2011 - a kémia éve

Az idei év (2011) a kémia éve.
Ennek "örömére" - mint korábban a Föld éve, illetve a csillagászat éve kapcsán is - "kötelességemnek" érzem, hogy én is készítsek egy összeállítást egyik fő témakörömről, a kémiáról. Annál is inkább, mert a lexikonomban feldolgozott három témakör közül - végzettségem miatt - mindenképpen ez áll a legközelebb hozzám.

Azt hiszem ráfér a kémiára, ha nem is egy kis "ünneplés", de az mindenképpen, hogy - legalább egy évig - kiemelten foglalkozzunk vele. Tapasztalataim azt mutatják, hogy a kémia egyre inkább mostohagyereke az oktatásnak. Még a többi természettudományos tárgyak között is háttérbe szorul. Ráadásul, amennyire én tudom, az egyik legjobban utált és leginkább feleslegesnek tartott tantárgy lett belőle a diákok körében is. Pedig egyáltalán nincs ok erre!

Az alábbiakban azt szeretném bemutatni, hogy a kémia a mindennapjaink része - akkor is, ha nem tudjuk.
Kémiai ismeretek nélkül az emberi civilizáció nem létezhet!

Kémia - barát vagy ellenség?

Az utóbbi időben egyesek megpróbálták a kémiát valamiféle ellenségnek kikiáltani.
Sokan úgy érzik, a kémia tehet a környezetszennyezésről.
Egyes zöldek azt sugallják, hogy csak a "természetes" anyagokat (pl. papírt) használjunk, hogy csak a "bioélemiszert" fogyasszunk (mind a 7 milliárdan!).
Ezek néha jól hangzanak, de érdemes elgondolkodni azért néha, többek között azért sem, mert a papírgyártás nem igazán barátja a környezetnek.

Maga a címben megadott felvetés is butaság. Nézzünk néhány példát, hogy miért.
Az első eszköz, amit az ember használt, valószínűleg egy bot lehetett. Ezzel leverhette az olyan gyümölcsöket, amit nem ért el. Segített a kisebb állatok elejtésében, amelyeket táplálékul elfogyaszthatott. Segített a kisebb ragadozók elleni védekezésben. Ugyanakkor fegyverként is szolgálhatott, agyonverhette vele az ellenségét! Ennek ellenére nem hiszem, hogy a történelem során bárki is kinevezte volna bűnbaknak, ellenségnek a botot. (Bár lehet, hogy volt ilyen.)
Nézzünk egy későbbi példát. A robbanóanyagok felfedezése megkönnyítette a bányászatot, az útépítést, alagútépítést, stb. Ugyanakkor hozzájárult a még nagyobb pusztításhoz háborús helyzetben. Ennek ellenére nem hiszem, hogy a robbanóanyag, vagy a kémia lenne a "bűnös"
Nézzünk egy példát a természetből is. Aki egy tűzhányó közelében lakik, az bizonyára nem ürül a kitörésnek. Ugyanakkor teljesen nyilvánvaló, hogy a vulkáni tevékenység feltétlenül szükséges volt az élet kialakulásához és a Föld éltető erői között tartható számon.

Szóval a kémia egy nélkülözhetetlen tudományterület, ami feltétlenül szükséges a civilizáció fenntartásához, az emberiség életéhez. Nélküle egész biztosan nem élhetnénk 7 milliárdan a Földön. Ennyi ember akkor sem élhetne ilyen körülmények között, ha most is kivezényelnének mindenkit aratni nyáron, mint az ötvenes évek elején!

Amikor azt látom valakin, hogy teljesen feleslegesnek tartja a kémiát, meg szoktam kérdezni tud-e valamit mutatni a környezetében, aminek nincs köze a kémiához? Ha mutat valamit, akkor persze elmondom, hogy bizony annak is van köze hozzá.
Tegyen mindenki egy próbát! Biztosan nem tud olyan, a mindennapi életben használt eszközt, anyagot mutatni, aminek közvetlenül vagy közvetve ne lenne köze a kémiához! (Ha valaki még is tud ilyet mondani, ezennel felajánlok neki egy pirospöttyös ping-ponglabdát!)

Nehezen lehetne olyan területét mutatni a gazdaságnak, amelynek ne lenne köze a kémiához.
Még a "biogazdálkodás" sem létezhet kémiai ismeretek nélkül!

Kémiatörténet

Ezzel egy külön címszóban már foglalkoztam, de most itt is összegyűjtöm a lényegesebb információt.

