Nyikos úr megtisztelô kérésének és ismételt, nyájas unszolásának engedve megígértem, hogy megjegyzéseket fûzök Dalton, Gay-Lussac, Avogadro és Thomson urak immáron majd kétszáz esztendôvel ezelôtt írt, tudományunk klasszikus alkotásaiként számon tartott cikkeihez. Nos, most leülök, hogy teljesítsem ígéretemet. Ez az ígéret természetesen nem arra vonatkozott, hogy a tudománytörténet területére merészkednék. A tudománytörténet maga is tudomány, megtanulnivaló diszciplina, arról beszélni csak a szakértô merjen. Nekem be kell érnem a megközelítésnek azzal a nagyon történelmietlen módjával, hogy mai ismereteink, felfogásunk felôl olvasom újra ezeket a klasszikusokat. Ez a módszer - úgy vélem - elégséges indítékul fog ahhoz szolgálni, hogy megújult tisztelettel tekinthessünk azokra a szellemekre, akiknek általános kémia tankönyveink legporosabbnak látszó bevezetô fejezeteit köszönhetjük.

Ezekbôl a könyvekbôl azt szoktuk tanulni, hogy a kémiai atomelméletnek Dalton volt a megteremtôje. Dalton, ahogy most olvasom, nem tekintette magát semmi módon semmi ilyesminek; ô a kémia egy új rendszerérôl beszél, és ennek alapjaként bizonyos tényeket idéz, megfigyeléseket, amelyek "hallgatólagosan elvezettek ahhoz a láthatóan egyetemesen elfogadott nézethez, mely szerint minden érzékelhetô kiterjedésû test ... hallatlan számú, végletesen parányi anyagi részecskébôl vagy atomból áll ... " Vagyis azt, hogy az anyag atomos szerkezetû, szerinte mindenki tudja. Thomson sem ír mást néhány évvel késôbb: "Az általános vélemény az, hogy a testek atomokból, vagy parányi szilárd részecskékbôl állnak, melyek tovább nem oszthatók." Egy mai folyóirat lektora nem lenne elégedett ezzel a kijelentéssel, amely mérési eredmények és (legalább vagy sajnos: inkább) irodalmi hivatkozások helyett a consensus gentium valóban vitatható erejére hivatkozik.

Amikor pedig szó sincsen konszenzusról - se Dalton elôtt, se késôbb. Newton atomista volt, de Descartes nem. Maxwell atomista volt, de Faraday nem. Boltzmann atomista volt, de Wilhelm Ostwald nem. Mindenkinek voltak hibátlan érvei és alapos kétségei.

Thomson rokonszenvesen és kritikusan óvatos is ebben a kérdésben, óvatosabb, mint Dalton. "A testek végsô elemeinek természetébôl következôen nincs semmiféle módunk arra, hogy pontos ismeretekre tegyünk szert." Majd kifejti a térben kiterjedt atomok hipotézisét, amelyrôl aztán egy mondattal késôbb ô is azt állítja, hogy az "elismert tény". Nehéz dolog következetesen szkeptikusnak maradni kedvenc eszméinkkel szemben.

A tények azonban, amelyekre Dalton hivatkozik, rendkívül figyelemreméltóak. Annak a felismerésérôl van ugyanis szó, hogy az anyagok (minden anyag?) mindhárom halmazállapotban elôfordulhatnak: a víz lehet szilárd, lehet folyékony vagy gáznemû. Ebben a kérdésben a XIX. század elejére, úgy látszik, valóban egyetértés alakult ki. Mi ma egyfelôl ezt triviálisan igaznak tartjuk, másfelôl tudjuk, hogy gyakran nagyon nem igaz. Senki nem látott légnemû répacukrot. A Boyle elôtti kémia - Paracelsusra szoktunk ilyenkor gondolni, pedig az eszmék sokkal tovább fennmaradtak - nagyon másképen gondolkodott a halmazállapot felôl: az anyagok megváltoztathatatlan tulajdonságának tekintette. Annyira, hogy a kor felfogása szerint az egyes komponensek halmazállapota, éghetôsége (ezt a kettôt tekintették az anyag alapvetô sajátságának) még a kémiai átalakulások során is változatlanul megôrzôdik. Ha az anyagokat kegyetlen destruktív desztillációnak vetik alá, szét lehet ôket bontani különbözô komponensekre, és azok olyan állapotban gyûlnek össze a szedôben vagy maradnak vissza a retortában, amilyenben az összetett anyagban rejteztek. Az, hogy összetétel és halmazállapot két, egymástól független dolog, valóban újabb keletû, de Dalton idejére már szemmel láthatóan meggyökeresedett felfogás.

Azonban azt, hogy légnemû anyag is lehet egy kémiai átalakulás terméke, valószínûleg maga Paracelsus vette észre elôször. A vadul felszabaduló, pezsgô, fortyogó, kiszámíthatalanul elszálló fázist a chaos névvel illette (van Helmont ebbôl formálta a gáz szót), vagyis valami nagyon szabálytalant, megjósolhatatlan viselkedésût látott benne.

