Tabor
Itt bepillanthatsz
a Mi MICSODA filmekbe:

Get Flash to see this player.

A kémiai elemek fontossága

2019. május 17., 15:56
 

A kémiai elemek olyan anyagok, amelyek kémiai úton nem bonthatók tovább többféle, kémiailag tiszta anyagra. Atommagjukban azonos számú protont, vagyis pozitív töltésű szubatomi részecskét tartalmaznak. Egy vagy több proton minden atom magjában jelen van, és ezek száma határozza meg a kémiai elemek minőségét, ez a rendszerezésük alapja is. A kémiai elemek rendszertani szempontból tehát azonos rendszámú atomfajtákból felépülő, tiszta kémiai anyagok. És bár az alkímia művelői mindig reménykedtek abban, hogy például aranyat készíthetnek valamelyik másik elemből (például fémből), ez nem lehetséges: egyik elem sem alakítható át kémiai úton egy másik elemmé. A vegyületek többféle kémiai elem ionjaiból, atomjaiból épülnek fel. Ilyen vegyület például a konyhasó, a víz, a mészkő vagy a metán is.


 
A vörösvértestjeinkben lévő hemoglobinban fontos szerepet játszik a vas. A képen piros és kék színűek a fehérje részek és zöldek a vastartalmú összetevők.

Hol találkozunk az elemekkel?
Mivel minden anyag, az emberi testet is beleértve, az univerzum anyagából keletkezett, a kémiai elemekkel magunk körül és a saját testünkben is találkozunk. A levegőből oxigént lélegzünk be, az ékszereinket aranyból vagy ezüstből készítjük, a tartósabb tárgyakat, szobrokat pedig vasból. Ez utóbbit azonban akár gyógyszer formájában is felírja nekünk az orvos, ha a vérünkben kórosan lecsökkent a mennyisége. A vas ugyanis nélkülözhetetlen alkotórésze a vörösvértestekben lévő hemoglobinnak, amely a tüdőből a test többi részébe szállítja az oxigént. De a vas mellett még számtalan, további elem is van, amelyet szintén gyógyszerként is használunk. Ha gyakran kapnak görcsöt az izmaink, akkor magnéziumra van szükségünk, a szívünk-vérkeringésünk jobb működéséhez káliumot és kalciumot szedünk. Ez utóbbit a fogaink és a csontjaink is igénylik. A pajzsmirigyünket jóddal szabályozhatjuk, ha pedig az inaink, ízületeink gyengék vagy a hajunkkal-körmünkkel van gondunk, akkor a szilíciumért nyúlunk. Az étkezésnél sem árt, ha figyelünk bizonyos elemekre. Agatha Christie jól ismert nyomozója, Hercule Poirot például nem véletlenül emlegeti, hogy ha serkenteni akarja az agyműködését, akkor halat eszik. A halakban nagyobb mennyiségben található foszfor ugyanis valóban élénkítheti a gondolkodást.

Természetesen vannak olyan elemek is, amelyeket jobb elkerülnünk. Ilyen például a higany, amelynek gőze megmérgezhet minket, ha például a higanycseppek szétgurulnak egy törött hőmérőből és mi közel hajolunk hozzájuk. De az ólom is súlyos bajokat okozhat, ha túl sok kerül be belőle például a borokba vagy ivóvizekbe, a hordókból vagy a vízvezetékekből. Ugyancsak mérgezően hat ránk az arzén, amely már sok gyilkosság „főszereplője” volt, a valóságban és a krimikben egyaránt.    

Jelenleg 118 különböző kémiai elemet ismerünk, ezek közül a Földön 94 található meg a természetben, a többit mesterséges úton állítják elő.

A napok (csillagok) az életük végén vörös óriássá fúvódnak fel, és ilyenkor az elképzelhetetlenül nagy hőtől rengeteg új elem is keletkezik bennük.

