HEMIJSKI PREGLED - shd-pub.org.rs

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 99

S A D R @ A J

1. Vera Dondur, Kratka priøa o istoriji fiziøke hemije _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 101

2. Ÿivorad Øekoviõ, Izazovi za hemiju u 21. veku _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 107

3. Slobodan Macura i Nenad Juraniõ, Odreæivañe strukture proteina nuklearno-magnetno-rezonantnom spektroskopijom (II deo) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 112

4. A. Antiõ-Jovanoviõ, M. S. Pavloviõ i D. S. Peåiõ, Spektroskopija i otkriõe hemijskih elemenata(I) _ _ _ _ 121

5. Ivan Gutman, Nobelova nagrada za hemiju za 1998. godinu_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 128

6. Biçana V. Æoræeviõ i Ÿivadin D. Bugarøiõ, Tvrde i meke kiseline i baze_ 130

7. Çuba Mandiõ i Jasminka Korolija, 56 „zakona dobre nastave“ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 133

BELEÅKE

1. ”Beleåke iz sutraåñice – o svetu oko nas“ Ivana Dragani}a _ _ _ _ _ _ _ _ _ 135

2. Kñige (1998) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 137

I zdaje

SRPSKO HEM IJSKO DRU[TVO

Telefon 3370-467

Karnegijeva 4

izlazi dvomese~no

O DGO VORN I I GLA VNI URE DN IK

S tanimir R. A rsenijevi}

I zdavawe ~asopisa „HEMI JS KI PREGLED ” po-ma‘u: Tehnolo{ko-metalur{ ki fakultet, Hemij-ski fakultet i Fakultet za fizi~ku hemiju uB eogradu.

URE\I VA^KI O DBO R

N ikola Blagojevi}, Dragomir Vitorovi}, IvanGutman, Ivan Dragani}, Vojislav I li}, Jovan Jo-vanovi}, S lavko N e{i}, Vladimir P avlovi},V ladimir Rekali}, S lobodan Ribnikar, Mom~iloRisti} (predsednik), Qubi{a Ristovi}, M ilenko]elap, @ivorad êkovi}, M ilenko [u{i}.

Godi{wa pretplata za studente i uøenike koji ni-su ølanovi SHD 30 din, za pojedince koji nisu øl-anovi SHD 50 din, za radne organizacije 200 din. ,za inostranstvo 30 US $. Pretplatu prima Srpsko

hemijsko dru{ tvo, Beograd, Karnegijeva 4 /III .@iro ra~un 40803-678-0-5738.

[tampa: Zavod za grafi~ku tehniku Tehnolo{ko-metalur{kog fakulteta Beograd, Karnegijeva 4

Godi{te 39. broj 5-6

HEMIJSKIPREGLED

100 Hemijski pregled

CONTENTS

1. Vera Do ndur, The Short Story about Physical Chemistry _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 101

2. Ÿiv orad Øekoviõ , Challenges for Chemistry in the 21 st Century _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 107

3. Slo bodan Macura and Nenad Jura niõ , Determining Protein Structures Using Nuclear-Magnetic Resonance Spectroscopy (II part) 112

4. A. A ntiõ-Jovanoviõ, M.S. P avloviõ and D.S. Peå iõ , Spectroscopy and Discovery of the Chemical Elements _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 121

5. Ivan Gutm an , Nobel Prize for Chemistry for 1998 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 128

6. Biljana V. Æ oræeviõ and Ÿiva din D . Buga røiõ, Hard und Soft Acids and Bases _ _ _ _ _ _ _ 130

7. Ljuba Mandiõ and Jasm inka Ko rolija , Fifty-Six ”Laws of Good Teaching“_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 133

NOTES

1. ”No tes from Tom orrow - on the World aro und U s“ by Iv an Dragani} _ _ _ _ _ _ _ 135

2. Books (1998) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 137

SODER@ANIE

1. Vera Dondur, Kratkiy rasskaz ob istorii fiziøeskoy himii_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 101

2. Ÿivorad Øekoviø, Vózovó po himii v 21 stoletii _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 107

3. Slobodan Macura i Nenad Öraniø, Opredelenie strukturó proteina metodom NMR spektroskopii (II ~astô) _ _ _ _ _ _ 112

4. A. Antiø-Yovanoviø, M.S. Pavloviø i D.S. Peåiø, Spektroskopiù i otkrótie himiøeskih ïlementov _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 121

5. Ivan Gutman, Nobelevskaù premiù za dostiÿeniù v himii za 1998 god._ _ _ _ _ _ 128

6. Bilùna V. Dÿordÿeviø i Ÿivadin D. Bugarøiø, Mùgkie i ÿestkie kislotó i ýeleøi _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 130

7. Löba Mandiø i Ùsminka Koroliù, 56 „zakonov dlù horoåego prepodavaniù“ _ 133

ZAMETKI

1. ”Zametki zavtraånego dnù - o mire vokrug nas“ Ivana Draganiøa _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 135

2. Knigi (1998) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 137

CHEMICAL REVIEW

Volume 39 NUMBER 5-6Editor in chiefSTANIMIR ARSENIJEVI]SERBIAN CHEMICAL SOCIETYKarnegijeva 4Belgrade/Yugoslavia

HIMIÊSKIY OBZOR

Tom 39 No 5-6

Otvetstvennóy redakto r

STAN IM IR ARSENIEVI ^

SERBSKOE HIMI ÊSKOE OBÝ ESTVO

Karnegieva 4

Bel gr ad/Ögoslavi ù

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 101

VERA DONDUR, Fakultet za fiziøku hemiju, Univerzitet u Beogradu, Studentski trg 12, Beograd,Jugoslavija

KRATKA PRIØA O ISTORIJI FIZIØKE HEMIJE

UVOD

Tekst je napisan povodom obeleÿavaña devede-sete godiåñice osnivaña Zavoda za fiziøku hemi-ju (1908.-1998.) i devedesetpet godina nastave fi-ziøke hemije (1903.-1998.) na Univerzitetu u Beo-gradu.

Koreni fiziøke hemije seÿu do vremena u koji-ma su nastajala znaña koja su temeçi osnovnih pri-rodnih nauka pre svega hemije i fizike.

Kao godina roæeña fiziøke hemije se u nizu iz-vora navodi 1887. godina. Te godine se pojavio prvibroj øasopisa Zeitschrift für physicalische Chemie, in-ternacionalnog øasopisa u kome su publikovani ra-dovi iskçuøivo iz fiziøke hemije. U prvom volume-nu je Svante Arenijus (Svante Arrhenius) publikovaoøuveni rad o elektrolitiøkoj disocijaciji, iVant-Hof (van’t Hoff) rad iz termodinamike rastvo-ra za koji je kasnije dobio Nobelovu nagradu za he-miju. Krajem devetnaestog veka fiziøka hemija jeznaøi veõ bila formirana kao prepoznatçiva nauø-na oblast.

Koreni fiziøke hemije potiøu od istraÿivañakoja su obavçena znatno ranije. Kao pravi zaøetakfiziøke hemije se mogu uzeti radovi Roberta Bojla(Robert Boyle) (1627-1691) i Lomonosova. Bojl je svo-ja istraÿivaña objavio u kñizi pod naslovom Scep-tical Chemist; or Physico-Chemical Doubts and Parado-xes (1661), åto se danas smatra prvom kñigom u kojojse ekspricitno oznaøava specifiønost prouøavañamaterije sa aspekta fiziøke hemije. Radovi Bojla suuticali na øitav niz istraÿivaøa koji su se pojavi-li u osamnaestom veku kao åto su: Antoan Lavoazije(Antoine Lavoiser) u Francuskoj, Robert Bunsen (Ro-bert Bunsen) u Nemaøkoj i Majkl Faradej (Michael Fa-raday) u Engleskoj, øija su istraÿivaña dobrim de-lom dala fundamentalne osnove fiziøke hemije.Klasiøne oblasti fiziøke hemije su utemeçene uosamnaestom veku kada se pojavçuje plejada istra-ÿivaøa: Vant-Hof, Osvald (Ostwald), Arenijus, idrugi koji se okupçaju i pokreõu pomenuti øasopis,Zeitschrift für physicalische Chemie.

Moÿe se reõi da 1887. godina ne oznaøava datumroæeña fiziøke hemije veõ datum ñenog punolet-stva.

Od samog zaøetka pa sve do danaåñih dana fi-ziøka hemija se nalazi na granici izmeæu hemije ifizike, ali su se vremenom formirale nauøne obla-sti koje pripadaju fiziøkoj hemiji i koje je odreæu-ju. Osnovne oblasti fiziøke hemije bi u najopåtijojpodeli bile: hemijska kinetika, spektrohemija,elektrohemija, hemijska termodeinamika, koloidnai povråinska hemija, radiohemija i kvantna hemija.

U ovom kratkom pregledu isorije fiziøke hemijebiõe dati samo najosnovniji podaci, koji su obele-ÿili razvoje pojedinih oblasti fiziøke hemije. Ra-di jasnijeg opåtijeg pregleda }e pored ~iwenicakoje se ti~u fizi~ke hemije biti pomenuta rele-vantna otkriõa iz oblasti hemije i fizike koja supresudno uticala na razvoje odreæenih pravaca ufiziøkoj hemiji. Pregled õe obuhvatiti razvojosnovnih oblasti fiziøke hemije, i to uglavnom po-datke koji se odnose na vreme do poøetka ovog veka,ili prvog desetleõa ovog veka. Kao osnovni izvor jekoriåõena kñiga1 koju je napisao velikan u oblastifiziøke hemije Kit Lejdler (Keith Laidler) u kojoj semoÿe i naõi niz izvornih citata iz ove oblasti. Uradu je dat kratak istorijski pregled samo nekihoblasti fiziøke hemije kao i kratke biografijenajznamenitijih nauønika koji su dali doprinos raz-voju fiziøke hemije.

Robert Bojl je roæen u dvorcu Liåmor u juÿnojIrskoj. Obrazovañe je sticao uz privatne uøiteçei nikada u svom ÿivotu nije morao da radi da bi za-raæivao za ÿivot. Imao je privatnu laboratoriju ukuõi svoje setre u Londonu u kojoj je okupçao mnogeçude koji su bili zainteresovani za istraÿivaña.Jedan od ñegovih najtalentovanijih asistenata jebio Robert Huk (Robert Hooke). Smatra se da je ñe-gov rad imao uticaja i na genijalnog Isaka Ñutna(Isac Newton). Pre nego åto je Bojl zapoøeo svojaistraÿivaña hemija je bila empirijska nauka u kojojsu joå uvek bili najzastupçeniji alhemiøari. Bojlje dao ogroman doprinos kojim je hemija izaåla izokvira misticizma i postala grana filozofijeprirode.

Jakobius Henrikus vant-Hof (Jacobius Henricusvan’t Hoff) (1852-1911), je roæen u Roterdamu a studi-rao je u Holandiji, Nemaøkoj i Francuskoj. Ñegovaprva istraÿivaña su bila u oblasti organske hemi-je. Meæutim, svoju originalnu ideju o “tetraedaskomugçenikovom atumu” nije ukçuøio u doktorat, pla-åeõi se negativnih posledica koje bi ta øiñenicaizazvala. U prvo vreme posle doktorata nije mogaoda naæe zaposleñe, i nakon nekog vremena prihvatamesto profesora na Veterinarskom fakultetu uUtrehtu (1878). Preokret u ñegovoj karijeri nastu-pa kada odlazi u Berlin (1896). Veõ 1901. godine zasvoje radove iz oblasti hemijske dinamike i osmot-skog pritiska u rastvorima dobija prvu Nobelovunagradu za hemiju. Publikovao je niz znaøajnih rado-va kako iz hemijske kinetike i termodinamike takoi drugih oblasti. Zajedno sa Ostvaldom je pokrenuoZeitshrift für physicalische Chemie, a danas mu se u naj-znaøajnije delo ubraja kñiga: ”Etudes de dynamiquechimique” koja se pojavila joå 1884. Ovo delo se i da-


nas smatra osnovom najsavremenijih oblasti mole-kulske dinamike. Izvori navode da je bio prijatan iskroman øovek i da je imao znatan uticaj kako nastudente sa kojima je radio tako i na druge nauøniketoga vremena. Teåko da se moÿe naõi oblast fiziø-ke hemije u kojoj Vant-Hof nije dao svoj doprinos.

Fridrih Viçem Ostvald (Fredrich Wilhem Ost-wald, 1853-1932), je roæen u Rigi. Pored intereso-vaña koja je imao za literaturu, muziku i slikañe,1878. godine brani doktorat iz oblasti hemije. Ost-vald je bio predani istraÿivaø u mnogim oblasti-ma, pored toga åto je zasnovao niz novih oblasti ufiziøkoj hemiji, bavio se filozofijom i prouøavaoje jezike. On je ostvario ne samo komunikaciju veõ iblisku saradñu sa nizom najznaøajnijih imena u ob-lasti fiziøke hemije, pomogao je Arenijusu da for-muliåe teoriju elektrolitiøke disocijacije, po-stavio zakon poznat pod imenom “Ostvaldov zakonrazblaÿeña”, a za radove iz oblasti katalize je1909. dobio Nobelovu nagradu. U øuvenoj kñizi ”Le-hrbuch der allgemeinen Chemie” (1883) lucidno je spo-jio principe kinetike i termodinamike. Verovao jeda se sve moÿe objasniti preko energije. Osnovao jei bio je urednik øasopisa Zeitschrift für physicalischeChemie celih 35 godina, uradivåi pritom viåe od5000 recenzija. Bio je rodonaøelnik øuvene Laj-pciåke åkole fiziøke hemije. Na univerzitetu uLajpcigu, na kome je bio profesor, okupçao je lide-re u oblasti fiziøke hemije. Vaÿio je za øoveka ve-like energije i entuzijazma, bio je harizmatiønaliønost oko koje su se okupila skoro sva imena nesamo evropske nauke. Za ñega je Vant-Hof govorioda je øovek koji øim vidi da je neåto otkrio odmahprenosi svoje oduåevçeñe na druge. Kroz laborato-rije u Lajpcigu je proålo viåe od 150 çudi od kojihje viåe od trideset kasnije zauzimalo mesta redov-nih profesora na univezitetu u Evropi i Americi.Meæutim, i pored veoma plodnog rada koji je ostva-rio u toku svog dvadesetogodiåñeg ÿivota u Laj-pcigu, gradu u kome je roæena moderna fiziøka he-mija, napuåta ga razoøaran. Godine 1906. posle suko-ba sa univerzitetskom administracijom koja nijedozvolila komemoraciju za profesora Vislice-nusa (J. Wislicenus) u kapeli crkve, jer je bio agno-stik i zbog toga åto je komemoracija odrÿana u pre-davaonici za fiziøku hemiju, on napuåta Lajpcig.Ostatak ÿivota provodi na selu u svojoj kuõi koju jenazvao – Energija.

GASNI ZAKONI I KINETIØKA TEORIJA GASOVA

Kinetiøka teorija gasova je odigrala odluøu-juõu ulogu u razvoju fiziøke hemije. Sama teorija serazvijala i upotpuñavala kroz skoro dva veka.

Rani radovi u oblasti fiziøke hemije su pred-stavçali pokuåaje da se principi mehanike prime-ne na hemijske probleme. Tako je Robert Bojl izme-æu 1660. i 1668. godine, uz asistenciju isto tako øu-venog nauønika onog doba Roberta Huka, istraÿi-

vao osobine gasova. Iz ovih istraÿivaña koja supratila odnos pritisak-zapremina je 1662. godineproistekla prva formulacija zakona, koji je danaspoznat pod imenom Bojl-Mariotov zakon. Zakçuø-cima do kojih je doåao Bojl 1661. godine su pridoda-ti rezultati koje je u delu “O prirodi vazduha” (Dela nature de l’air) 1679. objavio Mariot (Edme Mariot-te). Drugi znaøajni momenat u istraÿivañu gasovap redstavçaju radovi Gej-Lisaka (Joseph LouisGay-Lussac) koji 1802. godine publikuje rezultatekoje mi danas poznajemo kao Gej-Lisakov zakon. Ne-sumçivo je da je za opåti razvoj nauke bitan mome-nat uvoæeña pojma koji danas poznajemo kao Avoga-drov broj. Italijanski fiziøar Amadeo Avogadro(Amadeo Avogadro) 1881. godine iznosi svoju hipote-zu da podjednake zapremine gasova na istoj tempera-turi i na istom pritisku sadrÿe isti broj moleku-la. Interesantno je da je zbog nejasne formulacije,genijalna Avogadrova hipoteza proåla potpuno ne-zapaÿeno i da je tek 1858. godine Avogadrov zemçakKanicaro (Cannizzaro) na jednoj hemijskoj konferen-ciji koja se odrÿavala u Nemaøkoj javnost, upoznaosa ovom hipotezom deleõi je kao pamflet. Sam Avo-gadro nije doÿiveo vreme u kome je ñegova hipotezabila prihvaõena. Uvoõeñem Avogadrovog broja na-staje formulacija danas poznata kao jednaøina ide-alnog gasnog staña. Znatno kasnije, 1873. godine vander Vals (Johannes Diderik van der Waals) u svojoj dok-torskoj disertaciji formuliåe jednaøinu koja opi-suje ponaåañe realnih gasova.

