Bevezetés „Tanítani haszontalan, kivéve, ha felesleges.” Richard Feynman
Rausch Péter kémia-környezettan tanár
Általános kémia Szerves kémia
Analitikai kémia
KÉMIA Szervetlen kémia
Elméleti kémia
Magkémia
Fizikai kémia
A szerves kémia kialakulása 1773-ban felfedezte az anyagmegmaradás törvényét). Ő használt először mérlegeket a kémiában, sőt ő írta az első kémia tankönyvet is. Megalkotja az organogén (biogén) elemek fogalmát: ezek a szerves anyagokban előforduló elemek: C, H, O, N (S, P) 1789-ben az oxigén felfedezésével megdöntötte a flogiszton-elméletet, ezért sokan a modern kémia atyjának tartják.
Antoine Lavoisier (1743-1794)
Meghatározta az elemek, bázisok, savak és sók fogalmát. Új nevezéktant alakított ki (pl. ő adta a hidrogén nevét is). Érdekesség: a kémiából nem tudott megélni, adóbérlőként dolgozott, emiatt a francia forradalom során kivégezték.
A szerves kémia kialakulása Berzelius 1806-ban megjelent könyvében használta először a szerves (organikus) kémia elnevezést Az élőlényeket felépítő és az azok által termelt anyagokkal foglalkozó tudományt szerves kémiának nevezte el. Minden egyéb anyagokkal foglalkozó kémiát, pedig anorganikus, azaz szervetlen kémiának nevezte el.
Berzelius (1779-1848)
Az ok: a 19. század elején a természettudományos gondolkodásban meghatározó volt az életerő (vis vitalis) elmélet. Eszerint az élőlények anyagának, illetve az általuk termelt anyagok előállításához szükség van úgynevezett „életerőre”.
A szerves kémia kialakulása Berzelius tanítványa volt, ő fedezte fel a berilliumot (Be), az alumíniumot (Al) és az ittrium (Y) nevű fémet. Nekünk az az érdekes, hogy 1824-ben diciánból állított elő az eddig szerves anyagnak tartott oxálsavat (sóskasav). Reakcióegyenlet:
Emlékeztető: pontosan mi is történt a reakció során?
Friedrich Wöhler (1800-1882)
ammónia dicián víz
oxálsav
A szerves kémia kialakulása A vis vitalis elméletet 1828-ban, a csakugyan szerves anyagnak tartott karbamid szervetlen anyagokból történő előállításával döntötte meg. Reakcióegyenlet:
Egy felnőtt szervezetéből 25-30 g karbamid távozik naponta a vizelettel.
karbamid (urea)
Friedrich Wöhler (1800-1882)
Tehát bizonyított, hogy nem kell ahhoz életerő, hogy szervetlen anyagokból szerves anyagokat állítsunk elő! Nincs elvi különbség az élő és az élettelen anyagokat alkotó vegyületek között!
A szerves kémia kialakulása Wöhler eredményeit követően a szintetikus szerves kémia rohamos fejlődésnek indult. Megvalósították több természetes alapanyag szintézisét is (pl. anilin). Reakcióegyenlet:
Friedrich Kekulé (1829-1896) A 19. század folyamán rengeteg kísérleti tapasztalat gyűlt össze, sok új szerves vegyületet különítettek el a kőszénkátrány lepárlásával. Kémiai elemzéssel ugyan meg tudták határozni, hogy az adott vegyületben milyen atomok vannak, de a vegyületek szerkezetéről nem sokat tudtak. Itt jön Kekulé…
A szerves kémia kialakulása 1858-ban Butlerov, Cooper, Kekulé megalkotta a struktúratant, ezután gyorsan megjelentek a ma is használatos szerkezeti képletek, ez döntő fontosságú volt a szerves kémia szempontjából! A szerkezettan (struktúratan) alapelvei: Az atomok határozott számú vegyértékeik alapján kapcsolódnak molekulákká. A szén vegyületeiben négy vegyértékkel rendelkezik, ezek a vegyértékek egyenrangúak, a szén ezekkel láncokat alkothat. A molekulákban az atomok meghatározott rendben kapcsolódnak egymáshoz. Egy vegyületnek csak egy képlet felel meg.
Friedrich Kekulé (1829-1896)
A benzol szerkezete, azonban továbbra is rejtély maradt…
A szerves kémia kialakulása 1865-ban Kekulé felismerte, hogy a szénatomok gyűrűvé is összekapcsolódhatnak…
Friedrich Kekulé (1829-1896)
A benzol szerkezete ma, előrebocsátva:
Ez a modell sem válaszolta meg a benzol számos kémiai tulajdonságát. Ehhez szükség volt a kvantummechanikára, a válaszra 1931-ig kellett várni (Hückel-szabály).
