Az izotópiafogalom kimunkálása
Az izotópiafogalom kimunkálása
Az elmondottak alapján már aligha lesz meglepő, ha kiderül: Hevesy fontos szerepet játszott az izotópiafogalom kimunkálásában is. A fogalom definiálásának időpontját talán nem is lehet pontosan megadni, legfeljebb a szó megalkotásáét: ez 1913 legvége, és vitathatatlanul Soddy nevéhez fűződik. Ámde a szót bevezetni távolról sem ugyanaz, mint a világos és egyértelmű fogalmat kialakítani, amelyhez át kell lépni a klasszikus kémia fogalmi keretét. Az elem (a fogalmi séma egyik alapfogalma) ugyanis az azonos atomokból felépülő anyagot jelölte, melyet atomsúlya és kémiai tulajdonságai egyértelműen meghatároztak és besoroltak egy közös rendszerbe, a periódusos rendszerbe. A rendszer minden kockáját egy és csakis egy elem foglalhatta el.
Az egyre-másra felfedezett radioaktív anyagokat is valahogy el kellett helyezni a periódusos rendszerben, de több lett az elem, mint a kocka. Két svéd vegyész, Strömholm és Svedberg (a Nobel-bizottság későbbi tagja) 1909-ben felvetette a kikerülhetetlennek látszó konklúziót: egyetlen kockába több, különböző atomsúlyú elemet kell beírni. 1913-ban az eltolódási szabály könnyen kezelhető sémát adott az avatott kutatók kezébe az elhelyezés konkrét feladatainak megoldásához, ámde így ismét beigazolódik a fenti konklúzió: egy kocka, több elem.
Az eltolódási szabály felfedezői a maguk módján viszonyultak az „elválaszthatatlan anyagok” ügyéhez, mégpedig általában ugyanazon cikkükben, mint amelyben a szabályt is közölték, és ez a legkevésbé sem véletlen. Fleck, Russell, Fajans és Soddy hasonló gondolati utakat jártak be, és lényegében egyszerre kapcsolták össze az „elválaszthatatlanságot” a periódusos rendszerben betöltött közös hellyel. A legvilágosabban talán valóban Soddynak sikerült.
Hevesy fejében szinte szóról szóra ugyanezen gondolatok érlelődtek, hiszen a kutatási terület valamiképpen magában hordozta már az izotópfa fogalmát. A vegyérték-meghatározásokat 1913 nyarán – részben a bírálatok hatására – tovább pontosította, és közben egyik cikkében azon töprengett, „a különböző atomsúlyú, de azonos elemek hasonló diffúziós koefficienssel rendelkeznek-e vagy lehetséges-e elválasztani őket hosszú diffúziós idő alatt.” Sőt, elméletileg mérlegelte az elválasztás lehetséges módjait is. 1914-ben Panethtal közösen publikált cikkéből az is kiderült, hogy már javában az azonosság határai foglalkoztatták, mégpedig elsősorban az elektrokémiában és a termodinamikában. Végül is nagyrészt saját kísérleteire alapította az 1914-ben már élesen megfogalmazott, a Soddyénál némileg messzebbre tekintő izotópiafogalmát is: az izotópok, ha nem is teljesen azonosak, kémiailag mindenképpen azok, és azonosságon nem egyéb értendő, mint a kémiai folyamatokban való teljes helyettesíthetőség.
1913 tavaszán a prioritás ügye iránt érdeklődő Rutherfordnak Hevesy azt válaszolta, habár Fajansnak szintén voltak érdemei, ám Soddytól származik, hogy „néhány közönséges elem esetleg egymástól elválaszthatatlan, különféle atomsúlyú elem keveréke állandó arányban… Az elválaszthatatlanság egész gondolata Soddytól ered.” Ősszel írt levelében kifejtette véleményét a radiokémia és a periódusos rendszer összefüggéséről, melyet szerinte a következő három új gondolat határoz meg: 1. különböző atomsúlyú elemek kémiai tulajdonságai lehetnek azonosak is (ez főként Soddytól származik); 2. az atom belső és külső része között egyszerű kapcsolat áll fenn (ez alapvetően Bohrtól ered); 3. az emanációk utáni változások nem a 2., hanem 6. csoporthoz vezetnek a periódusos rendszerben (ezt Fajans mutatta meg). Önmagát nem említette. Talán a kötelező szerénység miatt.
Holott 1913-ban jóval a szó megalkotása előtt Hevesy már nemcsak világos izotópiafogalommal rendelkezett, hanem ezt atomszerkezeti meggondolásokkal is összekötötte. Mindezt teljes mértékben explicitté tette habilitációs előadásában a budapesti tudományegyetemen, 1913. január 28án. Azt mondta, „Az egyenlő atomsúlyú elemek különböző chemiai viselkedését az elektrongyűrűknek az atomon belül való különböző elhelyezése okozza”, és ugyanez vonatkozik a különböző atomsúlyú elemekre, melyeknek „teljesen azonosak a chemiai tulajdonságaik”. Továbbá: „Míg az elemeknek chemiai és fizikai viselkedése az atomoknak kifelé irányított viselkedésétől függ, addig a radioaktív átalakulásé az elektron fölszabadítása az atomon belül végbemenő folyamatok.”
