A kémia szerepe a XX. században

A most lezáruló XX. században a kémia, de a természettudomány többi ága is hatalmas mértékben és ütemben fejlõdött. E fejlõdésnek köszönhetôen született eredmények gyakorlati hasznosítása alapvetô változást idézett elô az emberek életében, életmódjában, életminõségében.

A kémiai tudomány és az eredményét hasznosító iparágak – elsôsorban a vegyipar – vitathatatlanul nagymértékben járultak hozzá az emberiség életkörülményeinek javításához és anyagi jólétének emeléséhez. A növekvõ létszámú emberiség a vegyipar termékei nélkül ma már nem tudna boldogulni, a mind nagyobb mértékû és sokrétûbb anyagfelhasználási igényét nem tudná kielégíteni. A természetben található anyagok sokoldalú átalakításával, valamint mind több – a természetben elô nem forduló – anyag szintetikus úton történô elôállításával létrehozott termékek nélkül nehezen tudnánk mindennapi életünket elképzelni. Gondoljunk csak például olyan anyagokra, mint a fémek, ötvözetek, bôr, papír,  festékek, kozmetikumok, felület védelmére szolgáló lakkok, szappanok, tisztítószerek, hajtóanyagok, vízlágyítók, víztisztító szerek, fertôtlenítõszerek, mosószerek, kenôanyagok, üzemanyagok, mûtrágyák, rovarirtó szerek, gyomirtók, villamos elemek, ragasztók, polimerekbôl készült különféle szerkezeti anyagok stb.

A különbözõ szintetikus anyagok elôállításában a közönség számára is leginkább érzékelhetô fejlôdés a mûanyagok terén következett be. Manapság egyébként oly sokféle polimert gyártanak olyan sokféle célra, hogy egy modern társadalom már  nem képzelhetô el ezek nélkül. Mindezt az tette lehetôvé, hogy a kémikusok a szerves molekulák szintézisére vonatkozóan több évtized alatt szerzett tapasztalatok rendszerezésével és értékelésével, valamint az anyagok makroszkopikus tulajdonságait meghatározó tényezõkre vonatkozó mind mélyrehatóbb ismereteik révén úgy tudták irányítani a polimerizációs folyamatokat, hogy a kívánt felhasználási igénynek megfelelô fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkezô polimer keletkezzék. Vannak alkalmazási területek, amelyeken a mûanyagok az elmúlt évtizedek során annyira kiszorították a régebbi hagyományos anyagot, hogy az egykori, helyettesített anyag szinte a feledés homályába került. A szintetikus szerkezeti anyagok mûszaki és gazdasági jelentôségére nem is az a legjellemzôbb, hogy bizonyos körülmények között más szerkezeti anyagokat helyettesítenek, hanem az, hogy a hagyományos szerkezeti anyagoktól nagymértékben különbözõ, különleges tulajdonságaik kombinációival rendkívül kiszélesítették a rendelkezésre álló szerkezeti anyagok választékát.

Közismert, hogy a gépjármûvek és repülôgépek gyártásánál a könnyû és nagy szilárdságú szálerôsített kompozitokat egyre nagyobb mértékben alkalmazzák üzemanyag-megtakarítás és a biztonság növelése céljából. Ugyancsak közismertek a különbözô elektronikus eszközöknél kijelzôként használt folyadékkristályok, amelyek egy- vagy kétdimenziós rendezettségben elhelyezhetõ szerves molekulák. Az egydimenziós (lineáris) rendezettségû folyadékkristály megfelelô polimerbe történô beépítésével rendkívül nagy (az acélnak mintegy tízszerese) szakítószilárdságú szálak állíthatók elô, amelyek az acélt helyettesíthetik a repülôgépváztól kezdve a golyóálló mellényig. (Ez utóbbit már néhány évtized óta használják.)

