Dr. Székely Tamás:
Molekulaszerkezet-tulajdonságok, degradációskinetika Lengyel Béla munkásságában
A jó kertész sikerei általában két tényezőre vezethetők vissza: jól választja ki, hogy mit ültet, és utána jól ápolja. Lengyel Béla jó kertész volt: jó témákat választott és mindent megtett azért, hogy azok sikeresen fejlődjenek. Témaválasztása természetesen nem volt független életpályájától: igyekezett az általa megkezdett úton továbbhaladni, de abban az időben, mikor visszakerült az egyetemi pályára, már saját érdeklődését az akkori szakmai aktualitások is befolyásolták. Így használta ki optimálisan meglévő lehetőségeit, majd azt bővíteni is törekedett. Jómagam még hallgatóként ismertem meg: termodinamikai speciálkollégiumot tartott számunkra, végzősök számára. Oktatói témaválasztása talán furcsának tűnt, hiszen mi termodinamikával a „fiz-kém” tárgy részeként már az előzőekben találkoztunk, sőt abból szigorlatoztunk is. Mégis utóbb beláttuk, hogy Lengyel Béla nem ok nélkül igyekezett az akkor tradicionális – leginkább a német iskolához tartozó – felfogással szemben egy másikat – inkább az angolszász iskolához közelálló- szemléletet bemutatni. Később már, mint fiatal asszisztensek megtudtuk, hogy a termodinamika mellett a reakciókinetika is érdeklődése előterében van, de inkább e diszciplinák alkalmazása, mint önmagáért történő művelése foglalkoztatja. Jómagam, majd utóbb közvetlen munkatársaim Lengyel Béla érdeklődésének ebbe a vonalába kerültünk. Ehhez járult az is, hogy mivel, előző munkáiból határozott érdeklődése a szilikátok felé fordult, nyitni kívánt a szilícium-kémia felé szélesebb körben is. Ezért kezdeményezte a tanszéken a kovalens szilíciumvegyületekkel és a szilikonokkal kapcsolatos kutatást. Az ötvenes években kezdtünk néhányan klórszilánok alkilezésével foglalkozni Erre az akkor eléggé egzotikusnak tűnő aluminiumorganikus vegyületeket használtuk az elterjedt Grignard reagens-család helyett. [1] [2] A kutatás egyrészt a metil-klór-szilánok előállítását, másrészt az alkilezési reakció kinetikája felderítését szolgálta.
Reakciókinetikai vizsgálataink arra az érdekes eredményre vezettek, hogy a reakcióban szubsztinens-cserék játszódnak le, ennek során egyensúly jön létre, s ebben az aluminium-alkil vegyületekből keletkező alumínium-kloridnak jelentős katalitikus szerepe van. Ezen reakciókinetikai és termodinamikai témakörnek két elméleti és egy gyakorlati érdekessége volt. Elméleti érdekességnek tűnt, hogy a termékeloszlás majdnem véletlenszerű, tehát a Grignard-reakciókkal ellentétben nem egyértelműen csak az alkilezés felé halad. A másik felismerés pedig az volt, hogy az érzékeny, piroforos aluminiumorganikus vegyület 250 0C-on és elég nagy nyomáson a fémorganikus vegyületekről kialakult képpel ellentétben eléggé
stabil, s számottevő bomlás, krakkolódás nem következik be, ehelyett valóban a bevitt szubsztinensekkel lehet mintegy végkoncentrációként is számolni. Külön érdekesség, hogy a klórszubsztinensek száma a szilícium atomon kinetikailag jelentős szerepet játszik, s így a véletlenszerű gyökcsere egyensúlyi állapotára is hatása van, így az módosítottan sztochasztikus eloszlás. Gyakorlatilag érdekesnek mondható, hogy a fenti felismerésekből ipari eljárás is született, és ha a Ziegler-Natta katalizátor gyártása akkor már úgy folyt volna, mint napjainkban, mikor a poliolefinipar százezer tonnás méreteit kell kiszolgálni, úgy esetleg kevesebb ellenállásba ütközött volna az ilyen vegyületekkel történő nagyipari művelet elfogadtatása. Hozzá kell tennem, hogy e cél eléréséért Lengyel Béla sokat tett, nem is eredmény nélkül, így legalább a sikeres kísérleti üzemi termelésig eljutottunk.