Nyugodtan mondhatjuk azt, hogy a kémia története már az őskorban elkezdődött.
Az ősembernek is voltak kémiai ismeretei, még akkor is, ha ezt nem is tudta.
Ha megnézünk egy több tízezer éve fennmaradt barlangrajzot (a képen), akkor látható, hogy az ősember is ismert számos, a természetben található színes anyagot és ezeket tudatosan fel is használta.
Persze nem ez volt az egyetlen, ami az "őskémia" körébe tartozott.
Voltak egyéb olyan anyagismereteik is, amit ma a kémia tárgykörébe sorolunk.
Tudtak tüzet gyújtani, ismertek bizonyos fémeket, és számos más kémiai ismeretük is volt.

Az ősi kultúrák a fémolvasztás, üvegkészítés, fermentálás, festékkészítés, fazekasság, tartósítás területén szereztek kémiai ismereteket. (Az asszír seregeket már időszámítás kezdete előtt úgy 800 évvel vasfegyverekkel szerelik fel.)
Az írásbeliség megjelenését követően ezekről az ismeretekről már feljegyzéseket is készítettek. Leírták az eljárásokat és az azokhoz alkalmazott készülékeket is.

Az ókorban görögök és rómaiak is készítettek kémiai tárgyú feljegyzéseket. A legnagyobb összefoglaló mű Plinius 37 kötetes műve a Historia naturalis (a képen) volt.
A kor legnagyobb tudományos gyűjteménye az alexandriai könyvtárban található.
A következő évszázadokban az alkimisták foglalkoztak kémiával és az "aranycsinálási" kísérletek "melléktermékeként" felfedeztek számos új anyagot, eszközt és eljárást. (Hennig Brand német alkimista felfedezte a foszfort.)
Ezzel párhuzamosan Kínában és Indiában is jelentős felfedezéseket tettek.
Az 1. században Kínában felfedezett papír nagyon megkönnyítette az írásos feljegyzések elterjesztését. A 8. században arab közvetítéssel került el később Európába is.

A 16. századtól az alkímia hanyatlani kezdett. A tudományos központok Németországba és Angliába kerültek át.
A kémia elsősorban a textilipari igények alapján a színezékek és sók ismereteivel, illetve a bányászat igényei alapján a fémek és vegyületeik megismerésével fejlődött.

A 15-16. században megjelentek a jatrokémikusok is, akik vegyészettel és gyógyítással foglalkoztak. Az egyik legjelentősebb közülük Paracelsus.
Amerika felfedezésével új növényeket és anyagokat ismertek meg.
A 17. századot tartják a tudományos kémia kezdetének. Ekkor vált önállóvá, elválva az orvostudománytól.
Bekerült az oktatásba és megjelentek a csak kémiával foglalkozó tankönyvek.
A gőzgépek tökéletesedése és az ipari forradalom új lendületet adott a vegyiparnak is. Elvált egymástól az ipari és a tudományos kémia.
Az 1750-es években kezdték kiadni a Nagy francia enciklopédia köteteit, amely kora legnagyobb természettudományos adatbázisa volt.

A szerves vegyületek számának rohamos növekedése indokolttá tette a szerves kémia önálló tudománnyá válását.
A 19. század végén jelentős felfedezések születtek a szénhidrátok, aminosavak, nukleinsavak és az enzimek területén is.
A kőolaj alapú benzin előállítása is jelentős változást hozott. 1886-ban elkészült az első automobil, megalapozva a mai közlekedést és a hozzá kapcsolódó vegyipar meghatározó jelentőségű.

Nagyon sokan járultak hozzá a kémia fejlődéséhez, közülük jó néhányan megtalálhatók lexikonomban is. (Az összes kapcsolódó címszó legyüjthető a Szójegyzék kereső mezőjébe beírva a kémikus keresőszót.)
Nehéz meghatározni a legfontosabbakat, a legnagyobbakat. Ha csak egyet emelhetek ki, akkor az azt hiszem Lavoisier, Antoine Laurent (1743 - 1794) Francia kémikus, aki a modern kémia megteremtőjének tekinthető. Talán úgy fogalmazhatnánk, hogy ő volt az, aki az alkímiából megteremetette a kémiát.
Szerepe legalább olyan fontos volt a kémiában, mint Newtoné a fizikában.

(További kémiatörténeti információ található a Kémiatörténet - minek nekünk kémia? címszavamban.)

