Käsitteenä happamuus kehittyi samaan aikaan rinnakkain muun kemiallisen kehityksen kanssa. Happamuutta kuvaava englanninkielinen termi acid on peräisin latinan sanasta acetum , joka tarkoittaa hapanta . Antiikin ajoilta aina vuoteen 1777 happoja ja emäksiä kuvailtiin aistienvaraisesti niiden ominaisuuksien perusteella:

•  ne maistuvat happamilta

•  ne vaihtavat väriään tiettyjen aineiden kanssa (indikaattorit)

•  ne reagoivat reaktiivisten metallien kanssa muodostaen vetyä

•  ne reagoivat karbonaattien kanssa muodostaen hiilidioksidia

•  ne reagoivat emästen kanssa, jolloin niiden happamat ominaisuudet häviävät neutraloitumisen kautta.

Myös emäkset luokiteltiin niiden ominaisuuksien ja maun perusteella. Nimi emäksinen, englanniksi alkali , tulee arabiankielisestä sanasta al kalja ja tarkoittaa hehkutettua tuhkaa. Termiä käytettiin alunperin vesiliukoisille tuotteille, jotka syntyivät tiettyjen aineiden palamistuotteina. Varhaiset kemistit huomasivat nopeasti, että samoin kuin hapoilla, myös emäksillä on yhteisiä ominaisuuksia:

•  ne ovat liukkaita

•  ne poistavat rasvaa ja öljyjä kankaista

•  ne vaihtavat lakmuksen värin punaiseksi.

Yritykset kuvailla niiden rakennetta perustuivat niiden konkreettisiin ominaisuuksiin. Uskottiin, että happamat aineet maistuvat kirpeiltä, koska ne sisältävät teräväreunaisia osia, jotka saavat aikaan kirpeän maun osuessaan kieleen. Emäksiset aineet puolestaan saivat happamat ominaisuudet häviämään, koska emäksen pyöreät ja pehmeät osaset sulkevat sisäänsä terävät osaset happamasta aineesta.

Lähteet: 
Strathern: Mendelejevin uni, Puuttuvien alkuaineiden etsintä, Terra Cognita Oy, 2000
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

 

Kemian historian ja happamuusaiheen ymmärtämiseksi täytyy palata aikaan, jolloin voidaan ajatella tieteellisen ajattelun alkaneen. Tämä merkittävä tapahtuma voidaan sijoittaa 2500 vuoden päähän Kreikkaan.

Kunnia tieteellisen ajattelun aloittamisesta annetaan yleensä Thaleelle , joka eli 500-luvulla ennen ajanlaskun alkua kreikkalaisessa Miletoksen kaupungissa Joonian (nykyisen Lounais-Turkin) rannikolla.

Legendan mukaan Thaleen kerrotaan pitäneen kävelemisestä Miletoksen lähellä olevilla rinteillä. Kerran kävellessään kukkulan rinnettä Thales huomasi joitakin kiviä, joissa oli ilmiselvästi simpukoiden fossiileja. Hän oivalsi kävellessään, että rinteen, jolla hän käveli, on täytynyt joskus kuulua mereen. Tämä puolestaan johdatti hänet otaksumaan, että maailman on alun perin täytynyt koostua pelkästään vedestä. Edelleen hän ajatteli, että veden täytyy näin ollen olla perusaine, josta kaikki muut aineet koostuvat. Tämä on ensimmäinen tunnettu esimerkki tieteellisestä ajattelusta ja tästä syystä Thalesta pidetään ensimmäisenä filosofina.

Kreikkalaiset olivat ensimmäisiä, jotka yrittivät selittää, miksi kemialliset muutokset tapahtuvat. Kreikkalaiset sanoivat Välimeren Vähä-Aasian rannikkoa Jooniaksi ja perustivat sinne useita siirtokuntia. Kreikan ajattelun varhaista aikakautta, 600-500 e.a.a., kutsutaankin joonialaiseksi tieteeksi. Joonialaiset filosofit tavoittelivat maailmankaikkeudelle materialistista selitystä, eivätkä he vedonneet mihinkään yliluonnolliseen selitykseen. Heidän teoriansa perustuivat havaintoihin, mutta he eivät tehneet järjestelmällisiä kokeita. Nämä yritykset selvittää maailmankaikkeutta johtivat yleistyksiin. On arvoitus, miksi ihmiskunnan tieteellinen ajattelutapa alkoi juuri tällä alueella.

Tieteellisen ajattelun alku

Filosofi Anaksimandros yritti kehittää kattavampaa maailmankuvaa. Hänen mielestään kaikki aineet, myös vesi, koostuivat mystisestä alkukantaisesta perusaineesta, jolle hän antoi nimen rajaton . Filosofi Anaksimenes puolestaan kumosi Anaksimandroksen väitteet ja selitti alkukantaisen aineen olevan vesihöyryä. Hänen mukaansa vesihöyry tuotti harvetessaan tulen ja tiivistyessään veden ja maan. Herakleitos taas väitti kaiken koostuvan tulesta. Hän antoi aineille vastakkaisia ominaisuuksia. Näin hän yhdisti kuuman ja kylmän tuleen ja veteen sekä kostean ja kuivan vesihöyryyn ja maahan.

Kreikkalainen filosofi Empedokles (490-439 e.a.a.) uskoi joonialaisten tavoin havaintoihin. Hänet tunnetaan klepsydraa eli vesikelloa koskevasta kokeestaan. Vesikello oli kartiomainen astia, jonka kärjessä oli pieni reikä. Kartio täytettiin vedellä ja sen tyhjeneminen mittasi ajan kulun. Empedokles käänsi klepsydran pystyasentoon, upotti sen vesiastiaan ja havaitsi, että kartioon ei tullut vettä sen avoimen pohjan kautta, jos hän pani sormensa siinä olevan pienen reiän päälle. Näin hän todisti, että ilma on ainetta, vaikka sitä ei voitukaan nähdä. Empedoklesin mukaan maailmassa oli neljä muuttumatonta alkuainetta: maa, ilma tuli ja vesi, jotka olivat kaiken materian perusta. Hänen mukaansa maailmassa vaikutti myös kaksi perusvoimaa, rakkaus ja viha tai veto ja hylkimisvoima, jotka yhdistivät ja erottivat alkuaineet toisistaan. Hänen esityksensä mukaan eri aineet muodostuivat, kun alkuaineet yhdistyivät eri suhteissa ja näin hän osoitti, että suunnaton määrä erilaisia alkuaineita saattoi olla olemassa.

Kemian historiassa käytäntö on aina kulkenut ennen teoriaa. Antiikin aikoihin mennessä oli jo onnistuttu löytämään useita metalleja ja muutamia epämetallisia alkuaineita. Muinaiset egyptiläiset tunsivat kullan, hopean, kuparin ja raudan. Vanhassa testamentissa on mainintoja näistä. Lyijyä tiedetään myös käytetyn puisten ankkureiden painoina. Englannissa käytiin kauppaa tinasta, jota saatiin kaivoksista.