A bizonyíték: egy molekulafénykép (2009)! Atomi erő mikroszkóp (AFM) segítségével lefényképeztek egy pentacén molekulát (a sajtó 2009. augusztus 29-én számolt be róla).
Jól láthatók a hatszögszerűen rendezett atomok! Jól kivehetőek a kötések is, mind a C-C és a C-H kötés egyaránt.
Minden úgy van, ahogy a tudósok kiszámolták!
A szerves kémia A szerves kémia külön tudományágként való kezelése tudományos szempontból tehát nem indokolt.
Általános kémia Szerves kémia
Analitikai kémia
Praktikus szempontok, azonban indokolttá teszik:
KÉMIA Szervetlen kémia
A megismert szénvegyületek kirívóan magas száma (kb. 15 millió), a szervetlen vegyületekhez képest (kb. 750 ezer) és a különbség csak nő. Történeti okokból a szervetlen és a szerves kémiát kissé eltérő gondolkodásmód jellemzi, ezért célszerű elválasztani e két tudományágat. A szénvegyületek kémiája jobban megérthető, ha külön, szisztematikusan tárgyaljuk.
Elméleti kémia
Magkémia
Fizikai kémia
A szerves kémia a szénvegyületek kémiája.
Miért épp a szén? Az élőlényeket alkotó struktúrák alapvetően szénvegyületekből állnak. Az élet lehetősége a szén különleges tulajdonságainak köszönhető.
etin
metán
formaldehid etin
A szén négy kovalens kötést képes létesíteni. metán
formaldehid
Miért épp a szén?
dodekán (C12H26)
A szén hosszú láncokat képes alkotni, anélkül, hogy a molekula stabilitása csökkenne. A lánc tartalmazhat elágazásokat is! i-dodekán (C12H26) avagy 2,5-dimetil-dekán
Miért épp a szén?
ciklopropán
benzol
ciklobután
ciklopentán
ciklohexán
cikloheptán
naftalin
Gyűrűket is tud alkotni… benzol
naftalin
Miért épp a szén? A kis atomtörzsnek és a viszonylag nagy elektronvonzó képességének köszönhetően a C négy erős kovalens kötést tud kialakítani. A szénvegyületek kirívóan magas száma a lehetséges kapcsolódási sorrendek sokféleségének (gyűrűk, láncok) köszönhető. A kialakított kötések erőssége miatt ezek a molekulák, még nagyszámú szénatom kapcsolódása esetén is stabilak maradnak.
Rengeteg felhasználási lehetőség
És még egy… Erős kötések, maradandó szerkezetek
AZ ÉLET LEHETŐSÉGE Szinte végtelen kapcsolódási variáció (láncok, gyűrűk)
A stabilitás molekula nagyságával nem csökken
Végül „Az élő anyagnak nincs olyan tevékenysége, amelyet ne lehetne megérteni annak a szemléletnek alapján, hogy minden atomokból épül fel és ezek a fizikai törvényeknek engedelmeskednek.” Richard Feynman
Vannak, akik még hisznek… A vis vitalis elméletet 1828-ban ugyan megdőlt, ettől függetlenül, egyes áltudományok képviselőit ez nem zavarja túlzottan (ezoterika, a természetgyógyászat sarlatán része), gyakran beszélnek továbbra is mindenféle életerőről. „Az testünkbe kerülő ételekből energiát és információt nyerünk, melynek minőségét, rezgésszintjét a bevitt táplálék befolyásolja. A keleti orvoslás tanai szerint a például csirkehús formájában elfogyasztott állati eredetű étel tartalmazza az élőlény tapasztalatait, halálának információit, így épül be a testünkbe. Állatok esetén a vér, a szív és az agyvelő hordozza leginkább ezeket a rezgéseket. A növényi alapú táplálkozás egyik előnye, hogy nem tartalmaz negatív traumákat, mint egy vágóhídi futószalagon leölt állat húsa. A táplálékfelvételben két dolog fontos: mit eszünk és milyen irányultsággal fogyasztjuk el. A kérdés: melyik étel válik a javunkra? A tápláló étel és a jó étkezés az életet ünnepli, feléleszti az életerőt és az érzékeinket. A testünk mindig tudja mikor, mennyit és mit is támogat.”
„A keleti filozófiák szerint a vesékben tárolódik ez az energia, melynek mértéke a magunkkal hozott karma következménye és mennyisége jelöli ki milyen hosszú életünk lesz. Segítségével épül fel testünk, ám életünk közepétől fokozatosan csökken az életenergiánk és folyamatosan különböző hatások függvényében tudunk hozzájutni. Amennyiben az életerő valahol eltorlaszolódik, akkor előbb-utóbb szervi bajok jelentkeznek. Egész rendszerünk úgy van összerakva, hogy életünk második szakaszában szellemi képességeink tudatában extra energiához juthatunk, pótolhatjuk a bioenergiánkat és az univerzum energiája meggyógyít, megfiatalít bennünket.”
