A magyar vegyipar és kémiatudomány

Az elmúlt két évben számos rendezvény emlékezett meg Buzágh Aladárnak, a magyar kolloidkémia megalapítójának úttörô munkásságáról. Hálás tanítványai tudományos üléseket, konferenciákat és könyvet is szenteltek emlékének. Ezek bemutatták azt a terebélyes, szerteágazó tudományos tevékenységet hazánkban, amely Buzágh Aladár útmutatásai alapján indult el és amelynek irányai az ô elképzeléseiben és tanításaiban gyökereztek.

Ez a megemlékezô tanulmány röviden szeretne rámutatni azokra az eredményekre, amelyek megalapozták Buzágh Aladár helyét a kolloidkémia tudományágában, bemutatva egyben ezen eredmények gócképzô szerepét a hazai kolloidkémia kiteljesedésében.

Nem indulhatunk el azonban elemzésünkben anélkül, hogy ne vázolnánk fel a kolloidkémia vajúdó helyzetét századunk húszas éveiben, amikor Buzágh Aladár tudományos tevékenysége elkezdôdött. Ebben az idôszakban már túl vagyunk a kolloid állapot fogalmára vonatkozó néhány alapvetô felismerésen. A XIX. század ismeretgyûjtô és útkeresô tevékenysége után századunk elsô évtizedében kialakult a kolloid állapot egyetemességének és általánosságának felismerése és ezzel kapcsolatosan a diszperz rendszerek elmélete. Két nagy tudós -- P. P. Weimarn és Wo. Ostwald -- nevéhez fûzôdik az a megállapítás, hogy bármely anyag kolloid állapotba vihetô, tehát a kolloid állapot független a kémiai sajátságoktól. Weimarn kísérletesen állított elô számos addig "krisztalloid''-nak nevezett anyagot "kolloid'' állapotban, Wo. Ostwald pedig logikusan levezette, hogy a szuszpenziók, a valódi oldatok és a kolloid oldatok között csak a részecskék méretében, "diszperzitásfokában" van különbség, nem lehet éles határt húzni közöttük: tulajdonságaik folytonosan változtathatók a diszperzitásfok függvényében (Wo. Ostwald diszperz rendszer elmélete). A háromféle anyagrendszert egységes szempontból kiindulva kell vizsgálni: közös tulajdonságaik ugyanazokon az alapokon nyugszanak, eltérô tulajdonságaik pedig csak méretbeli különbözôségüknek tulajdoníthatók.

E felismerés nagy hatással volt a kolloidkémia fejlôdésére. A kolloid állapot általános jellegének kimondása a kolloidok tudományát a fizikai kémia önálló részévé, fontos fejezetévé tette és mint ilyen, a fizikai kémia területén kimondott általános törvényszerûségek érvényesülését kereste a kolloid rendszerek esetében. Kísérleti úton tanulmányozta továbbá e törvények módosulását a diszperzitásfok függvényében, mely sok esetben a kolloid állapotban extrém pontot mutatott.

Ezzel a világgal ismerkedett meg Buzágh Aladár Wo. Ostwald lipcsei intézetében, majd azt követôen H. Freundlich munkatársaként a Berlin-Dahlem-i Kaiser Wilhelm Institut-ban. Munkásságának irányait meghatározták e két intézetben eltöltött évek. Az itt indított kutatási területek alapvetôen megszabták érdeklôdésének körét. Ezeket tovább bôvítve, részletesen elemezve olyan általános érvényû megállapításokat tett, amelyek a kolloidika alapjainak kiépítéséhez jelentôsen járultak hozzá.

Buzágh Aladár munkásságának jelentôs része ma már beépült a kolloidkémia egyetemi tananyagába. A szerzô ezért kissé zavarban van, mert ezen tanulmányban nem az egyetemi anyag egy részét kívánja leírni, hanem egy életmû fô eredményeit szeretné bemutatni. Az, hogy a kettô nem választható szét, bizonyítéka az életmû máig ható jelentôségének.