Kinetiøka teorija gasova zapoøiñe joå daleke1738. godine, kada Daniel Bernuli (Daniel Bernoulli)u radu pod naslovom “O osobinama i kretañu ela-stiønih tela, specijalno vazduha”, iznosi model gasakoji je vrlo blizak danaåñim shvatañima. On izno-si tvrdñu da toplota nije niåta drugo do kretañeatoma i da je pritisak posledica sudara øestica gasasa zidovima suda. Skoro ceo vek je proåao od Bernu-lijevih radova do pojave radova koji su se detaçnijebavili kinetiøkom teorijom gasova. Kao åto se mo-ÿe videti iz pregleda datog u Tabeli 1. tek Vater-son (Waterson) daje detaçniju teoriju, uvodeõi pojamekviparticije energije izmeõu molekula razliøi-tih masa, uzimajuõi da je brzina molekula proporci-onalna kvadratnom korenu temperature. Ovaj radima, pored znaøaja koji je kasnije dobio, vrlo inte-resantnu istoriju. Naime, Vatersonov pokuåaj dapublikuje ovaj rad u øasopisu Proseedings of the RoyalSociety nije u potpunosti uspeo. Recenzenti, od kojihje jedan bio bankar koji se bavio astronomijom, adrugi profesor geometrije su ocenili da rad ne za-vreæuje publikovañe, uz komentar da “rad nije niå-ta do glupost, i ne odgovara neøemu åto ima smislaza publikovañe”. Urednik je ipak objavio abstrakt1843. godine. Tek 1892. godine, viåe godina nakonVatersonove smrti, baron Rejli (Rayleigh) prona-åavåi rad u arhivi publikuje ga u Philosophical Tran-sactions uz izviñeñe åto tako dobar rad nije tolikodugo bio publikovan. Ali u vreme kad se rad pojavio

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 103

veõ su bili publikovani radovi Maksvela (Max-well) i Klauzijusa (Clausius) tako da je taj rad imaosamo istorijsko znaøeñe.

Tabela 1. Znaøajne godine i otkriõa u oblasti: Kinetiøka teorija gasova

Najznaøajnija imena koja su utemeçila kine-tiøku teoriju gasova su, pored Klauzijusa i Maksve-la, bili Bolcman (Boltzmann) i Gibs (Gibbs), o øi-jim õe doprinosima kasnije biti viåe reøi. Kaoåto se moÿe videti iz pregleda prikazanog u Tabe-li 1. sva znaøajna otkriõa u oblasti kinetiøke teo-rije gasova su nastala u proålom veku. Ova otkriõasu imala presudan uticaj na razvoj niza oblasti ufiziøkoj hemiji, ali i u hemiji i u fizici takoæe.

Œems Klerk Maksvel (James Clerk M axw ell)(1831-1879) je roæen u Edinburgu, a posle diplomi-raña na Triniti koleœu, postaje profesor Maråalkoleœa u Aberdinu. Zabeleÿeno je da nije naroøitovoleo da predaje i nerado je kasnije prihvatio da bu-de profesor u Kembriœu. Pored doprinosa za razvojkinetiøke teorije gasova i teorije elektromagne-tizma, on je dao niz doprinosa i u drugim oblastimaukçuøujuõi termodinamiku, geometrijsku optiku,kolor fotografiju, relaksacione procese, teorijuSaturnovih prstenova, pa zatim teoriju fotoela-stiønosti. Pored teorijskog rada bavio se i ekspe-rimentima, tako je, recimo, sa svojom suprugom prviizmerio viskoznost gasova na aparaturi koju je samkonstruisao. U Maksvelove znaøajne doprinose tre-ba ubrojiti i one koji se odnose na tumaøeña i rado-va drugih istraÿivaøa, pre svega Gibsa.

Ludvig Bolcman (1844-1906) je roæen u Beøu, gdeje i zavråio studije na kojima mu je bio profesorLoåmit (Josef Loschmidt ) . Prvi rad je objavio(1866.) kada je imao samo 22 godine. Tokom karijereje bio øesto nezadovoçan, pa je promenio niz uni-

verziteta: Grac, Beø, Minhen, Lajpcig, predajuõirazliøite predmete: teorijsku fiziku, filozofijunauke, eksperimentalnu fiziku, matematiku. Bol-cmanovi radovi iz oblasti termodinamike i stati-stiøke termodinamike su samo deo ñegovog vrloobimnog rada. On je dao takoæe vrlo znaøajne radoveu oblasti matematike, hemije i filozofije. Inte-resantno je da je Osvald koji je Bolcmana 1900. poz-vao u Lajpcig, kasnije smatrao da statistiøki tret-man baziran na kinetiøkoj teoriji nema nekog zna-øaja øak ni kao hipoteza, pa mu nije dao podråku ko-ju je Bolcman od ñega oøekivao. Posle niza pokuåa-ja, Bolcman je 1906. godine zavråio svoj ÿivot sa-moubistvom.

TERMODINAMIKA I HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Nauka o toploti se razvijala mnogo sporije odmehanike øije su osnove postavçene joå u antiøkodoba. Prvi opis temometra je dao 1612. godine ita-lijan Santio Santori (Santio Santorii), da bi tek iz-meæu 1760. i 1766. godine na Univerzitetu u Glazgo-vu Œozef Blek (Joseph Black) po prvi put izmeriospecifiønu toplotu nekih supstanci i time posta-vio osnove savremenih kalorimetrijskih metoda.On je uveo pojam “specifiøne toplote” i “latentnetoplote”. Kamen temeçac termodinamike postavçaSadi Karno (Sadi Carnot) koji 1824. godine, u svojojdvadesetosmoj godini, publikuje kñigu: “Reflectionssur la puissance motrice du feu et sur les machines pror-es a develloper cette puissance” za koju je Lord Kelvin(Kelvin) rekao da je “epohalni dar nauci”. U ovojkñizi je izloÿena osnova fenomena koji savremenanauka naziva Karnoov ciklus. Interesantno je da seu kñizi ñegovog oca (Lazare Nicolas Marquerite Car-not), koja je pod naslovom “Essai sur les machines en ge-neral” publikovana 1783. godine nalaze prve sugesti-je o konzervaciji energije, åto je kasnije formuli-sano kao prvi zakon termodinamike od strane Ro-berta Majera (Julius Robert Mayer) i Œemsa PreskotaXula (James Prescott Joule). Oba autora su radeõidoåla do istog zakçuøka, pa se dugo godina vodilaogorøena rasprava oko prioriteta, koji sa ove isto-rijske distance i nije tako vaÿan, mada treba napo-menuti da se Majerov rad pojavio prvi 1842. godine.Klapejron (Benoit Pierre Emile Clapeyron) koji je poz-navao Karnoa sa studija, razvijajuõi ñegove idejepostavio je poznatu Klaperjonovu (1834.) i kasnijezajedno sa Klauzijusom (Clausius) Klauzijus-Klape-jronovu jednaøinu.

Lord Kelvin 1848. godine prezentira rad u ko-me iznosi ideju, baziranu na Karnoovom ciklusu, opostavçañu apsolutne temperaturske skale. Neko-liko godina koje slede potom (1849.-1965.) su krozradove Kelvina i Klauzijusa (Rudolf Julius EmmanuelClausius) dovele do formulacije drugog zakona ter-modinamike i definicije entropije.

Autor Godina Doprinos

Bernuli 1738 Kinetiøka teorija gasova

Vaterson 1843 Detaçna kinetiøka teorija

Klauzijus 1857 Poboçåana kinetiøka teorija

Klauzijus 1858 Teorija sredñeg slobodnog puta

Maksvel 1860, 1867

Raspodela brzina, transportne osobine

Maksvel 1868 Statistiøka interpretacija drugog zakona termodinamike

Bolcman 1868 Raspodela energije

Bolcman 1871 Termodinamiøke osobine iz podeonih funkcija

Bolcman 1877 Entropija i verovatnoõa

Gibs 1902 Generalna statistiøka mehanika


Hemijska termodinamika bazira svoj razvoj nafundamentalnim principima termodinamike, a ñe-nim osnivaøima se smatraju Vilard Gibs (WillardGibbs), Vant-Hof i Helmholc (Herman Ludwig Ferdi-nand von Helmholtz) koji su radili nezavisno jedan oddrugoga. Smatra se da je prvi rad iz oblsti hemijsketermodinamike, rad Avgusta Fridriha Horåtmana(August Friedrich Horstman) koji je publikovan 1868.i u kome se po prvi put ispituje uticaj temperaturena konstantu disocijacije.

Najvaÿniji doprinos hemijskoj termodinamicidao je nesumçivo Gibs. U tri rada koji su sledili je-dan za drugim on daje jednaøinu: dU = TdS – PdV, udrugom definiåe veliøinu koju danas nazivamoGibsova energija: G = U + PV – TS. U tom radu Gibsuvodi da je u ravnoteÿi na konstantnom pritisku ikonstantnoj temperaturi dG = 0. U treõem radu, ko-ji je imao preko 300 stranica a koji je izaåao podnaslovom ”On the equilibrium of heretogeneous substan-ces” on definiåe poznato pravilo faza. Radovi kojeje publikovao Gibs su u ono vreme bili priliønonerazumçivi, a danaåñe razumevañe Gibsove ter-modinamike dugujemo pre svega Maksvelu koji ih jeveoma jasno predstavio u ñegovoj kñizi Theory ofHeat (1871) i koja je do kraja proålog veka doÿivelaøak sedam izdaña.

Vilard Gibs (1839-1903) je roæen u Konetikatu,a ceo ÿivot je proveo na univerzitetu Jel, na komeje prvi ñegov otac a zatim i on bio profesor. Ñe-gov doktorat je bio jedan od prvih doktorata odbra-ñenih na tlu Amerike. Predavao je matematiøkufiziku, a prvih nekoliko godina za to nije primaoplatu. Jel mu je dodelio platu tek kada su ga pozvalina Jon Hopkins university. Vaÿio je za mirnog i povu-øenog i uzdrÿanog øoveka. Prvi rad je objavio tek usvojoj 34. godini, a ñegova vaÿna kñiga pod naslo-vom: ”Elementary Principles in Statistical Mechanics De-veloped with Special Reference to Rational Foundation ofTermodynamics, se pojavila 1902. godine. Zbog svojepovuøenosti i teåkoõa da svoje ideje jasno izraziGibs nije doÿiveo mnogo priznaña u toku svoga ÿi-vota. Govorilo se da samo Maksvel razume Gibsovutermodinamiku. Kelvin øak u jednom pismu LorduRejliju kaÿe: “Ja ne nalazim svetla ni za hemiju niza termodinamiku u radu Vilarda Gibsa”.

HEMIJSKA KINETIKA

Prvi radovi iz oblasti hemijske kinetike u ko-jima su eksperimentalno merene brzine hemijskihreakcija su publikovani u drugoj polovini osamnae-stog veka. Najøeåõe se kao prvi rad, navodi radKarla Fridriha Vencela (Karl Friedrich Wenzel) ko-ji je publikovan 1777. godine, koji samo kvalitativ-no obraæuje brzinu rastvaraña metala u kiseli-nama. Veõ 1818. godine francuski hemiøar Tenar(Louis Jecques Thenard) publikuje opseÿan rad u komerazmatra brzinu razlagaña vodonik peroksida. Me-æu znaøajnije napretke u oblasti prouøavaña brzine

hemijskih reakcija i faktora koji na brzinu reak-cija utiøu svrstava se rad Nemca Vilemija (LudvigFerdinand Wilhemy) iz 1850. godine u kome on kvanti-tativno meri, koristeõi polarimetar, brzinu raz-lagaña saharoze u kiselim rastvorima. On je po pr-vi put upotrebio diferencijalne jednaøine, izra-ÿavajuõi vezu izmeæu brzine i koncentracije saha-roze, a ustanovio je i da brzina reakcije raste sa po-rastom temperature. Interesantno je da se ova reak-cija i danas na velikom broju univerziteta koristiu okviru praktiønih veÿbaña iz hemijske kinetike.P rateõ i rad Vilemija, Ber tlo (Be rthelot ) iSent-Ÿil (Saint-Gilles) 1862. godine zapoøiñu pub-likovañe øitavog niza radova u kojima istraÿujureakciju etanola sa sirõetnom kiselinom. Odmahzatim (1864.) se pojavçuje rad Guldberga (Guldberg) iVaga (Waage) koji definiåe Zakon o dejstvu masa.Nova faza u razvoju hemijske kinetike nastaje kadaengleski hemiøar Harkourt (Georg Vernon Harcourt),u saradñi sa åkotskim matematiøarem Esonom(William Esson), postavça diferencijalne jednaøinekoje opisuju razliøite tipove hemijskih reakcija,definiåuõi na taj naøin pojam koji danaåña hemij-ska kinetika poznaje kao red hemijske reakcije. Oniistovremeno daju takoæe i integralne oblike jedna-øina i time po prvi put definiåu promenu koncen-tracije sa vremenom za reakcije prvog i drugog reda.Sledeõi veoma znaøajan korak u razvoju hemijske ki-netike nastupa pojavom øuvene Vunt-Hofove publi-kacije ”Etudes de dynamique chimique”, koja je nakonprvog izdaña 1884. veõ 1896. imala izdaña i na ne-maøkom i na engleskom. U ovoj kñizi Vant-Hof ge-neralno postavça matematiøke jednaøine koje opi-suju hemijsku promenu, uopåtavajuõi predhodne re-zultate do kojih su doåli Harkourt i Eson. On poprvi put, dajuõi izraz za brzinu reakcije, uvodi da jebrzina jednaka proizvodu koncentracije reaktantai konstante brzine, i na taj naøin u hemijsku kine-tiku uvodi pojam konstante brzine.. U istoj kñizidaje diferencijalni metod kojim je moguõe na osno-vu eksperimentalnih podataka odrediti kako kon-stantu brzine tako i red reakcije. Ubrzo zatimArenijus, 1889. godine publikuje rad u kome, osla-ñajuõi se na Vant-Hofovu jednaøinu, daje zavisnostkonstante brzine od temperature. U istoj publika-ciji, opisujuõi zavisnost brzine od temperature, onuvodi pojam aktivirane vrste, i pojam hipotetiø-nog tela, åto predstavça prvu naznaku pojma koji jedanas poznat kao aktivirani kompleks. SaradñaVant-Hofa, Osvalda i Arenijusa je dala osnovu ni-zu oblasti fiziøke hemije, ali su rezultati bilinajoøigledniji u oblasti hemijske kinetike. Osvald1891. godine postavça teoriju katalize, za koju je1909. godine i dobio Nobelovu nagradu. Od datumakoji su od izuzetne vaÿnosti za hemijsku kinetikutreba pomenuti i 1913. godinu kada Øepman (Chap-man) postavça teoriju ustaçenog staña, bez koje sedanas ne moÿe ni zamisliti razmatrañe ni jednog

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 105

sloÿenog kinetiøkog sistema. Skoro uporedo dola-zi do razvoja teorija kojima se objaåñava sam akthemijske promene. Marslin (Marcelin) 1914. godineuvodi pojam potencijalne povråi, i time hemijskupromenu posmatra kao promenu potencijalne ener-gije duÿ nove koordinate, koju i oznaøava kao reak-ciona koordinata. Interesantno je da su kvatnome-haniøke metode vrlo brzo naåle primenu u hemij-skoj kinetici. Vrlo brzo nakon objavçivaña øuve-nog rada Hajtlera-Londona (W. Heitler, F. London)Ajring i Polany (H. Eyring, M. Polany) izraøunavajupotencijalnu povrå za reakciju H2 + H. Reakcija jeopisana kao kretañe od staña u kome se nalaze re-aktanti, preko prelaznog staña u kome se formiraaktivirani kompleks, do staña u kome õe se nalazi-ti proizvodi reakcije. Ubrzo zatim sledi niz rado-va u kojima se detaçnije razraæuje koncept aktivi-ranog kompleksa i prelaznog staña. Osnovni rado-vi kojima su dali teorijsku osnovu razmatraña he-mi jske p romene su publikovani u vremenu o d1928-1935. godine. Znaøajne doprinose u ovoj obla-sti su pored Ajringa i Polanija imali joå Vigner(Wigner) i Evans (Evans).

Istorijski vaÿni momenti za razvoj hemijskekinetike kao osnovne discipline fiziøke hemijevezani su za uvoæeñe pojma monomolekulskih reak-cija koje su definisali Lindeman i Kristijansen(Lindemann, Christiansen) 1921/22, lanøanih reakcija:Nernst (Nernst) i lanøanih reakcija sa granañem(1927/1928) Semenov (Semenow) i Hinåelvud (Hin-shelwood), dobitnici Nobelove nagrade za hemiju za1956. godinu. Poseban znaøaj kako za razvoj hemijskekinetike tako naroøito za razvoj katalize imao jerad Langmira (Langmuir) iz 1921. godine u kome sedefiniåu reakcije na povråini i daju teorijskeosnove zavisnosti brzine katalitiøke reakcije odstepena pokrivenosti. Za ove radove i definicijujednaøine koja je danas poznata kao Langmirova jed-naøina, Langmir je dobio Nobelovu nagradu za hemi-ju za 1932. godinu.

ELEKTROHEMIJA

Elektrohemija, oblast koja razmatra odnose iz-meæu elektriciteta i hemijskih osobina, je znaøajnaoblast fiziøke hemije. Ova oblast je imala ogro-man znaøaj kako za formirañe fiziøke hemije takoi za ñen razvoj. Rad u oblasti elektrohemije koji suoko 1880. godine objavili Vant-Hof, Ostvald iArenijus, a koje je tadaåña nauøna javnost prozvalaJonistima (Joncima) predstavça kamen temeçac fi-ziøke hemije.