Kuparin ja tinan seos, pronssi, antoi nimen ajalle, joka alkoi Välimeren alueella noin 3000 vuotta ennen ajanlaskumme alkua. Kovaa pronssimetallia syntyy, kun tinaa ja kuparia kuumennetaan yhdessä. Seosta käytettiin koriste-esineisiin ja astioihin.

Muinaiset kansat tunsivat myös elohopean, joka mainitaan kiinalaisissa ja hindulaisissa kirjoituksissa. Suhde elohopeaan oli mystinen elohopean poikkeuksellisen ulkonäön ja ominaisuuksien vuoksi (peilipintainen, nestemäinen ja erittäin myrkyllinen). Elohopeaa kunnioitettiin syvästi.

Epämetalleista hiili ja rikki ovat kauimmin tunnetut alkuaineet. Rikkiä käytettiin lääkinnällisiin tarkoituksiin ja rikkipäisiin tulitikkuihin. Jo luolamiehet tunsivat hiilen puuhiilen ja noen muodossa. Hiili tunnettiin vanhan testamentin mukaan myös arvokkaammassa muodossaan timanttina (tällöin ei tietenkään tiedetty, että kyseessä on saman aineen erilainen allotrooppinen muoto).

Sekä kreikkalaiset että roomalaiset tunsivat myös aineen, jota he kutsuivat arseeniksi. Heidän arseeninsa ei ollut puhdas alkuaine, vaan sen rikkiyhdiste, arseenisulfidi. Arseenisulfidia käytettiin nahkojen parkitsemiseen ja vihamiesten myrkyttämiseen.

Antiikin ajan ihmisillä ei ollut aavistustakaan, että he olivat tekemisissä alkuaineiden kanssa. Alkuaineen alkuperäinen idea sai alkunsa filosofien, ei kemistien, parissa. Thaleen teoria, jossa kaiken perustana oli vesi, oli todellinen alku: tieteellinen ajatus siitä, mikä alkuaine on.

Lähteet: 
Strathern: Mendelejevin uni, Puuttuvien alkuaineiden etsintä, Terra Cognita Oy, 2000
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

Atomos on kreikkaa ja tarkoittaa "leikkaamatonta" eli jakamatonta. Ajatus jakamattomasta aineesta, "atomeista", syntyi Anaksimeneksen pohdintojen pohjalta 400 vuotta ennen ajanlaskumme alkua, kun filosofi Leukippos kysyi: "Onko aine erillisiin osiin jakautunutta vai jatkuvaa?". Hän toisin sanoen pohti, voidaanko ainetta jakaa osiin loputtomasti, vai saavutetaanko jossain vaiheessa piste, jossa asiat muuttuvat jakamattomiksi.

Leukippos päätyi ajattelussaan tähän 100 vuotta sen jälkeen kun Thales oli luonut pohjan tieteelliseen ajatteluun. Leukippoksen tunnetuin oppilas Demokritos kehitti opettajansa alkuperäistä ajatusta atomista. Demokritoksen mukaan atomeja on ääretön määrä, ja ne ovat ikuisessa liikkeessä avaruudessa. Atomeja on myös lukematon määrä erilaisia, ja ne eroavat muotonsa ja kokonsa, painonsa ja lämpötilansa puolesta. Kaikki näkyvä oli hänen mukaansa muuttumattomien atomien liittymistä yhä uudelleen ja uudelleen toisiinsa.

Demokritos oli yli tuhat vuotta aikaansa edellä. Kreikkalainen ajattelu ajautui kuitenkin väärille urille ja vei koko ihmiskunnan tieteellisen kehityksen väärälle kurssille sadoiksi vuosiksi.

Lähde: 
Strathern: Mendelejevin uni, Puuttuvien alkuaineiden etsintä, Terra Cognita Oy, 2000

..takaisin aikajanaan

Aristoteles on Kreikan tieteellisistä filosofeista kuuluisin. Hänellä oli suuri vaikutus seuraajiinsa. Aineen rakenteen kuvauksissa Aristoteles laajensi Empedokleen ajatuksia aineen neljästä perustilasta eli alkuaineesta: maasta, ilmasta, tulesta ja vedestä. Toisin kuin Empedokles, Aristoteles väitti aineiden voivan muuttua toisikseen. Hän ei pitänyt näitä puhtaina alkuaineina, vaan käsitti ne pikemminkin aineen eri olomuodoiksi. Hänen mukaansa kaikki koostui perusaineesta eli proto hylestä , kun siihen liittyy muoto, joka oli aineen ominaisuuksien perussyy. Aineen perusolemus säilyy muutoksissa samanlaisina, ainoastaan sen muoto muuttuu.

Paremman käsityksen puuttuessa Aristoteles uskoi, että metallit ja malmit koostuivat ekshalaatioista eli henkäyksistä. Toinen oli kostea ja höyrymäinen ja se syntyi, kun auringonvalo osui vedenpintaan. Toinen henkäys oli kuiva ja savuinen ja se nousi maasta. Kun nämä henkäykset juuttuivat maahan, ne muodostivat kiviä ja metalleja riippuen siitä, kumpaa henkäystä aineessa on enemmän. Kun kuiva, savuinen ekshalaatio on vallitseva, se synnytti kiviä, mutta metallit syntyivät, kun kosteaa höyrymäistä henkäystä oli aineessa enemmän. Aristoteleen käsitykset olivat voimassa 1500-luvun laboratoriokemian (alkemian) alkuun saakka.

Kreikkalaiset filosofit eivät keksineet keinoa testata omia väitteitään, eikä tällöin päästy lopulliseen tulokseen materian luonteesta. On sanottu, että kreikkalaisten kielteinen asenne kokeisiin johtui siitä, että orjat tekivät ruumiillisen työn ja näitä toimintoja ei pidetty eliitin, johon filosofitkin kuuluivat, arvolle sopivana. Todennäköisempi syy on kuitenkin ollut, etteivät filosofit katsoneet tarpeelliseksi suunnitella ja toteuttaa kokeita, sillä heidän mielestään abstrakti älyllinen toiminta oli ainoa oikea tapa kuluttaa aikaa.

Lähde:
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

Kreikkalaisten filosofien ajatuksista seuraavat lähes 2000 vuotta hallitsi kemian historiassa pseudotiede, jota kutsuttiin alkemiaksi. Alkemistit olivat usein mystikkoja tai huijareita, joilla oli pakkomielle ideaan valmistaa halvasta, epäjalosta metallista kultaa.