A hetvenes évek elején kezdôdött el az elektromosan vezetô és félvezetô szerves polimerek kutatása, amelyben a jelentôs elôrelépést az a megfigyelés eredményezte, hogy a poliacetilén tiszta állapotban mért igen kis vezetôképessége megfelelô kémiai kezelés hatására mintegy tizenegy nagyságrenddel is megnövekszik. A poliacetilén után számos újabb polimert sikerült elôállítani, amelyek vezetôképessége kémiai kezeléssel ugyanúgy szabályozható volt, és fizikai, stabilitási, szerkezeti sajátságaik néhány szempontból még jobbak, mint a poliacetiléné. Lényegében a kutatók leleményességétôl és tudásától függött és függ, hogy e polimerek vezetõképességének a polimerek sokféle elônyös tulajdonságával – stabilitás, képlékenység, rugalmasság stb. – való kombinációja révén milyen további alkalmazási lehetõségeket sikerül felderíteni. Ilyen irányú kutatások már bizonyítékot szolgáltattak arra, hogy ezekbôl a polimerekbôl olcsó fotogalvánelemek készíthetõk a napenergia elektromos árammá történô átalakítására, továbbá olyan akkumulátorok hozhatók létre, amelyeknek tömege tizedrésze az ólomakkumulátorokénak, energiasûrûségük ugyanakkor háromszor nagyobb és a feszültséget egy nagyságrenddel rövidebb idõ alatt adják le és veszik fel. Eme elônyös tulajdonságokat például a pacemaker akkumulátorok gyártásában már évekkel ezelôtt hasznosították.

A szerves polimerek egy másik – új alkalmazási lehetõséget ígérõ – csoportját sikerült felderíteni, amelyekbôl ún. "önszigetelô" vezetôszálak készíthetôk. Ezek a szálak hossztengelyük irányában fémes vezetõként, erre merôlegesen pedig szigetelôként viselkednek, aminek a mikroelektronika területén fontos alkalmazási lehetôsége lehet. Egyébként a mikroelektronika létrejöttében és fejlôdésében a kémia meghatárózó szerepet játszott mind a nagytisztaságú egykristályok elôállításában, mind az integrált áramkörök gyártásánál. (Érdekesség kedvéért említendô, hogy az elsõ integrált áramkört negyven évvel ezelôtt egy kémikus és egy fizikus – G. Moore és R. Noyce – állította elô.)[4]
Szintén jól ismert, hogy a távközlésben a rézhuzalokat az üvegszálak (optikai szálak) váltották fel, amelyek adat- és jelátvitel kapacitása és sebessége nagyságrendekkel nagyobb, mint a rézé. Többféle – általában kémiai – módszert használnak az üvegrúd gyártására, amelyekbôl a hajszálvékony szál húzása történik. A szálat polimerrel vonják be, hogy az erõsségét csökkentô mikroszkopikus karcolásoktól és nedvességtôl védjék.

A mûanyagok térhódítására talán a legkézenfekvôbb példát az öltözködésünkben használt anyagok és a lakberendezési tárgyak szolgáltatják. A különbözô mûanyag szálak – nylon, akril, poliészter stb. – megfelelõ kombinációja a kémiailag kezelt cellulózzal szín- és alaktartó, valamint gyûrésálló anyagok gyártását tették lehetôvé. A magas hômérsékletnek ellenálló polimerekbôl könnyû védôruházat készül tûzoltók számára, továbbá speciális polimerekbôl – fôleg sportolók részére – olyan szöveteket gyártanak, amelyek az izzadságból keletkezô vízpárát átengedik, de az esô vagy a hó a víztaszító szövetfelületen nem tud átjutni.

A kémia által elôállított új anyagok körében jelentôs helyet foglalnak el azok a biológiailag aktív vegyületek, amelyek hozzájárultak az emberiség élelemmel való ellátásához és egészségének védelméhez.

