Rudolph J - Chemia popularna, Chemia
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->PRZEDMOWA MANFREDA EIGENA*„M ię d zy biologią a fiz y k ą ” — tak za ty tu ło w a ł a u to r w stęp do tej książki. C zytelnikmógłby uznać, że t y tu ł ten brzm i dość m in o ro w o i jest sprzeczny z w szelkim i zasadamiautorskiej autoreklam y.Istotnie, nie można zaprzeczyć, że rozw ijając m echanikę kw antow ą fizycy postawilichemię w dość k ło p o tliw y m położeniu. W szystkie pro ble m y chem iczne wydają się —przynajm niej w zasadzie — w yjaśnione. T ru d n o oczekiw ać jakichś sensacji! (?)Przeciwnie, w fizyce sytuacja jest wspaniała. Trzeba tu jeszcze opracować u n iw e rsalną te o rię m aterii i pola, a może także o d k ry ć nową stałą fizyczną. N iem niej fascynujące jest to , co dzieje się w b io lo g ii. Jakie wspaniałe p ro b le m y : powstanie życia, „samoświadom ość” m a te rii, um ysł i psychika. I może to w szystko uda się o d tw o rz y ćw la bo ra toriu m . W s zystko !Dość jednak sloganów naukow ych. Jest ich z b y t dużo nawet w podręcznikachszkolnych. Taka izolow ana chemia „m ię d z y biologią a fiz y k ą ” nie istnieje.„Sądzę jednak, że trzeba zrezygnow ać z w b icia czegoś nowego w stare głow y.Musiałyby one n a jp ie rw przestudiow ać raz jeszcze g ru n to w n ie chemię, fizykęi fiz jo lo g ię ro ś lin ” .Słowa te — cytow ane w e dłu g listu Friedricha W ó h le ra do Justusa Liebiga (Getynga, 27 stycznia 1859) — są zawsze aktualne.C h e m iip o p u la rn e jJoachima Rudolphażyczyłbym więc przede w szystkim , by znalazła jak najwięcej m łodych c z y te ln ik ó w(dodając, że nie chodzi m i, podobnie jak W ó h le ro w i, o w ie k kalendarzowy).Jest to n ie w ą tp liw ie także pragnieniem — m łodego — autora, k tó ry nieufnegopoczątkow o czyteln ika p o tra fi bardzo szybko przekonać, że chemia jest nauką rów nieinteresującą jak fiz yka czy biologia.Czym jest nowoczesna chemia? Nowoczesny chem ik nie od po w ie już na to pytanie* P r o f e s o r d r M a n f r e d E ig e n u r o d z i ł s ię w1927 wBochum . W1 9 5 1 u k o ń c z y ł w G e t y n d z e s t u d iaw z a k r e s ie f i z y k i i c h e m ii u z y s k u ją c s t o p i e ń d o k t o r a . O d 1 9 5 3 b y ł n a j p i e r w a s y s t e n t e m , p ó ź n i e j k ie r o w n ik ie mC h e m ie wd z ia łuk i n e t y k i c h e m ic z n e j, a w r e s z c i e d y r e k t o r e mh o n o ro w y mM a x - P la n c k - l n s t i t u t f u r P h y s ik a lis c h eB r u n s z w ik u ( 1 9 6 5 ) . j e s tc z ło n G e ty n d z e (1 9 6 4 ) i p r o fe s o re mp o lit e c h n ik i wk ie m w i e lu a k a d e m ii i t o w a r z y s t wli c z n y c h n a g r ó d . Wk ic hn a u k o w y c h , d o k to re mh n ris c u ac z t e r e c hoo a srz ę d uu c z e ln i i la u r e a t e m1 9 6 7 o t r z y m a ł n a g r o d ę N o b la w z a k r e s ie c h e m ii . J e g o b a d a n ia d o t y c z ą b a r d z o s z y b oo k re s a c hp o ło w ic z n e jp r z e m ia n ym ilia r d o w y c hczęści s e k u n d y ;r e a k c ji c h e m ic z n y c hwp r z e n o s z e n ia p r o t o n ó wk a t a li z ie k w a s o w o - z a s a d o w e j; e l e m e n t a r n y c h e t a p ó wr e a k c ji b io c h e m ic z n y c h ; p r z e n o s z e n ia i n f o r m a c ji p r z e z m a k r o c z ą s t e c z k i ; t e o r i i e w o l u c j i i p o w s t a n ia ż y