Lengyel Béla a szakmában – de az élet más területén is - rendkívül kritikus volt. Nehéz volt meggyőzni egy felismerés igazságáról de saját magát is nagy munkával tudta csak egy publikáció megfogalmazásának teljes korrektségéről megbizonyosítani. Ez a habitusa a reakciókinetika illetve a molekulaszerkezet és a reakcióképesség összefüggése vizsgálata terén hangsúlyossá vált, hiszen e téren gyakran találunk zsákutcákat. A szilíciumkémia pedig az ilyen reaktivitási problémáktól volt hangos az ötvenes-hatvanas években. Melyek voltak a nagy témák: a szén és szilícium eltérő és hasonló volta, a szilikátok és szilikonok hő-stabilitásának eltérő és hasonló jellege, a molekulaszerkezet – szilikátoknál közismert – „lazasága” és a makroszkópikus „tömörség”. Ez vezetett bennünket arra, hogy a szilikonok, majd egyéb szintetikus polimerek nagy számát hő-stabilitás szempontjából vizsgáljuk. Itt kézenfekvő volt a termoanalitikai adatok reakciókinetikai hasznosításának útján elindulni. Már a hatvanas évek végén, a hetvenes évek elején rájöttünk, hogy e téren igen sok a felületes elméleti megközelítés, így érdemes volna ezt kritikailag áttekinteni. [3]. Elterjedt volt az irodalomban, hogy formálkinetikai egyenletekből – melyek alkalmazhatósága konkrét adott esetben sokszor nem volt bizonyítható – képtelen nagyságrendű konstansokat számoltak és ezeknek (pl. a látszólagos aktiválási energiának) fizikai-kémiai értelmet tulajdonítottak. Ez a polimerek degradációjára vonatkozó kutatási irány azután hosszabb életűnek bizonyult, mint a kis szilíciumtartalmú molekulák kinetikai vizsgálata és örömmel mondhatom, hogy utódaink még napjainkban is szép eredményekkel jelentkeznek. Az igazságnak tartozom avval, hogy Lengyel Bélával megfogalmazott szkepszisünk, majd ennek a kritikai álláspontnak a folytatása munkatársaimmal, kollégáimmal már Lengyel Béla visszavonulása után is annyiban nem sok vizet zavart, hogy a hibásnak illetve felületesnek bemutatott elméleti megközelítések
és hibás kísérleti technikák, fizikailag irreális számított kinetikai állandók gyakorlata még mostanság is él és világszerte rendre születnek ilyen dolgozatok. Kritikát pedig sokan mások is megfogalmaztak, de a probléma napjainkban is aktuális. Lengyel Béla – s ezt talán sokan nem tudják – a szakmában és a társadalmi gyakorlatban tapasztalt etikátlan emberi magatartástól életének delén már túlhaladva egyre csalódottabbá vált, ő ugyanis hitt a tudományos dokumentáció és az adott szó tisztességében. Minden esetre örömteli tény, hogy a polimer- degradációs kinetikai kutatások iránt, melyek továbbfolytak, Lengyel Béla később, mikor ezekben már aktívan nem vett részt, továbbra is érdeklődött, még jó ideig a Budaörsi útra átköltözött kutatócsoport munkáját figyelemmel kísérte. [4]. A legfontosabb eredménye ezeknek a munkáknak a későbbiekben az volt, hogy a kémiai kötéserősség mellett a molekulák konformációja, az ebből adódó intramolekuláris reakciók, valamint az intermolekulás láncátviteli folyamatok együttesen szabják meg a makromolekulás rendszerek degradációs kinetikáját. E téren azt is érdemes hangsúlyozni, hogy a hő hatására bomlásban lévő polimer-rendszer, főként ha az többfajta makromolekula elegye, nem csak bomlik és termeli az illékony bomlásterméket, hanem olyan reakciókban vesz részt, melyek új molekulák szintéziséhez vezetnek. Emiatt azután az egész bomláskinetika átalakul, hiszen maga a bomló anyag sem azonos azzal, ami eredetileg vizsgálat alá került. Nem célszerű tehát arra törekedni, hogy egyetlen mechanizmussal írjuk le a degradációs folyamat egészét. Még Lengyel Béla vezetése alatt kezdődtek, de az önálló Kutatólaboratóriumban szélesedtek ki azok a reakciókinetikai munkák, melyek lényegében a bevezetőben említett kovalens kloridkémia folytatásának tekinthetők. Ennek során (Al, Si, Ti, V tartalmú) oxidok illetve komplexoxidok és különböző klórtartalmú kloridok kölcsönhatását az u.n. kloridos illósítást vizsgáltuk. Ezekben a munkákban a termogravimetriás módszerek mellett felületfizikaiakat is igénybe vettünk [5].
Lengyel Béla munkásságának, pályájának jelentős részét tette ki az iparjogvédelem, a szabadalmi szakma. Az, ami ezen a területen alapvető, nevezetesen a kémia és a jog kombinációja, számára kézenfekvő volt, ugyanis volt érzéke mindkettőhöz. Joggal mondhatom, hogy e téren is sokat tanultunk tőle, amit jelentős számú megadott, bejegyzett és figyelemre méltó hányadában iparilag is realizált szabadalom tanusít. Azt is meg tudta magyarázni, hogy mit jelent az újdonság. Bár többen lennének napjainkban, akikben kellő érzék van az újdonság iránt – minden téren – és kellően nyitottak ahhoz, hogy a kreativitást méltóan képesek legyenek megbecsülni. Ezekre, az emlékezésemben röviden említett
elemekre épült Lengyel Bélában az a szilárd értékrend, amit sokan becsültünk, s ami sajnos már életében is egyre nagyobb ritkaság számba ment. Talán a szakmai tényeken kívül ezzel is magyarázható, hogy mély nyomot hagyott maga után a hazai kémikus világban.
Jegyzetek:
Bibliográfia[1]. Lengyel, Béla; Székely, Tamás: Über die Methylierung von Siliciumtetrachlorid
Z. anorg. allg. Chem. 287 273 (1956)
[2]. Lengyel, Béla; Székely, Tamás; Jenei, Sándor; Garzó, Gabriella: Neuere Untersuchungen über die Alkylierung von Chlosilanen
Z. anorg. allg. Chem. 323 65 (1963)
[3]. Lengyel, Béla; Székely, Tamás: Beiträge zur kinetischen Behandlung von anisothermen Zersetzungreaktionen Monatschefte für chemie 103 24 (1972)
[4]. Várhegyi, Gábor; Székely, Tamás: Mathematical Modelling of Thermal Decomposition Processes
G. Thermal Anal., 12 179 (1977)
[5]. Bertóti, Imre; Papp, Ildikó, S; Székely, Tamás; Tóth, András: Kinetics of Gamma-Alumina Chlorination by Carbon Tetrachloride: Termochimica Acta, 41 27 (1980)