletarányok meghatározásában, ami elengedhetetlen alapja volt a kémiai elemek rendszerezésének. Jöns Jakob Berzelius svéd kémikus eközben (1808–1818) rendkívül pontos atomtömeg-méréseket végzett és bevezette a ma is használt kémiai jelölésrendszert (az elemek egy- vagy kétbetűs szimbólumait). Berzelius számos új elemet is felfedezett (többek közt a szelént, szilíciumot, cériumot, tóriumot), és a vegyérték fogalmát is tőle származtatjuk. A 19. század közepére az ismert elemek száma gyorsan gyarapodott, szükségessé vált azok rendszerezése. Dmitrij Mengyelejev orosz kémikus 1869-ben publikálta a periódusos rendszer első változatát. Mengyelejev hitt abban, hogy az elemek tulajdonságai valamilyen természetes rend szerint ismétlődnek. Az addig ismert 66 elemet növekvő atomtömeg szerint sorba rendezte, és észrevette, hogy bizonyos tulajdonságok periodikusan jelentkeznek. Azokat az elemeket, amelyek hasonló tulajdonságokat mutattak, egy oszlopba (csoportba) helyezte. Rendszerének legnagyobb próbaköve az volt, hogy üres helyeket hagyott benne ott, ahol szerinte addig ismeretlen elemeknek kell lenniük. Előre megjósolta e hiányzó elemek atomsúlyát és jellemző tulajdonságait – például az általa ekalumíniumnak és ekaszilíciumnak nevezett elemek később galliumként és germániumként valóban felfedezésre kerültek, méghozzá az általa megadott tulajdonságokkal. Mengyelejev 1871-es periódusos táblázata három ilyen új elemet jövendölt meg, és mindhárom igazolódott: a galliumot 1875-ben, a szkandiumot 1879-ben, a germániumot 1886-ban találták meg és azonosították. E sikerek nyomán a periódusos rendszer széles körben elfogadottá vált, és fokozatosan a kémia egyik legfőbb szervező elvévé nőtte ki magát. (Megjegyzendő, hogy Mengyelejev táblázata az 1860-as években még nem tartalmazhatta a nemesgázokat – azokat Sir William Ramsay fedezte fel később, 1894–98 között. Az elemek rendszerezését végül Moseley 1913-as felfedezése tökéletesítette, aki az atomok rendszámán alapuló sorba rendezést vezette be az atomtömeg helyett. Ugyanebben az időben Frederick Soddy felismerte, hogy egyes elemeknek többféle atomja is lehet eltérő tömeggel – ezeket nevezte el izotópoknak.) A periódusos rendszer végleg igazolta az atomelméletet és összefüggésbe hozta az elemek atomfelépítését kémiai sajátságaikkal.

A 19. század második felére a kémia tudománya szilárd alapokon állt. 1860-ban már nemzetközi kémikuskongresszust tartottak (Karlsruhében), egységesítve a kémiában használt fogalmakat és jelöléseket. A kémikusok előtt ekkor két nagy feladat állt: egyrészt az anyagok szerkezetének feltárása (molekulák, funkciós csoportok, reakciómechanizmusok megértése), másrészt ezen ismeretek alkalmazása új anyagok és technológiák létrehozására. Ezzel vette kezdetét a kémia hihetetlen kibontakozása a 19. században.

A 19. század kémiai forradalma (szerves kémia, analitikai módszerek, ipari alkalmazások)

