Archibald Scott Couper
(18311892)

Egy új kémiai elméletrõl*
Részletek

Philosophical Magazine, 1858, 104116


A kémia célja a kémia elméletének megalkotása. A kémiai kutatáshoz az elméletek adják a vezérfonalat. Ezért igen fontos bizonyságot szereznünk arról, hogy a ma elfogadott elméletek megfelelnek-e a kémiai jelenségek magyarázatára, vagy legalábbis olyan valódi alapelveken nyugszanak-e, amelyek alkalmasak a tudományos kutatás szabályozására.

Az újabban kidolgozott elméletek között van egy, amelynek vizsgálata számos érdeme miatt különös jelentõséggel bír, s nem lenne haszontalan, ha tudományos értékét új bizonyítékokkal támasztanánk alá, vagy ellenkezõleg, nemcsak azt állapítanánk meg, hogy alkalmatlan az értelmezésre, hanem a tudomány fejlõdését is gátolja. A Gerhardt-féle típuselméletre gondolok.

Ez a rendszer, amely mind felfogása, mind logikus és következetes felépítése miatt figyelemre méltó, eltér a kevésbé átfogó elméletek szemléletétõl, amelyek egyes kémiai reakciók egyoldalú és korlátozott értelemzésén alapszanak. Az eltérés azonban nem csökkentette az elmélet fogadtatásának népszerûségét, hanem még kedvezõbb megvilágításba helyezte a teóriát.

Bármilyen imponáló is ez az elmélet, szigorú vizsgálat alá kell vennünk, mert semmi sem olyan elõítéletes az igazság keresésekor, mint a megszokotthoz való oktalan ragaszkodás. A racionális gondolkodás megköveteli, hogy a kezdetben felvetõdõ kétséget próbának vessük alá.

Minden épkézláb elméletnek teljesítenie kell a következõ két feltételt:
1. empirikusan igaznak kell lennie,
2. tudományosan nem kevésbé igaznak kell lennie.

Meg kell mondanom, hogy a fenti elmélet elsõsorban empirikusan igaz, tehát nem kerül ellentmondásba a tudomány számos kísérleti eredményével. Ez a feltétel azonban csak részben teljesül, amit a következõk bizonyítanak:
1. a peroxidok például nem illeszthetõk be jól a típusok közé,
2. a kettõs bomlás [cserebomlás] elve nem alkalmazható jól arra a reakcióra, amelynek során a vízmentes kénsav ennek a savnak a hidrátjává alakul át egy ekvivalens víz hatására; Gerhardt szerint ezeknek az anyagoknak a képlete kiindulási állapotban O.SO2 és H2O, vegyülés után egyszerûen SH2O4.

Ugyanez a megjegyzés vonatkozik a szén-dioxidra is. Az említett példákban Gerhardt szokásos következtetése hiányzik. Gerhardt talán azért nem duplázta meg ezeknek a vízmentes savaknak a képletét, mert gõzsûrûségük megegyezik a kiindulási és a vegyülés utáni állapotban. Ennek az elméletnek a típusai lényegében a kettõs bomlás alaptípusai, s ez az egyszerû egyesülés némiképp csökkenti a rendszer nagy logikai értékét.

A kivételek figyelembevétele után az elmélet empirikusan igaznak fogadható el.

A tudományos próba azt követeli meg, hogy egy elmélet minél több megfigyelést értelmezzen a lehetõ legegyszerûbben.

A próba alkalmazásakor három aspektust kell szem elõtt tartani:
1. az elmélet érvényességi körét,
2. a megfigyelésekre adott magyarázatot,
3. a magyarázat módját.

Ami az elsõt illeti: ennek az elméletnek az alapján minden vegyület egy bizonyos szempontból összevethetõ minden másikkal. Ebbõl ered az érdeme. Ha azonban a próbát a teljes körre kiterjesztjük, végzetes csapást mérünk az egyébként imponáló rendszerre. Az az összehasonlítás, amelyet az elmélet alkalmaz, alapvetõen hibás.