A kémia döntô szerepet játszott a mai modern mezôgazdaság létrehozásában és fejlôdésében. Közismert, hogy a mezôgazdaság jelenlegi terméseredményei nem lettek volna elérhetôk a mûtrágyák, a különbözô növényi hormonok és növekedést szabályozó vegyületek, gyomirtó és rovarölô szerek alkalmazása nélkül. A mezôgazdasági hozamok növekedésének mintegy kétharmad része a termény minõségét és mennyiségét javító mûtrágyák és növényvédô szerek alkalmazásának eredménye. A termény tárolására kialakított eljárások, az élelmiszerek romlását megakadályozó adalékok, tárolásukat hosszabb idõre biztosító speciális mûanyagból készült csomagolóanyagok teszik lehetôvé, hogy a lakosság részére minden nap kielégítô mennyiségben, romlatlan és jó minôségû élelmiszer álljon rendelkezésre. Kétségtelen, hogy a mezôgazdaságban használt kemikáliák egyikénél-másikánál nemkívánatos mellékhatás is fellépett, amelyet a biológiai hatásmechanizmusok pontosabb megismerésére folytatott kutatások eredményei révén nagymértékben sikerült csökkenteni.

Az utóbbi néhány évtizedben folytatott kutatások eredményeként, manapság a különbözô panaszok, betegségek megelôzésére és kezelésére hatásos gyógyszerkészítmények olyan széles választéka áll rendelkezésre, hogy ennek köszönhetôen a korábban halálos kimenetelû betegségek jelentôs részében megszûntek vagy lényegesen csökkentek. E nagy jelentõségû eredménynek elérésében döntô szerepet azok az egyre bôvülõ ismeretek játszottak, amelyeket a kutatók az életfolyamatok kémiájára vonatkozóan szereztek, és amelyek lehetôvé tették annak mélyebb és pontosabb megértését, hogy az elemi kémiai reakciók miként építik fel a biológiai folyamatokat. Ennek megértését kétségtelenül nagymértékben elôsegítette az olyan fontos biológiai molekulák szerkezetének megismerése, mint a DNS, az enzimek, a fehérjék. Talán nem túlzás azt mondani, hogy a modern biológia rendkívüli fejlôdése ezzel kezdôdött, és folytatódott a molekulák szerkezete és biológiai hatása közötti kapcsolat egyre pontosabb felderítésével, mindezzel elõsegítve a forradalmi változást jelentô géntechnológia létrejöttét.

A szervetlen anyagok között meglepõen fontos szerepet kaptak a modern szerkezeti kerámiák. A meglepetés oka, hogy kerámiáról általában mindenkinek a fazekas mesterség termékei vagy a porcelánok jutnak eszébe, amelyek törékenyek. A különbözö kémiai komponensekbôl elôállított különbözô szerkezeti kerámiákat – oxidok, nitridek, boridok stb. – egyre nagyobb mértékben alkalmazták, mert a fémeknél sokkal könnyebbek, nagyon magas hõmérsékleten, agresszív közegben is jól használhatók, a korrózióval szemben ellenállóak. A kerámiák szerkezeti felépítésére, összetételére, mikostruktúrájára és ezek által meghatározott fizikai és kémiai tulajdonságaira vonatkozóan végzett kutatások eredményeinek segítségével ma már olyan speciális követelményeket – kémiai, mechanikai, hô- és elektromos vezetés stb. – kielégítô kerámiák állíthatók elõ, amelyeket más anyagból eddig nem sikerült. Ezzel magyarázható, hogy a kerámiák már eddig is jelentõs szerepet játszottak a távközlésben, a számítógépek és különösen a nagyobb hatásfokú belsó égésû motorok gyártásában. Ez utóbbinál a kerámiák azért elõnyösebbek, mert a motor súlya kisebb, az üzemi hõmérséklet emelhetô (a sugárhajtású motorokban pl. mintegy 500 ^oC-kal), aminek következtében a hatásfok jelentõsen növelhetõ, és ráadásul még gyengébb minõségû üzemanyag is alkalmazható. Míg eleinte a kerámiákat fôleg a motorok fém alkatrészeinek helyettesítésére használták, az utóbbi idôben már a motor tervezésénél eleve alkalmazzák a kerámiából készült alkatrészeket. Amerikában és Japánban kerámiából készült szelepekkel, szelepszárakkal, hengerpalásttal, hengerfejjel, kerámiabevonattal készült dugattyú zárófedéllel gyártanak tehergépkocsikhoz dízelmotorokat, amelyek vízhûtés nélkül üzemeltethetõk.