Aztán persze megszelídítették a gázokat, azt hiszem, Boyle tette ezen a téren a legtöbbet. Annyira, hogy most olvasott négy klasszikusunk egyetért abban, amit Gay-Lussac így fejez ki: "... a testek hasonló körülmények között egyszerû, szabályos törvényeknek csak akkor engedelmeskednek, amikor ez a vonzás [t.i. az atomok között ható] megszûnik, mint ahogy ez gázokban be is következik." Vagyis a gáz éppen nem a legszabálytalanabb, hanem a legszabályosabb állapota az anyagnak. Már hát bizonyos értelemben.

A gázatomok közti kölcsönhatás leírásában egyébként Gay-Lussac szavai állnak a legközelebb ahhoz, amit ma is gondolunk errôl. Annyira, hogy el kell csodálkoznunk, honnan tudta ezt Gay-Lussac. Hiszen se az intermolekuláris erôk természetérôl, se az intermolekuláris távolságokról nem lehetett fogalma. Arra persze, hogy a gázokban nagyon ritkásan vannak a részecskék, a gázok kicsiny sûrûségébôl lehetett következtetni. Amennyiben persze az anyagokat diszkrét részecskék építik fel; amit viszont csak onnan tudunk, hogy ez "láthatóan egyetemesen elfogadott nézet".

Thomson a gázok felépítését tekintve régiesebb, úgyszólván szélsôségesebb nézetet képvisel, mint Gay-Lussac. Szerinte a "gáznak, lévén elasztikus fluidum, olyan atomokból kell állnia, amelyek taszítják egymást". Ez Newton felfogása, aki a gázok hajlamát a spontán kiterjedésre csak taszító erôk hatásaként tudta elképzelni.

Ebben a kérdésben Dalton látszik a legkonzervatívabbnak. Szerinte a gázatom "méltóságát azzal ôrzi, hogy a többieket, akik súlyuknál fogva vagy más okból rátelepednének, tisztes távolságban tartja." Dalton és Gay-Lussac szövege ugyanabban az évben jelent meg. Ebben a mondatban mintha évszázadok lennének közöttük. Az atom méltóságáról szóló mondat mellé könnyû odahallani egy másikat (sokkal szebbet persze), amely arról szól, hogy nincsen más, csak "a Szeretet / mely mozgat napot és minden csillagot." Csakhogy ezt a gyönyörû sort Dante írta, ötszáz évvel Dalton elôtt. Ez bizony középkor a javából. Daltonnak fel szokták róni, hogy jelöléseiben, kémiai írásmódjában visszanyúlt az alkimista szimbólumokhoz. Meglehet, nem egyszerûen a grafikai hagyomány tisztelete vezette ebben.

A négy cikk persze nem ezektôl a bevezetô vagy járulékos megjegyzésektôl lett klasszikussá. Dalton, miután kifejti az anyagmegmaradás tételét "a kémiai lehetôségek határain belül" (ezt az óvatos megkötést az utódok könnyen semmibe vették), kijelenti, hogy a súly szerinti analízis eredményei alkalmasak arra, hogy az atomok relatív súlyát meghatározzuk. Ehhez persze az kell, hogy tudjuk "az összetett részecskéket felépítô egyszerû elemi részecskék számát" , vagyis a molekulák atomi összetételét, az összegképletet. Erre nézve Daltonnak semmi elôzetes ismerete nem lehetett - nekünk is éppen csak a most olvasott négy cikk jóvoltából van. Ezért kénytelen volt végiggondolni, hogy az atomok milyen kombinációkban építhetnek föl molekulákat. Ezt ismerjük mi a többszörös súlyviszonyok törvényeként, és igaznak ismerjük, amennyiben a nitrogén vagy a szén oxidjainak a súlyviszonyaira helyesnek találjuk, ahogy annak találta Dalton is, Thomson is.

Éppen csak azt kell eleve feltennünk a molekulasúlyok Dalton-féle meghatározásához, hogy "ha két test között csak egy kombináció lehetséges, azt kettôsnek kell tartani, hacsak az ellenkezôjére nincsen okunk". Ez a mondat megint csak a középkort idézi, pedig úgy tanultuk, ezzel a mondattal kezdôdik a modern kémia. "Hiábavaló többhöz folyamodnunk, amikor kevesebbel is megtehetjük ugyanazt." Ezt a ferencrendi skolasztikus filozófus, William Ockham mondta valamikor a XIV. század elsô felében (Bertrand Russell nyomán idézem), és ennek a mondásnak egy apokrif változatát hívták késôbb Ockham borotvájának. Russell magyarázata szerint annyit jelent, hogy nincs értelme feltételezni olyan entitást, amelyre nincsen szükség valamely tudomány eredményeinek magyarázatában. Dalton idézett mondatában Ockham egyébként igen hasznos, de látnivalóan veszedelmes eszközével leborotválta a kétféle elembôl felépített, háromatomos molekulákat. Valamennyit. Nem látván okot az elenkezôjére, azt állította, hogy hidrogén és oxigén legegyszerûbb vegyületének az összetétele HO. Szén és oxigén legegyszerûbb vegyületéé CO. Ma tudjuk, az elsô képlet hibás, a második helyes.