Mada se joå u åesnaestom veku javçaju radovikoji daju koren el ektrohemiji (Wil lam Gilbert1540-1603), a u sedamnaestom veku radovi Franklina(Franklin 1806-1890), Galvanija (Galvani 1737-1798) iVolta (Volta 1754-1827) prvim radom u ovoj oblastise smatra rad koji su 1800. godine objavili Nikol-son i Karlsi (Nicholson, Carlisi). Karlsi, koji je bio

hirurg, sreõe Nikolsona koji je bio nauønik amateri ovaj na ñegov podsticaj pokreõe øasopis Nichol-son’s Journal, u kome i publikuju otkriõe da pod dej-stvom struje dolazi do razlagaña vode i formirañagasa, åto mnogi danas smatraju epohalnim otkri-õem. Mada sami autori u to doba nisu niåta znali ogasovima koji nastaju, ñihov rad dovodi do pravihrevolucionarnih promena u hemiji. Veõ 1805. godi-ne Grotus (Grotthus) daje mehanizam elektriøne pro-vodçivosti, a 1834. Faradej (Faraday) definiåe za-kon elektrolize, a ubrzo zatim sledi niz veoma zna-øajnih otkriõa, koja su hronoloåkim redom data uTabeli 2.

Mihael Faradej (Michael Farady 1791-1867) jezbog svog siromaånog porekla stekao vrlo skromnoobrazovañe. Faradej je imao sreõu da sretne Hem-frija Dejvija (Hemphry Davy) i da mu postane ai-stent. Zapoøeo je sa radovima iz analitiøke hemije,da bi oko 1820. poøeo sa istraÿivañima u oblastimagnetizma, åto je rezultovalo otkriõem elektro-magnetske indukcije. Ñegovi radovi iz elektromag-netizma su bili osnova za teoriju koju je razvioMaksvel. Faradej je bio skroman religiozni øovekkoji je radio sam bez asistenata. Zaøuæujuõe je da je utoku ÿivota objavio oko øetiristotinepedeset ra-dova, a da ñegova zaostavåtina ima oko 7000 ekspe-rimenata koje je pedantno beleÿio u svoj laborato-rijski dnevnik.

Svante Arenijus (Svante Arrhenius 1859-1927)roæen u Upsali gde je kasnije i studirao. Doktoratkoji se ticao provodçivosti u rastvorima soli, akoji je odbranio 1884. je zbog ideja koje je u ñemu iz-neo proåao sa mnogo zamerki. Arenijusova doktor-ska teza nije eksplicitno sadrÿavala objaåñeñavezana za elektrolitiøku disocijaciju. On nakondiskusija sa Ostvaldom i Vant-Hofom 1887. godineobjavçuje rad za koji je dobio Nobelovu nagradu ukome daje teoriju elektrolitiøke disocijacije. Po-red veoma poznatog doprinosa koji se odnosi naispitivañe temperaturske zavisnosti brzina reak-cija, Arenijus ima vrlo plodno angaÿovañe i u nizudrugih oblasti i daje doprinos imunohemiji, kosmo-logiji, bavi se prouøavañem porekla ÿivota. On jebio prvi koji je diskutovao fenomen koji je u da-naåñe doba veoma prisutan, fenomen “stakleneba{te“.

Vaÿno je istaõi da je izmeæu prvih eksperime-nata u kojima je elektrolizirana voda i Areniju-sove teorije elektrolitiøke disocijacije protekloskoro devedeset godina, ali je ipak sama pojava teo-rije elektrolitiøke disocijacije izazvala burnerasprave i mnoge primedbe nauøne javnosti upuõeneJonistima: Arenijusu, Vant Hofu i Ostvaldu.

Kao åto se moÿe videti iz pregleda datog u ta-beli 2. skoro sva znaøajna otkriõa u oblasti elek-trohemije su ostvarena do dvadesetih godina ovogveka. Pored imena koja su nabrojana u tabeli 2., zaukupni razvoj elektrohemije nesumçivo je veoma ve-


liki doprinos dao i Valter Nernst (Walter Nernst),øiji radovi su krunisani jednaøinom koju danas poz-najemo kao Nernstova jednaøina, a koju je prezenti-rao 1889. godine kao svoj habilitacioni rad na uni-verzitetu u Lajpcigu.

Tabela 2.Zna~ajne godine i otkri}a u oblasti elektrohemije

SPEKTROHEMIJA

U toku devetnaestog veka je veõ bilo potpuno ja-sno da se supstance mogu identifikovati na osnovuspektara iz øega je neminovno sledilo da spektro-skopija ima ogroman znaøaj. Kasnije je spektrosko-pija odigrala odluøujuõu ulogu u otkrivañu novihelemenata.

Mnogo pre nego åto su postavçene teorijskeosnove spektara, spektri su eksperimentalno prou-øavani. Joå 1752. godine je åkotski nauønik TomasMelvil (Thomas Melvill) prouøavao plamene spek-tre razliøitih soli i time postavio osnove plame-ne spektroskopije koja se i danas koristi. U nared-nom veku sledi øitav niz otkriõa koja su dala osno-vu savremenoj spektrohemiji.

Pregled nekih najznaøajnijih otkriõa u oblastispektrohemije su prikazani u tabeli 3.

Tabela 3. Istorijski pregled najzna~ajnijih otkri}a u spektrohemiji

Na slici 1. je dat izgled spektroskopa koji su1860. napravili Bunsen i Kirhof.

S lika 1. I zgled spektroskop a koji su nap raviliB un sen i Ki rhof

Interesantno je da su prvi spektri dobijeni uovom spektroskopu, osim toga åto su naravno bilivizuelno uoøavani, crtani rukom na drvenim zasto-rima. Tek zahvaçujuõi radovima Œorœa Estmana(George Estman), koji je naneo svetlosno osetçivuemulziju na papir (1878), zapoøiñe era modernespektroskopije.

Robert Viçem Bunsen (Robert Wilhelm Bunsen,1811-1899), je roæen u Getingenu, gde je ñegov otacbio profesor jezika. Doktorat je uradio iz oblastifizike, i posle toga je mnogo putovao, poseõujuõi uono doba najvaÿnije nauønike Evrope od Libiga(Liebig) do Gej-Lisaka (Gay-Lussac). Kasnije je kaoprofesor univerziteta u Hajdelbergu odrÿavaoprisne odnose sa mnogim poznatim nauønicima togadoba: Bajerom (Baeyer), Mendeçejevom (Mendeleev),

Autor Godina Otkriõe

Nikolson i Karlsi 1800 Elektroliza vode

von Grotus 1805 Mehanizam provodçivosti

Faradej 1834 Zakon elektrolize

Danil (Daniel l) 1836 Hemijska õelija

Gruv (Grove) 1839 Goriva õelija

Hitrof (Hit trof) 1853 Migracija jona

Klauzijus 1857 Postojañe slobodnih jona

Kolrauå (Koh lra-usch) 1869

Veza izmeæu koncentracije i provodçivosti

Helmholc (Hel -mho ltz) 1871 Dvostruki elektriøni sloj

Plante (Plan te) 1879 Stalna baterija

Arenijus 1887 Elektrolitiøka disocijacija

Ostvald 1888 Zakon razblaÿeña

Vant-Hof 1890Osmotski pritisak i elektro-litiøka disocijacija

Tafel (Tafel) 1905 Nadnapon

Bjerum (Bjerrum ) 1909 Jonske sile u rastvoru

Goj (G ouy) 1910 difuzni dvostruki sloj

Øepman (Chap-man) 1913

Teorija difuznog dvostrukog sloja

Debaj i Hikel (Deby, Hückel) 1923 Teorija jakih elektrolita

Stern (Stern ) 1924Fiksni i difuzioni dvostruki sloj

Autor Godina Doprinos

Melvil (Melvill) 1752 Plamena spektroskopija

Lamber (Lam bert) 1760 Zakon absorpcije

Heråel (Herschel) 1800 Infracrveno zraøeñe

Riter (Ri tter) 1801 Ultraçubiøasto zraøeñe

Fraunhofer (Fra-u nhofer) 1817 Spektralne linije

Heråel; Draper (Drap er) 1840 Fotografija spektra

Stoks (Stok es ) 1852 Fluorescencija

Ber (B eer) 1852 Absorpcija u rastvorima

Kirhof (Kirchoff) 1859 Principi spektroskopije

Bunsen (B uns en ) i Kirhof 1852 Prvi spektroskop

Balmer (B almer) 1885 Spektralne serije

Ridberg (Ru dberg) 1890 Spektralne serije

Zeman (Zeeman) 1897 Magnetski efekti

Bor (Boh r) 1913 Atomska teorija i spektri

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 107

ali je od svih najplodniju saradñu imao sa Kirho-fom. Mada se interesovao za mnoge oblasti nauke,malo je paÿñe poklañao teoriji, pa ñegova istra-ÿivaña su bila viåe empirijska. Radeõi u oblastielektrohemije izumeo je bateriju koja je po ñemu inazvana “Bunsenova baterija”, a koja je imala ugçenuelektrodu. Takoæe je izumeo vrlo osetçivi kalori-metar, a ispitivaña fotohemijske reakcije vodoni-ka i hlora su dovela do radova u oblasti sagorevañai otkriõa po kome je ostao zapamõen, “Bunsenovogplamenika”.

Ovaj kratak pregled nije obuhvatio radiohe-miju, jer je o istoriji vezanoj za radiohemijska ot-kriõa u proteklim godinama bilo pisano. Pregledne prati ni istoriju vezanu za kvantnu hemiju, jer sekao poøetak ove oblasti uzima Plankov (Planck) za-kon zraøeña koji je formulisan 1900. godine.

A b s t r a c t

THE SHORT STORY ABOUT PHYSICAL CHEMISTRY

Dondur Vera

Department of Physical Chemistry, University of Belgra-de, Yugoslavia

The historical growth of physical chemistry is presen-ted. Important contributions in kinetic theory, thermodyna-mics, chemical kinetics, electrochemistry and chemicalspectroscopy are included.

Brief biographies of scientists who have made the mostimportant contributions are given.

LITERATURA:

1. K. J. Laidler, The World of Physical Chemistry, OxsfordUniv. Press, 1993

2. H. B. Hartley, Studies in the History of Chemistry, Ox-ford, 1971

3. J. R. Partington, A history of Chemistry, Macmillan,London, 1961

4. M. W. Levere, J. Chem. Educ., 39 (1962) 3845. I. Bernard Cohen, Nature, 204 (1964) 6186. B. A. Morrow, J. Chem. Educ., 46 (1969) 5887. H. G. Pfeifer, H. A. Liebhafsky, J. Chem. Educ., 28

(1951) 1238. K. J. Laidler, Pure and Appl. Chem., 62 (1990) 22219. K. S. Pityer, N. Gilbert, J. Chem. Educ., 61 (1984) 10410. J. Shoter, J. Chem. Educ., 57 (1980) 41111. K. J. Laidler, J. Chem. Educ., 61 (1984) 49412. R. J. Deltete, D. Thorsell, J. Chem. Educ., 73 (1996)

289

ŸIVORAD ØEKOVIÕ, Hemijski fakultet, Beograd

IZAZOVI ZA HEMIJU U 21. VEKU

Pod pokroviteçstvom Komiteta za nauku Ame-riøkog hemijskog druåtva a u okviru 215-og Nacio-nalnog skupa odrÿanog 1998. godine, odrÿan je i spe-cijalni “Predsedniøki skup” sa temom: Izazovi zahemiju u 21. veku”. Na skupu je govorilo åest istak-nutih nauønika o buduõnosti nauønih oblasti koji-ma se oni bave. Uoøena su i neka zejedniøka viæeñabuduõnosti hemije. Prema ovim ekspertima u slede-õem veku biõe neophodno boçe opåte obrazovañe onauci i tehnologiji, ñihovim dostignuõima i mo-guõnostima. Naglaåen je i veliki znaøaj interdi-sciplinarnog prilaza nauønim problemima. Istra-ÿivaña u hemiji biõe usmerena ka dovråavañu hu-manog genomskog projekta i tehnoloåkom progresukoji ukçuøuje razvitak nanotehnologija. To õe bitipokretaøka snaga za nova istraÿivaña i nove pro-jekte u hemiji. Istaknuta je potreba za sistemat-skim obuøavañem i obrazovañem çudi. Ovo õe bitiposeban izazov univerzitetima u narednom veku.Pored edukacije veõeg broja çudi u hemiji, biõe ne-ophodne i znaøajne promene u nastavnim programi-ma, jer õe industrija zahtevati struøñake sa novimznañima i veåtinama. Ovo õe biti naroøito izra-ÿeno sa razvojem industrija visokih tehnologija.

Ovde õe biti izloÿen kratak prikaz predavañasa ovoga nauønog skupa, koja su u celini objavçena uJ. Chem. Educ., 1998, 75, 665.

HEMIJA U 21. VEKU, KUDA DAÇE?

Viziju razvoja hemije u narednom veku izloÿioje Zare (R. N. Zare) sa Stanford univerziteta, SAD.Izlagañe je zapoøeo pitañima “gde mi idemo odav-de?” i “hoõe li postojati hemija posle 25, 50 ili 100godina?” U nadahnutom izlagañu Zare je govorio odemisionirañu retorike sa univerziteta i prenosusuvereniteta na neke druge institucije i skoro is-tog procesa prenosa delova suvereniteta geograf-skih fakulteta na neke druge akademske institucijeu proteklih 100 godina. Zatim je dao jedinstvenu de-finiciju hemije: 2 x 3M = Make (napraviti), Meritii Modelirati, kao i Molekuli, Materijali i Mate-rija a onda zakçuøio da õe hemija biti centralnasve dok postoje nove tehnologije. Naå svet je mate-rijalni i prouøavaña i proizvodña novih materi-jala i u buduõnosti õe imati veliki znaøaj. Meæu-tim, upozorio je da se çudi koji õe se baviti nekimoblastima hemije moÿda neõe nazivati hemiøarimai moÿda õe raditi u institutima i fakultetima ko-ji se neõe nazivati hemijskim. Po ñegovom miåçe-ñu problem je u tome åto su hemiøari iskçuøivi i


nastoje da iz svoga krila izbace neke nove uzbudçi-ve oblasti hemije, na primer polimernu hemiju ilinauku o materijalima, jer one veõ tradicionalnonisu hemija. Ako se ovako u hemiji nastavi moÿe sedesiti, kao sa retorikom, da se hemija bavi nekimfundamentalnim nauønim istraÿivañima i obra-zovañem kroz svoje nastavne programe a da neke ob-lasti prepusti da se samostalno razvijaju. Sliønose dogodilo sa geografijom u kojoj su najinteresan-tnije oblasti (studije o narodima i kulturama) pre-puåtene drugim institucijama.

U sledeõih 100 godina Zare predviæa da õe na-uøna i tehnoloåka nastojaña biti usmerena u slede-õim pravcima:

- Brÿem razvoju kompjutera- Proåireñu Interneta- Razvoju novih materijala- Dobivañu trajnijih i postojanijih boja- Hemija õe se sve viåe baviti ÿivotnim proce-

sima, ukçuøujuõi skretañe ka medicini; od ovlada-vaña bolestima do sticaña prioritetnog prava unadzoru, zaåtiti i reprogramirañu gena

- Neurohemiji i boçem razumevañu interakcijakrv-mozak i duh-materija

- Dobivañu nove hrane, moÿda krompira koji jedeset puta veõi, koji brÿe raste i koji moÿe imatisvakojaki ukus

- Hemijskim transformacijama neÿive u ÿivumateriju, moÿda stvarañu sitetiøkog virusa

- Razvoju odrÿivih sistema koji obuhvataju na-notehnologije i nanoindustrije.

Da li õe sve ove stvari biti dobre ili loåe za-visiõe kako one budu iskoriåõavane i primeñi-vane, napomenuo je Zare. Javnost je priliøno zbuñe-na i antagonizirana naukom. Ako se ovaj stav ne pro-meni moÿda neõemo biti u moguõnosti da odrÿimoovakav nivo nauønih aktivnosti. Nauønici morajuuøiniti napor da uspostave kontakte sa javnoåõu ivladama i da im ukaÿu na kritiønu vaÿnost za na-stavak nauønih istraÿivaña. Naroøito je naglaåe-na uloga nauke u vezi sa kvalitetom ÿivota, jer çu-di su to i ranije oøekivali. Iskoreñivañe mnogihinfektivnih i drugih bolesti, kao i poboçåañezdravstvenog staña naroda, skoro je udvostruøiloduÿinu ÿivota çudi u posledñih pet decinija. To jeuglavnom postignuto kroz inovacije i napredak uhemiji, koja je znaøajno doprinela poboçåañu kva-liteta ÿivota çudim naglasio je Zare.

MEÆUZAVISNOST HEMIJE I BIOLOGIJE U NAREDNOM VEKU

O odnosima i meæuzavisnosti izmeæu hemije ibiologije u narednom veku govorio je Dervan (P. B.Dervan) sa California Institute of Technology, SAD. Onje na poøetku objasnio koliko su se hemija i biolo-gija razlikovale u proteklih 20 godina. Hemiøarisu nastojali da razumeju atome, molekule i struktu-ru materije, dok su se biolozi koncentrisali na

funkciju materije. Sada hemiøari poøiñu da pravemolekule koji imaju funkciju, a biolozi nastoje darazumeju strukturu. U proålosti, otkriõa u hemijipodisticala su bioloåka otkriõa. Na primer, raz-vitak kristalografije pomoõu X-zraka, NMR-teh-nike, sekvencionirañe nukleinskih kiselina, or-ganska sinteza, geni, metode rekombinovaña su he-mijska dostignuõa koja su prihvaõena u biologiji. Usledeõih 25 godina biõe obrnuta situacija, rekao jeDervan.