Az elektromosan vezetô szerves polimerekkel kapcsolatban elõzôekben említetteket érdemes kiegészíteni azzal, hogy bizonyos töltésátviteli kristályok 60 K hômérsékleten éppen olyan jó elektromos vezetõnek bizonyultak, mint a réz szobahômérsékleten.

A szervetlen vegyületek családjában a három elemet tartalmazó molekuláknál sikerült felfedezni viszonylag magas hõmérsékleten szupravezetõ anyagokat. Ezek közül például a PbMo₆S₈ azzal tûnt ki, hogy szupravezetô tulajdonságát több ezer gauss erôsségû mágneses térben is megtartotta, ami azért fontos, mert a szupravezetôk egyik legfontosabb alkalmazási területe a nagy térerejû mágnesek elôállítása.
 

A kémia szerepe az ezredforduló után

Az elôzõekben említett példák alapján – ha vázlatosan is – remélhetôleg sikerült bemutatni azt a fejlôdést, amelyet a kémia az elmúlt évtizedek során elért. Jóllehet, a kémiai kutatás legújabb eredményei alapján bizonyos mértékig megfogalmazhatók a közeljövôben megoldandó problémák is, arra vonatkozóan azonban nem lehet megbízható elôrejelzést tenni, hogy a technika és a rokon tudományok fejlôdése milyen új igényeket támaszt a kémiával szemben, továbbá, hogy milyen új – ma még meg sem jósolható – eredmények elérésére ad lehetôséget. Ezzel kapcsolatban tanulságos megemlíteni, hogy 1923-ban, amikor Linus C. Pauling a Kaliforniai Mûszaki Egyetem doktoranduszaként közölte az elsô cikkét a molibdenit kristály szerkezetérôl, és amikor a kémia az egyetemeken már doktori fokozat adására jogosult tudományszak volt, a kémikusok még elég vázlatos ismeretekkel rendelkeztek a kémiai kötésrôl és arról, hogy a kinetika és termodinamika hogyan készteti a molekulákat – egy speciális reakcióúton végighaladásuk során – egymással történô reakcióra. Jóllehet, a makromolekulák létezése és fogalma már szóba került, a kémikusok többsége még nem fogadta el. A tudománytörténészek megfogatmazása szerint, ami a kémia tudományában napjainkban fontos és meghatározó ismeret, annak 70–80%-áról 1923-ban még nem tudtak. Az elmúlt 75 év alatt óriási változás következett be, csodálatos és nagy áttörést jelentõ eredmények születtek a különbözõ igényeket kielégítô anyagok szintézisében. Ezek nagyrészt annak köszönhetôk, hogy az egyre nagyobb teljesítõképességû kísérleti eszközök, számítógépek segítségével nyerhetô információk és elméleti tudásunk gyarapodásával mind mélyebb és pontosabb ismeretekre tettünk szert az anyagok szerkezeti felépítését és reakcióképességét illetôen.

Ez érthetô, hiszen az anyagok valamilyen célra (funkcióra) történõ használati lehetôségét tulajdonságaik határozzák meg, amelyek az anyag szerkezetében bekövetkezô vagy eszközölt változások eredményeként módosulnak. Az anyag szerkezete–tulajdonsága–funkciója közötti kapcsolat egyre részletesebb felderítése és mélyebb megértése alapján lehetett már több esetben elõre jelezni, hogy egy adott funkció ellátása milyen szerkezeti felépítésû és tulajdonságú anyagtól remélhetô.
A meghatározott tulajdonságú és szerkezetû anyagok elôállítására alkalmas folyamatok kialakítása és irányítása – amellyel a három paraméter közötti kapcsolat is szabályozható – nagymértékben függ a kémiai reakcióképességre vonatkozó alapvetõ ismereteinktõl, éspedig attól, hogy a kémiai folyamatot felépítô elemi reakciók szerepének felderítésével válaszolni tudjunk arra a kérdésre, hogy a kémiai folyamatok miért és hogyan mennek végbe. Eme alapvetô kérdések tisztázásához jelentôs mértékben járultak hozzá a reakciókinetikai és -dinamikai vizsgálatok, amelyek korszerû kísérleti berendezések és módszerek – nagy teljesítményû lézerek, tömegspektrométerek, NMR-ek, lézerindukált fluoreszencia, rezonancia, fluoreszcencia, lézer villanófény fotolízis, molekula sugárnyaláb módszerek stb. – segítségével olyan információk megszerzését tették lehetõvé, amelyeket két–három évtizeddel ezelôtt még remélni sem mertünk. E kísérleti technikák és módszerek segítségével többek között

