Változatok négy elemre

A periódusos rendszer megszületésének 150. évében bátran hivatkozhatunk D. Mengyelejev mondására: „Az idővel tévesnek bizonyuló hipotézis is jobb, mint a semmilyen.” Perczel András, az MTA–ELTE Fehérje Modellező Kutatócsoport vezetőjének a Magyar Kémikusok Lapjának 2019. decemberi számában megjelent cikke tisztelgés a 90 éve született Kajtár Márton (1929–1991) sztereokémikus szellemi és emberi nagysága, valamint Változatok négy elemre című könyvének originális világlátása előtt.
Perczel András cikkéből az alábbiakban részleteket közlünk, a teljes cikk itt olvasható.

Vajon mi jelent nagyobb mentális kihívást: elképzelni azt, hogy egy tárgy akár végtelenszer is kettéosztható – a hangsúly a végtelenen van –, vagy az, hogy van egy olyan mérettartomány, amely után az osztott rész(ek) már minőségileg eltérnek az eredetitől? Nehéz elgondolni és mélységében felfogni azt, hogy az üres tér és az idő folytonos (nem diszkrét), és végtelenszer osztható anélkül, hogy bármely osztást követően minőségi változás jönne létre. Ugyanakkor ebben a téridő-kontinuumban a tárgyak egyike sem folytonos.

Vegyünk például egy doboz kockacukrot, amely előbb kockákra, azután kristályszemcsékre, majd mikro-, azt követően pedig nanométeres darabokra osztható szét. Bár az osztással keletkező darabok egyre kisebbek, ezért egyre „élesebb” eszközökkel tudunk csak aprítani, a munkához pedig egyre nagyobb felbontású mikroszkópok szükségesek, egy ideig mégsem történik lényeges átalakulás. Az eredeti kristálycukrot oszthatjuk akár 25 egymást követő lépésben, ám számottevő minőségi változás csak akkor következik be, amikor eljutunk a kristályt felépítő molekula szintjéhez, a nanométer (10–9 m) méretű szacharózmolekulához.

Ha viszont már elkülönítettünk egyetlen szacharózmolekulát, akkor azt nem tudjuk tovább osztani anélkül, hogy minőségi változás be ne következne. A szacharózt kettévágni ugyan nem lehet, de könnyen ketté-hidrolizálhatjuk, és így a molekulát felépítő két egységét, a D-glükóz- és a D-fruktóz-molekulákat kapjuk, amelyek már eltérnek nemcsak a kiindulási szacharózkristálytól, de egymástól is. A talán legismertebb D-glükóz (szőlőcukor) 6 szén-, 6 oxigén- és 12 hidrogénatomból épül fel, azaz eljutunk a periódusos rendszer elemeihez, azon belül is a címben szereplő négy elemből háromhoz (Kajtár Márton: Változatok négy elemre, Gondolat Kiadó, 1988).

Az atomról – az atomosz görög szó jelentése oszthatatlan – ma már tudjuk, hogy osztható, hogy nem a legkisebb kvantumegység, hiszen szubatomi részecskékből épül fel. A protonok, neutronok és elektronok közül csak az elektron elemi részecske, a proton és a neutron oszthatók.

A periódusos rendszer elemei tehát mind tovább oszthatók, így nem képezik az anyag fundamentumát

még akkor sem, ha a kémikus sokrétűen és kreatívan tud az atomok szintjén gondolkodni a molekulákról, belőlük molekuláris, sőt akár makroszkopikus tulajdonságok tucatjaira következtetni. A kémia, a biokémia, a nano- és polimerkémia mint diszciplínák tehát valahol az atomfizika (kvantummechanika) és az asztrofizika között helyezkednek el. Az előbbi a mindent felépítő, mindenben jelen levő mikrokozmosz alkotóira fókuszál, míg az utóbbi a „felettünk” elhelyezkedő csillagos égen át a Tér, az Világegyetem mibenlétét kutatja.

Legjobb tudásunk szerint a Világegyetemet 96%-ban a sötét anyag és a sötét energia tölti ki, amelyek közül egyik sem azonosítható a 150 éve lefektetett és azóta kiegészített periódusos rendszer elemeinek egyikével sem.

A kémikus otthonosabban érzi magát a megmaradt 4%-kal, amely lényegében a periódusos rendszer első periódusának 2 eleme, a hidrogén és a hélium.