Kik voltak az elemek első felfedezői?
Az aranyat, ezüstöt, rezet, ónt, ólmot, higanyt, vasat, ként és szenet már az ókorban ismerték, de ezek felfedezőiről nem maradtak fenn feljegyzések. Az első ismert személy, aki egy elemre talált rá, a latin nyelven író német teológus, filozófus és polihisztor, Albertus Magnus volt (Nagy Szent Albertként is szokták emlegetni). Ő az arzént fedezte fel 1250-ben.

A következő, kiemelkedő személyiség Paracelsus volt (1493 k. – 1541), akit szintén rendkívül sokoldalú tudósként, egyúttal az európai orvoslás egyik megalapítójaként tarthatunk számon. Hamar ismertté vált nevét már felnőttként, egy Celsus nevű, római orvos tiszteletére vette fel. A szó jelentése: „Celsus felett álló”. Paracelsus a svájci Einsiedelnben született, Karintiában nevelkedett, majd a Bécsi Egyetemen fejezte be hároméves orvosi tanulmányait 17 évesen, 1510-ben. Ezután még több európai egyetemen is megfordult, majd katonaorvosként járta be szinte egész Európát. Egyebek közt Magyarországon is dolgozott. Később Egyiptomban, Arábiában, a Szentföldön és Konstantinápolyban igyekezett továbbbővíteni a tudását, kihasználva, hogy ezeken a területeken működött a legfejlettebb népegészségügyi rendszer, és hogy itt gyakorlott orvosoktól, alkimistáktól, bábáktól, fürdőmesterektől és javasasszonyoktól tanulhatott. Európába való visszatérése után, 1524-ben Salzburgban kezdett gyógyítani, ott alakította ki az új kezelési módszereit. Gyógyítói filozófiáját több pillérre alapozta, amelyek közül a filozófia, asztrológia és erkölcs mellett az alkímia, az anyag átalakításának tudománya volt a harmadik, fontos pillér. Az alkímia gyakorlatilag a kémiát előkészítő tudomány volt. Paracelsus fontosnak tartotta, hogy ennek eredményeit, tapasztalatait a gyógyszerkészítésben is felhasználja. „Sokan mondták már, hogy az alkímia csupán arany- és ezüstcsinálásra való. Számomra nem ez a cél, hanem megfigyelni minden erényt és erőt a gyógyítás szolgálatában” – fogalmazta meg erről a véleményét. Maga is készített gyógyszereket, amelyeket elsősorban gyógynövényekből és fémekből állított elő. A kémiai és ásványi elemek orvosi felhasználásnak kidolgozásával egy új tudományág, a jatrokémia megalapozójává is vált. Míg az elődei a vegyi anyagokat többnyire külsőleg, sebekre és bőrbajokra alkalmazták, addig Paracelsus belső szerként is használta ezeket. Így ő volt az első orvos, aki gyógyszerként tudta alkalmazni az egyébként mérgező higany-, kén- és vasvegyületeket is. Gyógyszerészi munkálkodásai közben fedezte fel azután a cinket 1520-ban. Ezt az elemet azóta is rendszeresen használják a gyógyításban, hiszen több területen is nélkülözhetetlen. Legfontosabb szerepét a sejteket határoló hártya, vagyis a sejtmembrán stabilitásának fenntartásában szokták megjelölni. Cink nélkül ugyanis a membrán sérülékennyé válik és kevésbé védi meg a sejtet a káros hatásoktól. Emellett a cink a vércukorszint szabályozásában és a hormonok szintézisének folyamatában is részt vesz, miközben a nehézfémek ártalmas hatásaitól is védi a szervezetet, tehát általános detoxikáló szerepe is van. Bizonyára a cink felfedezése is hozzájárult, hogy Paracelsust sokan csodadoktornak tartották, mivel számos reménytelennek látszó beteget sikerült meggyógyítania, nem utolsósorban az elemeket is felhasználó gyógyszereivel.