A 19. században a kémia tudománya és ipara ugrásszerű fejlődésnek indult, ezért gyakran beszélnek a század kémiai forradalmáról. Az egyik legfontosabb terület a szerves kémia felemelkedése volt. Korábban azt gondolták, hogy szerves anyagot (az élő szervezetek anyagait) nem lehet laboratóriumban előállítani (vis vitalis elv), ám Friedrich Wöhler 1828-ban egy híres kísérlettel megdöntötte ezt a hiedelmet: laboratóriumi úton, szervetlen kiinduló anyagból (ammónium-cianátból) karbamidot (szerves húgysavat) szintetizált. Ez a felfedezés nyitotta meg a kaput a szerves kémia mesterséges úton történő fejlesztése előtt. Hamarosan sorra sikerült előállítani fontos szerves vegyületeket is mesterségesen. Justus von Liebig és Wöhler 1825-ben felfedezték az izoméria jelenségét (kimutatták, hogy ugyanazon összegképletű, de eltérő szerkezetű vegyületek – például a ciánsav és fulminsav – létezhetnek). 1832-ben azonosították a szerves molekulákban a funkciós csoportokat és a gyököket, megvetve a strukturális kémia alapját. Liebig emellett megalapozta az alkalmazott szerves kémiát is: felismerte a növények ásványi táplálkozását, és megalkotta a minimum-törvényt, kimondva hogy a növények növekedését a legkisebb mennyiségben rendelkezésre álló tápanyag korlátozza. Ezzel Liebiget a műtrágyaipar atyjaként is szokták emlegetni. A század közepén August Kekulé és Archibald Couper (1858) kidolgozta a kémiai szerkezet fogalmát, és Kekulé később megfejtette a benzol gyűrűs szerkezetét (1865). Vladimir Markovnyikov orosz kémikus 1869-ben megfogalmazta a szabályt, amely szerint egyes addíciós reakciókban (pl. hidrogén-halogenid addíció alkénekre) a hidrogén mindig ahhoz a szénatomhoz adódik, amelyen eleve több hidrogén volt – ez a Markovnyikov-szabály, ami a szerves reakciók irányát magyarázta. A század végére a szerves kémikusok már több száz szerves vegyületet szintetizáltak, köztük a mindennapi életben fontos anyagokat is. 1856-ban William Perkin elkészítette az első mesterséges textilfestéket (a lila színű mauveint), amely elindította az anilinfesték-ipart. Sorra jelentek meg az új szintetikus színezékek, mint a magenta (fukszin) és más anilin festékek. 1897-ben Felix Hoffmann a Bayer gyár laborjában szintetizálta az acetilszalicilsavat (aszpirint), megteremtve a modern gyógyszeripar prototípusát. A 19. század végére a szerves kémiai tudás hatalmasra bővült, és közvetlenül hozzájárult új iparágak – festékipar, gyógyszeripar, robbanóanyag-gyártás stb. – megszületéséhez.

A kémia egy másik kulcsfontosságú területe az analitikai kémia és a fizikai kémia fejlődése volt. A 19. század elején megjelentek az első elemi analízisek: például William Prout 1827-ben a biomolekulákat három fő csoportra osztotta (szénhidrátok, fehérjék, zsírok), ami előrevetítette a biokémia alapjait. Germain Hess 1840-ben megfogalmazta a Hess-tételt, amely kimondja, hogy egy kémiai reakció hőváltozása (reakcióhő) csak a kiinduló és végállapot energiaviszonyaitól függ, nem a reakcióút részleteitől – ezzel lényegében a termodinamika törvényeit alkalmazta kémiai folyamatokra. Lord Kelvin 1848-ban bevezette az abszolút hőmérsékleti skálát és az abszolút zérus fogalmát, ami a molekuláris mozgás megszűnésének hőmérséklete. Louis Pasteur 1849-ben felfedezte az optikai izomériát: kimutatta, hogy a borkősavnak van két tükörkép-izomer formája, amelyek forgatják a polarizált fény síkját (ez volt a kiralitás jelenségének első magyarázata). August Beer 1852-ben megalkotta Beer törvényét, ami leírja az oldatok fényelnyelésének kapcsolatát a koncentrációjukkal – ezzel megalapozta a spektrofotometriát, mint analitikai módszert. Bunsen és Kirchhoff 1859-ben feltalálták a spektroszkópiát, amellyel az anyagok fénykibocsátási és elnyelési spektrumát vizsgálva új elemeket fedeztek fel (csézium, rubídium). Benjamin Silliman Jr. 1855-ben kidolgozta a kőolaj lepárlásának (krakkolásának) módszerét, amely lehetővé tette különféle folyékony üzemanyagok és vegyipari nyersanyagok előállítását a nyersolajból – ezzel megteremtve a modern petrolkémia alapjait. Dmitrij Mengyelejev periódusos rendszerének 1869-es publikálása a kémiai analízis és az anyagszerkezet megértésének diadalát jelentette. 1877-re Josiah Willard Gibbs amerikai tudós lefektette a kémiai termodinamika alapjait: bevezette a szabadenergia fogalmát, és megalkotta a Gibbs-féle fázisszabályt, amellyel leírta, hogy a hőmérséklet, nyomás és összetétel hogyan befolyásolja az egyensúlyi fázisok számát egy rendszerben. Gibbs munkája nyomán a kémia deduktív, számoló tudománnyá vált, hiszen megmutatta, hogy a kémiai folyamatok hajtóereje és egyensúlya kiszámítható az energia és entrópia viszonyából. A 19. század második felében Svante Arrhenius svéd kémikus megalapozta az elektrolitok ionelméletét (1884), Jacob van ’t Hoff és Wilhelm Ostwald pedig a reakciókinetikát és -egyensúlyt vizsgálták – ezzel létrejött a fizikai kémia, mint diszciplína. 1858-ban, a már említett karlsruhei konferencián Cannizzaro előadásai meggyőzték a kémikusokat Avogadro hipotézisének helyességéről, így ettől fogva általánosan elfogadottá vált, hogy az atomok és molekulák elkülönülnek, és a kémiai képletek valóban tükrözik a molekulák alkotórészeit.

