Rausch Péter kémia-környezettan tanár

„Tanítani haszontalan, kivéve, ha felesleges.”

Richard Feynman

Bevezetés

KÉMIA

Általános kémia

Analitikai kémia

Elméleti kémia

Fizikai kémia

Magkémia

Szervetlen kémia

Szerves 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.

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.

Antoine Lavoisier (1743-1794)

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.

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”.

Berzelius (1779-1848)

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).

Friedrich Wöhler (1800-1882)

dicián

oxálsav

Emlékeztető: pontosan mi is történt a reakció során?

Reakcióegyenlet:

víz

ammónia

A szerves kémia kialakulása

A vis vitalis elméletet 1828-ban, a csakugyan szerves anyagnak tartott karbamid szervetlen anyagokból történő előállításával döntötte meg.

Reakcióegyenlet:

karbamid (urea)

Egy felnőtt szervezetéből 25-30 g karbamid távozik naponta a vizelettel.

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!

Friedrich Wöhler (1800-1882)

A szerves kémia kialakulása

Wöhler eredményeit követően a szintetikus szerves kémia rohamos fejlődésnek indult.

Megvalósították több természetes alapanyag szintézisét is (pl. anilin).

Friedrich Kekulé (1829-1896)

Reakcióegyenlet:

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!

Friedrich Kekulé (1829-1896)

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.

A benzol szerkezete, azonban továbbra is rejtély maradt…

A szerves kémia kialakulása

Friedrich Kekulé (1829-1896)

1865-ban Kekulé felismerte, hogy a szénatomok gyűrűvé is összekapcsolódhatnak…

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 benzol szerkezete ma, előrebocsátva:

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

KÉMIA

Általános kémia

Analitikai kémia

Elméleti kémia

Fizikai kémia

Magkémia

Szervetlen kémia

Szerves kémia

Praktikus szempontok, azonban indokolttá teszik:

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.

A szerves kémia a szénvegyületek

kémiája.

A szerves kémia külön tudományágként való kezelése tudományos szempontból tehát nem indokolt.

Miért épp a szén?

Az élőlényeket alkotó struktúrák alapvetően szénvegyületekből állnak. Az élet lehetősége a szén különleges tulajdonságainak köszönhető.

A szén négy kovalens kötést képes létesíteni.

metán

metán formaldehid

formaldehid

etin

etin

A szén hosszú láncokat képes

alkotni, anélkül, hogy a molekula stabilitása

csökkenne. A lánc tartalmazhat

elágazásokat is!

dodekán (C12H26)

Miért épp a szén?

i-dodekán (C12H26) avagy 2,5-dimetil-dekán

Gyűrűket is tud alkotni…

Miért épp a szén?

ciklo- propán

ciklo- bután

ciklo- pentán

ciklo- hexán

ciklo- heptán

benzol naftalin

benzol naftalin

Miért épp a szén? 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

AZ ÉLET

LEHETŐSÉGE

Erős kötések,

maradandó szerkezetek

A stabilitás molekula

nagyságával nem csökken

Szinte végtelen

kapcsolódási variáció (láncok, gyűrűk)

És még egy…

„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

Végül

„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.”

Vannak, akik még hisznek…

A vis vitalis elméletet 1828-ban ugyan megdőlt, ettől függetlenül, egyes áltudományok képviselőit ez nem zavarja túlzottan (ezoterika, a természet-gyógyászat sarlatán része), gyakran beszélnek továbbra is mindenféle életerőről.

„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.”