SZERVETLEN KÉMIA
SZERVETLEN KÉMIA
Lengyel Bélát a hazai tudománytörténet szervetlen kémikusként tartja számon. Ha ennek a megállapításnak egyoldalúságát éppen a már az előbbiekben vázoltak cáfolják is, kétségtelen, hogy a szervetlen kémia terén érte el a legnevezetesebb, ma is érvényes eredményeit:
Kalcium. Közismert, hogy a kalciumot 1808-ban állította elő először Davy, de csak keveset és nagyon szennyezettet. Utána sokan, így Bunsen is, próbálták nagyobb mennyiségben és nagyobb tisztaságban előállítani ezt a nagy reményekkel kecsegtető fémet, de lényegesen nem tudtak előrehaladni.
1896-ban az ezeréves Magyarország kiállításán, nagy feltűnést keltve, Lengyel Béla kb. 30–40 gramm súlyú fémkalciumot mutatott be leforrasztott üvegcsőben. Az 1900-as párizsi világkiállításra is egy nagyobb kalciumdarabot és egyben stronciumot is küldött, bebizonyítva, hogy „ha az alkáli földfémeknek hasznok akad, tömeges előállításuk lehetséges”.
A kalcium előállításához kalcium-kloridot, az előtte alkalmazott pár voltos feszültséghez viszonyítva, nagy (70–110 Voltos) feszültséggel és főleg igen nagy (10–18 A/dm2) áramsűrűséggel egy-másfél órán keresztül elektrolizált, amikoris 99,2%-os kitermelés mellett 5–15 grammos regulusokat (fémrögöket) kapott az elektrolizáló vaselektródon. Büszkén mondhatta, hogy még „senkinek sem volt annyi calciumfém birtokában”, mint neki. Ugyanezzel az eljárással, amivel kalciumot nyert, bár jóval nehezebben, stronciumot is előállított, a stroncium előállítójaként ma számon tartott Moissannal teljesen egy időben. Bárium előállításával is kísérletezett, de próbálkozásai nem jártak sikerrel.
A viszonylag nagy mennyiségű és tisztaságú alkáli-földfémek első előállítása olyan felfedezésnek számít, amely egymagában is előkelő helyet biztosít Lengyel Béla számára a szervetlen kémia történetében.
Kalcium-hidrid. Ezt a most már általánosan ismert vegyületet elsőnek Lengyel Béla állította elő. Ő ugyan a sószerű szintelen vegyület helyett „földhöz hasonló, alaktalan szürkés tömeg” keletkezéséről számolt be a Tudományos Akadémia Természettudományi Osztályának 1896. március 16-i ülésén, de kétségtelen, hogy valójában kalcium-hidridet állított elő, mert beszámolt arról, hogy „vízre vetve a vizet sokkal hevesebben bontja el, mint maga a calcium”, sőt nagyobb darabjai a vízen meg is gyulladnak. Megfigyelte azt is, hogy közönséges hőmérsékleten is keletkezik hidrid: a kiállításon szereplő, hidrogén-atmoszférában leforrasztott kalciumdarabok felületén bevonat megjelenését figyelhette meg.
Kalcium-amalgám. Higannyal kalciumból amalgámot tudott (ugyancsak elsőként) kapni, ahogy erről 1898-ban az akadémián beszámolt.
Kalcium-nitrid. Ennek a vegyületnek a képződését ugyancsak ő figyelte meg először. Kétféleképpen is előállította, vörös izzáson elemeiből és alacsonyabb hőmérsékleten ammóniából és kalciumból.
Néhány új reakció lefolyását is megfigyelte a kalciummal:
A kálium-kloráttal kevert kalciumreszelék meggyújtva a magnéziumhoz hasonlóan felrobban, de Lengyel azt is megfigyelte, hogy a kalcium elégetése a fényképezéshez villanófénynek nem alkalmas, minthogy kevés nagy energiájú (ultraibolya) sugár keletkezik.
Metánnal a kalcium vörös izzáson reagál: kalcium-karbid és hidrogén keletkezését figyelte meg. Ez volt az első kísérlet szerves vegyületnek kalciummal való reakciójára.
Új szén-szulfid. Valószínűleg részben Than Károly példája (aki a szén-dioxid és a szén-diszulfid között átmeneti vegyületet, a karbonil-szulfidot (COS) előállította), továbbá Berthelotnak a széndiszulfiddal végzett nem egészen egyértelmű kísérletei vezették Lengyelt arra, hogy maga is megvizsgálja a szén-szulfidok kérdését.