a) meghatározható a nano- és pikoszekundum alatt lejátszódó kémiai reakciók és a rövid élettartamú köztitermékek koncentrációjának idõbeli változása,
b) nyomon követhetôk a molekulán belüli és molekulák közötti energiaátadási folyamatok, amelyek kompetíciója döntõ hatással van a reakció sebességére és termékeinek megoszlására.

A heterogén katalizátorok családjában az új, nagyobb aktivitású katalizátorok létrehozását, illetve a már ismert és alkalmazott katalizátorok hatásfokának javítását – a legutóbbi évek során elért eredmények tanulsága szerint is – döntõ mértékben segítik azok az ismeretek, amelyek a felületek állapotának és a felületeken lejátszódó átalakulásoknak a vizsgálatából nyerhetôk a ma már rendelkezésre álló korszerû kísérleti eszközökkel (EELS, AUGER, LEED, SIMS, ESCA, SEM). Ezek által szolgáltatott információk alapján megismerhetô a felületen kialakuló molekuláris képzôdmények szerkezete, kialakulási mechanizmusa, amelynek alapján – megértvén e folyamatok lényegét – szabályozni lehet a felületeken lejátszódó kémiai folyamatokat.

Ezek figyelembevételével elôtérbe került olyan katalizátorok elôállítása, amelyek elôre meghatározott alakú és méretû üregeket és csatornákat tartalmaznak, ahol a reagáló molekula a reakció számára kedvezô konformáció felvételére kényszeríthetô. Ilyen és hasonló eljárásokkal készített sztereoszelektív katalizátorok elônye, hogy nemcsak a reakciók termékeinek eloszlását lehet így szabályozni, hanem a termékek alakját és méretét is.

A homogén katalízisnél a folyadékban oldható katalizátorok – általában átmeneti fémkomplexek és fémorganikus molekulák – alkalmazásával nagyon jó hatásfokkal és szelektivitással lehet a kémiai folyamatot (pl. az egyszerû szénhidrogének polimerekké átalakítását) lejátszani. Ez vetette fel az ötletet; nem lehetne-e a homogén katalízis nagy szelektivitását a heterogén katalitikus rendszer szilárd teljesítôképességével kombinálni, az aktív centrumoknak a szilárd katalizátor felületén bizonyos rendezettséggel történô elhelyezésével.

A sztereoszelektivitás alkalmazása nagyon fontos azokban az esetekben, amikor a kívánt termék mellett keletkezô nemkívánatos melléktermék képzôdését el akarjuk kerülni. Jó példa erre a királis vegyületek szintézise. A királis molekula két formában létezik, amelyek nem egymásra illeszthetô tükörképei (enantiomerek) egymásnak, éppen úgy, mint a bal és a jobb kéz. Nagyon sok gyógyszer csak az egyik formában fejt ki biológiai aktivitást, a másik enantiomer lehet inaktív, vagy ami rosszabb, toxikus. Ezért alapvetõ fontosságú az aktív formának nagy tisztasággal történô elôállítása, ami klasszikus szintetikus módszerekkel nem sikerül, mert egyrészt a reakcióban mindkét forma közel azonos mennyiségben képzôdík, másrészt a szétválasztásuk bonyolult és költséges, továbbá a termék fele hasznavehetetlen. A probléma – vagyis az aszimmetrikus szintézis – megoldása az eddig végzett kutatások eredményeként történhet az élô szervezetben eIôforduló enzimreakciókat utánozva, a biokémiai átalakulás alkalmazásával (amikor is maga az enzim tölti be az enantioszelektív katalizátor funkcióját) és királis ligandumokat tartalmazó átmeneti fémkomplexekbôl kialakított nagy szelektivitású katalizátorokkal.