Perinteisesti sanotaan, että alkemia sai alkunsa Aleksandriassa. Kaupungin perustaja oli Aristoteleen oppilas Aleksanteri Suuri (356-323 e.a.a.) Hän yhdisti pienet kaupunkivaltiot ja valloitti sen aikaisen tunnetun maailman. Hänen imperiuminsa ulottui Egyptistä Kaksoisvirranmaahan ja siitä itään ja Intiaan. Aleksandria oli yksi kreikkalaisen kulttuurin keskuksista, joka perustettiin Niilin suistoon Egyptiin 332 e.a.a. (Hudson, 2002) Kahdessasadassa vuodessa siitä tuli maailman suurin kaupunki; egyptiläisen, kreikkalaisen ja muiden kulttuurien sulatusuuni.

Aleksandriassa oli antiikin hienoin kirjasto, josta löytyi yli 70 000 kirjaa kääröinä ja papyruksina. Luultavasti juuri kirjaston ansiosta Aleksandriasta tuli suurin oppineiden keskus. Aleksandriassa kreikkalainen ajattelu kohtasi myös paljon vanhemman opin, joka tunnettiin nimellä egyptiläinen taito tai khemeia . Khemeian alkuperä on kadonnut historian hämärään. Tiedetään, että tämä tieto koostui suurelta osin kuolleiden balsamointiin liittyneistä kemiallisista prosesseista. Tämä yhteys kuolemaan aiheutti sen, että khemeian harjoittajia alettiin pitää maagikkoina ja velhoina.

Khemeian yhdistettiin myös muita muinaisten egyptiläisten keksimiä kemiallisia prosesseja, kuten lasin valmistaminen, värjääminen ja erityisesti metallien valmistaminen. Khemeia tuli näin liitetyksi seitsemään tunnettuun metalliseen alkuaineeseen (silloin ei vielä tiedetty niiden olevan alkuaineita): kultaan, hopeaan, kupariin, rautaan, hopeaan, tinaan, lyijyyn ja elohopeaan. Kuten metalleja, myös planeettoja eli "vaeltavia tähtiä" oli seitsemän. Ne olivat Aurinko, Kuu, Venus, Mars, Saturnus, Jupiter ja Merkurius. Pian keksittiin yhteys näiden kahden seitsemän ryhmän välille. Aurinko liittyi kultaan (Au), Kuu hopeaan, Venus kupariin jne. Myös elohopean englanninkielinen nimi mercury , on nimetty Merkuriuksen mukaan. Alkemistit uskoivat keksineensä yhden maailmankaikkeuden salaisuuksista.

Lähde: 
Strathern: Mendelejevin uni, Puuttuvien alkuaineiden etsintä, Terra Cognita Oy, 2000
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

Siinä missä filosofit olivat onnistuneet erottamaan tieteen uskonnosta, alkemistit yhdistivät aineen tutkimisen jälleen siihen. Vaikka mystiikan yhdistäminen tieteeseen tuntuu meistä ongelmalliselta, oli se alkemistien suuri innoituksen lähde. Alkemistit oivalsivat, että vaikka maa, ilma, tuli ja vesi ajateltiin alkuaineina, ne olivat samalla laatuja. He oivalsivat myös, että laatuja voitaisiin muuttaa; kuuma voitiin muuttaa kylmäksi, kuiva märäksi jne. Jos kerran alkuainetta voitaisiin muuttaa, voitaisiin silloin muuttaa myös epäjaloja aineita kullaksi.

Alkemistit olivat ensimmäisiä laboratoriotyön kehittäjiä ja tässä mielessä tärkeitä kemian historian kannalta. Heidän tavoitteenaan ei ollut kuitenkaan aineiden ominaisuuksien selvittäminen, vaan kullan keinotekoinen tuottaminen. Kemia omaksui käyttöönsä monet alkemian kehittämät laboratoriotekniikat ja niiden ansiosta eristettiin joukko tärkeitä aineita esimerkiksi etanoli ja epäorgaaniset hapot.

Aristoteleen teoria ennusti, että jokainen aine voi muuttua miksi muuksi aineeksi tahansa, joten vähemmän jalon metallin "kulta" -ominaisuuden parantaminen vaikutti järkevältä tavoitteelta. Uskottiin myös, että koska metallit syntyvät, kun henkäykset juuttuivat kuivaan maahan, niin metallit kypsyisivät maassa hitaasti ja muuttuisivat täydellisyyden saavutettuaan kullaksi. Saattoi siis olla mahdollista, että prosessia voitaisiin kiihdyttää keinotekoisesti.

Pakkomielle kultaan ei kuitenkaan vallannut alkemiaa täysin. Joskus mystifioiminen johti hyväänkin lopputulokseen. Eräät alkemistit puhuivat ”sairaan metallin parantamisesta” muuttamalla se kullaksi. Tällaiset puheet saattoi aloitteleva alkemisti tulkita väärin ja näin lähteä väärille raiteille. Sairaiden metallien parantamisen sijaan nämä alkemistit alkoivat etsiä keinoja parantaa sairaita ihmisiä. Alkemistit perustivat vahingossa tieteellisen farmasian, kemiallisen lähestymistavan lääketieteeseen.

Lähteet: 
Strathern: Mendelejevin uni, Puuttuvien alkuaineiden etsintä, Terra Cognita Oy, 2000
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

Arabit saivat kosketuksen kreikkalaiseen kemian oppineisuuteen yrittäessään valloittaa Rooman valtakunnan kristinuskon keskusta Konstantinopolia. Suunnitelman teki tyhjäksi alkemisti nimeltään Callinicus . Callinicus piti hallussaan ”Kreikkalaisen tulen” kaavaa. Kreikkalainen tuli oli luultavasti tislattu raakaöljy, johon oli yhdistetty kaliumnitraatin (palamisessa tarvittavan hapen lähde) ja sammuttamatonta kalkkia (tuottaa lämpöä reagoidessaan veden kanssa). Kun kreikkalaista tulta kaadettiin mereen, se syttyi ja sytytti samalla arabien laivojen puiset rungot tuleen. Sammutusyritykset saivat aikaiseksi vain suuremmat liekit. Valloituksen epäonnistuttua arabit olivat vakuuttuneita kreikkalaisten oppineisuudesta ja alkoivat aktiivisesti etsiä muita esimerkkejä khemeian tiedoista ja taidoista.

Viidensadan vuoden ajan kemia ja myös muut tieteet olivat yksin arabien käsissä. Islamilaiset alkemistit uskoivat myös osittain Aristoteleen teoriaan, he kuitenkin samaistivat kosteat ja kuumat höyryt elohopean ja rikin höyryihin. Elohopea ja rikki eivät tarkoittaneet kuitenkaan samaa, kuin nykyinen puhdas alkuaine. Rikki (”palava kivi”) yhdistettiin tuleen ja elohopea sisälsi metallisten ominaisuuksien periaatteen. Näitä ominaisuuksia yhdistelemällä oikeassa suhteessa uskottiin saatavan kultaa. Tämä teoria oli kuitenkin tärkeä osa kemian historiaa.