Buzágh elsô nagyjelentôségû munkáját Wo. Ostwald intézetében kezdte meg: ez a terület a peptizáció (kolloid oldás) vizsgálata volt. A peptizálás folyamatában összefüggô (koherens) anyagrendszerekbôl dezaggregálással kolloid rendszer keletkezik. Buzágh vizsgálta a peptizálás folyamata szempontjából mérvadó tényezôket és ennek során következtetni tudott a peptizáció mechanizmusára. A peptizációt két fôtípusra osztotta: adszorpciós és disszoluciós peptizálásra. Ez a felosztás a peptizációhoz mindig szükséges segédanyag -- a peptizátor -- és a felület kölcsönhatásának mikéntjén alapul. A peptizáció megindulásakor a peptizátor kölcsönhatásba lép a részecskék felületével, fellazítja a gél szerkezetét és így csökkenti a részecskék között mûködô összetartó erôket. A részecskék a hômozgás következtében kiszabadulnak a koherens rendszerbôl, diszpergálódnak és kolloid oldat keletkezik.

Az adszorpciós peptizálás hatásfoka a peptizátorkoncentráció függvényében maximumgörbét ad, ez a függvény a zéta-potenciál változásával párhuzamos. A disszoluciós peptizálásnál a kémiai oldás folyamatában keletkezett sókoncentrációt is figyelembe kell venni a peptizált anyagmennyiség meghatározásánál, így ugyancsak maximumgörbéhez juthatunk a fenti függvényt ábrázolva. Az extrém pontot, maximumot mutató függvények tükrözik a kolloid oldás és az amikroszkópos oldás közötti különbséget.

A peptizálás hatásfokát a peptizálandó anyag (üledék) mennyiségének függvényében feltüntetve szintén maximumgörbét kapunk. Ez az Ostwald--Buzágh-féle üledékszabály. A maximum kialakításának magyarázata ugyanúgy, mint az elôbbiekben a zéta-potenciál változására vezethetô vissza.

A peptizáció -- kolloid oldás -- folyamatának vizsgálata vezette Buzághot több, természetes, iparilag fontos gél szerkezetének vizsgálatához. A peptizáció sebességének tanulmányozása ugyanis a különbözô elôéletû (öregedés, kezelés stb.) gélek esetében érzékenyen követi az említett hatások folytán bekövetkezô szerkezetváltozásokat. E témára a késôbbiekben még visszatérünk.

Buzágh másik fontos tématerülete a részecskék közötti erôhatások -- adhéziós erôk -- tanulmányozása volt. A durva részecskék között fellépô kölcsönhatást a szuszpenziókból ülepedéskor keletkezô üledékek szerkezetével kapcsolatban vizsgálta és az itt mûködô erôhatásokat adhéziós erôknek nevezte. Kísérletekkel igazolta, hogy a szuszpenziók ülepedésénél az üledékek szerkezetképzését és reológiai viselkedését ezek az erôhatások irányítják.

Mikroszkópos méretû részecskék tapadásának mérésére makroszkópos felületen két módszert dolgozott ki. Az egyik az ún. "tapadási szám"-meghatározás. Ennek lényege, hogy a mikroszkópos küvettában leülepített részecskéket megszámlálta és a küvetta megfordításakor a tapadva maradt részecskék számának %-os aránya adta a tapadási számot. Ez a szám -- vizsgálatai szerint -- függ a részecskék méretétôl, a felület anyagi minôségétôl és a közeg összetételétôl. A befolyásoló tényezôk meghatározásából arra a következtetésre jutott, hogy az adhéziós erôk döntôen a felület adszorpciós rétegének vastagságától és szerkezetétôl függnek és ezek megváltoztatásával befolyásolhatók. Megállapítása szerint az adhéziós erô lehet kicsi, de a kölcsönhatás mindig pozitív. Másik módszere az ún. szakadási szög mérése. Ez a módszer vízszintes alapra ülepített, egyenletes, egyszeres részecskerétegben méri azt a szöget, amelynél az alaplap óvatos megdöntésével -- nagyítóval észlelve -- a réteg egyszerre "leszakad". Ez utóbbi szög szinusza arányos a fajlagos adhézióval.