Identifikovane su tri izolovane oblasti: he-mija u post-genomskom svetu, hemija u astrobiolo-giji i uticaj biologije na hemijska otkriõa.

Predviæa se da hemija u post-genomskom svetumoÿe izgledati sasvim drukøije. Humani genomskiprojekat, koji je zapoøet 1985. godine, biõe zavråenza 4-6 godina. Tada õe biti poznato 80.000 novih ge-na, odnosno toliko novih hemijskih proizvoda. Biõedetaçno prouøene strukture i funkcije ovih proiz-voda. Ovi rezultati imaõe revolucionaran uticajna ÿivot, podsticaõe napredak u tehnologijama, di-jagnozama i agrikulturi. Tada õe biti veliki prob-lem razumeti sve nove supstance. Kao åto se i rani-je deåavalo, biologija õe podsticati hemijska ot-kriõa, jer poznato je da je u 1990-tim godinama doå-lo do velikog poveõaña obima istraÿivaña enzima,pa i do ñihovog razvitka u epruveti. U buduõnostibiõe moguõe prekrajati i meñati ñihove funkcije,a da bi se promenila funkcija biõe potrebno hemij-ski meñati proteine, na primer, pomoõu malih li-ganada. Razumeõe se funkcija i kontrolisañe gena.

Prema Dervanu najuzbudçivija stvar koja õe sedesiti u buduõnosti biõe primena hemije u odgovoruna pitañe: “Postoji li ÿivot na drugim planeta-ma”? On je objasnio da õe NASA/JPL 2010. godinelansirati 20 do 30 svemirskih letilica za specijal-na ispitivaña i uzimaña uzoraka, da bi se odredilopostoje li neki primitivni ÿivi organizmi i vanZemçe. Razvoj mikroanaliza, robota, sprava za uzi-mañe uzoraka za ove svrhe, biõe veliki izazovi zahemiju, fiziku i inÿeñerstvo. Najavçeno je da õejedna od svemirskih letelica biti upuõena na Jupi-terov satelit (Mesec), poznat pod imenom Evropa.Smatra se da na ovom satelitu postoji voda, jedan odosnovnih uslova za postanak i odrÿavañe ÿivota.Tamo su moguõa otkriõa i prekursora RNA i DNAkao i nekih oblika primitivnog ÿivota.

Dervan je zatim opisao drugo uzbudçivo ispi-tivañe u obliku projekta: “Misije na planeti Zem-çi” koje õe prvo obuhvatiti jezero Vastok na An-tarktiku, iz koga õe se sa dubine od oko 4 km, uzeti ianalizirati uzorci sterilnog leda koji je bio izo-lovan oko 30 miliona godina. Postojañe ÿivota ilipred-ÿivota na ovakvim lokacijama bilo bi veomavaÿno otkriõe. Veliki napredak u istraÿivañuÿivog sveta biõe uøiñen kada se eliminiåe potre-ba donoåeña uzoraka u laboratorije, odnosno, kadase analize uzoraka budu vråile na licu mesta. Za to

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 109

õe biti potrebno razviti mikro-industriju hemij-skih laboratorija za kompletne analize uzoraka nalicu mesta.

Prema Dervanu, kako hemija postaje sve viåeorijentisana na reåavañe odreæenih konkretnihproblema, biõe posebno vaÿno da se kao jedna celi-na odrÿe fundamentalni principi hemijskog zna-ña. Hemija õe postati vrlo sofisticirana, ukçuøu-juõi i interdisciplinarna ispitivaña i moÿe sedesiti da hemijski instituti postoje u okviru medi-cinskih fakulteta. Dervan ne vidi granice svetuhemije. Za sledeõi vek predviæa specifiøna ispi-tivaña u sledeõim oblastima:

- Nova lekovita sredstva za suzbijañe bolesti- Kreirañe lekova posebno za svakog pojedinca- Razvoj laboratorija za nano-koliÿine- Stvarañe primitivnog oblika ÿivota u labo-

ratoriji.

IZAZOVI I MOGUÕNOSTI ORGANSKE SINTEZE

Jakobsen (E. N. Jacobsen) sa Harvard univerzi-teta, SAD, govorio je o “Izazovima i moguõnostimaorganske sinteze”. Na poøetku je napomenuo da õesintetiøki hemiøari praviti sve viåe i viåe in-teresentnih molekula. Istraÿivaña u sintetiøkojhemiji biõe nastavçena sve dok se ne postigne nauø-ni nivo da se neki molekuli mogu sintetizovati ujednoj fazi sa vrlo pristupaønim polaznim hemika-lijama. Ovo moÿe biti postignuto, ali smo joå da-leko od ovoga ciça.

Istaknuto je da je svrha istraÿivaña u organ-skoj sintezi da obuøi i obrazuje çude da vråe sinte-zu, da definiåu i proåire granice onoga åta moÿebiti sintetizovano. Na primer, sada je moguõe na-praviti jediñeña koja inhibiraju proteaze HIV-a.To su kompleksni potpuno sintetiøki molekuli ko-ji mogu biti napravçeni i u veõim koliøinama.

Ukazano je na veliki znaøaj razvoja novih i sa-vremenijih metoda za odvajañe i izolovañe supstan-ci (hromatografije), za karakterizaciju molekula(spektroskopije), zatim poznavañe reakcionih me-hanizama, dizajnirañe novih reagenasa i kataliza-tora, a stereokombinovane sinteze omoguõiõe sin-teze molekula koji poeduju kompleksne strukture.Moguõnosti sterne kontrole svkaog hiralnog cen-tra u molekulu ima poseban znaøaj. Organska sinte-za joå uvek nijesavråena, kao åto su sinteze uprirodnim uslovima, ali pred ñom je ogroman po-tenzijal. Kreõuõi se od racionalnog prilaza – da seoptimizuju uslovi za dobivañe odreæenih ciçanihmolekula -–do prilaza da se napravi svaki moguõiproizvod, stalno õe se poveõavati broj jediñeña ko-ja õe biti sintetizovana i okarakterisana, a meæuñima mogu se pronaõi i jediñeña sa veoma kori-snim osobinama koja mogu naõi primenu.

Jekobsen veruje da je glavni problem kako pre-neti poruku nauke u javnost, kako uøiniti istraÿi-

vaña praktiønim i korisnim. Prazan prostor izme-æu akademskih laboratorija i praktiønih primenaveoma je teåko savladati. Predviæa se da õe stvara-ñe malih kompanija za proizvodñu i trÿiåte no-vim proizvodima olakåavati prevazilaÿeñe ovihproblema. Napomenuto je da je organska sinteza joåuvek uglavnom sinteza prirodnih proizvoda, mada jetaøno da mogu biti sintetizovana jediñeña veomasloÿenih strukturnih karakteristika. Da bi se do-bili novi molekuli i novi materijali potrebne sunove reakcije i boçe razumevañe kako se one vråe.U buduõnosti brÿe õe biti napravçeno viåe jedi-ñeña i prouøene ñihove osobine. Smatra se da õenapredak u biologiji to zahtevati i time doprino-siti brÿem razvoju sinteze.

BIOKATALIZATORI: HEMIJA 21. VEKA

O izazovima za hemijskok inÿeñerstvo u 21. ve-ku govorila je Arnold (F. Arnold) sa California Institu-te of Technology, SAD, koja je svoje izlagañe koncen-trisala na temu “Biokatalizatori: hemija 21. ve-ka”. Ona je prvo objasnila da su bioloåki sistemisavråeni majstori za hemijske sinteze, jer oni podveoma blagim uslovima ostvaruju reakcije kojima seproizvode kompleksni molekuli, sa malo otpadnihmaterijala. Stoga je ciç hemijskih inÿeñera da po-boçåaju standard ÿivçeña, ali na takav naøin dase praktiøno ne vråe promene ÿivotne okoline.Primena enzima da katalizuju industrijske reakci-je pomogla bi da se ostvari ovaj ciç.Osnovni prob-lem u primeni enzima jeste u tome åto bioloåkisistemi imaju veoma dug evolutivni put da se po-stigne specifiøna funkcija krajñeg proizvoda.Inÿeñeri treba da razviju i usavråe enzime i bio-loåke katalizatore koji kontinualno mogu raditiu laboratorijskim uslovima, ma koliko male koli-øine proizvoda se zahtevaju. Dilema proteinskoginÿeñerstva jeste u tome åto mi znamo da dekodi-ramo genetsku sekvenciju bilo kod proteina, ali seiz ovoga ne dobiva jasna slika o savijenim, trodi-menzionalnim strukturama proteina, ñihovimfunkcijama niti o ñihovoj stabilnosti. Primeñu-juõi mehanizam racionalnog dizajniraña u kreira-ñu enzima, ne eliminiåu se problemi koji se javça-ju usled suviåe velikog broja varijanti i moguõno-sti, i ove probleme biõe teåko reåiti. Bioloåkikatalizatori su razvijeni u prirodi i mogu se pri-lagoæavati tamo gde struktura moÿe biti oøuvana.Mutacije od preko milion godina, od kojih mnogenemaju funkciju, doprinele su sveukupnoj raznoli-kosti sistema. Zato se mora prilagoæavati prirod-nim metodama za dizajnirañe korisnih enzima.

Na osnovu humanog genoma postale su raspolo-ÿive mnoge DNA sekvencije. Tako se moÿe uzetiDNA i u laboratoriji klonirati organizmi. Naovaj naøin otkriveno je na stotine katalizatora.Naæeno je i objaåñeno da katalizatore za rast i op-stanak nije neophodno prilagoæavati inÿeñerskim


potrebama. Umesto ÿetve i ubiraña prirodnih pro-izvoda, inÿeñeri mogu pokuåati da imitirajuprirodne uslove i evolutivnim putem dizajnirajukatalizatore. Radna strategija je da se poøne sa po-stojeõim molekkulima i da se oni prilagoæavaju no-vim uslovima. Da bi se ovo postiglo potrebna su br-za analitiøka ispitivaña, koristeõi mikro- ilinanotehnologije, koje su ranije opisane. Sve infor-macije su u linearnoj sekvenciji i kao takve se lak-åe odreæuju. Moguõe je stvoriti “seks” u epruveti,genetskim kombinovañem izmeæu nekoliko øestica,tako da se mogu proizvesti supstance koje ne stvarapriroda. Rezultati se stalno posmatraju i moraju sebrzo odrediti korisne mutacije i onda se takvi or-ganizmi koriste kako roditeçi za buduõe genera-cije. Sa ovim metodama evolucije mogu se dobiti en-zimi koji su stabilniji i aktivniji nego oni u prir-odi i mogu se prisiliti evoluciji ÿeçene funkci-je. Prema Arnoldovoj evolucija postaje prihvaõenaindustrijska metoda i ñena vaÿnost nastaviõe daraste i u buduõnosti.

BAKI-CEVI: NOVI MATERIJALI/NANOTEHNOLOGIJA

Smoli (R. E. Smalley, Nobelova nagrada, 1996) saRice univerziteta, SAD, govorio je o ”Buckytubes(baki-cevima): novim materijalima i nanotehnolo-gijama”. On je objasnio da izazov nanotehnologija jeu funkciji razvoja molekulske elektronike. Mole-kulska elektronika postoji u bioloåkim sistemi-ma, ali ona se oslaña na transport jona. Meæutim,najmodernije tehnologije zahtevaju struju metalnihelektrona. Da bi se dobila provodçivost metala,uvek se smatralo da su potrebni metali sa velikimvalencionim orbitalama, jer su oni dobri provod-nici, ali oni gube elektrone u vodi i oksidacijom.

Prema Smoliju naæeno je da je ovo bilo pogreå-no. On je objasnio da nije neophodno potrebno upo-trebiti metale da se dobije metalna provodçivost.Aromatiøni prstenovi sa svojim 2p orbitalama ta-ko se ponaåaju. Elektroni su boiøno øvrsto vezaniza pojedinaøne ugçenikove atome, ali ako se orbi-tale preklapaju, elektroni se mogu kretati prekoveõeg rastojaña. Elektroni kod benzena slobodnose kreõu u prstenu (struja prstena), meæutim, mile-kuli benzena je izolator i elektroni ne mogu preõisa jednog molekula na drugi. Baki-cevi, dobivene odlisitova grafita, koji se seku i uvijaju u cevi, doz-voçavaju slobodno kretañe elektrona po duÿinicevi. Tako baki-cevi omoguõavaju elektriønu pro-vodçivost na molekulskom nivou. Pored toga, fun-kcionalne grupe se mogu uvesti na krajeve cevi ielektroni se mogu prenositi sa “metalnom elek-triønom provodçivoåõu” sa jednog kraja cevi nadrugi. Ovo stvara novu klasu organskih molekulakoji imaju odliønu provodçivost i pri tome su sta-bilni organski molekuli.

Prema Smoliju, ovo otkriõe imaõe ogromanuticaj na razvoj tehnologija i druåtva. Razvoj novihelektriønih ureæaja otvoriõe mnoge nove posloveza hemiøare, koji õe radije prihvatiti ove izazove,nego istraÿivaña u farmaceutskoj industriji kojasu tradicionalno zapoåçavala hemiøare.

Smolijeva istraÿivaøka grupa veõ sada pravibaki-cevi koje poseduju obeõavajuõe rezultate. Po-stoji mnogo moguõih konfiguracija za baki-cevi,razvrstavajuõi ih od provodnika sliønih metalu dopoluprovodnika. Cevi su jake, najøvråõi poznatimaterijal, mogu se savijati, mogu se deformisati ikriviti, nisu troåne niti lomçive, ne vråe se nireakcije izmeæu slojeva. Postoji jedna efikasna me-toda za pravçeñe i preøiåõavañe malih koliøinabaki-cevi. Cevi se proizvode kao zamråena vlakna,stvarajuõi sliku “matiranog papira”. Skanirajuõatunel-mikroskopija pokazuje da su cevi molekulskisavråene. Svaka cev se ponaåa kao koherentan pro-vodnik. One su tanke i perfektno glatke, kada seporede sa platinskom ÿicom od 75 nm , platinskaÿica izgleda grubo.

Prema Smoliju baki-cevi preciznih karakte-ristika i dimenzija, kada budu raspoloÿive za ma-sovnu proizvodñu, biõe konkurentne silicijumu.Veruje se da õe biti potrebno joå nekoliko mili-jardi dolara za istraÿivaña da bi se postiglo sveåto je navedeno, mada se moÿe desiti da to i tada ne“radi”. ako se to desi biõe moguõa laboratorija “he-mija na øipu”, jer õemo imati ugçenikov polimerkoji je 50 do 100 puta jaøi od øelika a oko åest putalakåi od øeliønog materijala. Takav materijal imaelektriønu provodçivost sliønu bakru a termiøkuprovodçivost kao kod dijamanta. Ovo bi moglo bitiupotrebçeno, na primer, za izgradñu jakih kablovakoji ne gube energiju. Smoli je predvideo da õe ba-ki-kablovi (backy cables) biti napravçeni u slede-õem veku.

INSTRUMENTACIJA U 21. VEKU

Denton (M. B. Denton), sa Arizona univerzi-teta, SAD, govorio je o ”Instrumentaciji 21. veka”.On je predvideo da õe instrument buduõnosti biti”Mach 1 magiøni analizator”, ureæaj koji kada se upe-ri u bilo kakav predmet moÿe nam reõi åto god miÿelimo da znamo o tome, neåto sliøno trikorder-skim karakteristikama pokazivaøa u televizijskojseriji “Zvezdane staze”. Naravno ovaj ureæaj joå nepostoji ali moÿe biti dostiÿan ciç u buduõnosti.

Denton je poøeo izlagañe diskusijom o optiø-kim metodama, ukazujuõi na istorijski pregled op-tiøkim detektora, od çudskog oka do fotomultip-likatorskih cevi, do savråeno opremçenog ”array”detektora (detektora sa pravilno rasporeæenim di-odama) za astronomske primene. On je okuraÿio he-miøare da istraÿuju i primeñuju tehnologije razvi-jene uu drugim oblastima. Ovi savråeno opremçeni”array” detektori mogu biti upotrebçeni da pokriju

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 111

åiroke oblasti talasnih duÿina, pa se mogu prime-niti i iskoristiti kroz ceo spektar. Veåtaøka in-teligencija biõe korisna u ovim sistemima.

Razmatrane su i moguõnosti kristalografijeX-zraka. Predviæa se da õe X-zraøna kristalogra-fija postati tako jednostavna, kao na primer NMRdanas. Ovo õe biti postignuto koriåõeñem svih ta-lasnih duÿina spektra, tako da se pokriju svi meæu-zavisni prostori. Problem harmoniønog preklapa-ña biõe reåen koristeõi “obojeni toøak” za X-zra-ke, tako da õe pomoõu serije razliøitih metalnihfolija moõi da se “filtrira” svaka talasna duÿi-na. Tada õe, umesto da se govori o satima i danima zaprikupçañe podataka to isto moõi da se postigne uvremenu merenom minutima.