Islamin alkemistit omaksuivat myös uuden asenteen transmutaatioon eli toiseksi alkuaineeksi muuttamiseen. Vähemmän jaloa metallia oli käsiteltävä ihmeellisellä lääkkeellä eli viisasten kivellä, jotta metallin ominaisuudet asettuisivat vastaamaan kullan ominaisuuksia. Viisasten kivi nähtiin myös lääkkeenä, elämän eliksiirinä, joka ihmeellisesti parantaisi sairaudet ja antaisi ikuisen nuoruuden tai kuolemattomuuden. He tekivät mutkikkaita testejä, jossa he mm. tislasivat vettä ensin 70 kertaa ja sitten 700 kertaa, uskoen että oikeassa suhteessa sekoittaen eri elementtejä (kuuma, kylmä, kostea, kuiva) saataisiin aikaan viisasten kivi. Kun transmutaatiokoe epäonnistui, alkemisti saattoi syyttää koetekniikkaa, eikä taustalla olevaa teoriaa.

Yksi islamilaisten yleisesti käyttämistä aineista oli etikka. Etikasta myös tislattiin väkevää etikkahappoa. Kreikkalaisetkin olivat tunteneet tämän hapon, ja heitä oli kiehtonut sen kyky liuottaa joitain aineita. Islamilaisten onnistui valmistaa myös heikkoja typpihappoliuoksia – joista voidaan tehdä paljon väkevämpiä happoja. Arabit lähestyivät kemian ja sen mahdollisuuksien ymmärtämistä.

Lähteet: 
Strathern: Mendelejevin uni, Puuttuvien alkuaineiden etsintä, Terra Cognita Oy, 2000
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

Alkemia tuotti monia hämäräperäisiä ja mystisiä kirjoituksia. Mukana oli kuitenkin myös kirjoituksia, jotka olivat selkeitä sekä vapaita ristiriidoista ja mystiikasta. Tällaisia olivat al-Razin (864-925) ja ibn-Sinan (980-1037) kirjoitukset. Henkilöt tunnetaan paremmin latinalaisilla nimillä Rhases ja Avicienna .

Rhases omaksui rikki-elohopeateorian perustan ja uskoi myös transmutaation mahdollisuuteen. Hänellä oli kuitenkin laajat käytännön kemian taidot. Hän kuvasi alkalihydroksilipeän valmistusmenetelmän, joka perustui natriumin ja kaliumin karbonaattien (nämä tuotettiin uuttamalla tuhkaa) käsittelemiseen sammutetulla kalkilla. Sana alkali tulee arabian kielen termistä al-Quili , joka tarkoittaa hehkutettua tuhkaa. Emäksisiä alkalihydroksilipeitä ja happamia etikan, maidon ja sitruunamehun kaltaisia liuoksia kutsuttiin kirpeiksi vesiksi (engl. sharp waters eli terävät vedet ) . Kirpeitä vesiä käytettiin laajasti liuottimina.

Rhases luokitteli myös aineet aikaisempaa monipuolisemmin. Hän jakoi aineet eläinkunnasta saataviin, kivennäisiin ja johdannaisiin. Tämän lisäksi hän jakoi kivennäiset kuuteen ryhmään:

Henget: rikin, elohopean, salmiakin ja arseenin kaltaiset helposti kaasuuntuvat aineet.

Kappaleet: metallit (elohopeaa lukuun ottamatta)

Kivet: malakiitti, hematiitti jne.

Vihtrillit: esim. vihreä vihtrilli (rauta(||)sulfaatti)

Boraasit : boori, sooda

Suolat: ruokasuola, potaska (kaliumkarbonaatti), sammutettu kalkki (kalsiumhydroksidi) jne.

Avecienna oli alkemian islamilaisen kauden viimeinen merkittävä tutkija. Hän oli lääkäri, jonka lääketiedettä koskevat kirjoitukset olivat asiantuntevia vielä 600 vuotta hänen kuolemansa jälkeenkin. Hän luopui transmutaation mahdollisuudesta viisasten kivellä käsiteltäessä, mutta uskoi että muutos on mahdollinen, jos aineet jaetaan mahdollisimman pieniin osiin ja kootaan uudelleen asianmukaisella tavalla. Hänen näkemyksillään oli merkittävä vaikutus eurooppalaiseen alkemiaan.

Lähteet: 
Strathern: Mendelejevin uni, Puuttuvien alkuaineiden etsintä, Terra Cognita Oy, 2000
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

Euroopan oppineet löysivät arabian kielellä kirjoitetut tieteelliset ja lääketieteelliset tekstit 1100-luvulla. Samaan aikaan kun kirjoitukset opittiin tuntemaan Euroopassa, kehittyi myös tislaustaito. Silloin alettiin tislata viinejä yhdessä erilaisten kosteutta imevien suolojen kanssa ja saatiin aikaiseksi niinkin väkevää alkoholia, että se syttyi palamaan. 1200-luvulla Taddeus Alderotti otti käyttöönsä vesijäähdyttimen ja paransi siten aineiden tiivistymistä tislauksessa. Kierteenomainen tiivistysputki oli noin metrin mittainen ja upotettiin astiaan, johon virtasi kylmää vettä. Näin tuotettu alkoholi sai nimen aqua vitae, elämän vesi ja sitä alettiin käyttää lääketieteellisiin tarkoituksiin.

Epäorgaaniset hapot keksittiin myös 1200-luvun alkupuolella. Vihtirillejä, eli kaksiarvoisten metallien sulfaatteja oli kuumennettu aikaisemminkin, mutta nyt niiden höyryt tiivistettiin ja saatiin aikaan väkevää rikkihappoa. Tämä keksintö ei niinkään ollut parantuneen tiivistymisen tulosta, vaan perustui siihen, että opittiin rakentamaan laitteet, jotka eivät olleet alttiitta tuotteen aiheuttamalle korroosiolle. Kun vitirilliä kuumennettiin kalisalpietarin eli kaliumnitraatin kanssa saatiin aikaan typpihappoa, jota opittiin pian käyttämään hopean ja kuparin erottamiseksi kullasta. Kun typpihappoon lisätään salmiakkia (ammoniumkloridia), saadaan aikaan agua regiaa , kuningasvettä, joka liuottaa kullankin.

Nyt kun alkemistit olivat löytäneet myös vahvemmat hapot, aukenivat ovet laajamittaisille kokeille. Vahvat hapot näyttivät reagoivan minkä tahansa aineen kanssa muodostaen sakkoja. Alkemistit olivat törmänneet keinoihin, joilla he pystyivät saamaan aikaan valtavan määrän erilaisia kemiallisia reaktioita. Lisäksi (jälkiviisaasti ajatellen) he olivat löytäneet keinon eristää alkuaineita, joita aikaisemmin oli esiintynyt vain yhdisteissä.