Bonyolult, nagy molekulák szintézise és szerkezeti tulajdonságaik kívánt célnak megfelelô szabályozása megvalósítható a nagy bonyolultságú molekuláris rendszerek vizsgálata során szerzett tapasztalatok alapján. Egyre ígéretesebbek és fontosabbak ezek a kutatások, amelyek célja az enzimekhez hasonlóan mûködô katalizátorok elôállítása. A természetes enzimek mint biológiai katalizátorok több reakció lejátszódásában fontos szerepet töltenek be. Hátrányuk, hogy csak viszonylag alacsony hômérsékleten használhatók, ezért nagyon sok, számunkra fontos reakciónál, mondhatni a vegyipari termékek zömének elõállításánál, nem használhatók.

E kutatások terén döntô lépés az enzimekhez hasonló méretû nagy molekulák színtézisének megoldása, méghozzá olyan felületi sajátossággal, amely képes a megfelelô molekulát kiválasztani és úgy kötni a felülethez, hogy az a reakció számára kedvezô szerkezeti formát vegye fel. E nagyméretû molekulák (szupramolekulák) révén új típusú reakciók lejátszódása válik lehetôvé. Tulajdonképpen e nagyobb molekulák lehetnek gyenge kölcsönhatással létrejövô molekulahalmazok (supramolecular assemblies), amelyek a molekulák önszervezôdése révén jönnek létre és fontos szerepet játszanak nemcsak az élô szervezetek reprodukciós folyamataiban, hanem a kémia más területein is.

Az anyagok szerkezetére, reakcióképességére és a katalizátorok hatásmódjára vonatkozó ismereteink bôvülése teszi lehetôvé a reakciók mechanizmusának egyre pontosabb megállapítását. Az eddig felhalmozott ismeretanyagnak a reakciók mechanizmusának meghatározásában való felhasználását jelentõsen megkönnyíti és pontosabbá teszi a számítógépek alkalmazása. Ezért a reakciómechanizmus kutatásokban egyre nagyobb teret kapnak a számítógépes modellezések. Elképzelhetô, hogy ezek továbbfejlõdésével néhány évtized múlva elôállítható lesz a teljes reakcióprofil, amely akár egy film,  megmutat mindent, ami a reakció lejátszódása során történik. Jelenleg a modellezés eredményét össze kell vetni a kísérleti eredményekkel, mert nem mindig lehet tudni, hogy az mennyire felel meg a valóságnak. Egy idô után bekövetkezhet, hogy minden kontroll alkalmával a modellezés eredményei összhangban lesznek a kísérletekbõl nyertekkel. Ekkor már elôre meg lehet mondani, hogy például milyen reakció játszódhat le két olyan anyag között, amelyeknél ezt még nem vizsgálták, vagy milyen katalizátort kell alkalmazni a reakció kívánt irányban történõ terelése érdekében. A számítógépes módszerek és a kombinatorikus kémia egyesítése révén talán létrehozható a különbözô speciális célokra tervezett katalizátorok "könyvtára", amelybôl kiválasztható a kívánt cél elérésére alkalmas katalizátor.

Az elmúlt egy-két évben a nemzetközi szakirodalomban több és többfélé típusú közlemény foglalkozott a kémiai kutatások jövõbeli feladataival [1, 2, 3, 10]. Az egyes konkrét feladatokat illetõen voltak véleményeltérések, de ezek összegzésébõl azért egyértelmûen kirajzolódott az a néhány terület, amely a kémiai kutatások középpontját képezi:

– új, hatékonyabb eljárások kifejlesztése korszerûbb anyagok elôállítására,
– az energiafelhasználás optimalizálása és új energiaforrások kialakítása,
– az életfolyamatok alapvetô kémiai reakcióinak felderítése,
– környezetvédelem.

