Egy születésnap kapcsán

Robert Bunsen 1811. március 31-én született Göttingenben. A napokban nem "kerek" évfordulót ünneplünk tehát, de még a jeles naptól függetlenül is érdemes beleolvasnunk Bunsen egyik munkatársa, Roscoe emlékbeszédébe, amely a londoni Chemical Society elõtt hangzott el 1900 márciusában. A beszédet a Természettudományi Közlöny ismertette az olvasókkal 1901-ben. A részletek ebbõl a forrásból származnak.
 

... Bunsen egyik legismertebb találmánya a nevét viselô szén-czink elektromos elem.
Ez elem szerkesztése 1841-ben új korszakot jelentett az elektromosságnak olcsó fejlesztésében. A Grove-féle platinalemeznek szénnel való helyettesítésével Bunsen nem csupán a beruházás költségeit apasztotta, hanem megnövesztette az idôtartamot is, melyen át az áram maximális ereje fentartható. A találmány sikere a Bunsen kieszelte módszeren fordult meg, melylyel a tömény salétromsavnak a szénre való bontó hatását legyôznie sikerült. Ezt a hengerek erôs izzításával érte el, mintegy elôre jelezve a már nagyban ûzött eljárást, t. i. a széncsúcsoknak az elektromos kemenczében izzítás útján való grafitozását, mely ma ipari czélokra általánosan elterjedt. Említésre érdemes, hogy Bunsen már 1843-ban utalt arra a lehetôségre, hogy az elektromos áram világításra is aikalmazható. Leírja, hogy 44 Bunsen-elembôl álló battériát használván, 1171,3 gyertyafénynek megfelelô fény szerezhetô óránként egy font czink költséggel, még pedig olyan fény, "melynek ragyogását a szem alig állja". Azt is hozzáteszi, hogy, ha a széncsúcsokat üveggömbbe zárják, a szénnek az oxidálásból származó rongálódása a legcsekélyebbre csökkenthetô. Szóval, leírja az elsô lépést a modern ívlámpa felé, meIyet általánosan s nagyban is használhatóvá a dinamógép föltalálása tett. ...

Ez azonban esak kezdete volt a munkának, melynek végzésére a Bunsen-elem hivatva volt. Csak 1852-ben, boroszlói tartózkodásakor fordította Bunsen battériájával figyelmét a fémeknek elektrolizis útján való elôállítására. Némely fémet addig nem sikerült egységes átlapotban kapni; másokat pedig annyira parányi mennyiségben birtak csak kiválasztani, hogy fizikai s chemiai tulajdonságaikat tanulmányozni lehetetlen volt.  Az elsô fém, melylyel Bunsen kisérletezett, a magnézium volt, melynek redukczióját Davy hiába kisérlette volt meg; Bussy is csak igen csekély eredménynyel, 1830-ban. Az akadály, mely útjokban állott, abban rejlett, hogy a megolvadt magnéziumgömböcskék könnyebbek az elektroIitül alkalmazott olvasztott magnéziumchloridnál s így képzôdésökkor a felszínre szállnak s ott elégnek. Ennek elkerülésére Bunsen elmésen kieszelte, hogy a szénsarkot, melyen a fém lerakodik, fûrészfog mintájára metszi ki; a magnézium a fog szögletében rakódik le, az olvadt gömböcske tehát nem tud kigurulni belôle. Bunsen a tangens galvanométerrel abszolut egységekben számította ki az elhasznált elektromosságot s úgy taIálta, hogy a redukált magnéziummenynyiség 2,45 g, jóllehet az elméletileg kapott fémmennyiség 4,096 g. Miután elegendô mennyiséget gyûjtött, meghatározta e fém fizikai és chemiai tulajdonságait; kimutatta, hogyan lehet szalaggá sajtolni, s megmérte az égô fém lángjának erejét. Ugy találta, hogy 500 gyertyafénynyel egyenlô.