Kémia - mindenütt jelen van

Van valami olyan mondás, hogy ami büdös az kémia. Hallottam egy másik megfogalmazást is: A kémia ugyanaz, mint a fizika, csak büdösebb.
A dolog nem ennyire egyszerű, de azért van benne valami.
A kémiát általában úgy szeretik ábrázolni, hogy mindenféle színes folyadékok vannak különböző üvegedényekben és ezek gőzölnek, füstölnek.
Ennél a legtöbb esetben sokkal "hétköznapibb" tudomány, de legalábbis a hétköznapi dolgokban is jelen van.

A kémia az anyagok összetételével és a bennük lejátszódó folyamatokkal foglalkozik.

A kémia foglalkozik az anyagok előállításával a fémektől a műanyagokig, az építőanyagoktól az élemiszerekig.
Kémiai ismeretek nélkül nem lenne házunk, autónk, számítógépünk, mobiltelefonunk...
A kémia foglalkozik az anyagok elemzésével is. Ha valaki kizárólag bioélelmiszert vásárol, akkor is szükség van a kémiára, mert kémiai vizsgálatokkal dönthető el, hogy valóban vegyszermentes az a bioélelmiszer.

Szóval a kémiát semmiképpen sem kerülhetjük ki, ha teljesen visszamennénk a természetbe akkor is lennének kémiai ismereteink, legfeljebb nem tudnánk róla...

Lexikonom Érdekességek részében külön címszavakban foglalkoztam az építkezés, az autózás, a háztartás, a főzés, a húspácolás, a vasalás, a fotózás, a régészet, a fegyverek, a bor, a sör, a tej, a csokoládé, a tojásfőzés, a színek, az energiaitalok, a gombák kémiájával és számos egyéb kémiai jelenséggel.

Kémia - a közvetlen környezetünkben

Ebben a részben mazsolázok egy kicsit a fentebb említett címszavakból

Ha a zöldségeket nyakonöntjük valamivel akkor máris megjelenik a kémia.
Egy ecetes lötty már biztosan reakcióba lép a zöldségek valamelyik összetevőjével.

Ha mondjuk húst pácolunk ott is történnekkémiai változások az alkalmazott módszertől függően. A húst alkotó fehérjék peptidkötéseinek hidrolízise megkönnyíti a későbbi sütést.
A húst alkotó fehérjék peptid kötéseinek savas hidrolízise friss citromsavas, ecetsavas, vagy tejsavas (pl. joghurt) páccal történik.
- Tömény só oldattal is lehetséges a proteinek denaturálása a fehérjemolekulák hidrátburkát befolyásolva.
- Az alkohol szintén képes denaturálni a proteineket a hidrofob molekulák közötti kapcsolatot befolyásolva.

A főzés, sütés során is számoskémiai változás történik.
A tojás vagy a húsok fehérjéi elvesztik hidrátburkaikat, az alkotó aminosavak "maradék végei" újabb kötéseket hoznak létre egymással és ezáltal a fizikai formájuk is megváltozik.
(Jól ismerjük a különbséget a nyers és a főtt vagy sült tojás között.)

A rántás készítésekor a lisztben található keményítő egy része kisebb molakulákra hasad, dextrin keletkezik, ami lehetővé teszi, hogy a keményítő szuszpenziója a vízben lebegve besűrítse a levest, főzeléket, stb.
A kész ételeken ezt szokták "módosított keményítőnek" nevezni, mert úgy előkelőbben hangzik. Persze azokat ipari körülmények között, enzimes vagy vegyszeres kezeléssel állítják elő és mondjuk E 1404, 1410, stb. kóddal szerepelnek.

Ha rizst, krumplit, tésztát vagy más keményítőt tartalmazót fűzünk a vízben szintén a keményítő szuszpenzió marad, azért olyan trunyás.

Amikor sütőport használunk valamilyen süteményben ott is lejátszódnak kémiai és fizikai változások egyaránt.
A sütőpor legnagyobb része nátrium-hidrogén-karbonát (NaHCO₃), amiből melegítés hatására meglepően sok szén-dioxid (CO₂) keletkezik.
1 mól (84 g) nátrium-hidrogén-karbonátból (NaHCO₃) 1 mól (44g) szén-dioxid (CO₂) keletkezik. Ennek térfogata szobahőmérsékleten 24 liter.
Vagyis egy kis zacskó - mindössze 12 g, kockacukornyi térfogatú - sütőpor melegítésekor csaknem három és fél liternyi, (szobahőmésrékletű) szén-dioxid gáz keletkezik! A sütés hőmérsékletén persze ennél is több a térfogata. Egy része nyilván "elillan", de azért tényleg jól "felfújhatja" a sütit.
Az említettekből a bomlás, ez esetben gázképződéssel járó reakciója volt a kémia, a "felfújás" a fizika.