Az irodalomban már szerepeltek jelentések, amelyek a következő összetételű vegyületek előállításáról számoltak be: CS (Löw, 1868), C2S3 (Löw, 1872), C5S2 (Raab, 1870), de a leírások is kétségessé tették, valóban homogén testekkel dolgoztak-e, hiszen amorf, a szokásos oldószerekben oldhatatlan anyagokról tettek említést.
Lengyel 1894-ben a kereskedésbeli szén-diszulfid gondos tisztításával kezdte eljárását. A szén-diszulfidot az esetleges oldott kéntől rézreszelékkel, a víznyomoktól kalcium-kloriddal, majd foszfor-pentaoxiddal szabadította meg. Ezután saját készítésű üvegberendezésben elektromos ívfényt bocsátott át a szén-diszulfid gőzein. Ekkor „az ívfény közepén sötét, mondhatnám fekete fonal mutatkozik, a mely maga csak kevéssé vagy éppen nem világít, de körül van véve vakító auroleával”.
2–3 óra múlva a készülék belseje megfeketedett, a hűtés folytán visszacsurgó szén-diszulfid is fekete lett, amelyből rézforgáccsal, majd tömény kénsavval, végül kalciumkloriddal, foszfor-pentaoxiddal való szárítás, majd a maradék szén-diszulfid elpárologtatása után 2–3 cm3 sötétvörös folyadékot kapott, amely a további vizsgálatok során trikarbon-diszulfidnak (C3S2) bizonyult.
Ez az új vegyület kisebb fajsúlyú volt, mint a szén-diszulfid, melegítve szilárd fekete tömeggé állt össze. Ha a melegítés gyors volt, szinte robbanásszerű volt a megszilárdulás. Néhány heti állás közben is összeállott (polimerizálódott) ez a vegyület.
Megfigyelte és leírta, hogy a trikarbon-diszulfid vízben nem, de alkoholban, éterben, kloroformban, benzolban, szén-diszulfidban jól oldódó anyag. A megszilárdult (polimerizálódott) anyag („fekete módosulás”) szemcsés törésű, üvegkemény, amely kálilúgban sötét színnel teljesen oldódik, savakkal viszont ebből az oldatból ismét kiválik, feltehetően visszaalakul a monomerré. A polimerből hevítésre gyúlékony gáz keletkezik, és kén szublimálása figyelhető meg, vagyis a vegyület bomlik.
A Lengyel által felfedezett vegyület analízisének eredményei rendszerint valamivel kevesebb szenet és több ként mutattak ki, mint amennyi a C3S2 képlet alapján várható lett volna, ezt Lengyel azzal magyarázta, hogy nem sikerült a terméket a szén-diszulfidtól tökéletesen megszabadítania, a Raoult–Beckmann-féle eljárással végzett molekulasúly-meghatározások viszont a számítottal jó összhangban voltak.
A trikarbon-diszulfid folyadék brómmal igen könnyen, felmelegedés közben egyesül, ebből – Lengyel szerint – C3S2BR6 összegképletű vegyület keletkezik. Ezek szerint a kiindulási vegyületet S=C=C=C=S-nek képzelte el, amely addíció során hexabróm-származékká alakul.
A fenti kétségek megoldása végett további kísérleteket folytatott, amelyekről akadémiai rendes tagi székfoglalójában számolt be. A trikarbon-diszulfidot ezüst-oxiddal oxidálta, majd a kapott anyagnak – a szulfátjaik rossz oldhatóságáról nevezetes – bárium-, kalcium- és ólomsóját képezte. Az ezüst-oxiddal való reakció során a monobróm-propilén-diszulfinsav sóját kapta, közben ózon keletkezését is megfigyelte. Ezek a reakciók arra utaltak, hogy a Lengyel által felfedezett trikarbon-diszulfid molekulája aszimmetrikus, azért acetilénszármazéknak állapította meg.
A szén-szulfidok reakciói arra a következtetésre is vezették Lengyelt, hogy a szén négy vegyértéke nem egyenértékű, különben nem lehetne – szerinte – megmagyarázni azt a reakciót, hogy széndiszulfidból hidrogénnel csak az egyik kénatom választható le és alakítható át kén-hidrogénné.
Új nitrogéntartalmú vegyület. Az akadémia matematikai és természettudományi osztályának 1891-i egyik ülésén Lengyel arról számolt be, hogy az intézetében egy új, nitrogéntartalmú vegyületet állítottak elő, amelyik mechanikai behatásra nem reagál, de melegítésre rendkívül erős, a dinamithoz hasonló detonációval robban, és amelynek részletesebb megvizsgálása még hátravan. A későbbiekben azonban erről szó sem esett, valószínűleg ez is egyike volt a Lengyel rendkívül nagy lendületű, állandóan kutató egyénisége által nyitott olyan új utaknak, amelyek végigjárására neki már nem maradt ereje, ideje. Nem tudhatjuk ma sem, melyik, mára már bizonyára megismert vegyület volt a kezében, s végül is mi idézte elő a robbanást.