U elektrohemiji hemiøari õe razviti osetçivesenzore za razliøite hemijske sisteme. Mikrosi-stemi koji detektuju vrlo male koliøine supstancepostaõe veoma moõni.

Denton je diskutovao o potrebi da se osposobi-mo da analiziramo veliki broj uzoraka, naroøito umedicinskim sistemima i u proizvodñi hrane, jerse ne moÿe analizirati, na primer 10.000 uzorakana dan pomoõu HPLC (teøne hromatografije pod vi-sokim pritiskom). Razmatrane su i moguõnosti ko-riåõeña hromatografija na tankom sloju (TLC).Ovde ima problema, ali se smatra da õe i ovde bitiupotrebçavani injektori za mikro-uzorke, istogreda kao i za HPLC. Infracrvene tehnologije åpi-junskih sistema postaõe raspoloÿive i za hemiju,jer pomoõu ñih moÿe da se detektuje koliøina ispodjednog mikrograma. Ovo bi moglo biti primeñenoza odreæivañe funkcionalnih grupa bez potpunograzdvajaña supstanci na tankom sloju na ploøi.

Predviæa se da õe se razviti i generalizovaniautomatski sintetizator (Mach 1 magic synthesizer).U kombinaciji i pod kontrolom iskusnih hemiøa-ra-sintetiøara ovo õe biti vrlo moõna sprava.

Masena spektrometrija i jon-trap masena spek-trometrija i daçe õe se razvijati i usavråavati.Moguõnosti da se saøuvaju joni u trapu omoguõiõenam da izvråimo hemiju, odnosno hemijsku reakciju,u trapu. Ovo se moÿe razviti u spravu za sinteze ugasnoj fazi. Predviæa se da õe ”time-of-flight” masenispektrometar biti takoæe razvijen sa novim joniza-cionim tehnikama, ukçuøujuõi laserske sisteme.Ovo õe obezbediti molekulske jone bez fragmenta-cije.

Denton je napomenuo da je Raman “probuæeniœin” optiøke spektrometrije. Razvitak u hologaf-skim optiøkim sistemima i nove optiøke kompo-nente i tehnologije ”array” detektora uøiniõe ovu

tehniku vrlo korisnom. Nova kompjuterima kontro-lisana mikromaåinska obrada dijamanta omoguõavaproizvodñu optike koja do sada nije bila poznata.Prema Dentonu spektrometar koji ima vlaknastioptiøki izvor, mikromaåinski optiøki put i”array” detektor moõi õe se jeftino napraviti. Ob-jaåñeno je da sve ovo moÿe uøiniti Ramanovu spek-trometriju pogodnom za kvantitativna mereña. Gra-nice detekcije su vrlo niske, u opsegu milionitihdelova grama a moÿe se analizirati mnogo uzorakasa malim pripremama uzorka za analizu. Veõ seizraæuje katalog Ramanovih spektara, åto õe uøini-ti lakåom identifikaciju jediñeña. On je ukazaoda su rezultati za takve sisteme mnogo boçi negooni za IR spektrometre. Opisao je rezultate studijanekih lekova (na primer Excedrin tableta) pomoõuRamanovih i IR spektrometara. Tako, Ramanov spek-trometar identifikuje glavne komponente kada sesamo polovina tablete stavi u õeliju instrumenta,bez nekih priprema. Dok IR zahteva mleveñe uzorkasa KBr a nije moguõe ni identifikovañe svih kom-ponenata u tableti. Predviæa se da õe Ramanovaspektroskopija biti vaÿna za mereña bioloåkihuzoraka, kao na primer koliøine leka u uzorku kr-vi. Takoæe je reøeno da postoji razlika izmeæu Ra-manovih spektara normalne i maligne õelije, pa sepredviæa da õe se vlaknaste optiøke sonde koristi-ti u hiruåkim postupcima da se odvoje kancerogenatkiva. Ovo moÿe biti vrlo vaÿna primena u buduõ-nosti.

ZAKÇUØCI

Sve ovo ukazuje da õe biti svetla buduõnost he-mije u 21. veku. Pred ñom su uzbudçive i zadivçu-juõe moguõnosti. ali samo pod pretpostavkom da he-miøari budu sposobni da zapaze i upozore na nega-tivne posledice koje nastanu i da budu voçni da me-ñaju svoje ponaåañe, naroøito oni koji se baveobrazovañem i predaju hemiju, jer u protivnom mo-ÿemo se naõi napuåteni. Jedan od naåih izazova zasledeõi vek biõe odrÿavañe suåtinske osnove he-mijske nauke, ali i da se u isto vreme dostiÿe nivonovih saznaña i uøeña o materiji i ñenim mereñi-ma, u svim oblastima gde se ona primeñuje, nezavi-sno da li se to prepoznaje kao tradicionalna hemijaili nova oblast. Hemiøari takoæe moraju izaõi ivan svojih uøionica i laboratorija, informisati iobrazovati javnost o nauci i uzeti aktivnu ulogu uobrazovañu naåih zakonodavaca da bi se obezbedioadekvatan nivo finansiraña za kontinualna istra-ÿivaña i obrazovañe u hemiji.


SLOBODAN MACURA I NENAD JURANIÕ, Laboratorija za NMR spektroskopiju Odeçeñeza biohemiju Mejo Klinika Roøester, Minesota, SAD

ODREÆIVAÑE STRUKTURE PROTEINA NUKLEARNO-MAGNETNO-REZONANTNOM

SPEKTROSKOPIJOM(II deo)

TOCSY (TOtal Correlated SpectroscopY) totalnakorelaciona spektroskopija ili NONANA (Ho-monuclear Hartman-Hahn spectroscopy) homonuklea-rna Hartman-Hanova spektroskopija. Ovo je meto-da koja se zasniva na Hartman-Hanovom prenosu mag-netizacije. Magnetizacija se prenosi mehanizmomkoji je kvantno-mehaniøke prirode i ne moÿe seopisati klasiønim predstavama. Korelacije seuspostavçaju izmeæu svih spinova koji su meæusobnospregnuti, bilo direktno bilo preko zajedniøkogpartnera; otuda, totalna korelaciona spektrosko-pija. Praktiøna posledica je da se u linearnom lan-cu sprezaña, korelacija uspostavça i meæu onimølanovima niza kod kojih se korelacija u COSY ek-sperimentu ne vidi. U sluøaju boønih lanaca aminokiselina to znaøi da se na rezonantnoj frekvencijiamidnih protona javçaju nedijagonalne linije svihostalih protona iz iste amino-kiseline: HN - Hα -Hß - Hγ , slika 5.

Dakle, iz 2D spektra, ako nema previåe pre-krivaña, mogu se identifikovati boøni lanci svihamino-kiselina, proceniti relativna rastojañameæu ñima, izmeriti konstante sprezaña itd., åtopruÿa dobru osnovu za odreæivañe strukture. Upraksi se to deåava ili samo za male proteine ilipod sreõnim okolnostima. Mnogo øeåõe se javça ja-ko prekrivañe meæu linijama tako da nove kombina-cije 2D metoda i homonuklearnih korelacija mogusamo u specijalnim sluøajevima da pomognu. Stoga,oøigledan sledeõi korak je prelaz u novu dimenzijui na nova jezgra.

Trodimenzionalna i heteronuklearna spektroskopija

Prelaz sa 2D na 3D spektroskopiju intuitivnoje jasan. Novoj dimenziji se pridruÿuje novo vrememeåaña i sada se posmatraju korelacije meæu veõuspostavçenim 2D korelacijama. Meæutim, dodava-ñe nove dimenzije sa istim frekvencijama ne moÿeda reåi probleme ozbiçnog preklapaña jer, naprimer, dve Hα linije preklopçene u 2D spektrubiõe preklopçene i u treõoj dimenziji. Znaøi da jeu novu spektralnu dimenziju kçuøno uvesti i novuraspodelu rezonantnih frekvencija, dakle, rezo-nantne frekvencije heterospinova. Oøigledno je dase, sa porastom broja spinskih vrsta i dimenzional-nosti spektra, pruÿaju ogromne moguõnosti kombi-novaña interakcija, spinova i eksperimentalnih

S lika 5 . TOCSY sp ektar parvalb imina åaran a 500 MHz. S pektar je simetriøan kao i NOESY. P rikazan je samo deo gde su na dijagonali linije iz ami dnih (i ar omatiønih) p rotona. N edijago-nalne linije koje imaju za jedn iøku frekven ciju HN po tiøu iz o dgovarajuõeg amino-kiselinskog os tatka

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 113

tehnika. Zaista, predloÿeno je na desetine novihmetoda u kojima se na najraznovrsnije naøine kombi-nuju rezonantne frekvencije, interakcije, spinoviitd. Ovde õemo razmatrañe svesti na nekoliko naj-praktiønijih eksperimenata koje je lako objasniti.Ali, prvo treba neåto reõi o nomenklaturi NMReksperimenata.

Prvobitno, svaki eksperiment je dobijao akro-nim (prema sklonostima pronalazaøa) koji øestonije imao oøiglednu vezu sa ñegovom namenom. Naprimer, pored pomenutih COSY, NOESY i TOCSYeksperimenata postoje i SECSY, FOCSY, ROESY,EXSY, INEPT, DEPT , zatim INADEQUATE, DOUB-TFUL, ACCORDION, CAMELSPIN itd. Meæutim,zbog naglog razvoja novih metoda postalo je jasno danazivi eksperimenata treba da budu informativ-niji. U tom smislu predloÿena su jednostavna pra-vila za nazive novijih eksperimenata. Format nazi-va je ŠaA - bBÐ XX(X)X -ŠcC - dDÐYYYY gde su aA, bB,cC, dD, simboli nuklearnih spinova koji se koriste,XX(X)X oznaøava putañu magnetizacije ili grupeatoma koji su korelisani a YYYY oznaøava tip ko-relacije. Zagrada u nizu XX(X)X oznaøava grupu ko-ja je ukçuøena u prenos magnetizacije ali øije frek-vencije se ne detektuju. Znaøeñe simbola biõe ja-snije iz primera koji slede.

Š1H - 15N - 13CÐ HNCO. Ovo je 3D eksperiment ukome su korelisane frekvencije protona azota i ug-çenika, Š1H - 1 5N - 1 3C Ð, i to amidnog protona,HNCO, a amidnog azota, HNCO , amidnog karbonil-nog ugçenika, HNCO, slika 6.

S li ka 6 . T rodim en zion al ni spek tar, Š1H - 15N -13CÐ HNCO iz oto pski obogaõenog (15N, 13C) par -valbumina å ar ana. Svakoj peptidn oj grupi o dgo-var a jedna 3D spektralna linija , t j., sferoid øijije p ol oÿ aj odr eæ en pr ek o tr i f rek venc ije , ap reønik duÿ datih frekvencija , åi rinom odgo -var ajuõih N MR linija u 1D spektru

Spektralne dimenzije (koordinatne ose) odgo-varaju rezonantnim frekvencijama respektivnihjezgara. Svaka spektralna linija pripada jednoj pep-tidnoj grupi. Poåto pomaci 1H, 15N i 13C razliøi-to zavise od okruÿeña, verovatnoõa da su za razli-øite peptidne grupe sve tri frekvencije identiønerelativno je mala. Stoga se iz koordinata linija uovom spektru nalaze rezonantne frekvencije 1H,15N i 13C grupisane po peptidnim grupama u skeletuproteina. Dakle u ovom eksperimentu korelisane sufrekvencije amidnog azota i za ñega direktno veza-nog protona i karbonilnog ugçenika, slika 6(gore).

Š1H - 15 N - 13CÐ HNCA. Ovo je 3D eksperimentvrlo sliøan prethodnom s time åto se umesto kar-bonilnog ugçenika (CO) korelacija uspostavça saCα ugçenikom, HNCA .Meæutim bitna razlika jeåto prenos magnetizacije nije ograniøen na jedanamino-kiselinski ostatak nego se odigrava i krozpeptidnu vezu. Znaøi, svakoj frekvenciji amidnogprotona i amidnog azota odgovaraju dve frekvencije1 3Cα , iz aktualnog i iz prethodnog amino-kiselin-skog ostatka.

Š1H - 1 5NÐ HSQC ili Š1H - 15 NÐ HMQC. U ovomeksperimentu se uspostavçaju heteronuklearne ko-relacije preko jednostrukih kvantnih prelaza (en-gl. heteronuclear single quantum correlation, HSQC) ilipreko viåestrukih kvantnih prelaza (engl. hetero-nuclear multiple quantum correlation, HMQC) izmeæufrekvencija amidnog protona i azota, Š1H - 1 5NÐ,slika 7. Svaki protein ima jedinstvenu raspodelu1H/15N frekvencija koja joå zavisi i od fiziøkohe-mijskih uslova. Ovaj eksperiment je kçuøan za iden-tifikaciju proteina i za praõeñe promene kon-formacije. Eksperiment je najkorisniji kao ele-ment za konstrukciju novih 3D eksperimenata u ko-jima su prvobitne interakcije / korelacije razdvo-jene joå i po rezonantnim frekvencijama 15N. Takose kombinovañem sa prvobitnim 2D eksperimem-tima (NOESY, COSY, TOCSY itd) dobija klasa vrlomoõ nih 3D eks perimen ata Š1H - 1 5NÐ HS QC-Š1H-1HÐNOESY, Š1H - 15NÐ HSQC -Š1H-1HÐROESY, Š1H- 15NÐ HSQC -Š1H-1HÐTOCSY, itd. Koristi se i kraõaoznaka ovih eksperimenata 15N-NOESY 15N-ROESY15N-TOCSY itd.

Š1H - 15NÐ HSQC - Š1H - 1HÐ TOCSY. U ovom ek-sperimentu se, kao i u prethodnom, uspostavçaju ko-relacije (preko jednostrukih kvantnih prelaza) iz-meæu frekvencija amidnog protona i azota, Š1H -15NÐ, i daçe totalnom korelacionom spektroskopi-jom, TOCSY , izmeæu amidnog protona i ostalih pro-tona u istom amino-kiselinskom ostatku, slika 8.Ovaj eksperiment je vaÿan za identifikaciju pro-tonskih rezonancija boønih lanaca. Protonske li-nije iz jedne amino-kiseline razdvojene su od drugihlinija sopstvenom kombinacijom 1H - 15N rezonan-tnih frekvencija tako da se frekvencije koje su u2D TOCSY eksperimentu moÿda preklopçene sada


mogu razdvojiti preko razliøitih frekvencija azo-ta.

Š1H - 13CÐ HSQC -Š1H-13C-13C-1HÐCOSY ili kra-õe 13C-HCCH-COSY. Ovo je 3D eksperiment u komese frekvencije u treõoj dimenziji sortiraju po re-zonanciji 13C spinova, Š1H - 13CÐ, a homonuklearnekorelacije, Š1H - ··· -1HÐ, se uspostavçaju, ne direk-tno preko konstante sprezaña JHH, nego indirektnopr ek o k on stanti s pr ezaña JC H i JCC ,Š1H-13C-13C-1HÐ. Poåto su konstante JCH i JCC dostaveõe od JHH (JCH ~ 120 - 160 Hz, JCC ≈ 40 Hz, premaJHH ~ 0 - 12 Hz), u velikim proteinima, gde proton-ske linije mogu biti vrlo åiroke, prenos magneti-zacije preko konstanti JCH i JCC mnogo je efikasni-ji nego direktan prenos preko homonuklearnih kon-stanti JHH. Meæutim, geometrija (raspored linija)spektra je ista kao u spektrima 13C-COSY ili13C-TOCSY .

Asignacija spektara

U odreæivañu strukture proteina HMP spek-troskopijom polazi se od meæuprotonskih rastojañai diedralnih uglova. Rastojaña se proceñuju iz za-premina nedijagonalnih linija u spektrima NOESYtipa a diedralni uglovi iz konstanti sprezaña od-nosno mereña rastojaña meæu komponentama mul-tipleta. Mereñe zapremine linija ili rastojañameæu komponentama multipleta relativno je lako.Meæutim, asignacija spektara, odnosno pridruÿi-vañe spektralnih linija odgovarajuõim spinovimai spinskim grupama, joå uvek je glavni kamen spoti-caña. Problem je u principu lako reåiti, øak iautomatizovati, ali zbog brojnih preklapaña lini-

ja ili nesavråenosti spektara, neophodna je direk-tna interakcija istraÿivaøa. Ako se ima u vidu daza svaki amino-kiselinski ostatak treba identi-fikovati protone HN, Hα , zatim 15N iz amidne gru-pe, pa ugçenika 13Cα i 13CCO kao i ugçenike i pro-tone iz boønog lanca, za protein od, recimo, 100amino-kiselina, treba asignirati preko 1000 neza-visnih linija i joå vaÿnije, ñihove korelacije, ko-jih moÿe biti nekoliko hiçada. U homonuklearnomsluøaju, u neobeleÿnom proteinu, broj linija jeznatno mañi, åto ne znaøi i da je problem lakåijer je prekrivañe u protonskom spektru obiønomnogo ozbiçnije. Najsigurnije je uzeti u obzir svelinije i na osnovu ñihovih veza u razliøitim kore-lacionim spektrima asignirati glavni lanac a za-tim i boøne lance.