A 19. század a vegyipar születésének időszaka is volt. Az ipari forradalom igényei – textilfestékek, robbanóanyagok, gyógyszerek, műtrágyák stb. – hatalmas lendületet adtak az alkalmazott kémiának. 1791-ben indul az első szódagyár (Leblanc-féle eljárással nátrium-karbonátot gyártva), 1823-ban pedig az első kénsavgyár (ólomkamrás eljárással). 1830–40-es évekre az európai iparban elterjedtek ezek az alapvegyipari folyamatok. A 19. század közepén az Egyesült Királyságban és Németországban felvirágzott az anilinfesték-gyártás (mauvein, fukszin, metilzöld stb. előállítása). Alfred Nobel 1867-ben feltalálta a dinamitot (szilárd nitroglicerin robbanószert), amely új fejezetet nyitott a bányászatban és haditechnikában. A Nobel által alapított vállalat később a nitroglicerin biztonságos gyártására és nitrocellulóz alapú robbanóanyagokra (lőgyapot, füstnélküli puskapor) is kiterjedt. A műtrágyaipar Liebig felismerései nyomán indult: előbb a csontokból előállított szuperfoszfát terjedt el (1842), majd a chilei salétromot (nátrium-nitrát) használták tömegesen a talaj tápanyag-utánpótlására. A század végén a villamos energia elterjedése új lehetőségeket teremtett az elektrolízises kémiai gyártásokra: Henri Moissan 1886-ban elektromos kemencével állított elő kalcium-karbidot, Hall és Héroult pedig ugyanebben az évben egymástól függetlenül kifejlesztették az alumínium elektrolitos előállítását timföldből kriolit olvadékában. A kőolaj-finomítás is iparrá fejlődött: az 1850-es évektől petróleumot desztilláltak világításra, az 1880-as évektől pedig a benzin és gázolaj vált fontossá az új belső égésű motorok üzemanyagaként. Az olajipar melléktermékeiből (pl. toluol, fenol) új szerves vegyipari termékek születtek, beleértve a műanyagipar korai előfutárait (celluloid, bakelit). Leo Baekeland 1907-ben találta fel a bakelitet, az első kemény, teljesen szintetikus műanyagot. A 19. század vége felé a vegyipar termékei gyökeresen átalakították a mindennapi életet: megjelentek a szintetikus műszálak, a modern festékek, a jó minőségű mosószerek, a könnyen elérhető gyógyszerek és fertőtlenítők, a hatékony robbanóanyagok és az olcsó műtrágyák. A vegyipar egyre nagyobb méretekben termelt: kialakult a kémiai nagyüzem és a kémiai gépészet (kémiai technológia), hogy ezeket a folyamatokat hatékonyan, biztonságosan és gazdaságosan lehessen megvalósítani.

Összességében a 19. század végére a kémia tudománya és ipara meghatározó jelentőségűvé vált. A tudósok megértették az anyagok szerkezetét, felismerték a kémiai reakciók törvényeit, és több tucatnyi elemet izoláltak, illetve mintegy tízezer vegyületet azonosítottak vagy mesterségesen előállítottak. A kémia szorosan összefonódott más természettudományokkal (fizikával, biológiával), és a 20. század hajnalára készen állt arra, hogy belépjen a molekulák mélyebb világába az új eszközök és elméletek segítségével.