Mintegy hét évvel késôbb együtt mértük meg az égô magnézium sugárzó fényét s kimutattuk, hogy fotografálásra használható. Ugy találtuk, hogy egy égô magnézium-tekercsfelület, mely, a tengerszín valamely pontjáról nézve, látszólag a Napéval egyenlô nagyságú, e pontra ugyanolyan chemiai hatással van, mint akár maga a Nap, felhôtlen égen, 9o 53'-nyire a szemhatár felett. Összehasonlítva e két fényforrás látható fényét, úgy találtuk, hogy a Nap tányérjának fénye, a mennyire szemmel megmérhetô, 524,7-szer nagyobb az égô magnéziuménál, ha a Nap zenit-távolsága 67o 22'; ugyanezen a zenit-távolságon a Nap chemiai fényereje csupán 36,6-szer nagyobb. Ebbôl a  magnézium-lángnak értéke, mint aktiv chemiai sugarak forrásáé, fotografiai czélokra nyilvánvaló. Egy 0,297 mm vastagságú magnéziumdrót 74 olyan gyertya fényével világít, melybôl öt tesz egy fontot. Ha e fény egy álló perczig tartana, 0,987 m hosszú s 0,120 g súlyú drót égne el. Hogy 74 gyertyafénynyel egyenlô láng 10 óra hosszat égjen, a mire 20 font stearin szükséges, 72.2 g magnézium elegendô volna. Az égô magnézium lángját jeladásra, hadi és tengerészeti czélokra s kivált tûzijátékoknál alkalmazzák.

A Bunsen-elemnek talán legérdekesebb alkalmazása a fémeknek az alkáli földnemekbôl való elôállítása, melyeknek leválasztása addig nem sikerült volt; ezt a munkát rábízta az angol Matthiessen Ágostra, ki Bunsen vezetésével a kérdést sikeresen oldotta meg. Nagy gonddal készítették elô a föltételeket, melyek a redukcziónak leginkább kedveztek. Bunsen már elôbb utalt arra, hogy az áram sûrûsége (azaz a keresztmetszet egységén átömlô áram) fôföltétele annak, hogy az elektromosság a chemiai vonzást legyôzze. E föltétel teljesítésére negativ sarokul nagyon rövid zongorahúrt használtak, melyen a redukált fém olvasztott gyöngyszemek alakjában függ, s melyrôl hamar leszedhetô és petróleumba mártható. Másik szükséges föltétel, hogy az elektrolit olvadó csúcsa lehetôleg kicsiny legyen; ezt pedig úgy érték el, hogy calcium- és stronciumchloridot kevertek össze, s ahhoz az elektrolízis további folyamán némi ammoniumchloridot adtak. E tárgyat 1875-ben a heidelbergi laboratóriumban ismét tovább tanulmányozta Hillebrand és Worton, a kik jelentékeny mennyiségû ceriumot, lanthanumot s didymiumot [ritkaföldfémek keveréke] állítottak így elô, összefüggô fémállápotban.

Azonban a fémek redukcziója nem az égyetlen fontos eredmény volt, melyet Bunsen elemével elért, mert mindjárt kezdetben nevezetes korszakot nyitott vele a szerves chemiában. Ha nátriumhidroxidból elektrolízis útján oxigént s fémgyököt kapunk, vajjon a szerves anyag elektrolízise nem eredményezheti-e a megfelelô szerves gyököt ? Kétségen kivül ilyenforma kérdés támadhatott Bunsen agyában, mikor segédét, Kolbét, az eczetsav és valeriansav elektroliziséhez állította oda. Az így megkezdett s végrehajtott vizsgálódások eredményei (elôbb Kolbe maga, majd Franklanddal együttesen dolgozott), valamint FrankIandnak még gyümölcsözôbb kutatásai a tudomány történetére tartoznak; azt azonban nem mindenki tudja, hogy eredetök a Bunsen-elemre vezethetô vissza.

A czink-szén-salétromsavas battéria mellé Bunsen hatalmas thermoelektromos oszlopot szerkesztett chalkopiritbôl és rézbôl, késôbb pedig állandó czink-szénchrómsavas elemet, mely úgy volt elrendezve, hogy a czink és a szénlemez hirteIen bemártható volt az áramindító folyadékba; s így a battéria tetszés szerinti megszakításokkal mûködhetett. Ezt arra használta, hogy a ritka földek fémjeinek szikraszínképét elôállítsa.