Ezen kísérleti módszerek birtokában Buzágh széleskörû vizsgálatokat folytatott a különbözô elektrolitoknak az adhézióra gyakorolt hatására vonatkozóan: a kationok értékûségének, minôségének és koncentrációjának függvényében végzett számos mérésbôl a zéta-potenciál elôjele és nagysága és az adhézió között párhuzamot mutatott ki: az adhézió maximális az izoelektromos pontban, ennek megfelelôen a stabilitás az izoelektromos pontban minimális lesz. A legnagyobb stabilitású diszperz rendszer tulajdonságai pedig a maximális zéta-potenciállal rendelkezô, minimális adhéziójú állapotnak felelnek meg.

A fenti eredmények rámutattak arra, hogy az elektromos kettôsréteg illetve az adszorpciós réteg -- a lioszféra -- vastagsága alapvetôen fontos szerepet játszik a rendszer állandóságának kialakításában. Az adhézió nagy a vékonyabb adszorpciós rétegek esetében, mert ekkor a részecskék közelebb tudnak kerülni egymáshoz. Buzágh tehát már a potenciálfüggvények számítása elôtt látta, hogy a részecskék közötti kölcsönhatás annál nagyobb, minél közelebb kerülhetnek egymáshoz a tapadó felületek.

E felismerés birtokában már nem volt messze a diszperz rendszerek állandóságával kapcsolatos általános érvényû megállapítás, mely Buzágh munkásságának legkiemelkedôbb elvi útmutatása. Ezt a szakirodalomban Wo. Ostwald--Buzágh-féle kontinuitás elméletnek nevezik. Eszerint a diszperz rendszerek állandóságát nem csupán a diszperz rész sajátságai (a részecskék mérete, alakja, felületi sajátságai) határozzák meg, hanem a diszperziós közeg tulajdonságai és szerkezete is. A diszperz rendszerek állandóságának feltétele, hogy a diszperz rész és a diszperziós közeg harmonikus egységet képezzenek. Ezt elsôsorban a részecskék felületén kialakuló adszorpciós réteg biztosítja. Ha az adszorpciós réteg szerkezete a diszperziós közeg szerkezetéhez hasonló, akkor ez az adszorpciós réteg folytonos -- kontinuus -- átmenetet képez a részecske és a diszperziós közeg között és a részecske mintegy ,,beépül'' a diszperziós közegbe. A folytonos átmeneti jelleget tehát az adszorpciós réteg biztosítja úgy, hogy nincs élesen elhatárolva a közegtôl, hanem polimolekulás, diffúz szerkezetû és a diszperziós közeg molekuláit is nagy mennyiségben tartalmazza. Minél diffúzabb jellegû a szolvátburok a részecskék körül, annál tökéletesebb a folytonos átmenet a részecskék és a diszperziós közeg között, annál nagyobb a rendszer állandósága. Ezért itt döntô szerepe van a részecske és a közeg között fellépô kölcsönhatásnak (természetesen ez a közegben oldott anyagokra is vonatkozik). Ma már ez az elképzelés magától értetôdônek tûnik, Buzágh mûködésének idejében azonban, amikor a stabilitást egyedül az elektromos kettôsréteg elmélete alapján értelmezték, ez új szemléletmódot jelentett, mely sok megmagyarázhatatlan viselkedés okára mutatott rá.

Buzágh az adhéziós erôhatásokra, a diszperz rendszerek stabilitására és a közegbe való kontinuus beépülésre vonatkozó megállapításai alapján a diszperz rendszerek stabilitási lehetôségeinek öt fô esetét különböztette meg:

1. a részecskéket az elektromos kettôsréteg stabilizálja;
2. a részecskéket a szolvátréteg stabilizálja;
3. a stabilitást az elektromos kettôsréteg és a szolvatáció együttesen határozza meg;
4. a diszperz rendszert összetett szolvátréteg stabilizálja -- felületaktív anyagokkal való nedvesedôképesség-növelés, melynek lényege az aszimmetrikusan poláros anyagok irányított adszorpciója a részecskék felületén;
5. makromolekulák stabilizálják a diszperz rendszert.

Ez a rendszerezés egyben irányt mutat a gyakorlati életben felmerülô szuszpenzió- és emulzió-stabilitási problémákban, ahol a rendszer stabilizálásának illetve koagultatásának fontos szerepe van a különbözô ipari problémák megoldásánál.

