Torbern Bergman
(17351784)

Az affinitásról

De attractionibus electivis
Részletek
N. Actes d'Upsal, 3 (1775)

(in: Henry Marshall Leicester and Herbert S. Klickstein, A Source Book in Chemistry 1400-1900 (Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts, 1963)


Többféle vonzást különböztethetünk meg. Itt csak a legfontosabbakat említem meg röviden. Amikor homogén anyagok egyesülnek, csak a tömeg növekszik, az anyag természete ugyanaz marad; ezt a hatást aggregációs vonzásnak nevezzük. De ha heterogén anyagokat keverünk össze, és hagyjuk, hogy vegyületeket képezzenek, nem a mennyiség, hanem a minõség különbsége játszik inkább szerepet. Ezt vegyülési vonzásnak nevezzük; s ha két vagy több anyag egyesülésében nyilvánul meg csupán, az oldási vagy fúziós [ömlesztési] vonzás nevet kapja attól függõen, hogy nedves vagy száraz úton játszódik le. Ha három anyag között megy végbe, és az egyik kiszorításával jár, egyszeres választó vonzás [az eredetiben: single elective attraction] a neve; és ha két olyan vegyület között lép fel, amelyek mindegyike csak két princípiumból [alkotórészbõl] áll, melyek kicserélõdnek a keveredés hatására, kettõs vonzásnak nevezzük. Az utóbbi kettõt vizsgálom most meg közelebbrõl.

II. Egyszeres választó vonzások
Tegyük fel, hogy A olyan anyag, amelyet más heterogén anyagok (a, b, c stb.) vonzanak; tegyük fel továbbá, hogy A telítésig vegyült c-vel (ezt az együttest Ac-nek nevezem), de b hozzáadásakor A b-vel egyesül c kiszorítása mellett. Ekkor azt mondhatjuk, hogy A erõsebben vonzza b-t, mint c-t, vagy erõsebb egyszeres választó vonzást mutat felé. Végül az Ab együttes váljon szét az a hozzáadásakor, lökje ki b-t, és A válassza helyette a-t; ekkor a vonzóereje meghaladja b-ét, és hatásosságuk sorrendjében az a, b, c sorozatot állíthatjuk fel. Amit itt vonzásnak nevezek, mások affinitásnak hívnak; a két kifejezést felváltva használom a következõkben, bár az utóbbi, mivel inkább átvitt értelmû, kevésbé tûnik helyesnek a tudományban.

Geoffroy 1718-ban elõször állította sorokba a választó vonzásokat úgy, hogy egy táblázatban bizony rend szerint helyezte el az anyagok kémiai jelét. Néhányan dicsérik, mások szidják ezt a csodálatos rendszert. Az egyik tábor azt mondja, hogy az affinitásokat megszabott törvények uralják, mások szerint az affinitások bizonytalanok, és csak a körülményektõl függnek.

Mármost, mivel minden kémiai mûvelet vagy analízis, vagy szintézis, vegyülés vagy bomlás, és mindkettõ a vonzástól függ, minden bizonnyal igen fontos a vita eldöntése. Egy vagy két esetleg rosszul értelmezett szabálytalanság okán ne vessük el az egész elméletet, inkább nagy gonddal folytassuk a kísérleteket. Ha végül azt találjuk, hogy a vonzások a körülményektõl függnek, levonjuk-e azt a következtetést, hogy haszontalan azoknak a hatásoknak az ismerete, amelyek segítik, akadályozzák vagy zavarják õket? Semmiképpen sem, sõt ez a tudás rendkívül hasznos lesz. A természetben nem egyetlen jelenség van, hanem a jelenségek bizonyos körülményekhez kapcsolódnak, így amikor ezek hiányoznak, egy adott jelenség vagy meg sem mutatkozik, vagy alkalmanként változik. Ebbõl a tudomány számára az következik, hogy az okok változásait és kombinációit minden mûveletben pontosan kell ismerni, amennyiben ez a tudás megszerezhetõ; s a vonzások szigorú vizsgálatának haszna reményeim szerint világosan megmutatkozik a következõ lapokon bemutatott példákból.