A battériájával összekapcsolt szénsarkakból szerte áradó fény erejének megmérésére Bunsen 1844-ben jól ismert fotométerét szerkesztette. E készülék lényeges része a papiros "korong", melynek közepén zsírfolt van, vagy maga a korong zsíros, s közepében van a zsírtalan, tiszta folt. Erre mondta az akkori trónörökös, a késôbbi Frigyes német császár, Elsternek: "Életemben ma látom elôször, mi hasznát lehet venni a zsírfoltnak." Az eredeti Bunsen-féle fotométerben a korong mögött hosszú deszka közepébe szúrt tengelyhez erôsített zárt dobozban kis láng égett, az világította meg hátulról a korongot; a meghatározandó két fényforrás viszonylagos erejét pedig úgy állapították meg, hogy mindaddig felváltva tologatták ôket a korong két felén elôre-hátra, míg a folt el nem enyészett. Más megfigyelôk késôbb ezt a fotométert módosították, a mi Bunsen szerint nem vált javára, mert a kis lángot s a dobozt elhagyták, s egyszerûen magát a korongot tologatták ide-oda a két szilárdan álló fényforrás közt. Legújabban Preece javasolta az eredeti Bunsen-féle elrendezés felújítását, illetôleg az abban érvényesülô elvet, hogy a viszonylagos fényességet úgy állapítsák meg, hogy a korongnak mindig ugyanazt az oldalát világítsák meg velök s ilykép elkerüljék az áttetszôségébôl eredô tévedést. Bunsen fotométere azonban vagy egyik, vagy másik alakjában sok évig általánosan használatban volt. ...

A munkálkodáson kivül, melyet Bunsen egyedül végzett, kötelességem megemliteni a fény chemiai hatása megmérésére irányuló kutatásnak azt a hosszú és nehéz sorát, a melyben magam is együtt dolgoztam vele. Ez okból természetesen kényes dolog rám nézve e vizsgálat megbirálása. A bajon némileg segíthetek azzal, ha egyszerûen Mayer Richard véleményét idézem, mely Bunsenról írt "Nachruf"-jában található; továbbá Ostwald "Classiker"-jébôl egy kivonatot, melylyel jegyzetét bevégzi. ...

"Az 1855-iki évet kiválóan nevezetessé tette az a körülmény, hogy ez évben jelentek meg az elsô közlemények ama fotochemiai kutatásokról, melyeket Bunsen Roscoe-val együttesen végzett. E kutatásokat Ostwald egyszerûen "klasszikus példák"-nak mondja minden további kutatásra a fizikai chemia terén."

"A vizsgálódást Gay-Lussacnak s Thénardnak ama fölfedezésére alapították, hogy a fény egyenlô térfogatú chlór és hidrogén keverékére hatással van, mely keveréket az erôs fény robbanó vegyületté változtatja, gyöngébb fény hatására pedig a chemiai egyesülés lassabban megy végbe. Draper már 1843-ban hasznát vette e tulajdonságnak egy aktinométer szerkesztésében, melyet ô "tithonométer"-nek nevezett el. Ez azonban megbizható eszközzé csupán Bunsen és Roscoe kezében vált. Ez eszközzel fölszerelve, ôk rendkivüli nehézségek legyôzése után meghatározták a fény chemiai hatásának legfontosabb törvényeit. Ezt a készüléket, minthogy a velebánás sok nehézséggel járt, késôbb a sokkal alkalmasabb ezüstchloridos aktinométerrel helyettesítették.

Az elsô megállapított tény az volt, hogy a chemiailag ható sugarak ugyanazon törvények szerint verôdnek vissza és nyelôdnek eI, mint a látható sugarak, s hogy erejök a távolság négyzetével csökken.. Az a kérdés, vajjon energia használódik-e el a fotochemiai vegyület létrehozásakor, melyért azzal egyértékû fénytömeg tûnik el vagy, hogy e hatást, miként valamely forrás felszabadulását, a chemiai sugarak hozzák-e létre, számbavehetô fényveszteség nélkül az elsô felfogás javára dôlt el; a tüneményt a szerzôk fotochemiai extinctio-nak nevezték el.

Másik, igen fontos tünemény, melyre elôször a szerzôk mutattak rá, a fotochemiai indukczió. Ez abban áll, hogy a fény hatása az érzékeny chlór- és hidrogénkeverékre (chlór-durranó-gáz) nem kezdôdik teljes erôvel, hanem csak lassan növekedik, míg, bizonyos idô mulva, szabályos és maximális erejét el nem éri. Ez indukczió kielégítô magyarázata, s még inkább elmélete máig is hiányzik. Csak nemrég bizonyították be, hogy a fotochemiai hatás kizárólag a beesô fény mennyiségétôl függ, s teljesen független az idôtartamtól, a meddig a megvilágítás tart.