Tekintettel az előadás időpontjára, amely gyakorlatilag egybeesett az eltolódási szabály publikálásával, arra kell gondolnunk, hogy Hevesy már amikor előadására készült, 1912 végén, 1913 elején egységes képet alkotott az egész jelenségcsoportról, és ebben nagymértékben inspirálta Bohr. Utóbbi egy oral history interjúban azt is elmondta, hogy amikor Manchesterbe érkezett, a radioaktivitás területét nem a kellő pontossággal ismerte, de „Hevesy elmondta nekem, hogy több radioaktív anyag van, mint hely számukra a periódusos rendszerben. És ezt nem tudtam. De számomra ez abszolút nyilvánvalóvá tette: akkor izotópok vannak.” Saját szerepéről Bohr így nyilatkozott: „Valójában én voltam, aki az izotópok gondolatára jutott”. A gondolat gyökeréről pedig szinte szóról szóra azt magyarázta el, amit az imént Hevesy habilitációs előadásából idéztem.
A világos fogalom kialakításához tehát ismét a strukturális gondolkodás nyújtott segítséget. Amikor az interjút készítő Thomas Kuhn megkérdezte, Hevesy továbbította-e ezeket a vélekedéseket, Bohr így válaszolt: „Természetesen. Továbbította Soddynak és Fajansnak, ugye. De ugye nekik nagyon kevésre volt szükségük, mert sokat tudtak róla… ők is megpróbálták összeilleszteni ezeket, hogy megértsék, hogyan viselkednek a radioaktív anyagok.”
Az izotópfa gyökeresen új kémiai gondolat, és mint ilyen elkeseredett vitát váltott ki. Összekapcsolta ugyan az ismeretek összetartozó komponenseit, ráadásul a legújabb atomszerkezeti eredményekhez is megtalálta az utat, de nem tartalmazott egyértelmű utalást arra, hogyan illeszkedik a vegytan meglévő és a lombikok között kifogástalanul funkcionáló fogalmi apparátusához. És ki tudja, nem ez lett volna-e a legfontosabb lépés a tapasztalatok összegzésében? Továbbra sem tisztázódott, azonosak-e egymással az izotópok vagy nem, és ami még fontosabb, formailag hogyan viszonyulnak az „elem” fogalmához. Az izotópok az, elemek speciális fajtái-e, tehát ők maguk is elemek, vagy netán az elemek komponensei csupán. Ha utóbbit fogadjuk el, az elemek izotópokból állnak, amelyek, ha nem azonosak egymással, az elem sem elem többé, hanem keverék; ha pedig keverék, mennyiben jellemezhető atomsúllyal, ami a keverési arány függvényében végtelenül sokféle lehet bizonyos határok között; ha pedig a helyzet így állna, voltaképpen mi szerepel a periódusos tábla kockáiban, miféle entitások tulajdonságairól van szó benne tulajdonképpen; és végül: egyáltalában mi az „elem”?
A konfúzió feloldásához persze nagy segítséget nyújtott a strukturális gondolkodás, ám nem elegendőt, mert az elem-izotóp viszony alapvetően a kémián belüli ügy. Meg lehet határozni a radikális újító és a konzervatív szemlélet talajáról egyaránt, és mindkét megközelítésének lehet létjogosultsága.
Az új fogalom mindenesetre egyfajta krízist idézett elő, megosztván a tudósokat az elutasítók és pártolók, a különféle interpretációk hívei között. Hevest’ Panethtal az oldalán a radikálisok zászlóvivőjeként küzdött, míg a másik tábort kivált Fajans képviselte vehemensen. Így vagy úgy hozzászólt a vitához mindenki, aki élt és mozgott, Einstein, Bohr, J. J. Thomson, Soddy, Nernst és így tovább. A fiatal Polányi Mihály közvetíteni igyekezett a két tábor között. A csatározásból végül Hevesyék kerültek ki győztesen, és az, ami végül is mellettük döntött, szerintem a koncepció mélyebb rétegeiben rejlett, nem az aktuális érvek súlyában, hiszen ebből a szempontból mindkét fél jól állt.
Hevesyék terminológiája azonban egyszerűbb volt, mint ellenfeleié, és lényegében érintetlenül hagyta a lombikjaikban fontos szintéziseket végző vegyészek nyelvezetét, akik nem lelkesedtek a gondolkodásuk fundamentumait feszegető, számukra mégis irrelevánsnak, mondhatni, filozofikusnak látszó viták iránt. Másrészt Hevesyék elemfogalma azt is magában foglalta, hogy a vegytanban nem az atom tömege, termodinamikai tulajdonságai a döntőek, hanem elektronrendszere. Koncepciójuk segítségével világosan meg lehetett fogalmazni a rendszámon alapuló periódusos törvényt is, tehát mindazt, ami a kémiában valóban a fogalmi fundamentumot érinti és ezzel megőrizhető maradt a régi apparátus konzisztenciája.