c ia .9O prostu przez wyliczenie klasycznych działów c h e m ii: chem ii organicznej, nieorganicznej fizycznej itd. Posłuży się rów nież w yliczeniem , lecz w yliczenie to będzie dotyczyć problem ów stanowiących prze d m io t nowoczesnej chem ii, takich jak:_ synteza substancji naturalnych__ identyfikacja układu chro m oforo w eg o złożonej cząsteczki barw nika— fizyka po w ło k e lektron ow ych , czyli chemia kw antow a_ badanie sym etrii kom pleksu metalicznego— pom iar szybkości reakcji i wyjaśnienie ich m echanizm ów— otrzym yw anie p ó łp rze w o d n ikó w III— V (tj. zw iązków m iędzy p ierw iastkam i IIIi V grupy głów nej układu okresow ego)— ustalanie sekwencji w łańcuchu peptyc^owym lu b n u k le o ty d o w y m__ datowanie radiochem iczne pró be k skał— wyznaczanie kon figu racji przestrzennej cząsteczki białka— zastosowanie m etody flu id yza cji do kata lityczne go „ k r a k in g u ” rop y naftow ej— wyznaczanie stałych siłow ych cząsteczek— rozszyfrowanie kodu genetycznegolecz również— produkcja m argaryny, p o lie tyle n u , nylonu i aspirynya nawet— zwiększenie plonów— przedłużenie życia— ko n tro la urodzeń— walka z zanieczyszczeniem p o w ie trzaW szystkie te problem y to właśnie nowoczesna chem ia. C hem ia ta jest jednakczymś więcej. O to kilka p rzykła d ó w :Opisana w tej książce synteza te tra c y k lin , nie z w y k le ważnej farm ako lo giczn ie g ru py substancji naturalnych, stanow iła przede w szystkim w spaniałe osiągnięcie nowoczesnej preparatyki organicznej. Żaden te o re ty k nie p o tra fiłb y ta k do kła d n ie obliczyćdrogi i energetyki reakcji, że u m o ż liw iło b y to podanie „p rz e p is u ” na o trzym a n ietetracyklin. Mechanika kw a ntow a dostarcza w p ra w d z ie przesłanek potrze bn ych dotakiego obliczenia, olbrzym ia liczba p a ra m e tró w zmusza jednak do zastosowania ró ż nych uproszczeń i nie pozwala na w yb ra n ie jednej spośród n ie zw ykle w ie lu istniejących m ożliwości reakcji. Rozwiązanie tego pro b le m u zawdzięczam y, „s z tu c e kucharskiejorganików . Na czym ona polega? Składają się na nią: zastosowanie o d p o w ie d n ie jm etody la bo ra toryjn ej, różne sztuczki techniczne, a wreszcie szczypta fantazji — podobnie jak w praw dziw ej kuchni. To w szystko w ystarczało jednak ty lk o w epoce alchemii. W spółczesny organik jest raczej „k o n s tru k to re m cząsteczek” niż kucharzemi musi mieć g ru ntow ne przygotow anie teo re tyczne. N a w e t gdy nie p o tra fi obliczyćcząsteczkiabin itio(od początku), może skorzystać z in fo rm acji dotyczących o rb ita lim olekularnych, trw ałości wiązań, polarności czy przestrzennych w a ru n k ó w reakcji.Cała ta wiedza, nagromadzona niejako w podświadom ości chem ika, um o żliw ia muw ybór właściwej drogi prowadzącej do w ytk n ię te g o celu. Z d ru gie j s tro n y , ma on dodyspozycji cały arsenał metod pom iarow ych i analitycznych — s p e k tro fo to m e trię ,rentgenografię, m etody rezonansu magnetycznego, s p e k tro m e trię masową itd . —10a także metod rozdzielania i przeróbki substancji — np. chrom atografię, elektroforezę, u ltra o d w iro w yw a n ie — umożliwiających wyodrębnienie i identyfikację produktó w pośrednich. Błyskotliwe rozwiązanie problem u przez pojedynczego chemika lubzespół naukowy (w przypadku tetracykliny przez mego kolegę z Getyngi