Az említett fô tématerületeken túl Buzágh néhány ezekbôl leágazó, gyakorlati irányban is végzett jelentôs kutatásokat. Így a kolloidoldás problémaköréhez csatlakozik több fontos, Buzágh által eukolloidnak nevezett (természetes óriásmolekula) vizsgálata. A cellulóz, a lignin és a kollagén szerkezetének és tulajdonságainak mélyebb összefüggéseit vizsgálva a papíripar és a bôripar számára hasznosítható eredményeket kapott. Pl. a szalmacellulóz feldolgozására kifejlesztett módszer a papíriparban, az ott dolgozó kutatókkal együttmûködve, jelentôs gazdasági eredményeket hozott. E munkájáért kapta Buzágh 1949-ben elsô Kossuth-díját. A kollagénre vonatkozó kutatásai a gélszerkezet kialakulásának tisztázására irányultak. Ezek során megállapította, hogy a gél keletkezésének kísérleti feltételei hogyan befolyásolják az említett szerkezetet. Ugyancsak a gélszerkezet szerepét kívánta tisztázni egy természetben elôforduló, de mesterségesen is elôidézhetô jelenség, a Liesegang által elôször leírt periódikus csapadékképzôdés tanulmányozásával. Ennek mechanizmusára írt le egy elképzelést, melyet leegyszerûsített modellrendszeren végzett kísérleteivel igazolt.

A természetes óriásmolekulás géleken túlmenôen munkásságának utolsó éveiben szintetikus polimerek oldataiban lezajló folyamatok vizsgálatait is elindította. Ez a téma is tovább élt munkatársainak mûvelésében.

Bentonit modellanyagon tanulmányozta az adhézió és az állandóság összefüggését munkatársaival abból a célból, hogy a hazai bentonitok feldolgozását és felhasználását segítse elô. E modellanyag megválasztásával több évtizedet is átfogó kutatómunkát indított el, melynek kiterjesztése számos problémában nyújtott segítséget a bentonitok felhasználásában (pl. lakkfesték-, gumi- és mûanyagipar, olajbányászat stb.). Hazai bentonitokkal kapcsolatos munkáiért 1954-ben kapta meg második Kossuth-díját.

A fentebb leírtakból világosan kiderül, hogy Buzágh életmûvében a kiemelkedô, alapvetô összefüggések felderítése mellett mindig szem elôtt tartotta ezek gyakorlati alkalmazását és hasznosítását. Mind a peptizáció, mind az adhézió és stabilitás területén végzett munkáiban lefektette azokat az elvi törvényszerûségeket, melyeket különbözô modellanyagokon alkalmazva számos, a gyakorlatban hasznosítható eredményhez jutottak a különbözô iparágak fejlesztô kutatói. Pl. a kontinuitás elmélet az ipari szuszpenziók felhasználásával, tulajdonságainak irányításával vezérfonalként szolgál mindmáig.

Buzágh tanítványai szétszóródtak a hazai tudományos intézményekben és az ipar legkülönbözôbb területein, de akárhová is kerültek, Buzágh tanításai iránymutatóak maradtak számukra és az ôket követô generációk számára. Elmondhatjuk, hogy megtanított bennünket céltudatosan gondolkodni, úgy, hogy mindig tartsuk szem elôtt kutatómunkánk eredményeinek gyakorlati hasznosíthatóságát is. Tudományos munkásságán túlmenôen ebben rejlik Buzágh Aladárnak, a kolloidkémia hazai megteremtôjének szerepe és jelentôsége.

Felhasznált irodalom

Buzágh A.: Kolloidika I., II/2., Akadémiai Kiadó, Budapest, 1946, 1952.

Szántó F.: A Kolloidkémia Alapjai, Gondolat Kiadó, Budapest, 1987.

Tar I.: Buzágh Aladár, Akadémiai Kiadó, Budapest, 1995.

Wolfram E.: Buzágh Aladár születésének 75. évfordulójára, Magyar Kémikusok Lapja, 25, 475 (1970).

*GEL Tungsram, Budapest. A szerzô 1949 és 1962 között Buzágh Aladár munkatársaként dolgozott az ELTE Kolloidkémiai Tanszékén.