A kutatók gyakran ilyen, mikroszkopikus méretű meteorit szemcséket vizsgálnak meg ahhoz, hogy információkat kapjanak az anyagok keletkezéséről. Ez a szemcse egy ősi csillagból származik.
(Fotó: Sachiko Amari)

De hol és hogyan születtek meg az elemek?
Azt már régóta lehet tudni, hogy a kémiai elemek atomjai a csillagokban – vagyis az egyes napokban –, magfúzió során jönnek létre. Ezekben van meg a kellő a forróság ahhoz, hogy a kisebb atommagokból nagyobbak keletkezzenek. A folyamat részleteit azonban még nem ismeri kellő mélységben a tudomány. Ezért is alakult egy új kutatócsoport a Magyar Tudományos Akadémia (MTA) CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetében, azzal a céllal, hogy jobban megismerjék: hol és hogyan jöttek létre a kozmikus környezetünket és a saját testünket is alkotó atomok. A programnak a Lendület nevet adták, a csoport vezetője pedig egy torinói fizikus, Maria Lugaro, aki előzőleg Ausztráliában dolgozott, hasonló témákon. Ő mondta el az Élet és Tudomány nevű hetilapnak, hogy hol tartanak jelenleg a kutatásaik.

A kiindulópontjuk tehát a mi Napunkhoz hasonló csillagok vizsgálata, amelyek idős korukban vörös óriásokká fúvódnak fel, és bennük egyre több elem keletkezik. A folyamat során hatalmas mennyiségű por és gáz jut ki a világűrbe, amelynek a meteoritok a kézzelfogható termékei. A kutatók a meteoritikus mintákban azonosítják be azokat a szemcséket, speciális összetételű apró darabokat, amelyekről egyértelműen kimutatható, hogy csillagokban jöttek létre. A négy éve zajló munka során mára kirajzolódott annak képe, hogy milyen típusú csillagok járulhattak hozzá a mi Naprendszerünk anyagának kialakulásához. A porszemek tulajdonságaiból pedig arra lehet következtetni, hogy a naprendszerünk anyagát olyan csillagok hozták létre, amelyek jóval gazdagabbak voltak fémekben, mint a mi Napunk. (A csillagászatban egyébként minden fémnek számít, ami nehezebb, mint a hélium, és itt is ezekről az anyagokról van szó.) Az is kiderült, hogy nem érvényes az a korábbi feltevés, amely szerint a kémiai fejlődés egyenes vonalon megy végbe a Tejútrendszerben, vagyis hogy fokozatosan dúsul fel a csillagok fémtartalma. Ez nem így van, mert a tapasztalatok szerint egy ideig növekszik a fémtartalom, de azután le is csökkenhet. Ennek pedig az az oka, hogy a csillagok vándorolhatnak a Tejútrendszeren belül, és a magas fémarányt ez és a vándorlás során őket érő szennyeződések is előidézhetik. Vagyis a fémtartalmuk nem egy folyamatos belső fejlődés eredménye.

Szintén új eredmény, hogy a bolygókeletkezésben fontos tényező a radioaktív elemek aránya. Nem mindegy, hogy mennyire szennyeződött meg a születő bolygó radioaktív elemekkel. A csoport vezetőjének beszámolója szerint azt a következtetést mindenképpen le lehet vonni, hogy a miénkhez hasonló bolygók létrejöttéhez szükség van radioaktív elemekre. Ezek ugyanis a bomláshőjükkel a sziklakeménységű anyagokat is képesek megolvasztani, és ezzel hozzájárulni a gömbölyű forma kialakulásához. A Földben ezek szerint volt elég hő, tehát elég radioaktív anyag a keletkezésekor ahhoz, hogy kellőképp megolvadjon az egész. Igaz, a hőtől a víz is jelentős mértékben elpárolgott, de szerencsére annyi éppen maradt belőle, amennyi elegendőnek bizonyult az élet létrejöttéhez és fennmaradásához. És ami ennél is fontosabb: elegendő elem is jutott a Földnek ahhoz, hogy emberi élet is létrejöhessen rajta.

 

Lévai Júlia

 
Nyomtatóbarát verzió
Küldd tovább ezt a cikket barátodnak, ismerősödnek
Ajánld a Mi MICSODA Klubot barátodnak, ismerősödnek

Kapcsolat | Impresszum