Ha azonban, éppen ellenkezõleg, megszabott rend áll fenn, és errõl tapasztalatok útján meggyõzõdünk, nem szolgál-e ez kulcsként a természet legbensõ szentélyének felnyitásához, a legbonyolultabb analitikus vagy szintetikus problémák megoldásához? Ezért nemcsak azt a véleményemet tartom fenn, hogy az elmélet megérdemli a finomítást, hanem azt is, hogy az egész kémia úgy támaszkodik rá, mint szilárd alapra, legalábbis akkor, ha azt szeretnénk, hogy a tudomány a rációra épüljön, és mûködéseinek minden körülményét világosan és helyesen magyarázhassuk meg. Hagyjuk, hogy a kétkedõk elõítéletek nélkül vizsgálják meg a következõ észleléseket, és ellenõrizzék a kísérleteket.

III. Állandó-e a vonzások sorrendje?
Ezt a kérdést csak a következõk alapján lehet helyesen megválaszolni. De érintsük elõbb azt a kérdést, hogy várható-e olyan állandó sorozat, mint amilyet az elõzõ bekezdésben említettünk?  Elõfordulahatnak-e olyan körülmények, hogy nemcsak a szorítja ki b-t, hanem b is a-t? Kiszoríthatja-e esetleg c a-t, ha b mindig eltávolítja c-t? Nagy gonddal és türelemmel forduljunk a kísérlethez, a természet jósdájához, és biztosan megtaláljuk azt a kulcsot, amely kivezet bennünket ebbõl a labirintusból.

Távol álljon tõlem azoknak az általános szabályoknak a bizonyítása, hogy a földeket [fém-oxidok] és a fémeket a lúgok mindig kicsapják, a fémeket pedig a földek csapják ki, mert ezek a szabályok gyakran hibásak. Számos megbízható megfigyelésünk van azonban. Tudjuk például, hogy az illékony alkálit [ammónia] kiszorítja a kötött alkáli és a meszes föld [kalcium-oxid]; hogy a higanyt és az ezüstöt a salétromsavból és a vitriolsavból [kénsav] kicsapja réz, amelyet pedig a vas választ ki. Az ezüstöt, a higanyt és az ólmot, az ókoriak "fehér fém"-eit, a salétromsavból mind a vitriolsav, mind a só savja kiválasztja. Ezek és más régóta ismert tények nem azt mutatják-e, hogy állandó sorrend van a különbözõ anyagok között? Sok más világos bizonyíték jelenik meg a vonzások új táblázatában, amelyet a megfelelõ helyen közlök (a XII-LXX. fejezetben). A tüzetes vizsgálat nyomán a problémák eltûnnek, s tudomásom szerint egyetlen egyet sem vetettek fel, amely inkonzisztens lenne egy folytonos sorozattal. De ha ez lenne is a helyzet, úgyanúgy, mint a természetfilozófia más ágaiban, a szokásostól eltérõ néhány jelenséget üstökösnek kell tekinteni, amelynek pályáját még nem tudjuk meghatározni, mert eddig nem figyeltük meg kellõképpen. Az ismételt megfigyelések és a megfelelõ kísérletek idõvel eloszlatják a sötétséget.

Annak érdekében, hogy három, egymással összekevert anyag hatását egyszerre szemügyre vehessük, kigondoltam egy szimbólumokat alkalmazó módszert. Helyesnek tûnik, hogy egy példával mutassam be.

Az I. tábla 20. rajza alapján készült vázlat

Az I. tábla 20. rajza a meszes máj [kalcium-szulfid] bomlását mutatja a vitriolsav hatására. A bal oldalon látható a máj, amelyet egyesült princípiumainak jelei képviselnek. A függõleges zárójelben ezeket a princípiumokat szétválva látjuk, egymás fölött. Jobbra, a meszes földével szemben a vitriolsav jele látható; középen áll a víz jele, ami arra utal, hogy a három anyag, amely a vizet körülveszi, szabadon kifejti rá vonzó hatását. Mármost, mivel a vitriolsav a meszes földet erõsebben vonzza, mint a kén, szétrombolja a máj vegyületét. Mivel a kiszorított kén oldhatatlan, leesik alulra: ezt az alsó, vízszintes fél zárójel felfelé fordított hegye jelzi. Az új vegyület, a vitriolos meszes föld (gipsz) szintén leülepszik, hacsak a víz mennyisége nem nagyon nagy, ezért a fölsõ zárójel hegye is lefelé fordul. A teljes vízszintes zárójel új vegyületet jelöl, míg a fél zárójel csak azt mutatja a hegyével, hogy az az anyag, ahonnan indul a zárójel, a folyadékban marad-e, vagy kiülepszik. A vízszintes zárójelek hiánya azt jelzi, hogy az eredeti anyag egészben marad. Csak annak a vegyületnek van helye a jobb oldalon, amely változatlanul megmarad, mert ha elbomlik, új eset áll fenn, amelyrõl késõbb szólunk (V.). A szárazon végzett mûveleteket [a fúziót] a tûz jelével különböztetjük meg, melyet középen helyezünk el.