HansaMuxfeldta i jego współpracow ników ) polega w istocie na umiejętnym skojarzeniui wykorzystaniu wielu różnych metod fizycznych i chemicznych.Przytoczony przykład dowodzi ścisłego powiązania osiągnięć nowoczesnej chemiiz rozwojem innych nauk — zwłaszcza fizyki i biologii. A oto drugi przykład wskazującyna zależność w ielkich odkryć w takich dziedzinach interdyscyplinarnych, jak biologiamolekularna, od postępu w zakresie chemii. Jedno z najbardziej spektakularnychosiągnięć nowoczesnej biologii stanowi odczytanie kodu genetycznego, „szyfru życia” .Do sukcesu tego przyczyniły się w jednakowym stopniu preparatyka organiczna, chemia fizyczna i biochemia. Rozszyfrowanie kodu genetycznego wymagało rozwiązaniam.in. następujących problem ów :w yodrębnienie i rozdzielenie określonych enzymów i kwasów nukleinowych,analiza sekwencyjna tych zw iązków przez ich rozkład,synteza oligo nu kleo tyd ów i hybrydyzacja oligo nu kleo tyd ów zawierających ko-dony i antykodony,zbadanie przebiegu biosyntezy w zawiesinach kom órkow ych i środowiskachbezkom órkowych metodą prom ieniotw órczego znakowania grup chemicznych.Joachim Rudolph p o tra fił doskonale uw ypu klić tę rolę chemii jako integralnejczęści nowoczesnej wiedzy przyrodniczej. Jego książka nie jest encyklopedią chemii —chociaż wielu podręcznikom można by życzyć takiej wszechstronności tematyczneji szerokości horyzontów . A u to r nie rozw ija systematycznego wykładu chemii, któregopunktem wyjścia byłby układ okresow y pierw iastków lub eksperym enty chemiczne.Szkicuje raczej pewien obraz chemii, zmuszając czytelnika do własnych wnioskówi przemyśleń. Wygłasza nieraz tw ierdzenia prow okujące do dyskusji, wskazując naczęsto ujemne im plikacje społeczne chemii stosowanej — złe wykorzystanie przezczłowieka osiągnięć nauki, k tó ra sama w sobie nie jest ani dobra, ani zła. Książka Ru-dolpha nie dostarcza szczegółowych wiadomości specjalistycznych, lecz przynosi wiedzę niezbędną każdemu człow iekow i X X wieku.„Jeszcze nigdy nie pokazano tak jasno, czym jest chemia, jaki jest jej związekz procesami fizjologicznym i żywego organizmu, a także z medycyną, rolnictw em ,przemysłem i handlem. Samo wyłożenie tych spraw w sposób tak jasny, że byłybyzrozumiałe dla dziecka, wystarczy, by zaliczyć to dzieło do klasycznych” .W tym miejscu autor zapewne zarumieni się. Przytoczone słowa pochodzą jednakod Friedricha W óhlera (1859) i nie dotycząC h e m i i p o p u l a r n e jJoachima Rudolpha, leczL is tó w c h e m ic z n y c h(„Chemische Briefe” ) Justusa Liebiga.MIĘDZY BIOLOGIĄ I FIZYKĄChem ik, k tó ry próbuje zaciekawić laika swoją specjalnością, znajduje się w tr u d niejszej sytuacji niż fiz y k lub biolog. Jak w iadom o, dzieci i zw ierzęta zawsze dobrze.wychodzą” w te le w izji. W szystko, co pełza, w d rapu je się na drzew a i raczkuje, maw sobie coś fascynującego — ułatw ia to zręcznem u p o p u la ry z a to ro w i zainteresow anielaika rów nież m ikro skopo w ym i, a naw et m o le k u la rn y m i przejaw am i życia. Na poziomie m olekularnym jednak różnica m iędzy chem ią a bilogią zaciera się — powstałanawet nowa dyscyplina zwana biologią m olekularn ą — i zainteresow anie laika zaczynawyraźnie słabnąć, gdy nie m ów i się już o żyw ych organizm ach, lecz o cząsteczkach,związkach chemicznych i reakcjach. N a w et chem icy ulegają w dużym stop niu