Algebrailag tekintve a dolog persze egyszerû. Egyszerûen reménytelen. Az A+B=AB reakció tömegmérlege az anyagmegmaradás értelmében m_A+m_B=m_AB. Az atomelmélet szerint pedig m_A=n_AM_A, m_B=n_BM_B és m_AB=n_ABM_AB, ahol n_A , ... mólszámokat, M_A , ... atom- vagy molekulatömegeket jelöl. Az m tömegek mérhetôek, az n számokról viszont azt hiszünk, amit akarunk. Hat ismeretlenünk van, és csak négy egyenletünk. Ezt természetesen Dalton is tudta, ezért folyamodott a kombinációkhoz és a létezô legegyszerûbb molekulákra vonatkozó feltételezéshez.

A mellékelt rajz szemlélteti azt, amit most elpanaszoltam. A szén-monoxid és a szén-dioxid itt felrajzolt négy összetétele, és ezeken túl végtelen sok további összetétetel, mind összhangban áll a többszörös súlyviszonyok törvényével. Azzal nem áll összhangban, hogy a legegyszerûbb molekula kétatomos. Történetesen a szén-monoxid valóban az.

F. de Kôrösy: An Approach to Chemistry. London, Pitman, 1969. nyomán

A kiút: meg kell határozni a mólok (molekulák) számát. Már a relatív számok is segítenek, pontosabban szólva, csak azok segítenek, hiszen az elôbbi algebrai feladatban ez két további egyenletet jelent, és éppen annyira is van szükségünk. Erre a lehetôséget a gázok tanulmányozása adja meg. Azok térfogatai a tapasztalat szerint egyszerû szabályokat követnek a kémiai átalakulások során. Gay-Lussac "megmutatta, hogy a gázok mindig egyszerû térfogat-arányokban egyesülnek" és ennek nyomán Avogadro kijelentette: "Az elsô, ezzel kapcsolatban felvetôdô és szemmel láthatóan az egyetlen elfogadható hipotézis, miszerint a molekulák száma bármely gázban azonos térfogatban mindig azonos és mindig arányos a térfogattal." Vagyis V és n arányos egymással, V_A/V_B=n_A/n_B. A reagáló térfogatok viszonyai egyenlôek a mólszámok viszonyaival.

Akkor tehát tudunk mindent? A sztöchiometria alapvetô problémái megoldva? Úgy látszik, igen. Hiszen Avogadro ennek az egyszerû feltevésnek az alapján rögtön kijavítja mindazt, amit Dalton tévesen gondolt: a gázok molekuláiról megtudjuk, hogy két atomból állnak, a víz összetételérôl, hogy H₂O, az ammóniáéról, hogy NH₃ . Errôl ma sem lehet többet vagy helyesebbet tudni. És a klasszikus molakulatömeg-meghatározások mind Gay-Lussac és Avogadro gondolatán alapszanak.

De furcsa, hogy a nagyon világosan gondolkodó kortárs, Thomson nem ismerte föl ennek az eszmének a jelentôségét. Gay-Lussac észleleteirôl csak anyit mond, hogy "a szabálygyüjtemény nyilvánvalóan kapcsolódik Dalton elméletéhez. Egyszerû, szép és igen hasznos a gyakorlati kémiában." Avogadroról pedig mintha nem is hallott volna.

Pedig ez a négy nagy ember már modern kutató abban az értelemben, hogy frissen olvassák, ismerik egymás eredményeit. Dalton, igaz, még könyvben publikálja új gondolatait, a másik három azonban már folyóiratcikket ír, hivatkozik a kortársak legújabb publikációira, becsületesen idéz belôlük, méltányosan vitázik, ha kell. Azt mondják, az újkori európai tudomány egyik legnagyobb felfedezése a gyors információ- és gondolatcserét lehetôvé tevô tudományos folyóirat volt. Erre a XVII. században került sor - az alkalmazás azonban láthatóan lassan terjedezett, úgy látszik, csak a XVIII. és XIX. század fordulója teremtette meg az általános igényt vagy a lehetôséget arra, hogy a fontos, új eredményeknek ne kelljen vaskos kötetek megírásáig várakozniuk.

Már most ha minden ilyen világos, az atomok, molekulák elmélete ennyire koherensen, meggyôzôen tudja a kémiai észleleteket leírni, hogyan lehetséges az, hogy olyan emberek - említettem már - mint Faraday vagy Ostwald nem fogadták el a teóriát? A válasz természetesen a becsületesen használt hipotézis szóban van. Éppen a legszigorúbban gondolkodó fizikusok, kémikusok közül kerültek ki azok, akik elutasították azt, ami nincsen szabatosan bizonyítva, ami csak valószínû, ésszerû föltevés.

A mi századunk elejéig kellett várni a végleges bizonyságra. "Ez azonban már más történet", mondták volna Dalton korának regényeiben.