A kutatások egy része arra irányul, hogy megszûnjenek a már kifejlesztett és gyártott anyagok használhatóságát csökkentô tényezõk, az élettartam növekedjék, a gyártásukra alkalmazott technológia anyag- és energiatakarékos, valamint környezetbarát legyen.

A mezôgazdaságban, az élelmiszeriparban és a háztartásokban használt polimer termékek esetében a hulladék eltávolítását kell megoldani vagy újrafeldolgozásra alkalmas technológia kifejlesztésével, vagy már a gyártásnál egy biodegradálódó komponens beépítésével, ami lehetõvé teszi a termékek környezetbe történô leépülését.

Az ûrhajók, repülôgépek és versenyautók gyártásánál használt könnyû, de nagy szilárdságú kompozitok elõállítási költsége túl magas ahhoz, hogy szélesebb körû alkalmazására sor kerülhessen, ezért itt olcsóbb anyagok vagy kevésbé drága technológia alkalmazására van szükség.

A gépkocsik gyártásánál mind nagyobb mértékben használt mûanyagok újrafeldolgozásának és feldolgozhatóságának követelményét már a tervezési szakaszban figyelembe kell venni és a technológiát ennek megfelelôen kell kifejleszteni. Már utaltunk rá, hogy a kerámiákat jelentõs mértékben alkalmazzák a gépkocsik gyártásában. Szélesebb körû alkalmazásukat, elsôsorban a monolitikus kerámiákat szerkezeti anyagként való alkalmazását azonban gátolja az egyébként lényegesen csökkentett, de még mindig meglévô törékenységük. Ennek további csökkentése vagy megszüntetése érdekében intenzív kutatások folytak [5, 6] és várhatóan folynak még egy ideig a kerámiamátrix kompozitokra vonatkozóan, olyan kérdések tisztázása céljából, hogy milyen ezek molekuláris szerkezete, a kompozit különbözô komponensei milyen kölcsönhatásban vannak molekuláris szinten egymással, adott specifikus fizikai tulajdonság milyen molekuláris szerkezettel van összhangban, a kompozit különbözõ komponensei – kerámiarészecskék, kerámiamátrixba ágyazott szilícium-karbid vagy szilícium-nitrid szálak – milyen kölcsönhatásban vannak egymással mikroszkopikus szinten.

A távközlésben jelenleg már használt – szilíciumból készült – szálak valóban forradalmi fejlõdést jelentettek. Újabb kutatások eredményeként kiderült, hogy a fluoridüvegekbõl vagy üvegszerû fluoridból még áttetszôbb szálak nyerhetõk. Ellentétben a hagyományos üvegekkel, mint a fém-oxidok, a fluoridüvegek fém-fluoridok keverékei, pl. a ZrF₄, LaF₃ és a BaF₂, amelyekbõl ún. hármas üveg készíthetõ. Jóllehet az eddigi vizsgálatok tanúsága szerint még több – és fôleg technikai – probléma vár megoldásra, ezekbõl az új típusú üvegekbõl készített szálak, legalábbis elvileg, az optikai jelek továbbítását több ezer kilométer távolságra lehetõvé teszik közvetítô állomás nélkül.

A mikroelektronikában az integráltsági szint az alkoltó komponensek méretének csökkentésével és különösen az egyre rövidebb hullámhosszúságú fény (röntgensugárzás) alkalmazásával volt növelhetõ. Ez esetben teljesen új fotoreziszt anyagra van szükség. A fotoreziszt anyagok új generációjának optimalizálása a litográfiai folyamatban alkalmazott fény hullámhosszára intenzív kémiai kutatást igényel. Az integrált áramkörök gyártása a jövõben a jelenleg használt litográfiai módszer helyett – amely a fotoreziszt oldékonyságának fény hatására bekövetkezô változásán alapul – olyan száraz kezelési technikát igényel, amely valamennyi vákuumos gyártási rendszerrel kompatibilis.