A 20. század és napjaink kémiája (fizikai kémia, kvantumkémia, biokémia, környezeti kémia, nanotechnológia, Nobel-díjasok)

A 20. század elején a kémia tudománya egyesült a fizikával: megszületett az atomfizika és a kvantummechanika, amelyek forradalmasították az anyagszerkezet megértését. 1905-ben Albert Einstein a Brown-mozgás magyarázatával kísérletileg is bizonyította az atomok és molekulák létezését (mérhetővé téve az Avogadro-számot). 1911-ben megrendezték az első Solvay-konferenciát Brüsszelben, ahol a kor legnagyobb elméleti tudósai – fizikusok és kémikusok – vitatták meg az anyag természetének kérdéseit. Ernest Rutherford 1911-ben felfedezte az atom pozitív töltésű apró magját, ezzel megalkotta a szórási kísérletei alapján a nukleáris atommodellt. Niels Bohr dán fizikus 1913-ban egyesítette Rutherford atomképét a kvantumelmélettel: a híres Bohr-modellben feltételezte, hogy az elektronok meghatározott energiájú pályákon keringenek a mag körül, és csak kvantumugrásokkal válthatnak pályát. Így magyarázta a hidrogénatom vonalas színképét is. Bohr és kortársai munkája nyomán a kémia kvantumkora kezdetét vette. A kvantummechanika 1925–27 közötti kidolgozása (Heisenberg, Schrödinger, Dirac és mások által) megadta a molekulák elektron szerkezetének elméleti leírását. Gilbert N. Lewis amerikai vegyész már 1916-ban felvetette a kovalens kötés elektronpár-elméletét (Lewis-féle elektronpár: két atom közös elektronpárral alkot kötést). Lewis vezette be az atomok vegyértékelektronjainak fogalmát és a Lewis-féle elektronszerkezet jelölését (pontokkal az elem szimbóluma körül) a molekulaképletekben. 1923-ban kidolgozta az elektronpár-donor/akceptor sav-bázis elméletet is (Lewis-féle savak és bázisok). Ezzel párhuzamosan Irving Langmuir népszerűsítette a vegyértékelektron-koncepciót, és bevezette a „kovalens kötés” kifejezést (1920). A kvantummechanika segítségével Linus Pauling és más kémikusok a 20. század közepére kidolgozták a molekulapálya-elméletet és a modern kötéselméletet – Pauling 1939-ben megjelent A kémiai kötés természete című munkája már teljesen a kvantummechanika nyelvén írta le a molekulákat. A fizika és kémia integrációja olyannyira teljessé vált, hogy a 20. század közepére a kémikusok az anyag tulajdonságait az atomok elektronstruktúrájából vezették le. A század második felében a kvantitatív számítási módszerek is megjelentek a kémiában: H. C. Brown, Kennet Wade és mások elméleti modelleket dolgoztak ki a reakciómechanizmusokra, John Pople pedig 1970-ben létrehozta a Gaussian számítógépes programot, amely lehetővé tette molekulák kvantumkémiai számítását – forradalmasítva ezzel a kémiai kutatást. A 20. század végére a kémikusok már számítógépes modellezéssel, pontos kvantumkémiai módszerekkel is vizsgálhatták molekulák millióit, ami teljesen új dimenziót nyitott a kutatásban.