fascynacji sprawami życia:zatrudnićwprzem ysłchem iczny, w ytw a rzają cy przede w szystkim tw o w ie lk ie jliczbyb io c h e m ik ó wopuszczającychrzywa sztuczne, nawozy, b a rw n iki i inne użyteczne a rty k u ły , nie będzie w stanienajbliższychlatachszkoły wyższe.W pierwszej połow ie X X w. byliśm y św iadkam i re w o lu c ji, ja k ie j do kon ali fizycynie ty lk o w swojej dziedzinie, lecz także w naszym św iatopoglądzie. Jest to ró w n ie żcoś fascynującego. I gdy dziś fizycy pró bu ją w yra zić za pom ocą k ilk u lub nawet jednegorównania matematycznego prawa rządzące wszechświatem — od D ro g i M lecznej ażdo najdrobniejszych cząstek elem entarnych — to w ydaje się oczyw iste, że zajm ująsię oni sprawami znacznie bardziej fun dam e ntaln ym i niż chem icy, usiłujący np. dociec,dlaczego róża jest czerwona lub w ja ki sposób obniżyć cenę benzyny. Fascynacji fizykąnie osłabia fakt, że na świecie istnieje zapewne nie w ięcej niż k ilk u s e t ludzi naprawdęrozumiejących tru d n e fo rm u ły m echaniki kw a n to w e j.Popularyzację chemii u trud niają ró w n ie ż spraw y ję zykow e . Każda dyscyplina naukowa ma swój język fachowy, tw o rz o n y g łó w n ie przez specjalistów , k tó rz y nadająużywanym przez siebie pojęciom różne tajem nicze nazwy, pochodzące zw ykle z g re k ilub łaciny — jest to zresztą praktyczniejsze niż opisyw anie tych pojęć językiejn potocznym. Podobnie postępują także chemicy, przy czym te rm in y chem iczne w yw odzą sięnie ty lk o z języków antycznych, lecz często rów nie ż z języka angielskiego, w iele bowiem współczesnych koncepcji chemicznych narodziło się w USA i A n g lii.Niezależnie od tego, chemia posługuje się sobie ty lk o w łaściw ym językiem , a ściślejmówiącpismem. Jest to język (lub pismo) w z o ró w chem icznych, a nauczenie siętego języka jest niemal równoznaczne z opanowaniem chem ii. M ów ienie o chem iibez znajomości jej języka jest ró w nie tru d n e jak granie na skrzypcach pozbawionychstrun.12Nasza wiedza chemiczna jest więc ściśle związana z językiem w zo ró w chemicznych.Można powiedzieć, że chemia istnieje ty lk o dzięki swoim w zorom , umożliwiającymprzedstawianie procesów chemicznych, o k tó rych nie wiem y, czy naprawdę zachodzą— zwłaszcza gdy przyjm iem y nieco starośw ieckie k ry te riu m istnienia zjawiska: możliwość jego zm ysłowego postrzegania (przy czym możemy np. uznać m ikroskop elektro n o w y za „p rz e d łu że n ie ” naszego w zro ku). O ścisłej współzależności poznania chemicznego i języka w z o ró w chemicznych świadczy m ożliwość przedstawienia za pomocą tego języka procesów, o któ rych jeszcze nic nie wiem y, k tó re jednak na pewnosą realne — zakładając, że posługujemy się językiem chemicznym w sposób praw idłowy. Na szczęście takie przew idyw anie nie znanych faktów chemicznych nie zawszejest m ożliw e — w przeciw nym przypadku w ielu chem ików pozostałoby bez pracy.Język sym boli chemicznych ma, jak każdy język, swoje znaki i swoją składnięZnaki te pokryw ają się częściowo z lite ra m i naszego alfabetu. Poznanie znaków chemicznych musi być pierwszym kro kie m w naszej w yp raw ie do krainy chemii, o którejwiem y na razie ty lk o tyle, że sąsiaduje z jednej strony z fizyką, z drugiej zaś — z biologią, i że jej mieszkańcy posługują się niezrozum iałym językiem. [ Pobierz całość w formacie PDF ] |