A szerves vegyületek elektronikai tulajdonságainak felderítésére irányuló kutatások eredményei – többek véleménye szerint – új eIektronikai eszközök Iétrehozását segíthetik elô (kijelzõk, memóriatárolók, térvezérlésû tranzisztorok stb.). Richard E. SmaIIey – 1996-ban kapott megosztva Nobel-díjat a fullerének felfedezéséért – a "carbon nanotubes" (széncsövecskék) szintézisére és jellemzésére vonatkozó kutatási eredményeik alapján nagyon valószínûnek tartja a molekuláris elektronika kialakulását. Bizonyos széncsövecskék ugyanis ténylegesen fémes jellegûek és ezért a szerves kémiában lehetõség rejlik fémhuzalok elôállítására, amelyek kémiai pontossággal történõ összekapcsolásával a már meglévô áramköri elemekkel egyenértékûek hozhatók létre. Az elmúlt hónapokban publikált cikkek arról adtak hírt, hogy szerves oldószerekben oldható bizonyos "széncsövecskék" polimerek, kopolimerek és kompozitok építôköveiként növelik ezek szilárdságát. [7]

Egy idô óta felmerült a kémia által elõállítható anyagok alkalmazása a házépítésben. Az egyik javaslat az aerogélek – porózus szilícium-dioxid habanyagok – alkalmazása, amelyek ugyanolyan jó tûzállóak, mint az üvegszálak, de jobb szigetelôk. Ezeket repülõgépekben és egyéb nagy értékû berendezésekben már használják. Házépítésnél akkor jöhetnek szóba, ha az áruk jelentõsen csökkenthetô.

A szerkezeti anyagok védelme mindig fontos feladatát képezte a kutatás-fejlesztésnek. Ez nagyrészt az anyagok felületének különbözô Iakkokkal történô bevonásával történt, ami bizonyos mértékben védelmet nyújtott az idõjárás, a kopás, karcolások, korrózió stb. ellen. A felületek védelme sokat javult az alkalmazott lakkok és egyéb kemikáliák minôségének növekedésével, mind olyan eljárásokkal, amelyek lehetõvé tették a felület molekuláris dimenziójú réteggel történô bevonását és ezáltal a védôhatás növelését. Ugyanakkor az új típusú szerkezeti anyagok kifejlesztése, továbbá ezek egyre inkább extrémebb körülmények közötti alkalmazása újabb feladatok megoldását igényli a kémiától.

Végül a katalizátorok hatásfokának és szelektivitásának növelése állandó feladata marad a kutatásnak, mivel az ipar egyre erôsebben igényli az olyan technológiákat, amelyek segítségével a termékeket nagyobb kitermeléssel, tisztábban, környezetkímélô módon gyárthatja.

IRODALOM
1. S. Borman, R. Dagani, R. L. Rowls, P. S. Zurer: Chemistry crystallizes into modern science, Chem. and Eng. News. 1998. január 12.
2. R. M. Baum: Chemistry's opporturuties, Chem. and Eng. News 1998. január 12.R
3.R.  M. Baum: Chemistry's opportunities, Chem. and Eng. News 1998. április 27.
4. M. Johnston: Silicon valley, Nat. Geogr. 162 (4), 459–476 (1982)
5. E. Wilson: New ceramic bends instead of breaking, Chem. and Eng. News 1997. szeptember 8.
6. Y. Waku és munkatársai: A ductile ceramic entectic composite wtth high strength at 1873 K. Nature 389. 49–52, 1997. szeptember 4.
7. R. Dagani: Soluble carbon nanotubes open door on chemistry, Chem. and Eng. News 1998. október 5.
8. Ph. H. Abelson: A third technological revolution, Science 279, 2019, 1998. március 27.
9. E. Masood; UK holds up applications of genetically modified crops, Nature 395, 830, 1998. október 29.
10. Chemistry. Europe and the future, The Royal Society of Chemistry, London .1997. Alliance for Chemical Sciences and Technologies in Europe (All ChemE)

Folytatás