A 20. században a kémia és a biológia határán létrejött a biokémia és a molekuláris biológia tudománya. Ennek gyökerei a 19. századig nyúltak vissza (Liebig állati kémiai kutatásai, Pasteur erjedésvizsgálatai), de a századfordulón vett nagy lendületet. 1897-ben Eduard Buchner felfedezte, hogy az élesztő kivonata (sejtek nélkül) is képes az alkoholos erjedésre – ezzel kimutatta, hogy a biokémiai folyamatokat specifikus fehérjék, enzimek katalizálják. 1907-re Emil Fischer és tanítványai feltárták számos fehérje építőegységeit (aminosavakat), és Fischer javasolta a „kulcs-zár” modell analogiáját az enzim-működés magyarázatára. 1926-ban James Sumner először kristályosított enzimet (ureázt), bizonyítva, hogy az enzimek ténylegesen fehérjék. 1944-ben Oswald Avery és munkatársai felismerték, hogy az öröklődés anyaga a DNS. 1953-ban Watson és Crick – részben kémiai (röntgendiffrakciós) adatok alapján, melyeket Rosalind Franklin szolgáltatott – megfejtették a DNS kettőshélix szerkezetét. Ezzel kezdetét vette a molekuláris genetika kora. A biokémia a 20. század során hatalmas területté fejlődött: feltárták az anyagcsere útvonalakat (citromsavciklus, fotoszintézis stb.), a fehérjeszerkezeteket (például 1960-ra az első fehérjék térszerkezetét – hemoglobin, mioglobin – meghatározták röntgenkrisztallográfiával), és megjelent a géntechnológia (1973-ban Cohen és Boyer elvégezték az első DNS rekombinációt baktériumokban). A biokémiai ismeretek közvetlen gyakorlati haszna óriási lett: kifejlesztették az antibiotikumokat (1928-ban Fleming felfedezte a penicillint, melyet 1940-es évekre tömegesen gyártottak), a vitaminkészítményeket (Szent-Györgyi Albert 1930-ban izolálta a C-vitamint, 1937-ben Nobel-díjat kapott), az oltóanyagokat és számos egyéb gyógyszert. A 20. század közepére létrejött a biotechnológia: ipari méretekben termeltek mikrobákkal vegyületeket (pl. citromsavat, antibiotikumokat), és a 70-es évektől géntechnikával állítottak elő humán fehérjéket (inzulin, növekedési hormon) mikroorganizmusok segítségével. A biokémia és orvosi kémia fejlődése rengeteg Nobel-díjat eredményezett – a kémiai Nobel-díjasok között igen sok a biokémikus (például 1946-ban és 1947-ben is enzimek felfedezéséért osztottak díjat, 1958-ban a DNS egyik építőelemének, a koenzim-A-nak a feltárásáért, 1962-ben a DNS szerkezetéért, 1964-ben a fehérjeszintézis genetikai kódjának felderítéséért stb.).

A kémia ipari és társadalmi hatásai a 20. században tovább nőttek, de megjelentek a környezeti problémák is. A II. világháború után a vegyipar robbanásszerű fejlődése és a műtrágyák, peszticidek, műanyagok tömeges használata számos kedvezőtlen mellékhatással járt. 1962-ben Rachel Carson amerikai biológusnő megírta Néma tavasz című könyvét, amely felhívta a figyelmet a növényvédő szerek – különösen a DDT – túlzott és felelőtlen alkalmazásának veszélyeire. Carson tudományos igényességű, mégis közérthető műve mérföldkő lett: hatására széleskörű társadalmi vita indult a kémiai anyagok környezetre gyakorolt hatásáról, és végül betiltották a DDT-t. A Néma tavasz nyomán született meg a modern környezetvédelmi mozgalom, és a kémikusok szemlélete is megváltozott: előtérbe került a környezetkímélő (zöld) kémia, melynek lényege a biztonságosabb, nem mérgező alapanyagok és eljárások alkalmazása, a hulladék minimalizálása és az energiahatékonyság növelése. A környezeti kémia és analitika fejlődése révén az 1970-es évekre kimutatták a szmogot okozó vegyületek hatásait, a savas eső jelenségét, a freon gázok ózonréteg-pusztító hatását stb. A nemzetközi összefogás eredményeként 1987-ben betiltották az ózonkárosító klórozott fluorozott szénhidrogéneket (Montreáli Jegyzőkönyv), és sikerült megállítani az ózonréteg vékonyodását. A zöld kémia ma már a kémiai kutatás és oktatás integráns része, és a fenntartható fejlődés fontos pillére.

A 20. század végén a kémikusok egyre kisebb léptékben kezdtek gondolkodni: kialakult a nanotechnológia. 1985-ben Harold Kroto, Richard Smalley és Robert Curl felfedezte a szén egy új allotrópját, a fulleréneket, köztük a C₆₀ molekulát, amelyet jellegzetes, focilabda alakú szerkezete nyomán buckminsterfullerénnek neveztek el. 1991-ben Iijima Szumio elektronmikroszkóppal észlelte a szénnanocsöveket, a hengeres fulleréneket. A nanotechnológia lényege, hogy az anyagok 1–100 nanométeres mérettartományban egészen új tulajdonságokat mutathatnak (pl. egy nano-részecske másképp olvad, más színt ad, más a reakciókészsége, stb.). A 21. század elejére a nanokémia és nanoanyagok kutatása az egyik legaktívabb területté vált: nanoméretű katalizátorok, szenzorok, gyógyszer-hordozó nanorészecskék, grafén és egyéb 2D-anyagok, kvantumpöttyök stb. kerültek kifejlesztésre. A nanotechnológia a számítástechnika fejlődéséhez is hozzájárult (például az egyre kisebb félvezető eszközök előállításával).