Kalisalpietaria saatiin lannasta, jota koottiin suuriin kansoihin. Salpietari oli seurausta kasoissa tapahtuneesta bakteeritoiminnasta. Aine uutettiin veteen ja liuosta väkevöitettiin, kunnes sen tärkein epäpuhtaus, ruokasuola, kiteytyi astiaan. Liuos suodatettiin ja siitä saatiin verrattain puhtaita kalisalpietarikiteitä. Niitä tarvittiin myös ruudin valmistuksessa, jossa ne sekoitettiin hiilen ja rikin kanssa.

Elämän veden keksiminen ja sen kyky lääkeaineena ja teho estää mätäneminen näyttivät alkemisteista varmaankin askeleilta todellisen elämän eliksiiriin keksimiseen. Viisasten kiveäkin ajateltiin miltei synonyyminä elämän eliksiirille, sillä sen uskottiin parantavan "sairaita", epäjaloja metalleja.

Lähteet: 
Strathern: Mendelejevin uni, Puuttuvien alkuaineiden etsintä, Terra Cognita Oy, 2000
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

Jan Baptist van Helmont (1577-1644) oivalsi, että metallin liuetessa happoon, esimerkiksi kun hopea liukenee aqua fortikseen eli typpihappoon, hopea piiloutuu liuokseen ja sen saa myöhemmin sieltä talteen. Helmont ymmärsi, että transmutaatiota ei tapahdu, kun metalli saostaa toisen metallin liuoksesta.

Helmont hylkäsi aikaisemmat käsitykset neljästä alkuaineesta. Hän uskoi kaiken koostuvan ilmasta ja vedestä, mutta ilmaa ei voinut kuitenkaan muuttaa aineeksi. Hän perusteli nerokkaasti päätelmänsä kuuluisalla kokeellaan, jossa hän istutti 5 naulaa ( 2,27 kg ) painavan pajun kahteensataan naulaan kuivaa multaa ja kasteli sitä viiden vuoden ajan sekä sadevedellä että tislatulla vedellä. Sen jälkeen hän nosti pajun ruukusta ja totesi sen painavan 169 naulaa ( 76,66 kg ). Hän punnitsi myös mullan ja huomasi sen painavan vain 5 unssia ( 141,75 g ) vähemmän kuin kokeen alussa ja näin päätteli että pajun painonlisäys johtui vedestä, joka oli muuttunut puuksi. Hän ei tiennyt, että puu ottaa ilmasta hiilidioksidia. Virhe oli ironinen, sillä hän itse oli kuitenkin ottanut sanan kaasu käyttöönsä ja tunnisti kaasut uudeksi aineluokaksi. Hän kutsui niitä mysteerisiksi villeiksi hengiksi. Sana kaasu on luultavasti johdettu kreikan sanasta chaos , joka tarkoitti kaaosta.

Helmont päätteli, että kun 62 naulaa ( 28,12 kg ) puuhiiltä poltetaan, jää jäljelle vain yksi 1 naula ( 0,45 kg ) tuhkaa, on lopun 61 naulan ( 21,67 kg ) kadottava kaasuna ilmaan. Hän antoi tälle nimen gas sylvester eli metsäkaasu, joka nykyään tunnetaan hiilidioksidina.

Lähteet: 
Strathern: Mendelejevin uni, Puuttuvien alkuaineiden etsintä, Terra Cognita Oy, 2000
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

Irlantilainen Robert Boyle (1627-1691) oli ensimmäinen ”oikea kemisti”, joka perusti tutkimuksensa kvantitatiivisiin, määrällisiin tutkimuksiin. Kun hän vuonna 1661 julkaisi kirjansa The Skeptical Chymist , oli kvantitatiivinen fysiikan ja kemian tieteenala syntynyt.

Kirjassaan hän pilkkaa ajatusta että aineet koostuvat samoista kolmesta tai neljästä alkuaineesta. Hänen ajattelunsa siirtyi kysymyksestä ”Miksi kemialliset reaktiot tapahtuvat?”, kysymykseen ”Miten reaktio tapahtuu?”, johon hän koetti vastata hiukkasten liikkeellä.

Vuonna 1665 ilmestyneessä kirjassaan Experimental History Of Colours , hän kuvaa monia värireagensseja ja indikaattoreita. Boyle tutki happoja muiden kokeidensa ohessa. Hän tuotti vetyä liuottamalla rautaa laimeaan rikki- tai suolahappoon. Kerättyään kaasua astiaan, hän huomasi sen olevan tulenarkaa. Hän ei ollut myöskään ainoa, joka yritti selittää aineiden ominaisuuksia atomin muotojen avulla.

Lähde: 
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

Joseph Black (1728-1799) löysi ensimmäisenä todisteita siitä, että kaasu on erillinen käsite, ei ainoastaan ilman muunnos.

Lääkärin taustastaan johtuen hänen päätavoitteensa oli löytää hellävarainen, mutta tehokas virtsakivien emäksinen liuotin. Tutkimusten kuluessa hän osoitti laimeiden ja syövyttävien (karbonaattien ja hydroksidien) emästen eron. Hän nimesi magnesiumkarbonaatin magnesia albaksi ja havaitsi, että kuumennettaessa se menettää seitsemän kahdeksasosaa painostaan. Valtaosa painohäviöstä johtui pakenevasta ilmasta, jota hän nimitti sitoutuneeksi ilmaksi (hiilidioksidi). Hän havaitsi että magnesia alba poreilee, kun sitä laittaa heikkoihin happoihin, mitä kuumentamalla saatu tuote ei tehnyt. Hän punnitsi magnesia albaa , kuumensi sitä ja liuotti saamansa tuotteen laimeaan rikkihappoon ja käsitteli saatua liuosta laimealla emäksellä (kaliumkarbonaatti). Hän havaitsi magnesia alban saostuvan samoissa määrin, mitä lähtöainetta oli ollut ja osoitti näin, että sitoutunut ilma yhtyi laimeaan emäkseen ja se voitiin siirtää saatavaan aineeseen, jolloin muodostui lähtöainetta. Modernein kemiallisin kaavoin ilmaistuna:

MgCO→ MgO + CO2

MgO + H2SO→ MgSO4 + H2O

MgSO4 + K2CO3 → MgCO+ K2SO4

Blackin työt olivat perustana Antonio Lavoisierin tulevalle työlle sen lisäksi, että ne vakiinnuttivat happojen, emästen ja suolojen välistä yhteyttä. Hänen emäksiä koskevat työnsä paljastivat myös tärkeitä sitoutuneen ilman ominaisuuksia (hiilidioksidi).