Az ezüst-halogenidek fényérzékenysége. A fotografálás gyakorlata, de még inkább kémiájának elmélete a XIX. század közepén – végén fejlődött ki. Lengyel Béla tehát a kortárs, egyben a szakképzett kémikus szemével figyelte a fényérzékeny anyagokra vonatkozó nézetek kialakulását. Lépést tartott a külföldi eredményekkel, s olykor maga is tevékenyen kivette azokból a részét.
Kezdettől fogva nagy problémája volt a fényképezésnek, hogy az ezüst-halogenidek a különböző színekre nem ugyanúgy reagálnak. A vörös sugarak hatását ezüstbromidra egy német cikk alapján ismertette Lengyel a Természettudományi Közlönyben.
Ellentmondó adatokat olvasott azokról a zavaró hatásokról, amelyeket a fémek gyakorolnak a fényérzékeny lemezre. Ezért 1898-ban maga is kísérleteket kezdett az ezüst-halogenidekkel. Megállapította, hogy a redukáló gázok (pl. hidrogén, etilén, szén-monoxid) az ezüst-bromidra a fényhez hasonlóan hatnak, s hogy azok a fémek, amelyek savakkal hidrogént fejlesztenek, ugyancsak hatnak a fényérzékeny lemezre azáltal, hogy a levegő nedvességével és széndioxid tartalmával, tehát szénsavval hidrogént hoznak létre. Tehát végeredményben itt is a hidrogéngáz végzi a redukciót, nem pedig a fém gőze vagy az abból esetleg kilövelt ismeretlen sugarak. E megállapítást támasztotta alá az a megfigyelése, hogy a kiizzított, tehát hidrogénmentesített palládium egyáltalában nem hat a fényérzékeny anyagra, a hidrogénnel telített azonban igen.
Kivételt csak az urán és tórium esetében észlelt, „amelyek – mint mondotta – fénysugarakat lövelnek ki”, amely megállapításával a valósághoz, mint tudjuk, nagyon is közel járt.
Hidroxil-amin. Inkább csak Lengyel Béla sokoldalúságát jellemzi az, az Akadémián bemutatott dolgozata, amely a sósavas hidroxilamin előállításáról szól. Megállapította, hogy az addig használt Lossen-féle eljárás az etil-nitrát ónos redukálásával igen hosszadalmas és nehézkes. Lengyel felfigyelt a „légenysav” (salétromsav) és hidroxil-amin szerkezeti képletének hasonlóságára, és sikerült is salétromsav redukálásával az irodalomból már ismert ammónia mellett hidroxil-amint is kapnia.
A nitrogén-oxid összetétele. A XIX. század hatvanas éveiben alakult ki, illetve szilárdult meg a vegyértékfogalom, ez az általában mindenhol jól alkalmazható felfogás. Néhány esetben azonban nem lehetett a vegyértékkel magyarázni egy-egy vegyület összetételét. Ilyen volt mindenekelőtt a nitrogén-oxid (NO). Feltételezték egyesek, hogy a vegyületben van egy eddig észre nem vett atom, egy hidrogén, s így a vegyület szerkezete a vegyértékfogalomnak nem mondana ellent (H-N=O).
Lengyel Béla a vita eldöntése érdekében igen pontos gőzsűrűség-meghatározásokat végzett, s megállapította, hogy az a hidrogén nélküli összetételt igazolja, tehát a nitrogén-oxid összetétele nem felel meg az akkoriban törvényként kezelt vegyértékszabálynak (tehát anomális).
Egyéb vizsgálatai. Példás gonddal végzett laboratóriumi naplójából még számos elkezdett, ám végül be nem fejezett vizsgálatáról szerezhetünk tudomást, ezek közül talán a legtöbb energiát a feltételezett kén-monoxid (SO) előállítására fordította. Az volt a feltételezése,hogy ha nátrium-formiátot foszfor-pentaszulfiddal melegít, ezt (az azóta sem igazolt) vegyületet kell kapnia. Féléves munkája során kapott szén-monoxidot, szén-diszulfidot, karbonil-szulfidot, de kén-monoxidot nem tudott kimutatni. Végül azt kellett megállapítani, hogy „a hangyasavsók ilyen módoni elbontása, úgy látszik, nem vezet eredményre.”