Ami a másodikat illeti: egyáltalán nem magyarázza meg a megfigyeléseket, tehát nem állja ki a próba legfontosabb részét.  Emiatt a próba harmadik feltétele sem teljesül.

Miért vall feltûnõ módon kudarcot Gerhardt elmélete ebben a két fontos kérdésben? Azért, mert egy régi helytelen elven nyugszik, amely már évszázadok óta hátráltatja a tudomány fejlõdését. Az általánosításból indul ki, és ebbõl az általánosításból vezeti le az összes egyedi esetet. De egy kémiai cikk kereteit túllépi a filozófiai eszmefuttatás. Gerhardt elmélete azonban csak filozófiai alapokon támadható, mert felborít egy olyan általános kutatási elvet, amely alapján elmélet építhetõ fel. Ezenkívül Gerhardt általánosítása nem létezõ típust használ. Az a típus, , amelybõl Gerhardt minden  vegyületet levezet, meghatározatlan; egyetlen adott anyag sem tartalmazza vagy termeli. De annak, amit típusként jelölünk meg, legalább egy esetet reprezentálnia kell. Mármost "n" az határozatlan számú többszöröseit jelöli. Az  egyetlen többszörösének létezésére sincs azonban bizonyíték, és még kevésbé bizonyított, hogy az többszörösei korlátlan sorozatokban jelennének meg. De nem az általános fogalmat reprezentáló típus helyes vagy helytelen volta a legfontosabb momentum. A fenti általánosításban rejlõ elv az, ami igazán veszélyes.

Ha ezt az elvet a mindennapi életben alkalmaznánk, azonnal kiderülne a képtelensége. Tegyük föl, hogy valaki egy meglévõ könyv szavait a betûk szisztematikus elrendezésével akarja megalkotni. Ha azzal a kijelentéssel kezdené a munkát,
hogy felfedezett egy olyan szót, amely típusként szolgálhat, és amelybõl helyettesítéssel és kettõs bomlással az összes többi levezethetõ,
hogy ezzel a módszerrel nemcsak új szavakat, hanem új könyveket tud csaknem ad infinitum létrehozni,
hogy ez a szó csodálatos összehasonlítási pontot kínál az összes többihez,
hogy a mûveletek során csak néhány nehézség adódott, de ezeket találékonysággal leküzdhette,
akkor minden bizonnyal empirikus igazságot állítana. A józan ész ezt a módszert azonban képtelennek tartaná. De az olyan elv, amelyet a józan ész képtelennek ítél, filozófiailag hamis, tudományos szempontból téves.

Tegyük fel, hogy a rendszer kiinduló pontja német könyv volt, amelyben minden szó legalább két betûbõl állt. Ezen a nyelven sem lenne kevésbé nevetséges, ha a szavakat kettõs bomlási sorokként rendszereznék.

A gondolkodás útján feltárható összes igazság elérésének biztos módja mindig egy és ugyanaz, nevezetesen: minden általánosítás elvetése és visszatérés a kiindulási elvekhez, hogy a gondolkodást csak ezek vezéreljék. Ez a közönséges dolgokra és a tudományra egyaránt érvényes. A szavak szerkezetének feltárásához visszafelé kell haladnunk, meg kell találnunk az elbonthatatlan elemeket, vagyis a betûket, s ezek hatását és viselkedését kell gondosan megvizsgálnunk. Ezek ismeretében minden lehetséges szó összetétele és szerkezete felderíthetõ. A kémiai kutatás és minden más, az igazság keresésére irányuló kutatás közötti párhuzam felelevenítése igen helyénvaló, mert ennek figyelmen kívül hagyása vezet ahhoz, hogy a kémiában oly gyakran hirdetnek téves, ingatag elméleteket és követnek rossz irányt.

...