Na slici 9 prikazane su korelacije, odnosno ve-ze, koje se dobijaju na osnovu nekoliko 2D i 3D ek-sperimenata. Vidimo da se odreæene frekvencijepojavçuju u viåe spektara na osnovu øega se mogu do-biti nove ili potvrditi veõ postojeõe korelacije;

S lika 7. Heteronuk learni 2D spektar Š1H - 15NÐ HSQC par valbumi na å arana. S vakoj amidnoj grupi odgovara jedna linija t j. , elipsa øiji je polo ÿaj odreæen sa dve frekvencije a pol uose å irinom 1D linija na odgovarajuõim frekven ci-jama

S lika 8 . 3D heteronuklearni Š1H - 15NÐ HSQC -Š1H-1HÐTOCSY spek tar parvalbumina åarana. P rojekcija 3D spektra na 1H-1H ravan odgovara 2D TOCSY spektru a na 1H - 15N ravan 2D Š1H - 15NÐ HSQC spektru. U 3D spektrima je prekla-pañe (vidçivo u odgovar ajuõim 2D spektrim a) ukloñeno time åto su podaci joå sortirani dodatnim frekvencijama u treõoj dimenziji

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 115

na primer (HN, 15N) frekvencije javçaju se u spek-trima HNCA i HNCO prvi put u korelaciji sa Cα adrugi put sa C ' (karbonilnim) ugçenicima. Istakorelacija se dobija i iz HCACO eksperimenta,åto bi u idealnom sluøaju bilo suviåno. U realnomsluøaju, meæutim, to ponavçañe iste veze u razliøi-tim spektrima je od velike koristi jer su zbog nesa-vråenosti u spektrima mnoge korelacije sumñivogkvaliteta, pa se ponavçañem poveõava sigurnostasignacije. Kombinovañem svih pronaæenih kore-lacija, vidimo da su sve veze meæu hetero-atomimauspostavçene, dakle, iz pokazane superpozicije,spektar glavnog lanca je moguõe asignirati jedno-znaøno. Kada su asignirane linije HN i Hα a onda jelako uraditi i sekvencijalnu asignaciju boønih la-naca.

Slika 10 pokazuje primer asignacije spinova izglavnog lanca na osnovu 3D HNCA spektra. Slika jedobijena vaæeñem iz 3D spektra, onih 15N ravni ko-je sadrÿe istovremeno dve 13Cα frekvencije. Svakaravan sadrÿi u sebi podatak o øetiri frekvencije,dakle korelaciju 13Cα -15NH-1 3Cα . Reæañem ravni,tako da susedne ravni imaju jednu zajedniøku 13Cα

frekvenciju, nalaze se korelacije 1 3Cα -15NH-13Cα-15NH - 13Cα - 15NH - 13Cα , dakle, amidne grupesusedi u proteinskom lancu. U ovom primeru iden-tifikovana je podsekvenca Leu-Gly-Ala-Cys-Lys-Alakoja u parvalbuminu åarana odgovara samo segmentu15-20.

S lika 9 . M inimalni skup eksperim enata iz koga

bi mogao da se asignira spektar protein a. Svaki

eksperimen t ko reliå e odreæenu g rupu spinova;

ñi hovom kombi nacijom mogu se povezati, dakle,

asignirati, sve l inije iz glavnog i boønih lanaca

pr oteina

Slik a 10. Glavni lanac proteina najlakåe je asignirati iz HNCA 3D eksperimenta. S vaki pravougaonik

odgovara n avedenoj frekvenciji 15N i svaki sadrÿi malo jaøu i malo slabiju liniju na frekvenciji 13Cα;

jaøa odgovara ugçeniku iz istog amino-kiselinskog ostatka a slabija ugçeniku iz prethodnog. S pajañem

linija kako je naznaøeno na crteÿu nalaze se frekvencije amidnih p rotona, HN i uspostavça veza meæu

susednim aminokisel inskim ostacim a. Meæutim, tako øista slika retko se javça (na slici samo za Cys-18 i

Lys-19); obiøno s e por ed traÿenih linija javçaju i druge. P ravi p arovi se mogu identifikovati samo na

osnovu podataka iz dr ugih spektara


Za utvræivañe prirode boønog lanca, u princi-pu je dovoçno analizirati 1 5N-TOCSY eksperi-ment. Meæutim, zbog nesavråenosti spektara i ne-povoçnih (malih) konstanti sprezaña slika je ret-ko potpuna. Zbog toga se koristi nekoliko razliøi-tih spektara koji pokazuju iste korelacije na sliø-ne naøine. Slika 11 pokazuje asignaciju boønog lan-ca, Val-106.

Kada su asignirane sve osnovne protonskefrekvencije, sliønim postupkom se asigniraju ñi-hove kombinacije, iz 3D spektara NOESY tipa, kojedaju podatke o rastojañima meæu prepoznatim pro-tonima. Konstante sprezaña 3JHH se mere na osnovurastojaña izmeæu komponenata multipleta u spek-trima TOC SY tipa. Na primer, iz konstante3J(HN-Hα) nalazi se ugao ϕ, iz konstante 3J(Hα - Hß),ugao χ itd.

Rekonstrukciji strukture moÿe da se pristupikada se prikupi dovoçno podataka o rastojañima iuglovima.

REKONSTRUKCIJA STRUKTURE

Idealna metoda za odreæivañe strukture pro-teina bi trebalo da pruÿi prostorne koordinatesvih atoma, ukçuøujuõi i vodonikove, kao i vremen-sku skalu na kojoj ta struktura ostaje nepromen-çiva. Na primer, nije teåko zamisliti da õe, kadase usavråe laseri x-zraka i prateõa tehnologija,struktura moõi da se dobije direktno holografijomx-zraka analogno dobijañu 3D slika makroskopskihobjekata holografijom sa vidçivom svetloåõu.Druga, joå boça, metoda bilo bi izraøunavañestruktura na osnovu poznatih interakcija. Na ÿa-lost, obe metode su joå uvek u domenu nauøne fanta-

S lika 11 . A signacija boøn ih l anaca valina 106 iz parvalbumina åaran a. Boøni lanac se prepoznaje na osnovu proto nskih frekvencija karakteristiøni h za niz HN-Ha-Hß-Hγ-Hγ . U princi pu, dovoçan je samo 15N-TOCSY eksperiment u kom e se sve proto nske linije mogu identifikovati. Meæutim, spektri n aj-øeåõe nisu tako jasni kao ovaj na slici pa je za svaki s luøaj isti niz frekvencija potrebno prepoznati i u drugim korelacionim spektrima. P rotonske linije i z datog am ino-kiselinskog ostatka javçaju se u svim korelac ionim spektr ima na f rekvenci ji amidnog azota i frekven cijama 13C ugç enikovih atoma iz boø nog lanca

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 117

stike i za konkretno reåavañe problema koristese prizemnije metode, dakle, one koje uzimaju u ob-zir realno stañe stvari. Realna metoda za odreæi-vañe strukture proteina treba da uzme u obzir dasve interakcije joå uvek nisu poznate a mnoge poz-nate, joå uvek ne mogu da se opiåu kvantitativno;eksperimentalni podaci (bilo NMR ili rendgen-ski) su nepotpuni za direktno izraøunavaña struk-ture. Zbog toga se za dobijañe strukture, pored ek-sperimentalnih podataka, koristi i sve raspolo-ÿivo znañe o duÿinama hemijskih veza, uglovimameæu ñima, polarnosti grupa, dipolnim momentimaitd. Dobra metoda za odreæivañe strukture, u ide-alnom sluøaju, nalazi strukturu koja zadovoçava sveuslove koje postavçaju eksperimentalni podaci idrugo hemijsko znañe. Zbog navedenih problema, upraksi se to svodi na pronalaÿeñe struktura kojeimaju minimalnu energiju a koje ne protivureøe ek-sperimentalnim podacima niti ostalim empirij-skim podacima.

Vaÿnije interakcije

Empirijska pravila kojima reåena strukturaproteina ne bi trebalo da protivureøi, korisno jeizraziti u obliku potencijalne energije za poznateinterakcije. Potencijalne energije su empirijske;za ravnoteÿne vrednosti parametara odgovarajuõapotencijalna energija jednaka je nuli. Svako odstu-pañe od ravnoteÿnih vrednosti (pozitivno i nega-tivno) ogleda se u porastu potencijala. Brzina ko-jom potencijal raste sa porastom odstupaña od rav-noteÿnih vrednosti, odreæuje se empirijski. Takose totalna potencijalna energija proteina, E

mom

moÿe izraziti empirijskom formulom:

Emo m.

= Ehem. veza + Eugl. veza + Enepr. died. + Edied.

+ EvdV. + EKul. + Eeksp. (1)

koja predstavça zbir potencijala vaÿnijih in-terakcija. Pri tome svaki ølan predstavça sumu in-terakcija po svim parametrima unutar molekula:

Ehem. veza izraÿava empirijski porast potenci-jala kada hemijske veze odstupaju od ravnoteÿnihvrednosti. Na primer odstupañe bilo koje C-C vezeod ravnoteÿne vrednosti od 1,54 Å, dovodi do pora-sta potencijala.

Eugl. veza izraÿava porast potencijalne energijezbog odstupaña uglova meæu hemijskim vezama odravnoteÿnih vrednosti.

Enep. died. Izraÿava porast potencijala kada senaruåi neki od nepravilnih diedralnih uglova. Naprimer, ovim ølanom se opisuje odstupañe od pla-narnosti benzenovog prstena iz tirozina ili fenilalanina.

Edied. opisuje porast potencijalne energije zbogodstupaña diedralnih uglova od ravnoteÿnih vred-nosti; to su obiøno rotacije oko C-C i N-C veza.

EvdV. izraÿava energiju van der Valsovih sila.Ako se dve polarne grupe naæu na rastojañima koja

nisu u skladu sa van der Valsovim radijusima ovajpotencijal raste.

EKul. izraÿava Kulonove interakcije meæu nae-lektrisanim grupama i kontroliåe relativni po-loÿaj naelektrisanih grupa.

Eeksp. je potpuno veåtaøki potencijal kojim sekontroliåe u kojoj meri dobijena struktura moÿeda odstupa od eksperimentalnih podataka. To je, kaoi svi ostali, potencijal kvadratnog tipa koji rastebez obzira da li je odstupañe pozitivno ili nega-tivno.

PostupakŠ18Ð

Poåto ni dobijeni eksperimentalni podaci niempirijski potencijali nisu potpuni, postupak zadobijañe strukture se svodi na prepravke neke po-øetne strukture dok ukupna potencijalna energijamolekula izraÿena jednaøinom (1) ne bude mini-malna. Zbog ogromnog broja naøina na koji lanacproteina moÿe da se smota, jasno da nije moguõe pre-traÿiti ceo konformacioni prostor. S druge stra-ne, ako se pretraÿuje samo deo konformacionogprostora rizikuje se da pronaæena struktura ne od-govara najstabilnijoj strukturi proteina veõ je sa-mo struktura zarobçena u lokalnom minimumu. Dak-le, problem je kako pretraÿiti konformacioniprostor na najefikasniji naøin i naõi strukturu sanajniÿom potencijalnom energijom. Najniÿa poten-cijalna energija ne garantuje da je naæena strukturazaista ispravna ali obezbeæuje da naæena strukturanajmañe protivureøi eksperimentalnim podacimai ostalim empirijskim pravilima. Stoga se postu-pak za odreæivañe strukture svodi na pretraÿi-vañe konformacionog prostora i pronalaÿeñenajdubçeg minimuma za jednaøinu (1). Pretraÿi-vañe se moÿe izvesti na mnogo naøina, i zaista, po-stoje brojne vrlo razliøite metode za odreæivañestrukture, poøevåi od pretraÿivaña konforma-cija u diedralnom prostoru, preko geometrije ra-stojaña i simuliranog odgrevaña, do molekulske di-namike. Strategija je uvek ista: traÿi se familijastruktura koje odgovaraju najdubçem minimumu jed-naøine (1) a taktika zavisi od konkretnih osobinametode. Kod pretraÿivaña u diedralnom prostoru,u strukturi se meñaju diedralni uglovi (a ne rasto-jaña kao kod realnog 3D prostora) dok se ne prona-æe minimum za jednaøinu (1), dakle, dok se ne zadovo-çe sva eksperimentalna ograniøeña i empirijskapravila; u geometriji rastojaña koristi se algori-tam kojim se iz rastojaña direktno prelazi u koor-dinate oko kojih se daçe traÿi minimum energijenekom od metoda za minimizaciju. Kod simuliranogodgrevaña probna struktura se zagreva dok atomi nesteknu dovoçno visoku kinetiøku energiju da moguda savladaju barijere koje ih zadrÿavaju u lokalnimminimumima. Zatim, u procesu sporog hlaæeña dosobne temperature struktura sluøajnim procesimaprolazi kroz seriju meæustaña uz moguõnost da na


sobnoj temperaturi struktura zauzme konformacijusa najniÿom potencijalnom energijom. Na kraju, mo-lekulska dinamika je postupak u kome se simulirastvarno kretañe makromolekula reåavañem Ñut-novih jednaøina kretaña uz dodatni uslov da konaø-na struktura mora da zadovoçi eksperimentalna ra-stojaña i diedralne uglove.

Brojne su varijacije i kombinacije pomenutihmetoda pri øemu i parametri kojima se odreæuju re-lativni doprinosi pojedinih ølanova u jednaøini(1) mogu biti razliøiti od sluøaja do sluøaja. Upr-kos tome, pokazalo se da se na osnovu NMR rezulta-ta iz razliøitih laboratorija i pomoõu razliøitihmetoda, dobijaju familije struktura koje se meæu-sobno slaÿu u granicama greåke. Åtaviåe, vrloøesto se meæusobno odliøno slaÿu i strukture do-bijene NMR spektroskopijom i rendgeno-struktur-nom analizom.

Ovde õemo ukratko opisati jedan od postupakakoji se zasniva na kombinaciji geometrije rastoja-ña, simuliranog odgrevaña i molekulske dinamike,slika 12.

Ukçeåteñe strukture

Istegnut skelet sekvence aminokiselina pred-stavça poøetnu probnu strukturu proteina, slika

12 a. Jedini uslovi koje ona ispuñava su duÿine he-mijskih veza i uglove meæu ñima. Kada bi sva rasto-jaña bila poznata prava struktura bi mogla da se do-bije direktnom transformacijom rastojaña u koor-dinate, pomoõu algoritma geometrije rastojaña. Toje matematiøki postupak u kome se iz skupa taønihrastojaña meæu elementima nekog objekta izraøuna-vaju ñihove relativne koordinate, dakle, nalazistruktura objekta. Poåto eksperimentalno moÿeda se dobije samo mali deo od ukupnog broja rastoja-ña i pri tome mnoga rastojaña nisu taøna, direktnaprimena algoritma geometrije rastojaña nije mogu-õa. Ipak, moguõe je strukturu ukleåtiti unutar ne-kih granica tako da najveõi broj eksperimentalnihrastojaña bude zadovoçen, slika 12 b. To se postiÿetako åto se iz poznatih rastojaña konsstruiåe se-rija trouglova (ili tetraedara) u prostoru a nepoz-nata rastojaña dodaju kao sluøajni brojevi koji mo-raju da zadovoçe uslov za konstrukciju trougla ilitetraedra. Na primer, kada se znaju dva rastojañakod trougla a, b, tada treõe rastojañe, c, ne moÿe bi-ti kraõe od ñihove razlike, niti duÿe od ñihovogzbira:1 ³a - b³. < c < a + b. Tada se c bira kao sluøajnibroj koji zadovoçava navedeni uslov. Na taj naøinse dodatnim geometrijskim uslovima pronalaze gra-nice nepoznatih rastojaña i struktura ukçeåtuje

S lika 12. Rekonstrukcija strukture protei na iz NM R podataka. P rikazana je struktura parvalbum ina å arana u razliøiti m fazama rekonstr ukcije

1 Ovaj uslov oøigledno sledi iz pravila da hipotenuza prougla ne moÿe biti duÿa od zbira kateta. Ako bi bila duÿa dvekatete ne bi mogle da se dodirnu. Ako je c hipotenuza onda vaÿi c < a + b; ako je c jedna od kateta onda vaÿi c > ³a-b³

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 119

unutar relativno åirokih granica. Kako se sa sli-ke vidi ukçeåtena struktura je vrlo gruba skicakonaøne strukture. Meæutim, glavna svrha ovog po-stupka je da se podruøje u kome se traÿe konforma-cije uøini åto mañim. Time se broj konformacijakoje treba testirati jednaøinom (1) znatno smañujei poveõava efikasnost pretraÿivaña konformaci-onog prostora.

Simulirano odgrevañe (anilirañe)

Ako bi se energija ukçeåtene strukture nepo-sredno minimizovala vrlo lako bi se pronaåaoenergijski minimum. Meæutim, u seriji ponovçenihizraøunavaña (ukleåteñe —> minimizacija ener-gije) gde ukçeåtene strukture mogu biti vrlo raz-liøite (veliøina nepoznatih rastojaña se moÿeodrediti samo u grubim granicama i zapravo se birakao sluøajni broj unutar tih granica!) strukture saminimizovanim energijama mogu biti vrlo razliøi-te i pri tome mogu imati vrlo razliøite konaøneenergije. To znaøi da direktna minimizacija tekuõustrukturu uvodi u najbliÿi, lokalni, minimum kojipo vrednosti moÿe biti daleko iznad globalnog mi-nimuma a struktura po geometriji daleko od najsta-bilnije strukture. Dakle, problem je minimizovatienergiju molekula i pri tome pronaõe globalni mi-nimum.