IV. A hõ fokának különbsége néha különbséget kelt a választó vonzásokban
A hõ különbözõ erõssége az az egyetlen külsõ körülmény, amely csökkenti vagy teljesen megfordítja a kísérletnek alávetett anyagok affinitását. De ez az ok csak azokban az esetekben fejtheti ki hatását, amikor ugyanaz a hõmérséklet egyes anyagokat a többinél sokkal illékonyabbá tesz.

Tegyük fel, hogy A-t két másik anyag vonzza; az erõsebb közönséges hõmérsékleten hasson a erõvel, a gyengébb b erõvel. Tegyük fel azt is, hogy az elõzõ illékonyabb, s azt az erõfeszítést, amelyet a felemelkedés érdekében fejt ki, jelölje V, a másikét v. Amikor ezt a három anyagot összekeverjük, az erõsebb ab erõvel vonzza A-t. Ha azonban a hõt fokozatosan emeljük, ez a nagyobb erõ egyre inkább csökken, és mivel V gyorsabban nõ v-nél, végül ab=Vv lesz. Ezt az egyensúlyi állapotot azonnal megszünteti a legkisebb közölt hõmennyiség, és így b, amely az elõbb még a gyengébb volt, és semmilyen hatást nem tudott gyakorolni, most dominál. Ha a másik anyag teljesen kötött természetû, v=0, és az eset egyszerûsödik.  Ezután sok ilyen eset fordul elõ.

Azt hiszem, ezek alapján általában nyilvánvaló, hogy azok a valódi vonzások, amelyek a magukra hagyott anyagokban mennek végbe: a túlságosan erõs hõ olyan külsõ ok, amely erõsen csökkenti a valódi affinitásokat, és egyes esetekben teljesen meg is változtatja õket. Mivel azonban sok mûveletet nem végezhetünk el a hõ nélkül, és ennek a rendkívül szubtilis fluidumnak az ereje igen érdemes a vizsgálatra, úgy gondolom, hogy a választó vonzások táblázatát két területre kellene osztani; a fölsõ mutathatja a valódi vonzásokat, amelyek az úgynevezett nedves állapotban [oldatban] hatnak, és az alsó azokat, amelyekre a hõ ereje hat. Ezt könnyen megtehetjük, mert egyelõre semmilyen más külsõ körülményt nem ismerünk, amelyet érdemes lenne figyelembe venni. Ha a belsõ körülmények valamilyen eltérést okoznának, ez vagy csak látszólagos, vagy az anyagok természertében valódi változás megy végbe. Nem tagadhatjuk, hogy az illékony anyagok a hõanyaggal vegyülve megváltoznak, de ez a változás rövid ideig tart, mert hûtés hatására teljesen eltûnik, bár addig nem, amíg a kívánt szétválás végbe nem ment.

Nyilvánvaló tehát, hogy az affinitások állandósága ellen felhozott különbözõ érveléseket illetõen milyen véleményt kell alkotnunk a keverékek desztillációja, szublimációja vagy olvasztása alapján: a hõ néha olyan hatásos, hogy az erõs emésztés, vagy akár az egyes anyagok vegyülésekor keletkezõ meleg elegendõ a szokásos sorrend megzavarására. ...

X. Hogyan határozzuk meg az egyszeres választó vonzásokat?
A felmerülõ nehézségek számbavétele után fordítsuk figyelmünket a tárgyra. Tegyük fel, hogy a, b, c, d stb. különbözõ anyag, és meg kell állapítanunk, hogy milyen erõvel vonzza A-t.