A kutatást mindig ugyannak az elvnek kell vezérelnie: az analízist addig kell folytatni, amíg nem találhatók már egyszerûbb elemek, és ezeknek az elemeknek az összes tulajdonságát és hatását kell tanulmányozni. Ha az egyes elemek összes tulajdonsága és hatása ismert, megismerhetõ azoknak a kombinációknak a felépítése is, amelyeket szintézisük létrehoz. A kémiai kutatás során tehát a különbözõ elemek tulajdonságainak és szerepének megismeréséhez
1. a kémia egészét egynek kell tekinteni,
2. minden ismert kombinációt meg kell vizsgálni, tanulmányozni kell azokat a jellemzõket, funkciókat és tulajdonságokat, amelyeket az egyes elemek jelenítenek meg ezekben a kombinációkban az összes különbözõ körülmény és aspektus esetén; az egyes elemek szerepét a különbözõ anyagok egymás közötti összehasonlításával követhetjük nyomon,
3. meg kell figyelni az összes elem esetében közös általános elveket, miközben mindegyik sajátos tulajdonságait is felismerjük.

Ez a módszer lényegesen különbözik attól, amelyik az anyagok egyetlen osztályát kiválasztva korlátozza a többi tulajdonságainak vizsgálatát amellyel csak az elsõben fellelhetõ tulajdonságokat mérjük a többiben.

A továbbiakban megvizsgálom, hogy a módszer körültekintõ alkalmazása hogyan segíti elõ egy racionális kémiai elmélet kidolgozását.

Létezik egy minden elemben közös, sajátos elemi tulajdonság. Kémiai affinitásnak nevezik. Két aspektusát fedezték fel: 1. a fajta szerinti affinitást,  2. az affinitási fokot.

A fajta szerinti affinitás az elemek között megnyilvánuló speciális affinitás, például a szén affinitása az oxigénnel, a klórral, a hidrogénnel stb. szemben.

Az affinitási fok egy elem vegyülési foka vagy vegyülési határa. Például a C2O2 és a C2O4 a szén oxigénnel szembeni affinitási fokai. C2O2 nevezhetõ az elsõ, C2O4 a második foknak; ennél magasabb fok nem ismert a szén esetében, ezért ez a végsõ affinitás vagy vegyülési határ. Elõfordul, hogy egy elemnek csak egy affinitási foka van, de általában egynél több fordul elõ. Ez egy olyan sajátos, mégis az összes elemben közös tulajdonság tehát, amelynek eltávolításával az elem kémiai jellege megsemmisül, s amellyel az elem megtalálja az összetett anyagban kijelölt helyét.

Ez olyan tulajdonság, amely a rendszer megalapozásához szükséges. E célra akkor is alkalmas lenne, ha kiderülne, hogy az elemek összetett anyagok (ezt a nézetet talán nem indokolatalanul fogadják el a kémikusok). Ebben az esetben a kémiai kombinációk magyarázatához kétségtelenül szintén el kellene fogadni az affinitás fogalmát, vagy valamit, ami legalább ezzel ekvivalens. A módszer alkalmazásaként tekintsünk most egyetlen elemet, a szenet. Ennek az anyag két igen jellegzetes tulajdonsága van:
1. azonos számú hidrogénnel, klórral, oxigénnel, kénnel stb. vegyül,
2. önmagához kötõdik.

Véleményem szerint ez a két tulajdonság az összes szerves kémiai jelenséget megmagyarázza. A továbbiakban megmutatom, hogy az állítás nyilvánvaló.

Tudomásom szerint a második tulajdonságot eddig nem említették. Ezért szükséges lehet bebizonyítani, hogy ez a szén tulajdonsága.