Odgrevañe (anilirañe, engl. annealing) je po-stupak u kome se mehaniøka naprezaña u øvrstom te-lu uklañaju zagrevañem do temperature ispod taøketopçeña i laganim hlaæeñem.1 2 Eksperimentalnoje primeõeno da u metalu zagrejanom do temperatureispod taøke topçeña moÿe da doæe do pomerañaatoma u kristalnoj reåetki, dakle, postoji konaønaverovatnoõa da øestica savlada potencijalnu bari-jeru øija je energija veõa od energije øestice. To seizraÿava formulom sliønom Bolcmanovom zakonu,gde verovatnoõa za prelaz preko barijere zavisi ododnosa energije barijere i termalne energije øesti-ce. Drugim reøima, øestica moÿe da napusti lokal-ni minimum u kome je zarobçena sa verovatnoõomkoja eksponencijalno raste sa termalnom energijomøestice. To znaøi da u procesu kojim se simulira od-grevañe struktura proteina moÿe da prolazi krozlokalne minimume u potrazi za globalnim minimu-mom.

Simulirano odgrevañe se izvodi tako åto sepoøetna struktura (u naåem sluøaju ukçeåtenastruktura) proteina zagreje na 1000oC i zatim pola-ko hladi. Svakom hemiøaru je jasno da u epruveti podtim uslovima od proteina ne bi ostalo ni traga(unutar granica zakona o odrÿañu mase) ali poåto

je ogled zamiåçen, protein takvo zagrevañe moÿeda podnese bez teåkoõa. Zatim se neki od atoma usluøajno izabranom pravcu pomeri, za sluøajno oda-brani iznos, izraøuna ñegova energija prema jedna-øini (1), i uporedi sa energijom pre pomeraña ato-ma. Ako je nova energija niÿa, znaøi, nova koforma-cija je stabilnija, prihvata se i onda se pomera nekidrugi atom. Ako je pak energija konformacije veõau odnosu na prethodnu, iz odnosa priraåtaja energi-je i termalne energije atoma izraøunava se verovat-noõa sa kojom bi pomak "uzbrdo" bio moguõ. Zatimse ta verovatnoõa poredi sa sluøajnim brojem øijavrednost moÿe biti izmeæu nula i jedan. Ako je ve-rovatnoõa veõa od sluøajno izabranog broja tada senova struktura usvaja i pomera se sluøajno izabranatom iz nove strukture. Ako je verovatnoõa maña,nova struktura se odbacuje i pomera se sluøajno iza-brani atom iz prvobitne strukture. Ceo postupakse ponavça uz lagano hlaæeñe. Ukupan rezultat je daprotein u potrazi za globalnim minimumom prola-zi kroz seriju lokalnih minimuma koje na viåimtemperaturama lako preskaøe. Sa dovoçno sporimhlaæeñem moÿe se oøekivati da õe, kada se ohladi,protein biti zarobçen u lokalni minimum koji ni-je daleko od pravog. Jedini naøin da se to proveri jeda se isti postupak simuliranog odgrevaña ponoviveliki broj puta i da se uporede rezultati iz veli-kog broja simulacija. Ako je broj eksperimentalnihograniøeña dovoçno veliki tada se u ponovçenimsimulacijama zaista dobijaju strukture koje pripa-daju istoj familiji. Ako je, pak, broj eksperimen-talnih rastojaña mali onda se naæene strukture me-æusobno znatno razlikuju. Slika 12 v, pokazuje kakose prvobitno ukleåtena struktura meña nakon si-muliranog odgrevaña. Struktura dobijena nakon si-muliranog odgrevaña znatno je boça od ukqeåteneali je joå uvek daleko od konaøne strukture. Dakle,dobijenu strukturu joå treba preøistiti.

Preøiåõavañe strukture

Struktura dobijena nakon simuliranog anili-raña ima vrlo nisku ukupnu potencijalnu energiju istoga se opravdano moÿe oøekivati da je vrlo blizuprirodnom molekulu. Meæutim, u procesu minimi-zacije zbog velikog broja nezavisnih ølanova u izra-zu (1), implicitno su uøiñeni brojni kompromisida bi se potencijalna energija minimizovala. Naprimer, da bi se zadovoçila brojna meæuprotonskarastojaña koja, ako su brojna, ne moraju baå taønoda se znaju, neki drugi ølan u izrazu (1) je malo pove-õan ali je ukupna energija ipak sniÿena. Malo po-veõañe bilo kog ølana u izrazu (1) znaøi da parame-

12 Na primer, u masivnim staklenim predmetima, nakon spontanog hlaæeña do sobne temperature dolazi do pojave meha-niøkih napona zbog øega lako spontano pucaju. Da bi se to spreøilo predmeti se lagano hlade (odgrevaju) u posebnimpeõima. Sliøno se, odgrevañem napona oslobaæaju metalni kontejneri koji su bili izloÿeni velikim dozama zraøeña.Grejañem do neke temperature i laganim hlaæeñem atomi u kristalnoj reåetki, ranije izbijeni zraøeñem iz ravno-teÿnih poloÿaja, vraõaju se u svoje prvobitne poloÿaje jer im je kinetiøka energija dovoçno velika da savladajulokalne energijske barijere.


tri koje on kontroliåe viåe nisu optimalni. Dru-gim reøima, da bi se zadovoçila brojna eksperimen-talna rastojaña neke hemijske veze i neki uglovimeæu vezama malo su otkloñeni od optimalnih, rav-noteÿnih vrednosti. Takva odstupaña mogu da se uk-lone time åto se hemijskim vezama i poznatim uglo-vima meæu ñima mogu pripisati znatno veõi poten-cijali. Meæutim, tada moÿe da se desi da barijeraizmeæu tekuõe konformacije i prirodne konforma-cije bude toliko velika da u simuliranom odgreva-ñu molekul ne moÿe da je preskoøi. Zbog toga se do-puåta da tokom simuliranog aniliraña svi poten-cijali polako rastu do konaønih vrednosti, koje suopet, odreæene empirijski. Dakle, struktura dobije-na minimizovañem veåtaøkog potencijala i samamora biti veåtaøka, åto se lako vidi na osnovuizobliøeña standardno poznatih parametara. U po-sledñem koraku, struktura sa minimalnom potenci-jalnom energijom se preøiåõava od svih oøiglednihdefekata (protoni na rastojañu kraõem od van dervalsofekih radijusa, vodoniøne veze sa nestandar-dnim rastojañima, izvitoperene peptidne veze itd.)i zatim uvodi u najbliÿi energijski minimum sa"standardnim" energijskim potencijalima. Konaø-na struktura izgleda zdravije, nema oøiglednih de-fekata, ali i daçe ne postoji nezavisni dokaz da tastruktura zaista predstavça prirodnu konforma-ciju ispitivanog molekula. Jedina potvrda se nala-zi brojnim ponavçañima celog ciklusa odreæivañastrukture i meæusobnim poreæeñem struktura do-bijenih iz nezavisnih odreæivaña. Ako se sve struk-ture dosledno grupiåu na isti naøin da obrazuju do-bro definisanu familiju, slika 13, tada se moÿesmatrati da prava struktura (ili familija pravihstruktura) u granicama greåke pripala familiji

struktura dobijenoj iz datih eksperimentalnih po-dataka.

ZAKÇUØAK

Poznavañe 3D strukture proteina predstavçapoøetnu, a ne krajñu taøku strukturalne biologije ibiofiziøke hemije. Proteini nisu kruti molekuli.Stoga je za razumevañe ñihove funkcije potrebnodetaçno poznavañe ñihove strukture, dinamike iinterakcije sa ostalim biomolekulima. Vaÿno jeistaõi da, pored strukture, NMR moÿe da posluÿi iza dobijañe podataka o dinamici i interakciji pro-teina sa drugim molekulima. To je moÿda i vaÿnijiaspekt NMR spetroskopije s obzirom da dinamiøkepodatke sa atomskom rezolucijom ne moÿe da pruÿinijedna druga metoda. Ali o tome, moÿda nekom dru-gom prilikom.

A b s t r a c t

DETER MINING PROTEIN STRUCTURES USINGNUCLEAR-MAGNETIC RESONANCE SPECTRO-SCOPY

Slobodan Macura and N enad Juraniõ

Laboratory for N MR spectroscopy, Biochemist de-part ement, Meyo Clini c, Roches ter, Minesota, USA

A technique for determination of protein solutions tructure by use of NMR spectroscopy is outlined anddemonstrated on the structure determination of carpparvalbumin.

LITERATURA

1. Bloch, F., Hansen, W. W., and Packard, M. NuclearInduction. Phys. Rev. 69 , 127. 1946.

S lika 13. Familija struktura par valbumin a å arana dobijena na osnovu N M R po dataka. Zbog p regledno sti

po kazan je s amo glavni lanac

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 121

2. Purcell, E. M., Torrey, H. C., and Pound, R. V. Re-sonance absorption by nuclear magnetic momen-ts in solid. Phys. Rev. 6 9, 37-38. 1946.

3. Sannders , M., Wishnia, A., and Kirkwood, J. G.The nuclear magnetic resonance spectrum of ri-bonuclease. J. Am. Chem. Soc. 79 , 3289. 1957.

4. Jardetzky, O. and Jardetzky, C. D. An interpreta-tion of the proton magnetic resonance spectrumof ribonuclease. J. Am. Chem. Soc. 79 ,5322-5323. 1957.

5. Wagner, G., Wüthrich, K.: Sequential resonanceassignments in protein 1H nuclear magnetic reso-nance spectra: Basic pancreatic trypsin inhibitor.J. Mol. Biol. 15 5, 347-366, 1982.

6. Williamson, M. P., Havel, T. F., Wütrich, K.: Terti-ary structure of the proteinase inhibitor IIA frombull seminal plasma. J. Mol. Biol. 1 82, 295-315,1985.

7. Friedrich, W., Knipping, P., and for Laue, M.Math.-Phys. Ke. Bayer. Akad. Wiss. A89 , 248,1913.

8. Bernal, J. D. and Crowfoot, D. X-ray photographsof crystalline pepsin. Nature 133, 794-795. 1934.

9. Kendrew, J . C. and et. al. Structure of myoglobin.Nature 185, 422-427. 1960.

10. Perutz, M. F. A three-dimensional Fourier synthe-s is at 5 .5 Å resolution, obtained by X-ray anal-ysis. Nature 1 85, 416-422. 1960.

11. Abragam, A.: The Principles of Nuclear Magne-tism. Oxford, Oxford University Press, 1961.

12. Ernst, R. R., Bodenhausen, G., Wokaun, A.: Prin-ciples of Nuclear Magnetic Resonance in Oneand Two Dimensions. New York, Oxford Univer-s ity Press , 1987.

13. Branden, C., Tooze, J.: Introduction to ProteinStructure. New York, Garland Publishing Inc.,1991.

14. McR ee, D. E.: Practical Protein Crystallograp-hy. San Diego, Academic Press, 1993.

15. Weuthrich, K.: NMR of Proteins and Nucleic Ac-ids. New York, Wiley, 1986.

16. Cavanagh, J., Fairbrother, W. J., Palmer, A. G. I.,Skelton, N. J.: Protein NMR Spectroscopy, Pr in-cip les and Practice. San Diego, CA, AcademicPress, 1996.

17. Macura, S.: Rikard R. Ernst i NMR Spektro-skopija. Hem. Pregled. 34, 28-36, 1992.

18. Brunger, A. T.: X-Plor - Version 3 .1: A Sys temfor X-ray Crystallography and NMR. Yale Uni-versity, Press, 1992.

A. ANTI]-JOVANOVI]1 , M. S. PAVLOVI]2 i D. S. PE[I]2 , 1Fakultet za fizi~ku hemiju, Univerzitet u Beogradu, p.p. 137, 11000 Beograd2Laboratorija za fizi~ku hemiju, Institut za nuklearne nauke “Vin~a”, p.p. 522, 11001, Beograd

SPEKTROSKOPIJA I OTKRIÕE HEMIJSKIH ELEMENATA. I

UVOD

1955. godine zabele en je za hemiju zna~ajan do-ga|aj: pomo}u nuklearnih reakcija istra iva~i sudobili novi hemijski elemenat, mendeqevijum. Red-ni broj ovog novog elementa je 101, pa je tako brojpoznatih elemenata pre{ao 100. Sada ih ima ve}112. U godini otkri}a Periodnog sistema (1869), bi-lo je poznato ne{to preko 60 elemenata. SredinomXVIII veka ista iva~i su poznavali oko 15 elemena-ta, pri ~emu jasan pojam “hemijski elemenat” jo{ ni-je postojao. Bile su potrebne mnoge godine da bi

osnovni pojmovi hemijske nauke postali jasni iodre|eni. Danas je svakom |aku poznato da je eleme-nat.....sveukupnost atoma sa jednakim naelektri-sawem jezgra, brojno jednakim rednom broju elemen-ta u Periodnom sistemu.

U istorijsko-nau~noj literaturi1 - 9 o otkri}uhemijskih elemenata, prete`no je prihva}eno sta-novi{te (mada jo{ i danas postoje rasprave o “bio-grafijama” pojedinih elemenata) da se o postojawunovog elementa moè sa sigurno{}u govoriti kadasu poznate wegove fizi~ke i hemijske osobine.

400 500 600 700 800 nm

Ga In Cs Xe Ta Kr He NaNe Ar Rb


Za utvr|ivawe postojawa elemenata koriste setri grupe metoda: hemijsko-analiti~ka, spektro-skopska i radiometrijska.

Hemijsko-analiti~ka metoda podrazumeva ut-vr|ivawe postojawa novog elementa putem hemij-skih operacija koje dovode do wegovog izdvajawa umerqivim koli~inama. Individualnost elementase utvr|uje wegovim izu~avawem u raznim hemij-skim reakcijama. Elemenat se moè javiti u hemij-skom jediwewu ili neposredno izdvojen u slobod-nom obliku.

Spektroskopske metode podrazumevaju konsta-taciju postojawa novog elementa u prirodnim objek-tima na osnovu specifi~nosti wegovog opti~kogili rendgenskog spektra.

Radiometrijske metode podrazumevaju konstata-ciju postojawa novog elementa na osnovu detekto-vawa karakteristi~nog radioaktivnog zra~ewa.

Ne moè se govoriti o nezavisnosti navedenihmetoda u otkri}u hemijskih elemenata, ako se pod“otkri}em” podrazumeva ne samo fakt konstatacijepostojawa n ovog el ementa u pr irodi , neg o iutv|ivawe wegove hemijske individualnosti iva`nijih osobina. Ove metode se u mnogim slu~aje-vima dopuwuju i samo zahvaquju}i odgovaraju}oj za-jedni~koj saradwi mogu}e je dovesti proces otkri}ado kraja.

U ovom prilogu opisana su otkri}a elemenataopti~kom spektroskopijom zahvaquju}i kojoj je ot-kriveno vi{e od jedne petine stabilnih elemenata.Opisano je otkri}e cezijuma, rubidijuma, talijuma,indijuma, galijuma i inertnih gasova.

Drugi deo priloga bi}e posve}en otkri}u ele-menata iz grupe retkih zemaqa, renijuma i hafniju-ma.

Spektroskopska metoda je na{la primenu od-mah po otkri}u (1859-1860)10 , 1 1 hemi~ara R. Bunzena(R. W. Bunsen) i fizi~ara G. Kirhofa (G. R. Kirc-hhoff), profesora Hajdelber{kog univerziteta, dasvaki hemijski elemenat ima svoj specifi~an spek-tar. Ovim wihovim otkri}em ozna~en je po~etakrazvoja spektralne analize ~ije su mogu}nosti de-monstrirane ve} u prvoj godini otkri}a. Slika 1prikazuje prvi spektroskop Bunzena i Kirhofa ko-ji im je slu io za ispitivawe alkalnih i zemnoal-kalnih metala.

Aparat se sastojao iz jedne komore trapezoid-nog oblika, A, ~iji su unutra{wi zidovi bili obo-jeni u crno. U bo~nim stranicama komore bila suugra|ena, pod uglom od 580 , dva durbina, V i S. Oku-larno so~ivo prvog durbina je zameweno razrezomnapravqenim od tankih mesinganih plo~ica, koje senalaze u fokusu so~iva-objektiva. Ispred razrezapostavqen je plamenik u osi cevi V u koji se, po-mo}u tanke platinske ice unosila proba. Izme|udurbina V i S, u komori se nalazi prizma F, sa stak-lenim zidovima i prelomnim uglom od 600, napuwe-na ugqen-disulfidom. Prizma se nalazi na osnovi

koja se rotira oko vertikalne ose pomo}u drà~a H.Na dowem delu je pri~vr{}eno malo ogledalo G ukojem se mo e videti graduisana skala (nije prika-zana na slici). Rotirawem prizme mogu se razni de-lovi spektra dovesti na kon~anice durbina S, {toomogu}ava da se dobiju relativni polo aji posma-tranih spektralnih linija. Za samo godinu dana, po-mo}u ovog primitivnog spektroskopa, bila su ot-krivena ~ak tri nova elementa (Ta, Cs, Rb). Bio je tobez sumwe veliki uspeh ove nove eksperimentalnetehnike.

Sl. 1. Prvi spektroskop Bunzena i Kirhofa.(Crte` iz rada: Pogg. Ann. 110, 164 (1860)).