Kajtár Márton magyar szerves kémikus, egyetemi tanár, a kiroptikai szerkezetvizsgálati módszer hazai meghonosítója, a középiskolai kémiaoktatás és az egyetemi kémiatanár-képzés megújítója, a kémiai tudomány elismert népszerűsítője. 
Az 1970-es években az ELTE szerves kémiai tanszékén kiroptikai kutatólaboratórium létesült, ami lehetővé tette, hogy Kajtár Márton szinte minden magyar szerves kémiai kutatócsoporttal kooperációs kapcsolatot létesítsen sztereokémiai problémáik megoldására.  A kiváló előadó Kajtár Márton vegyészi tevékenységénél fontosabbnak tartotta tanári munkáját. Széles körű tudása predesztinálta arra, hogy munkatársként vegyen részt Bruckner Győző professzor hatkötetes tankönyvének írásában, az ő nevéhez fűződnek a biokémiai és a kvantumkémiai vonatkozású fejezetek.

Niels Bohr, Erwin Schrödinger és mások munkájának köszönhetően a kémia kvantitatív elmélete, a kvantumkémia jegyében az atommagokat és az elektronokat szétválaszthatjuk. Az atommagokat a klasszikus mechanika törvényei szerint, míg az elektronokat a kvantummechanika diszciplínájával összhangban kezeljük. A „rögzített” atommag-koordinátáknak köszönhetően a kémikus így sokkal kényelmesebb helyzetbe kerül, hiszen úgy rajzolhat molekulaszerkezetet, úgy beszélhet molekulakonformációról és -konfigurációról, hogy közben az elektronok hullámtermészetének figyelembevétele mellett relatíve helyes és a mérésekkel összevethető pontosságú számolásokat és megfigyeléseket végezve hasznos információkat gyűjthet a molekulákról.

Perczel András szerves- és szerkezeti kémikus, egyetemi tanár, a Magyar Tudományos Akadémia rendes tagja, az MTA–ELTE Fehérje Modellező Kutatócsoport és az ELTE TTK Szerves Kémia Tanszék vezetője. Fő kutatási területe a biomolekulák szerkezetvizsgálata és a fehérjék NMR spektroszkópiája. 2011-ben a Bolyai János alkotói díj kitüntetettje. Legfontosabb tudományos eredményeit az alkalmazott spektroszkópia (CD, NMR, stb.), a kvantumkémia, a molekula modellezés és molekulaszintézis (szénhidrátok, glikopeptidek, fehérjék) területeken érte le. Figyelme fókuszában elsősorban a polipeptidek és fehérjék dinamikus térszerkezete és a biológiai hatású molekuláris hátterének feltérképezése áll, vizsgálataik kiterjednek az in vitro és in vivo molekuláris és nano-rendszerekre is. Összesen több mint 250 tudományos közlemény szerzője vagy társszerzője, amelyek elsősorban angol nyelven jelentek meg, ezekre több mint 4800 független hivatkozás érkezett.

Az atomok „illúzióját” megérteni kemény dió, ám a molekulák klasszikus realitása csak ideig-óráig tartható fent. Bizonyos, hogy a jövőben egyre messzebb lehet jutni azon az úton, ahol egyre komplexebb makromolekulák és egy nagyobb (élő) rendszerek ma még nehezen érthető jelenségeit kvantumos magyarázattal indokolhatunk meg. Hiszen „… a világ örök misztériuma a megérthetősége… csodás az a tény, hogy megérthető...” – mondta Albert Einstein.  

Az ELTE Kémiai Intézet Szerkezeti Kémia és Biológia Laboratóriuma és az MTA–ELTE Fehérje Modellező Kutatócsoport munkatársai (2019),
a szerző munkatársai és barátai a molekulák megismerésének kalandos útjain.

Perczel András teljes cikke itt olvasható.

A Változatok négy elemre című könyv fakszimile kiadását az MTA Szerves és Biomolekuláris Kémiai Bizottsága és a Kajtár-Hollósi Alapítvány által rendezett Kajtár-Hollósi emlékülésen mutatták be 2019. december 13-án. A könyv megvásárolható az ELTE Szerves Kémia Tanszéken. Ezzel kapcsolatban Harkányi Juditnak írhat.