A szerves életre való nagy és fontos fotochemiai hatás, fôkép a növények aszszimilácziójában, a fotochemiai mérések alkalmazását a meteorológiai és éghajlati tüneményekre kiválóan érdekessé teszi. E téren a nehézségek óriásiak voltak. Elôször is abszolut egységet kellett találni a chemiai sugárzásra. Egy szénoxidláng, mely chemiailag igen erôsen ható sugarakat bocsát ki, s a levegôn gondosan megszabott föltételek közt épp megfelelt a kivánalomnak. Ugy találták, hogy a felhôs égrôl visszaverôdô fénynek chemiai hatásán észrevehetô szabályosság nincs, de a szabályosság legott jelenkezett, mihelyt akár felhôtlen volt az ég, akár pedig közvetetlen napfényt alkalmaztak. A délelôtti és délutáni napi görbék szimmetriásak voltak; közvetetlen napfényben e görbék természetesen sokkal magasabbak voltak, mint szétszórt besugárzás alkalmával; sôt a földrajzi széllességnek igen nagy hatását is pontosan kiszámították.

A chemiai hatásnak a beesô fény hullámhosszától való függését is gondosan tanulmányozták; az eredmény az volt, hogy a legerôsebb hatás a Fraunhofer-féle G és H vonalak közé esô ibolyaszínû sugaraktól ered; a görbe a színkép vörös vége felé hirtelen esik, ellenben a másik oldalon messze benyúlik az ibolyántúli részbe. Szigorúan véve, ez csak a chlór és hidrogén keverékére áll; a tapasztalat azonban sok más fényérzô anyagon is hasonló magatartásról tesz bizonyságot, jóllehet némely esetben a chemiai hatás eloszlása a spektrumra lényegesen más.

A fotochemiai kutatásokról szóló e rövid beszámoló távolról sem méltatja azokat kellôleg. A chemiai, fizikai és számító kutatásnak, a kisérIetek kieszelésében nyilvánuló éleselméjûségnek s véghezvitelök közben a türelemnek és kitartásnak, a legcsekélyebb jelenséget is illetô beható gondosságnak és a legnagyobb fontosságú meteorológiai-kozmikai viszonyok iránt tanusított ilyfokú éleslátásnak ekkora összegét nem találjuk meg e téren egyetlen más tudományos munkában sem. "(Ostwald.) ...

Bunsen összes kutatásai közt az, melyet idõk folytával is kétségkivül legelsônek fognak tekinteni, a színképelemzés.

Bunsen legfontosabb fölfedezése boroszlói rövid tartózkodása alatt Kirchhoff fölfedezése volt, ki akkor az ottani egyetemen a fizikát tanította s kinek nagy tehetségét a korosabb Bunsen legott fölismerte. Alig ment át JoIIy 1854-ben Münchenbe, Bunsennek gondja volt rá, hogy helyét a heidelbergi egyetem fizikai tanszékében Kirchhoff foglalja el. Igy jött létre az a nagy együttes kutatás, mely e két tudós nevét az egész világon ismertté tette. Fölfedezésök fontosságára kitérnem fölösleges volna; a tudomány ez ágának növekedését magasságában, terjedelmében és mélységében nyomon követnem lehetetlenség. Be kell érnem annyivaI, hogy a fölfedezés eredetét röviden megemlítsem, s hogy Bunsen mûvében némely dologra rámutassak, mely a chemikus szempontjából kiválóan érdekes. Mindjárt elöljáróba legyen szabad Bunsen saját szavaival adnom elô Kirchhoff nagy fölfedezésének történetét, t. i. a Fraunhofer-féle vonalak teljes magyarázatát.a Nap színképében, melylyel megjelölte útját a Nap s az állócsillagok chemiai összetétele megismerésének, azonkivül saját módszerének, melylyel a színkép-elemzés elveit a földi anyagok vizsgálására alkalmazta.

Bunsen egy hozzám (1859. november 15-ikén) intézett levelében ezt írja:

"Ez idô szerint Kirchhoff-fal együtt olyan kutatásba vagyunk merülve, mely éjjel sem hagy aludnunk. Kirchhoff gyönyörû, váratlan fölfedezést tett: fölfedezte a Nap színképében levõ sötét vonalak okát s módot talált rá, hogy e vonalakat a Nap színképében vastagítsa, valamint arra is, hogy a láng folytonos színképében mesterségesen elôidézze, mikor is helyzetök a Fraunhofer-féle vonalakéval azonos. Ily módon ki van jelölve az út, melyen a Nap s az álló csillagok chemiai alkata ép olyan biztosan meghatározható, mint a hogy meghatározzuk reagenseink segítségével a SO3 s a Cl jelenlétét. E módszerrel a földi anyagok összetétele is megállapítható, s az alkotó részek megkülönböztethetôk, ép olyan könnyen és finoman, mint a Napban levô anyagoké; így a lithium jelenlétét 20 g tengervízben ki tudtam mutatni. Sok anyag kimutatására ez a módszer jobb valamennyi eddigi eljárásunknál. Igy, ha lithiumból, káliumból, nátriumból, báriumból, strontiumból és calciumból álló keveréket akarunk meghatározni, elég a keverékbôl egy milligrammot tenni készülékünkbe, hogy az összes fent elsorolt elemek jelenlétét puszta megfigyelés útján megállapíthassuk. E reakcziók némeIyike csodálatosan finom. Igy pl. lehetséges 0,005 milligramm lithiumot a legnagyobb könnyûséggel és biztossággal megállapítani, s én e fém jelenlétét csaknem minden szem hamuzsírban kimutattam."

A következô levél az elsô hírt adja arról, hogy Bunsen a caesiumot fölfedezte. Csak egy hónappal késôbb, 1860. május 10-ikén, közölte fölfedezését a berlini tudományos akadémiával:

"Heidelberg, 1860. április
Kedves Barátom!

Weltzien egy héttel ezelôtt Párisba ment s engem is sürgetett, hogy menjek vele; szerencsétlenségemre nem hagyhattam félbe egyik munkámat, melyet a szünetre halasztottam, s így kénytelen voltam lemondani az örömrôl, hogy Önt Párisban megláthassam s magam mondjam el, milyen gyönyörûségem telt kutatásaimban. Nehezteljen rám, édes Roscoe, hogy fénykutatásainkat nem folytattam. Félbe hagytam minden egyebet, mivel a színkép-elemzéssel megbizonyosodtam, hogy a káliumon, nátriumon és lithiumon kivül még egy negyedik alkáli fémnek is kell lennie, s minden idômet az foglalta el, hogy ez új elem némely vegyületét kiválasztani próbálgassam. A hol ez elem jelenléte gyanítható, olyan parányi mennyiségben fordul elô, hogy csaknem lemondtam kiválaszthatásának reményérôl, hacsak olyan anyagra nem akadok, melyben nagyobb mennyiségben tatálható."

1860. november 6-ikán így irja le e fém kutatását:

"Igen kedvezett a szerencse az új fémem dolgában. 50 grammot kaptam csaknem chemiailag tiszta chlór-platina vegyületébôl. Igaz, hogy ezt az 50 grammot nem kevesebb, mint 40 tonna ásványvízbôl állítottam elô, a melybôl melléktermékül 2,5 font lithiumcarbonát is készült. Az új fémet caesium-nak nevezem (caesius = kék), vonalának a színképben való tündöklô kék színérôl. Jövô vasárnap talán ráérek atómsúlyának elsô meghatározására."

Az elmebeli s kézi ügyesség oly ritka egyesülése, mely Bunsenre jellemzô, soha ily szembeötlôen nem nyilvánult, mint a caesium-vegyületek elemzésében. Azzal a 17 gramm, a fent leírt módon szerzett caesium-chloriddal sikerült nem csupán valamennyi fontosabb caesium-vegyületet elôállítnia és elemeznie, hanem az illetô sókat sikerült úgy kikristályosítania is, hogy kristályalakjokat is meghatározhatta, s azután valamennyi szükséges adatot megállapított, hogy ez új elemnek s vegyületeinek helyzetét a rokon káliummal s nátriummal szemben kijelölhesse.

Az egész tudós világ tudja, hogy a caesium fölfedezése után kisvártatva Bunsen egy új elem, a rubidium fölfedezésével lepte meg a világot; másfelõl a színképelemzés alkalmazása 1861-ben a thallium, 1863-ban az indium, 1875-ben a gallium, 1879-ben a scandium, 1886-ban a germanium fölfedezésére vezetett; de ezeken kívül híre támadt olyan új fémek fölfedezésének is, melyeknek létezése több volt a kétesnél. Ezekre czélozva írta nekem: "Az a léha mód, melyen mai nap tuczatszámra fedezgetnek föl új fémeket és bocsátnak világgá illendôkép megkeresztelve, bizonynyal nem nyereség a tudományra; csak a késôbbi elemzôk fogják majd eldönteni, mi új és hasznavehetô marad ez elemchaoszból." ...

A mai "léhaságok" megítélése ugyancsak a késõbbi elemzõkre vár.
 

2001. március 
Teázó http://www.chemonet.hu/
http://www.kfki.hu/chemonet/