Lähde: 
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

Joshep Priestley (1733-1804) aloitti tutkimuksensa Blacin ”sitoutunutta ilmaa” (hiilidioksidia) tutkimalla. Hän huomasi, että sitoutunutta ilmaa pystyi hengittämään, mutta se ei pitänyt palamista yllä, vaikkakin sen palamisteho parani, jos samassa kaasussa kasvatettiin kasveja. Hän havaitsi myös, että liuottamalla veteen hiilidioksidia saatiin valmistettua soodavettä. Hän kehotti panimoita valmistamaan soodavettä ja kasvatti täten mainettaan.

Priestley valmisti ensimmäisen kerran happea vuonna 1774 ystävältään saadun aineen, mercurius calcinatus per se (elohopea(II)oksidi), avulla. Priestley oli hankkinut linssin, jonka ansiosta hän pystyi kuumentamaan aineita korkeaan lämpötilaan auringonsäteiden avulla. Näin hän sai mercurius calcinatus per sen tuottamaan happea ja elohopeaa Hän hämmästyi uuden kaasun käyttäytymisestä, sillä kynttilä paloi siinä kirkkaammin, kuin tavallisessa ilmassa. Hän arvioi uuden kaasun olevan viisi tai kuusi kertaa parempaa, kuin tavallinen ilma. Hän huomasi myös, että sitä oli erityisen vaivatonta hengittää.

Vuonna 1781 hän teki joukon kokeita yrittäessään määritellä lämmön massaa, sillä hän piti sitäkin aineena. Kokeiden seurauksena hän selvitti veden koostumuksen, jota oli tähän asti uskottu alkuaineeksi. Hän räjäytti suljetussa tilassa palavan ilman (vedyn) ja tavallisen ilman seosta sähkökipinällä, punnitsi aineet ja huomasi massan vähentyneen. Samalla Priestley huomasi astiaan muodostuneen ”kastetta”. Jatkokokeiden avulla hän huomasi kaasujen muuttuvan kokonaan vedeksi, kun niiden suhde on 2,02:1.

Lähteet: 
Strathern: Mendelejevin uni, Puuttuvien alkuaineiden etsintä, Terra Cognita Oy, 2000
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

Antoine Laurent Lavoisier syntyi Pariisissa . Hän opiskeli kemiaa , kasvitiedettä , tähtitiedettä ja matematiikkaa . Hänen ensimmäinen kemian alan julkaisunsa ilmestyi vuonna 1764 . Lavoisierin perustavaa laatua oleva merkitys kemian kehittymiselle johtui hänen tietoisesta yrityksestään selittää kaikki kokeelliset tulokset yhdellä teorialla. Hän vakiinnutti kemiallisen tasapainon teorian johdonmukaisen käytön, kumosi hapen avulla flogiston-teorian ja kehitti uuden kemian nimeämisjärjestelmän, mikä väitti että happi oli kaikkien happojen oleellinen ainesosa (mikä myöhemmin osoittautui vääräksi).

Lavoisier avioitui 28-vuotiaana 13-vuotiaan Marie-Anne Pierette Paulze'n kanssa. Marie-Anne oli korvaamaton kumppani tieteellisiä toiminnassa. Hän käänsi englanninkielisiä tekstejä ja kuvitti kirjoja.

Eräät Lavoisierin tärkeimmistä kokeista tarkastelivat palamisilmiön luonnetta. Hän osoitti kokeellisesti, että palaminen on palavan aineen ja hapen yhdistymistä. Hän osoitti kokeellisesti myös hapen merkityksen eläinten ja kasvien hengityksessä, samoin kuin hapen merkityksen metallin ruostumisessa . Hän havaitsi myös, että aikaisemmin löydetty ”tuli-ilma”, minkä hän nimesi vedyksi ( kreikaksi: vedenmuodostaja ), tuotti yhdessä hapen kanssa tiivistynyttä kosteutta, mikä näytti olevan vettä.

Lavoisierin työ perustui osittain Priestleyn työhön. Hän yritti ottaa kunnian Priestleyn havainnoista. Lavoisier osoitti, että palamiseen osallistuva "ilma" oli myös happamuuden lähde. Vuonna 1779 hän nimesi tämän ilman osan hapeksi. Kreikaksi sana happi tarkoittaa hapon muodostajaa. Myös suomen sanat ”happi” ja ”happo” ovat lähellä toisiaan. Julkaisussa Reflexions sur le Phlogistique , 1783 , Lavoisier osoitti flogiston-teorian olevan epäjohdonmukainen.

Kokeinaan Lavoisier sovelsi ensimmäisenä kvantitatiivisen kemian menetelmiä. Hän osoitti että vaikka aineen tila muuttuu kemiallisessa reaktiossa, niin aineen määrä säilyy aina samana. Hän nimesi veden rakenneosat vedyksi ja hapeksi tutkiessaan veden rakennetta.

Lavoisierin elämässä myös lakitieteen opinnoilla oli suuri merkitys. Hän hankki viran verojen kerääjänä yksityisessä Ferme Generale nimisessä verojen karhuntaa suorittavassa yrityksessä 26-vuotiaana. Samalla hän kuitenkin kehitti metrijärjestelmää turvatakseen painojen ja mittojen yhdenmukaisuuden koko Ranskassa. Vallankumoukselliset leimasivat Lavoisierin petturiksi yhtenä 28 ranskalaisesta veronkerääjästä vuonna 1794 ja hänet mestattiin giljotiinilla Pariisissa 51-vuotiaana. Lavoisierin merkitystä tieteelle kuvasi matemaatikko LaGrange joka kritisoi teloitusta sanomalla: "Pään katkaiseminen kesti heiltä vain hetken, mutta Ranskalta saattaa kestää vuosisata samanlaisen luomiseen."

Lähteet: 
Wikipedia
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

Lavoisier kehitti kemian nimistöä ja nimeämisjärjestelmää mm. ranskalaisen kemistin Claude-Louis Bertholletin . Meidän tuntemamme nykyinen nimistö perustuu heidän aloittamaansa työhön. Bertholletin ja Lavoisierin jäljiltä on edelleenkin käytössä meille tuttuja käsitteitä, kuten esim. nimet rikkihappo, sulfaatit ja sulfiitit.