A kémia Nobel-díjasai. A 20. század elejétől a kémia tudományának eredményeit a Nobel-díjakkal ismerik el (1901-ben adták át az első kémiai Nobel-díjat, Jacobus van ’t Hoffnak a kémiai dinamikában és ozmózisnyomás terén elért eredményeiért). Azóta minden évben számos kiváló felfedezés nyert elismerést. 1918-ban például Fritz Haber kapott kémiai Nobelt az ammónia szintéziséért (Haber–Bosch-eljárás), amellyel műtrágyát lehet nagy tömegben előállítani – e találmány nélkülözhetetlen a modern mezőgazdasághoz, és a becslések szerint a világ élelmiszer-termelésének közel fele az így gyártott műtrágyákon alapul. 1931-ben Szent-Györgyi Albert kapott orvosi Nobelt a C-vitamin felfedezéséért és a sejtlégzés kutatásáért. 1954-ben Linus Pauling részesült Nobel-díjban a kémiai kötés elmélyült magyarázatáért kvantumkémiai módszerekkel. 1962-ben Max Perutz és John Kendrew a fehérjék (hemoglobin és mioglobin) szerkezetének felderítéséért nyerte el a díjat. 1981-ben Olah György (George Olah) magyar származású kémikus kapott Nobel-díjat a karbokationok kutatásáért. 1995-ben a környezeti kémia terén osztottak díjat: Paul Crutzen, Mario Molina és F. Sherwood Rowland kapták az ózonréteg lebomlásának megértéséért. 2016-ban a nanotechnológia úttörőit (molekuláris gépek létrehozói: Sauvage, Stoddart, Feringa) jutalmazták. A Nobel-díjak története így szorosan összefonódik a kémia 20–21. századi fejlődésével – a díjazottak névsora szinte summája a kémia legfontosabb vívmányainak.

A 21. század elején a kémia továbbra is központi szerepet játszik a tudomány és a technológia frontvonalában. Új kihívások jelentek meg, mint a megújuló energiaforrások kémiai megoldásai (akkumulátorok, hidrogéntechnológia), az éghajlatváltozás mérséklése (szén-dioxid megkötése, zöld kémiai eljárások), az új anyagok és gyógyszerek tervezése számítógépes módszerekkel, vagy épp a világűr kémiai kutatása (asztrókémia). A kémia ma interdiszciplináris tudomány: szoros kapcsolatban áll a fizika, biológia, orvostudomány, anyagtudomány, környezettudomány számos ágával. Ugyanakkor megőrizte sajátos jellegét: a központi tudomány szerepét tölti be, összekapcsolva az alaptudományos ismereteket a gyakorlati alkalmazásokkal. A kémia története az ókori kezdetektől napjainkig azt mutatja, hogy az anyag szerkezetének és átalakíthatóságának megértése alapvető fontosságú volt civilizációnk fejlődésében, és az is marad a jövőben is.

Források: A válasz összeállításához felhasználtuk a kémia történetének számos szakirodalmi forrását és összefoglalását, többek között Andrew E. Z. Szydlo: The Beginnings of Chemistry: from ancient times until 1661 c. munkáját (Pure Appl. Chem., 2022), a Wikipedia vonatkozó szócikkeit (pl. History of Chemistry, Kémia – történet), valamint az ACS (American Chemical Society) és más tudománytörténeti áttekintéseket.

További információk

• history of chemistry - Szótár.net (en-hu)
• history of chemistry - Sztaki (en-hu)
• history of chemistry - Merriam–Webster
• history of chemistry - Cambridge
• history of chemistry - WordNet
• history of chemistry - Яндекс (en-ru)
• history of chemistry - Google (en-hu)
• history of chemistry - Wikidata
• history of chemistry - Wikipédia (angol)