A konyha után nézzük meg kissé a ház (lakás) többi részének (kémiai) anyagait.

Az épület a lakás amiben lakunk számos, a kémia tárgykörébe tartozó anyagot tartalmaz. Ezekkel külön foglalkozom az Érdekességek rész Az építkezés kémiája, fizikája címszavában.
Megtalálhatók itt olyan "ősi kompozit anyagok mint, a vályog, a hagyományos "építkezési kerámiák" (cserép, tégla), mész mellett a hőszigetelő anyagok és az újabban alkalmazott anyagok, pl. a gipszkarton.

A fűrdőszobákban (WC-kben) még mindig eléggé elterjedtek a "hagyományos" porcelán eszközök mosdókagylók, zománcozott vas kádak, de széleskörű választék van műanyag megfelelőikből is.
A képen egy üvegszálas poliészter mosdókagyló látható.
A csaptelepek a régi jó "tekerős" helyett egyre inkább kerámiabetétes gömbcsapok, krómbevonatú vasból.

Bútoraink alapvetően ma is fából állnak (vagyis, cellulózból, tehát összekapcsolódott szőlőcukor molekulákból). Ez akkor is igaz, ha nem "igazi fából", hanem bútorlapokból készültek, az is faforgácsból és valamilyen térhálós műanyag keverékéből készülnek.
A bambusznád bútokok is cellulózból állnak.
Vannak persze fémvázas bútorok is. Azok általában acélvázat tartalmaznak.
A bútorok kárpit része szintén tartalmazhat acélt (a rúgótest), műanyaghabot (általában poliuretán). Borításnak leginkább műszálas textíliákat alkalmaznak (lásd lentebb).

Az átlagos lakásokban a műszálas textíliák (szőnyegek, szőnyegpadlók, függönyök) a legelterjedtebbek pl. a poliamid anyagúak.
Akadnak persze természetes alapanyagú textíl anyagok is.
Régen a nagyon gazdagok pl. igazi selymet (is) használtak tapétázásra.

Sokféle és nagyon eltérő anyagú burkolatot alkalmaznak a lakásokban.
A különböző kerámiák elsősorban a vizes helyiségekben, konyhákban fordulnak elő padlón és falon.
Ugyanezekben a helyiségekben használnak PVC burkolókat is.
Újra divatosak a "hagyományos", vagyis "cellulóz alapú" burkolatok, a padló és a parketta.
A szalagparketták szintén tekinthető "cellulóz alapúnak", de ezek már elég sok műanyaggot is tartalmaznak. Bár a "hagyományos" parkettán is térhálós műanyag bevonatot alkalmaznak.
Megemlíthető még a papír is, mint "falburkoló" anyag (tapéta), de sok esetben műanyaggokkal "keverve" alkalmazzák.
A lakás felületeit nem csak elkészíteni kell, hanem tisztítani is és persze itt is jelen van a kémia.

A tisztítószerekkel is külön foglalkozom az Érdekességek rész Tisztítószerek - Mit mivel ne öntsünk össze címszavában.
Elég sokat és sokfélét használunk pl.
- vízkőoldásra sósav (HCl)at, vagy valamilyen más savas kémhatású anyagot
- fertőtlenítésre klór vagy hidrogén-peroxid tartalmú anyagot
- kézi mosogatáshoz, általános tisztításhoz semleges kémhatású felületaktív anyagot, színezéket, illat anyagot tartalmaznak. Esetleg némi egyéb adalékot, pl. alkoholt, ecetsavat, stb.)
- súroláshoz valamilyen finom szemcsés kemény anyagot tartalmazó port vagy vizes szuszpenziót "önállóan" vagy valamilyen felületaktív anyaggal, esetleg fertőtlenítő anyaggal együtt.

Mindez csak egy kis ízelítő volt. Nem is említettem pl. a gyógyszereket, növényvédő szereket, és még sok egyebet...
A hivatkozott (és más) címszavaimban számtalan kémiával kapcsolatos információ található honlapomon.

Felhasznált irodalom