Lavoisierin teosta Traité Élémentaire de Chimie ( Elementary Treatise of Chemistry , 1789) pidetään ensimmäisenä nykyaikaisena kemian oppikirjana, mikä esitti yhtenäisen kuvan uusista kemian teorioista, määritteli selkeästi aineen häviämättömyyden lain sekä kielsi flogistonin olemassaolon. Lavoisier selkeytti alkuaineen käsitettä yksinkertaiseksi aineeksi mitä mikään tunnettu kemiallinen analyysimenetelmä ei pysty pilkkomaan, ja hän kehitti teorian kemiallisten yhdisteiden muodostumisesta alkuaineistaan. Lisäksi se sisälsi luettelon alkuaineista, tai aineista joita ei voida enää pilkkoa pienemmiksi, kuten esimerkiksi happi, typpi, vety, fosfori, elohopea, sinkki ja rikki. Luettelo sisälsi kuitenkin myös valon, sähkön ja lämmön (oikeastaan ranskaksi: calorique; englanniksi: caloric eli lämmön ilmentymä, lämmön alkulähde, nestemäinen ja tuhoutumaton ja havaitsematon, nestemäinen - aikaisempi käsitys), joiden hän uskoi olevan ainetta.

Lähde: 
Wikipedia
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

Svante August Arrhenius (1859-1927) oli kotoisin Upsalasta, Ruotsista. Hän esitti ensimmäisenä teorian, joka lopulta selitti happojen, emästen ja suolojen epänormaalin käyttäytymisen. Hän tutki väitöskirjaansa varten näiden aineiden liuosten sähkönjohtavuutta ja havaitsi, että liuosten laimetessa niiden sähkönjohtavuus pieneni, mutta ei niin paljon, kuin aineiden konsentraation laskusta olisi voinut odottaa. Arrhenius esitti kokeensa pohjalta, että kun natriumkloridin kaltainen elektrolyytti liukenee veteen, osa molekyyleistä hajoaa varautuneiksi hiukkasiksi, ioneiksi. Hänen teoriansa ei tehnyt väitöskirjan tarkastajiin vaikutusta, vaan oli tulla hylätyksi. Toisaalla kuitenkin ymmärrettiin hänen tutkimuksensa merkitys.

Arrhenius osasi arvioida annettujen liuosten dissosioitumisasteen sen sähkönjohtavuuden perusteella ja pystyi laskemaan sen perusteella liuoksessa olevien hiukkasten määrän siitä, mitä ne olisivat olleet ilman dissosiaatiota (hajoamista ioneiksi liuoksessa). Jotkin sähköä johtavat liuokset, esimerkiksi natriumkloridi (ruokasuola) näyttivät liukenevan voimakkaasti, kuin liuos on laimea, kun taas toiset, esimerkiksi etikkahappo, jakautuivat paljon heikommin.

Pitkään oli jo tiedetty, että vety liittyy olennaisesti happoihin, mutta vasta Arrhenius julkisti teoriansa, jonka mukaan kaikki hapot tuottavat veteen dissosioituessaan vetyioneja. Vastaavalla tavalla emäksiset aineet luovuttavat veteen liuetessaan hydroksyyli-ioneja. Uusi teoria hapoista ja emäksistä sai myös vahvaa tukea siitä, että sama lämpöenergia vapautui aina, kun jokin tietyn suuruinen happomäärä neutraloitiin minkä tahansa emäksen samansuuruisella määrällä. Koska vahvat hapot dissosioituivat liuoksessa aina melkein kokonaan, reaktioyhtälö on kaikissa tapauksissa:

H+ + OH→ H2O

Arrheniuksen teoria on nykytiedon valossa suppea, sillä sen mukaan hapon ja emäksen käsite rajoittuu vesiliuoksiin. Toisaalta nykyään tiedetään myös, että vesiliuoksessa ei myöskään esiinny pelkkiä vety-ioneja, vaan ne ovat aina liittyneenä vesimolekyyliin hydratoituneiksi ioneiksi. Arrheniuksen teoria on edelleen käytössä perusopetuksessa.

Lähde: 
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

Puhtaan veden heikon sähkönjohtavuuden perusteella voitiin päätellä, että se on myös hiukan dissosioitunut vety- ja hydroksyyli-ioneiksi. Veden ionitulon arvoksi saatiin 
 1·10-14 mol/ l2, kun lämpötila oli 25ºC:

[H3O+][OH-] = 10-14 mol/ l2

Väkevissä happoliuoksissa puolestaan havaittiin vetyionikonsentraation olevan noin 1 mol / l

[H+] = 1 mol / l

ja noin 10-14 mol / l vahvoissa emäksisissä liuoksissa.

[H+] = 10-14 mol / l

Vaikka jo vetyionikonsentraatio oli selvästi happamuuden ja emäksisyyden mitta-asteikko, kehitti tanskalainen Sørensen (1868-1939) vuonna 1909 käyttökelpoisemman mitan happamuudelle. Sørensenin mukaan:

pH = -log10 [H+]

eli pH-arvo on vetyionikonsentraation kymmenkantaisen logaritmin vastaluku. Puhtaassa vedessä on yhtäpaljon oksonium- ja hydroksyyli-ioneja. Näin ollen puhtaan veden pH arvo on 7.

[H3O+] = [OH-] = 10-7 mol / l

pH = pOH = 7

Nykyään usein katsotaan, että pH on oksoniumionikonsentraation kymmenkantaisen logaritmin vastaluku.

pH = -log10 [H3O+]

Lähde: 
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2000

..takaisin aikajanaan

Tanskalainen Johann Nicolaus Brønsted (1879 -1947) ja Thomas Martin Lowry (1874 - 1936) esittivät toisistaan riippumatta Arrheniusta laajemmat happamuutta ja emäksisyyttä kuvaavat teoriat vuonna 1923. He pitivät happoja vetyionien luovuttajina ja emäksiä niiden vastaanottajina.

Aine voi olla happo vain siinä tapauksessa, kun sen on yhteydessä toiseen aineeseen, joka ottaa vastaan hapon vetyionin:

happo + emäs = uusi happo + uusi emäs.

Kun happo synnyttää uuden emäksen, konjugoidun emäksen niin vastaavalla tavalla emäs synnyttää uuden konjugoidun hapon. Brønstedin ja Lowryn teoria salli näin ollen vetyionin siirtymiseen perustuvan luokittelun happo-emäsreaktioksi muissakin, kuin vesiliuoksissa.

Uusi happo-emäskäsite johti oivallukseen, että veden kaltaiset liuottimet voivat toimia emäksinä, jolloin ne vastaanottavat vetyionin ja muodostavat oksoniumionikompleksin H3O+, tai happoina, jolloin muodostuu hydroksyyli-ioni OH-.