Ez a következõképp érhetõ el. Mi köti össze azokat az anyagokat, amelyek 4, 6, 8, 10, 12 stb. ekvivalens szenet és ugyanennyi ekvivalens hidrogént, oxigént stb. tartalmaznak? Ezekben talán az összes hidrogént vagy oxigént eltávolíthatjuk, és ugyanennyi klór- stb. ekvivalenssel helyettesíthetjük. Ekkor a szén a szénnel egyesül. Tehát nyilvánvaló, hogy nem a hidrogén a kötõelem ezekben a vegyületekben, s így írhatjuk le õket:

Itt a négy hidrogént nem kölcsönös affinitás köti össze, mert minden hidrogénelemet egy klór helyettesíthet egymás után, az elsõtõl az utolsóig. Az oxigénatomok azonban párokat akotnak (erre késõbb még kitérek), és csak az oxigénatomokat csak kettesével helyettesíthet két klóratom:

Ugyanez a helyzet azoknál az anyagoknál, amelyekben a C2 többszörösei egyesülnek a hidrogénnel stb.

Vegyük ennek a fordítottját. Ha a négy hidrogénatom kötõdne egymáshoz, a következõ anyagok képzõdését várnánk:

és a C4H4, C6H6, C8H8 anyagok esetében természetesen arra számítanánk, hogy a klór helyettesíti a szenet, és például ilyen vegyületek képzõdnének: , C6Cl6, C8Cl8.

Ezek az anyagok nemcsak ismeretlenek, de ha a hidrogén egész történetét végignézzük, akkor sem találunk egyetlen esetet sem annak alátámasztására, hogy a hidrogén bármilyen affinitást mutat önmagával szemben, amikor más elemekkel egyesül.

Mármost a szén kémiailag kötõdik a szénhez akkor is, ha talán 8 hidrogénekvivalenst is kicserélünk 8 klórekvivalensre, mint a naftalinban. Hasonló az alkohol, , és a C4H6 szénhidrogén átalakulása C4Cl6 vegyületté. A klór stb. szubsztitúciójára felhozott számtalan példa ugyanezt a tendenciát jelzi. Kétséget kizáróan mind azt bizonyítja, hogy a szén kémiailag egyesül a szénnel, s ez a kapcsolat igen stabil. Ez az affinitás, amely a szén egyik legerõsebb affinitása, talán csak az oxigénnel szembeni affinitásnál gyengébb.

A szén affinitásának másik jellemzõje, hogy a szén kettes affinitási fokonként vegyül, tehát  C2O2 és C2O4,  C4H4 és C4H6,  C6H6 és C6H8, C8H8 és C8H10 stb.:  ezekbõl az utóbbiakból evidens, hogy a szén vegyülési foka kettõ. Ez még nyilvánvalóbbá válik a  C4H4 és a C4H5Cl, vagyis a  stb. összehasonlításából. Sok további bizonyítékot lehetne felhozni, ugyanakkor egyetlen példa sem mond ellent az állításnak. Ebbõl adódik, hogy soha nem lehet például  C2H3 vagy C4H5 képletû vegyületeket elõállítani.

A szerves kémiában mindenhol nyomon követhetõ, hogy a szén mindkét atomjának vegyülési foka kettõ. Ennek a tulajdonságnak az alapján összes vegyület két nagy típusba sorolható.

Az elsõ:  nC2M4.
A második: nC2M4 mM.

Az elsõ típusba tartoznak például az etil-alkoholhoz hasonló alkoholok, észtereik, a zsírsavak stb.

Tehát a metil-alkohol képlete , az etil-alkoholé .

Ezekben a példákban látható, hogy a szén minden kettõs atomjának vegyülési képessége négy (4), s ez a szén vegyülési képességének a végsõ határa az összes eddigi vegyületben. ...



* Gerhardt típuselméletének egyik kritikája Couper nevéhez fûzõdik. Az itt idézett cikk érdekessége, hogy a szerzõ tudományelméleti nézeteit is tartalmazza. Az új rendszer felépítésekor Couper a vegyértékbõl (affinitási fokból) indul ki. (Vö. Kekulé: A kémiai gondolkodás néhány kérdésérõl.)

Vissza http://www.kfki.hu/chemonet/ 
http://www.ch.bme.hu/chemonet/