a) Oldjuk fel Ad-t (vagyis a d-vel telített A-t) desztillált vízben, majd adjunk hozzá egy kevés c-t, amely vagy oldódik vízben, vagy nem. Elõször hagyjuk feloldódni; ezután koncentrált oldatot kell használnunk, amely az Ad oldatába csöppentve néha azonnal csapadékot vált ki. Ha ezt összegyûjtjük és megmossuk, azt látjuk, hogy vagy jellegzetes tulajdonságokkal bíró új vegyületet kapunk, Ac-t, vagy d kiszorul, vagy néha mindkét eset elõfordul. Most azt kell megvizsgálnunk, hogy a teljes d-t kiszoríthatja-e elegendõ mennyiségû c az elõzõ együttesbõl. Általánosságban meg kell jegyezni, hogy a vegyületlen A telítéséhez a bomlást kiváltó c mennyiségének idõnként a kétszeresére, háromszorosára, esetleg a hatszorosára is szükség lehet. Ha c még több óra alatt sem okoz szétválást, hagyjuk, hogy a folyadék kikristályosodjon, vagy spontán párolgás útján száradjon ki; az erõs hõt kerüljük el, mert megzavarja az affinitásokat (IV.). Az anyagok formájának, ízének, oldhatóságának, kivirágzási tendenciájának és más tulajdonságainak, még azoknak is, amelyek más szempontból jelentéktelennek tûnnek, nagy szerepük van annak biztonságos megállapításában, hogy végbement-e bomlás és milyen bomlás ment végbe. Néha a szabadon levõ anyag, akár a hozzáadott, akár a kiszorított anyagról legyen is szó, sok gondot okoz, mert elfedi a többi valódi természetét, ezért ha lehet, el kell távolítani a körülményektõl függõen vagy vízzel, vagy szesszel.

Tegyük fel ezután, hogy c nem oldódik, mint ahogy például a fémek sem, s egy fényes és tiszta lapját tegyük bele az Ad oldatba, majd figyeljük meg, hogy kicsapódik-e valami. Ha egymás után több vékony lemezt helyezünk el, meglátjuk, hogy a d-nek csak egy része vagy az egész különválik-e. Néha nem játszódik le bomlás akkor sem, ha a fém felületét egy kicsit megreszeltük, hacsak nem használunk egy kis fölösleg savat, s amennyire megállapíthattam, nem jár mindig következménnyel, hogy a fölösleg sav olyan természetû-e, mint amit az Ad tartalmaz, vagy sem.

Ha az Ad és az Ac közül csak az egyik oldódik többször lepárolt szeszben, aligha van szükség bepárlásra, mert ha a keveréket hagyjuk néhány órát állni, majd hozzáadjuk a szeszt, azt, ami nem oldódott fel benne, elválaszthatjuk.

A szag is gyakran jelzi, hogy mi megy végbe. Így a szabaddá váló ecetet, hangyasavat, a só savját, a salétromsavat, az illékony alkálit könnyen felismerjük. A tapasztalt nyelvnek az íz is gyakran ad információt.

b) Kezeljük Ad-t ezután b-vel és a-val stb., külön-külön, azonos módon.

c) Ac-t, Ab-t és Aa-t vizsgáljuk meg hasonló módon.

Ezzel a vizsgálattal, ha megfelelõen végezzük, megállapíthatjuk a vonzások sorrendjét. A feladat azonban próbára teszi a kémikus minden türelmét, szorgalmát, pontosságát, tudását és tapasztalatát. Tegyük fel, hogy csak öt anyagot vizsgálunk meg, (a-t, b-t, c-t, d-t és e-t) A-val összehasonlítva; ekkor húsz különbözõ kísérletre van szükségünk, amelyek mindegyike több másikat foglal magába: egy tíz anyagból álló sorozat kilencven kísérletet kíván meg, és általában, ha a sorzat tagjainak száma n, n(n1) lesz a kísérletek száma.

d) Minden a-val, c-vel, d-vel képezett vegyületet a száraz módszerrel is hasonlóképpen meg kell vizsgálni. Ennek tégelyben vagy ha lehet, izzásig hevített retortában kell zajlania, hogy egyszersmind az illékony részt is összegyûjthessük.

Általában ezt a módszert alkalmaztam; a munka folytatása során talán több rövidebb utat is fel lehet fedezni, ami legalább bizonyos esetekben elõnyösebb. De óvatosnak kell lennünk, hogy a fent leírt kivételekbõl eredõ téves következtetésektõl megóvjuk magunkat.