Suolahapon ja ammoniakin protolyysireaktio vedessä Brønstedin ja Lowryn mukaan:

happo1       emäs2          happo2         emäs1

  HCl        +    H2O      ⇔     H3O+      +        Cl-

 

emäs1       happo2          happo1         emäs2

  NH3      +       H2O      ⇔     NH4+      +       OH-

 

Lähde: 
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

Amerikkalainen kemisti Gilbert Lewis (1875 -1946) laajensi happo-emäskäsitettä Brønstedin ja Lowryn teoriasta vuonna 1923 esittämällään ja vuonna 1936 laajentamallaan ajatuksella. Hän määritteli hapon aineeksi, joka ottaa vastaan kovalenttisen sidoksen elektroniparin, kun taas emäs on aine, joka luovuttaa kovalenttisen sidoksen elektroniparin. Tämä Lewisin määritelmä pystyi käsittämään kaikki tähän asti jo tunnetut hapot ja emäkset, mutta myös monet uudet aineet. Esimerkiksi Lewisin määritelmän mukaan prosessi

    Na2O + SO3 ⇒ Na2SO4

on happo-emäs-reaktio, sillä rikkitrioksidi (Lewis-happo) ottaa vastaan oksidi-ionilta (Lewis-emäs) elektroniparin ja muodostaa sulfaatti-ionin.

Lewisin teorian mukaan esimerkiksi vesi on emäs, mutta oksoniumioni ei ole happo vaan erään Lewis-hapon kantaja. Varsinainen Lewis-happo on protoni. Lewisin teorian mukaan hapon ei tarvitse sisältää vetyä.

Kaikki Brønstedin happo-emäsreaktiot voidaan esittää myös Lewisin teorian mukaan. Esimerkiksi

    H+ (Lewis-happo) + :NH(Lewis-emäs) ⇒ NH4+

Kaikkia Lewisin happo-emäsreaktioita ei voi kuitenkaan esittää Brønstedin teorian mukaan. Esimerkiksi

    BF3 (Lewis-happo) + :NH3 (Lewis-emäs) ⇒ BF3NH3

Lähde: 
Hudson: Suurin tiede kemian historia, Gummerrus kirjapaino Oy, 2002

..takaisin aikajanaan

Artturi Ilmari Virtanen (1895-1973) on yksi suomalaisen tieteen suurmiehistä. Hän sai Nobelin kemian palkinnon vuonna 1945 maatalouden ja ravintokemian alan tutkimuksistaan ja erityisesti vuonna 1932 patentoidusta AIV-rehunsäilytysmenetelmästään.

Artturi Ilmari Virtanen syntyi 15.1.1895 Helsingissä, joskin hän muutti jo pienenä Viipuriin. Hän kävi Viipurin lyseon, jonka suoritti erinomaisin arvosanoin. Lyseon jälkeen hän aloitti opinnot keisarillisessa Aleksanterin yliopistossa Helsingissä, missä opiskeli kemiaa, biologiaa ja fysiikkaa. Hän suoritti kandidaatintutkinnon vuonna 1916 pääaineenaan kemia, ja tohtoriksi hän valmistui vuonna 1919 jo 24-vuotiaana väitellen pinabietiinihapon rakenteesta.

Virtanen toimi Valion kemistinä muutaman vuoden ja opiskeli samalla muun muassa fysikaalista kemiaa Zürichissä, rasvakemiaa Münsterissä ja bakteriologiaa Tukholmassa. Laboratorion johtajaksi hän ryhtyi vuonna 1921. Virtanen pysyi koko tutkijanuransa aikana valiolaisena. Hänet nimitettiin 1931 teknillisen korkeakoulun biokemian professoriksi, ja 1939 Helsingin yliopiston biokemian professoriksi. Virtanen siirtyi Suomen Akatemian esimieheksi 1948 ja koko ajan hän johti Valion tutkimuksia. Hän loi laajat suhteet ulkomaisiin tiedeyhteisöihin jo nuorena tutkijana, mikä avasi ulkomaat myös muille suomalaisille opiskelijoille.

Virtanen tajusi ensimmäisenä maailmassa pH:n merkityksen biologisessa säilöntäprosessissa. Keväällä 1928 Virtanen oivalsi happolisäyksen merkityksen ja kehitti täten AIV-menetelmän. Se perustui rehun pH-arvon riittävän voimakkaaseen alentamiseen haitallisten bakteerien lisääntymisen ja virhekäymisten estämiseksi. Virtanen valmisti AIV-rehua hapattamalla nopeasti tiiviissä säiliössä tuoretta nurmiheinää säilöntäaineen avulla.

Ratkaisevaa oli, että tuotteen pH laski tarpeeksi nopeasti alle neljän. Näin saatiin rehukasvien solujen ja mikrobien entsyymitoiminta pysähtymään tai ainakin hidastumaan, jolloin rehu säilyi paremmin. Laboratorio-oloissa säilöntään oli käytetty suolahappoa. Suolahappo oli kuitenkin kallista ja sitä jouduttiin ostamaan ulkomailta. Samaan aikaan Valiolla oli ongelmana ensimmäisestä maailmansodasta ylijäämäksi jäänyt maitohappo. Virtanen keksi sekoittaa maitohapon ja suolahapon realisoiden näin ylijäämämaitohapon kelpo hintaan. Maitohapon loputtua muutaman kesän jälkeen siirryttiin käyttämän halvempaa kotimaista rikkihappoa, joskin nykypäivänä käytetään orgaanisia happoja, kuten muurahaishappoa.

Arvostetuimpana tiedepalkintona pidetyn tunnustuksen, Nobel-palkinnon, Virtanen sai vuonna 1945. Palkintoon liittyi seuraava perustelu: ”Tutkimuksia ja keksintöjä maatalous- ja ravintokemian alalta, erikoisesti hänen rehusäilöntämenetelmänsä”.

Virtasen uuttera tutkimustoiminta jatkui keskeytyksettä hänen viime päiviinsä saakka. Hän toimi aktiivisesti varsinkin ravitsemukseen ja kansanterveyteen sekä luonnontieteellisen tutkimuksen edistämiseen liittyvissä toimikunnissa. Häntä voidaan pitää poikkeuksellisen lahjakkaana tiedemiehenä, jonka lukuisat tutkimukset ovat edistäneet kansan hyvinvointia. Virtasen ja hänen tutkimusryhmänsä kehittämä AIV-rehu on edelleen käytössä maissa, joissa karjan talviruokinta on ongelma.

Lähteet:

Forsius A. 2000: Nobelisti A. I. Virtanen (1895—1973) ravintotutkijana ja kansanterveyden edistäjänä, ( http://www.saunalahti.fi/arnoldus/virtanen.html ), (viitattu 1.1.2005) Artikkeli julkaistu aikaisemmin: Suomen Lääkärilehti 1997: 4: 365

Heikonen M. 1990: AIV – Keksintöjen aika, Kirjayhtymä.

Jussiniemi S. ja Parhi K.: Artturi Ilmari Virtanen (1895-1973) (http://www.torus.oulu.fi/arschemica/Dokumentit/artturi_ilmari_virtanen.htm ), (viitattu 1.1.2005)

..takaisin aikajanaan

Helsingin yliopisto, Kemian laitos, Terhi Ahonen © 2005