XI. Az új vonzási táblázat szükségessége
Jelenlegi táblázataink kevés anyagot tartalmaznak, és ezeket csak néhány másikkal hasonlítják össze. Szerzõiket nem illeti szemrehányás, hiszen a feladat munkaigényes és hosszú. Bár minden szorgalmamat és sok más lehetséges eszközt latba vetettem, távolról sem állíthatom, hogy amit felajánlok, tökéletes, mivel biztosan tudom, hogy a most javasolt kezdeményezés több mint 30000 pontos kísérletet kíván, mielõtt a tökéletesség bármely fokára eljutna. De az élet rövidségére és bizonytalan egészségi állapotomra való tekintettel úgy döntöttem, hogy a nyilvánosság elé bocsátom megfigyeléseimet, bármennyire hiányosak is, nehogy papírjaimmal együtt elenyésszenek; s a lehetõ legrövidebben beszélek róluk. Önmagában nem sok jeelntõsége van annak, hogy ki gazdagítja a tudományt, hogy igazságait én fedezem-e fel vagy más. Ha Isten életet, egészséget és idõt ad rá, folytatom a megkezdett munkát. Most elmondom, milyen cél lebeg a szemem elõtt, és mik a terveim. Ha a tudomány mesterei jóváhagyják, remélem, sokan segítségemre lesznek, mert könnyebb egy-két oszlopot elkészíteni, mint az egészet befejezni: a kémiában elõforduló egyszerûbb anyagok közül sokat bemutatok. Ezek közül többrõl elmondhatjuk, hogy nemcsak vegyület, hanem könnyen elválik princípiumaira, például májra, kénre, tökéletlen fémekre stb. Itt azonban csak annyira szamítanak, amennyire befolyásolják a vegyülést és a bomlást: ha alkotórészeik szétválnak, kettõs vonzás lép fel, amelyet ez a táblázat nem tartalmaz.

Felvettem továbbá sok újabban felfedezett, bizonytalan eredetû és összetételû anyagot is, például a fluor, az arzén, a borkõ, a cukor savját [oxálsav]; a földeket, a magnézium földjét és a terra ponderosát [magnézium-oxid és bárium-oxid], a fémeket, a platinát, a nikkelt, a mangánt és a szideritet, amelyek mindegyike több helyen is szerepel. Eredetük homályát tekintve ezek az anyagok nem különböznek a legrégebben ismertektõl. Akkor sem zárhatjuk ki õket, ha a többiekbõl származnak, mert most már különböznek tõlük, állandó tulajdonságaik vannak, bomlás nélkül fejtik ki vonzóerejüket, és tetszés szerint megkaphatjuk õket tökéletesen hasonló alakban. Ezért helyénvaló erejük vizsgálata. Minden általunk használt anyag valószínûleg vegyület, és bár jelenleg nem vesszük figyelembe princípiumaikat, késõbb kimutathatjuk õket.

A táblázat fölsõ rétege, ha nevezhetem így, ötvenkilenc téglalapot tartalmaz vízszintesen elhelyezve. Ezek ötvenkilenc különbözõ anyagot jelölnek a korábban használt vagy új jelekkel. Most egymást követõ sorszámokkal is felsorolom õket, mert nincs olyan anyag a következõkben, amely az elsõk között ne fordulna elõ.  ...

Ezek az anyagok az oszlopok tetejére kerültek. Az alattuk levõk olyan kapcsolatban állnak velük, hogy minél közelebb vannak hozzájuk, annál erõsebben vonzzák õket. Ezért az egyes oszlopoknak nemcsak annak az ötvenkilenc anyagnak mindegyikét kell mutatnia, amely képes a legfölül levõ fõ anyaggal vegyülni, hanem az anyagok elrendezésének vegyülési sorrendjét is követnie kell. A harmincadik réteget kettõs vonal különbözteti meg a többitõl, mert ez az elsõ, amelyik a száraz módszerhez tartozik. Az itteni sorokban elhelyezett anyagok is az oszlopok tetején levõ anyagokra vonatkoznak.

Végül nemcsak az oszlopokat, hanem a vízszintes sorokat is számokkal jelöltem meg oldalt, hogy az egyes téglalapokat könnyen megtaláljuk és hivatkozhassunk rájuk. Az új anyagok miatt az egyszeres választó vonzások táblázatát két részre kell osztanom, és ha több kísérlet után több anyagot kell elhelyezni, mint amennyit a kettõ befogadhat, a táblázatot négy részre lehet osztani; az elsõ lehet a savaké, a második a lúgoké és a földeké, a harmadik az éghetõ anyagoké és a negyedik a fémeké.


 

Részlet Bergman affinitási táblázatának angol fordításából (1785)


Klasszikus cikkek http://www.kfki.hu/chemonet/
http://www.chemonet.hu/