Spektroskopskim ispitivawima Kirhofa iBunzena, izvo|enim u periodu od 1859. do 1862. godi-ne, veoma je doprinela upotreba skromnog laborato-rijskog pribora, “Bunzenovog plamenika”, koga su1857. godine opisali Bunzen i wegov dugogodi{wisaradnik Rosko (H. Roscoe)1 2 . Nov plamenik, koji jedo danas u osnovi ostao nepromewen, davao je neobo-jen plamen visoke temperature, {to je omogu}ilo dase u parno stawe prevedu razli~ite hemijske sup-stancije i posmatra wihov spektar bez sopsvenogspektra plamena (u kori{}enoj vidqivoj oblastiplamen daje vrlo slabe trake S2 , SN molekula). Ia-ko temperature koje je davao ovaj plamen nisu bilenaro~ito visoke (gas za osvetqewe-vazduh oko18000C; vodonik-vazduh oko 20500C), one su bile do-voqne za disocijaciju para alkalnih i zemnoalkal-nih metala i pobu|ivawe wihovih spektara.

Otkri}e novih elemenata metodom Bunzena iKirhofa se zasnivalo na detekciji novih linija uposmatranom spektru, iako ta ~iwenica nije moglapredstavqati neposredan dokaz o prisustvu novogelementa u prirodnom objektu. Naime, u to vremejo{ nije bilo nikakvih teorijskih osnova u spek-troskopiji. Otkri}e cezijuma rubidijuma, indijumai talijuma, kao i elemenata posle wih, bilo je re-zultat iskustva u kori{}ewu nove tehnike i intui-cije istra iva~a. Kasnije, metoda je doprinela ot-kri}u galijuma, nekih retkih zemaqa i inertnih ga-sova. U svim ovim slu~ajevima kori{}ena je vizuel-na metoda opti~ke spektro-skopije. Dvadesetih go-dina HH veka razvijena je rendgenska spektralnaanaliza, koja je omogu}ila da se otkriju hafnijum i

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 123

renijum, posledwi otkriveni stabilni elementikoji postoje u prirodi.

Za potpunu identifikaciju svakog elementaneophodno je da bude izdvojen i da mu se odrede he-mijske osobine.* Nepoznata spektralna linija dajevrlo jake argumente da se u ispitivanom uzorku na-lazi elemenat koji ranije nije bio poznat. Me|utim,da bi ova konstatacija postala ~iwenica neophodnoje da se izvr{i hemijska analiza uzorka, tj. da seprimeni hemijsko-analiti~ka metoda.

CEZIJUM

Cezijum je bio prvi elemenat koji je otkrivenspektroskopskom metodom. Bunzen i Kirhof su1860. godine, primewuju}i svoju metodu za ispitiva-we kalijuma, natrijuma i litijuma kod velikog brojastena i mineralnih voda, utvrdili da se, pri ispi-tivawu ostatka dobijenog isparavawem vode iz baweDurkhajm u Rajnskoj oblasti, pojavquje jedna grupalinija koje do tada nisu bile poznate1 1 . Dve linijeiz ove grupe bile su posebno intenzivne i karakte-risti~ne: jedna u blizini plave linije stroncijuma,a druga malo bli e ultraqubi~astom delu spektra.Bile su to linije λ= 459,32 nm** (U4)* * * i 455,54 nm(U5). Najosetqivije linije cezijuma nalaze se u cr-venoj oblasti 852,11 nm (U1) i 894,35 nm (U2), pa ihautori nisu mogli videti. Autori o samom otkri}ukaù: “...Kako ni jedno elementarno telo ne dajedve plave linije u ovom delu spektra, mo emo bezsumwe potvrditi postojawe do sada nepoznatogalkalnog elementa. Lako}a sa kojom se nekoliko hi-qaditih delova ovog tela moè prepoznati po in-tenzivnim plavim linijama u usijanoj pari, ~ak ka-da je pome{an sa velikom koli~inom obi~nih alka-lija, navela nas je da novom elementu predloìmoime cezijum (i simbol Cs).” Naziv poti~e od latin-ske re~i caes ius kojom su stari Rimqani nazivaliplavetnilo vedrog neba.

Godinu dana posle otkri}a, Bunzenu je uspelo dadoka e postojawe ovog elementa i hemijskim putem.Da bi dobio 17 grama hlorida cezijuma, bilo mu jepotrebno da preradi 44 000 litara durkhajmske mi-neralne vode.

Relativno ~ist metalni cezijum je 1882. godineprvi dobio {vedski hemi~ar K. Setenberg (C. Set-tenberg), elektrolizom, u posebnim uslovima, rasto-pa sme{e cijanida cezijuma i barijuma.

RUBIDIJUM

Na isti na~in, kao i cezijum, otkriven je i ru-bidijum1 1 . U toku ispitivawa plamenog spektradurkhajmske vode, Bunzen je obratio pa`wu na dve

tamnocrvene linije u spektru. Pa`qivim po-re|ewem utvrdio je da ovih linija nema u spektrimado tada poznatih elemenata. Bile su to najosetqi-vije linije rubidijuma na 780,02 nm (U1) i 794,76 nm(U2). Bunzen (Sl. 2) je tako|e otkrio rubidijum i umineralu lepidolitu iz saksonskih nalazi{ta. Ru-bidijum i cezijum je istalo io u obliku soli plati-no-hlorovodoni~ne kiseline. Posle 25 puta ponov-qene rekristalizacije uspelo mu je da odvoji solikalijuma. U toku rada postepeno su linije postajalesve intenzivnije u frakcijama u kojima se rubidijumkoncentrovao. Novi elemenat Bunzen je, po boji naj-intenzivnijih linija, nazvao rubidijum (Rb) premalatinskoj re~i rubidius - tamno crven.

Sl. 2. R. V . B unzen (1811-1899), nema~ki hemi~ar.Jedan od vrlo zna~ajnih hemi~ara-analiti~ara XIXveka. B io je predava~ na nekoliko nema~kih univer-ziteta. O d 1852. g odine vodio je katedru hemije naUniverzitetu u Hajdelbergu.

Metalni rubidijum (oko 5 grama) prvi je dobioBunzen 1863. godine, redukcijom hidrotartarata ru-bidijuma.

TALIJUM

Ispituju}i 1861. godine ostatak posle izdvaja-wa selena u pra{ini koja se skupqala u fabricisumporne kiseline, Vilijam Kruks (W. Crookes), je-dan od vode}ih spektroskopi~ara toga vremena(Sl. 3), je o~ekivao telur. Spektroskopska ispiti-

* U istoriji otkri}a hemijskih elemenata ovo je vaìlo za sve elemente izuzev plemenitih gasova, za koje su sve do{ezdesetih godina ovog veka bile poznate samo fizi~kohemijske konstante.

** Talasne duìne su date u nm (vrednosti koje imaju u SI jedinicama), mada su originalne vrednosti bile date u vrednos-tima mikrometarske skale kori{-}enih spektroskopa.

*** U savremenoj spektroskopiji za neutralan atom najosetqivija linija (raie ult im e) ozna~ena je sa U1, a druge linije sa U2,U3, itd., prema redu kako im se smawuje osetqivost. Za jedanput jonizovan atom odgovaraju}e oznake su V1, V2, itd.


vawa su, me|utim, pokazivala da se u spektru javqajarko zelena linija na 535,05 nm (U1), koja ranije ni-je bila registrovana u poznatim spektrima. Posledetaqno g i sp itivawa li ni ja je pr ip i-sana novom elementu1 3 . Novootkrivenom elementuKruks je dao ime talijum prema gr~kom- JalloýV ililatinskom - thallius, {to se moè prevesti kao “ze-lena grana”, jer je zelena linija u spektru po bojibila sli~na boji mladog prole}nog li{}a.

S l. 3 . V . Kruks (1832-1919), engleski fizikohemi~ar.Radio je u vi{ e oblasti hemije , fizi~ke hemije if izike. Posl e zavr{ etka K raq evskog hemi jsko gkolexa u Londonu, radio je kao asistent, a zatim kaop ro fes or hem ije u ^ es teru.^ lan Kr aqevs ko gdru{tva od 1863. godine i wegov predsednik od 1913do 1915. godine. Jedan od osniva~a fizike jonizova-nih gasova.

Oko godinu dana kasnije, nezavisno od Kruksa,belgijski hemi~ar A. Lami (A. Lamy) je tako|e de-tektovao istu zelenu liniju ispituju}i talog dobi-jen pri kori{}ewu pirita u jednoj belgijskoj fa-brici sumporne kiseline. On ga je prvi izdvojio uslobodnom stawu, ustanovio wegovu metalnu priro-du i osnovne hemijske osobine14

INDIJUM

Otkri}e cezijuma, rubidijuma i talijuma spek-troskopskom metodom, izazvalo je vrlo iv interesza ovu novu metodu analize. 1863. godine nema~kifizi~ari F. Rajh (F. Reich) i T. Rihter (T. H . Richter)primenili su spektroskopsku metodu za ispitivawerude cinka iz okoline Frajburga. Iz ovog rudnogmaterijala istra iva~i su dobili cink-hlorid, ko-

ji su ispitivali spektroskopski o~ekuju}i da dobijukarakteristi~nu intenzivno zelenu liniju taliju-ma, koji je ve} ranije bio dobijen iz ruda fraj-bur{kih rudnika. O~ekivawe se ostvarilo, ali nijeta linija doprinela da im imena postanu poznata utada{wem nau~nom svetu. Naime, u spektru Bunze-novog plamena se pojavila jedna linija plave boje(λ = 451,1 nm), pribli`no kakvu daje poznata bojenasupstancija indigo. Posle pre~i{}avawa sirovogmaterijala u spektru se pojavila i jedna slabija li-nija (λ = 410,2 nm). Ni u jednom spektru do tada poz-natih elemenata ovih linija nije bilo.

Tako je bio otkriven indijum-elemenat nazvanpo boji wegove karakteristi~ne linije u spektru.Kasnije, razvojem eksperimentalne tehnike, dobije-ni su lu~ni (H. Kayser, 1893) i varni~ni spektri (E.Cappel, 1870) ovog elementa u razli~itim materija-lima1 3 .

GALIJUM

Francuski hemi~ar Lekok de Buabodran (P. Le-coq de B oisbaudran), Sl. 4, u{ao je u istoriju kaoistra iva~ koji je otkrio tri nova elementa: gali-jum (1875), samarijum (1879) i disprozijum (1886).Prvo od ovih otkri}a donelo mu je svetsku slavu. Uto vreme kao mlad istra iva~ bio je skoro nepoz-nat izvan Francuske. Bavio se spektroskopskimispitivawima raznih materijala i bio je izvrstanspektroskopi~ar, {to je i dovelo do uspeha: sva trisvoja elementa otkrio je metodama spektroskopskeanalize.

Sredinom 1875. godine Lekok de Buabodran jeispitivao varni~ni spektar cink-sulfida iz fran-cuskih Pirineja. U ovom spektru detektovao je novul in iju u bl isk oj ultr aqubi~ as toj o blasti(λ = 417,2 nm, (U1). Za dobrog spektroskopi~ara no-va linija je nedvosmisleno ukazivala na prisustvonovog elementa u mineralu. Prirodno, autor jeuloìo veliki napor da izdvoji novi elemenat. Toje bio vrlo sloèn posao, jer je koncentracija u ru-di bila reda veli~ine 0,1% i po mnogo ~emu je biosli~an cinku. Posle dugog rada uspelo mu je da dobi-je 0,1 g metala, {to za tada{we stawe analiti~kehemije nije bilo dovoqno da mu se odrede fizi~ke ihemijske osobine.

Saop{tewe o otkri}u galijuma, tako je u ~astFrancuske (Gallia je latinsko ime za Francusku)bio nazvan novi elemenat, pojavilo se u Izve{tajuPariske Akademije nauka14 . Kako je autor bio vrlosavestan istraìva~, to je verovatno jedini eleme-nat ~ije je vreme otkri}a utvr|eno sa ta~no{}u dosata. U svom dnevniku autor pi{e: “...u petak 27 av-gusta 1875. godine, izme|u tri i ~etiri sata po-podne, otkrio sam znake postojawa novog prostor-

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 125

nog tela u produktima ispitivawa ZnS iz rudnikaArzanles u Pirinejima.”

S l. 4 . P . Lekok de Buabodran (1838-1912), francuskihemi~ar.Rodio se na jugu F rancus ke gde je , u vinariji svogaoca, samostalno izu~avao hemiju. Vrlo { iroko ekspe-rim entalno zn awe dobi o je u laboratoriji S . A.V arza (S. A. Wartz), na katedri hemije M edicinskogfakulteta na S orboni. Kasnije je organizovao svojulaboratoriju gde se bavio hemijom retkih zemaqa.

Kada je D. I. Mendeqejev (D. I. Mendeleev)pro~itao rad, prepoznao je u galijumu svoj “eka-alu-minijum”. Kako je bio siguran u svoj Periodni si-stem elemenata, tvrdio je da gustina novog metalane moè biti 4,7 g/cm3, kako je odredio Lekok de Bu-abodran, ve} 5,9-6,0 g/cm3, {to se kasnije i pokazalokao ta~no.

INERTNI GASOVI

Potvrda predvi|awa D. I. Mendeqejeva o svoj-stvima jo{ neotkrivenih elemenata (galijum, ger-manijum, skandijum) izazvala je {irok interes he-mi~ara za tra ewe novih elemenata. Me|utim, ot-kri}e grupe inertnih gasova pokazalo se potpunoneo~ekivanim. Naime, Mendeqejev je predvideo po-stojawe elementa izme|u vodonika i litijuma, alinije predvi|ao celu grupu elemenata.

Otkri}e grupe inertnih gasova spada u najve}aotkri}a u hemiji XIX veka. Postojawe gasova koji supotpuno inertni, nije bilo poznato ni pre ni poslewihovog otkri}a. Drugo, hemijske metode ispitiva-wa pri wihovom otkrivawu nisu igrale nikakvuulogu. Wihovo otkri}e mo e se smatrati kao vrlo

slo ena funkcija dve osobine: specifi~nog agre-gatnog stawa i hemijske inertnosti, i razvoja novespektroskopske metode analize.

Karakteristi~an je jo{ jedan momenat u wiho-voj istoriji: svi su oni bili otkriveni u toku vrlokratkog vremenskog perioda, ako se ne ra~una ot-kri}e helijuma na Suncu 1868. godine. Krajem XIXveka (1894-1898) nau~na javnost je sa iznena|ewemsaznala da vazduh,* tako obi~an i reklo bi se davnoispitan, sadr i ~ak {est ranije nepoznatih eleme-nata. Glavna zasluga za wihovo otkri}e pripada ve}tada poznatom engleskom fizikohemi~aru V. Remze-ju (W. Ramsay), Sl. 5.

Sl. 5. V. Remzej (1852-1916), engleski fiziko-hemi~ar.Posle zavr{etka studija, radio je jedno vreme uBunzenovoj laboratoriji u Hajdelbergu. Od1880. godine je profesor hemije na Univerzi-tetu u Bristolu, a od 1887. godine predaje hemijuna Kraqevskom hemijskom kolexu Londonskoguniverziteta. lan Kraqevskog dru{tva i mno-gih stranih akademija nauka. Nobelovu nagraduza hemiju dobio je 1904 godine.

HELIJUM

Uskoro posle otkri}a argona (1894) bio je ot-kriven jo{ jedan inertni gas - ”zemaqski” helijum.Helijum je hemijski elemenat, koji za razliku odostalih inertnih gasova, nije otkriven u vazduhu.Wega su otkrili astronomi, a ne hemi~ari. To je ve-rovatno razlog {to je ovo otkri}e vi{e od 25 godi-na ostalo izvan pa we hemi~ara. Istorija wegovogotkri}a je zanimqiva i povezana je sa otkri}em “he-

* Hemi~ari su analizirali sastav vazduha jo{ od druge polovine XVIII veka (u 1 m 3 vazduha ima oko 9,4 L inertnih gasova,uglavnom argona).


mijske analize pomo}u posmatrawa spektara” Bun-zena i Kirhofa objavqene 1860. godine. Moè se za-misliti nestrpqewe sa kojim su astronomi o~eki-vali totalno pomra~ewe Sunca u avgustu 1868. godi-ne, jer su se pripremali da prvi put primene spek-troskop za prou~avawe atmosfere Sunca. Jedan odmnogih bio je i francuski astronom @an @ansen(J. Janssen) koji je radi toga doputovao na isto~nuobalu Indije, gde se o~ekivalo da }e vidqivostsun~eve korone biti najboqa. @ansen je vrlo pre-cizno podesio svoj spektro-skop, tako da je linijskispektar korone mogao da posmatra i po obi~nom da-nu, a ne samo za vreme pomra~ewa. Ve} slede}eg jutraon je primetio u spektru korone, pored poznatih li-nija vodonika (plave, zeleno-plave i crvene), i vrlointenzivnu utu liniju. Detektovana linija (kasni-je nazvana D3), λ = 587,56 nm, U31 7 nije se poklapalasa poznatim Fraunhoferovim linijama natrijumaD1 i D2 (589,5 i 588,9 nm). Dva meseca kasnije, engle-ski astrofizi~ar X. Lokjer (J. Lockyer), zajedno saE. Franklandom (E. Frankland), je tako|e ispitivaospektar protuberanca i ponovo otkrio utu linijukoja nije pripadala ni jednom poznatom elementu.Autori su pretpostavqali da ta linija pripadaelementu koji se nalazi samo na Suncu, pa je novomelementu bilo dato ime helijum od gr~ke re~ihßlioV- Sunce1 8 . @ansen i Lokjer su o svojim ot-kri}ima obavestili Parisku akademiju nauka. Kakosu oba pisma stigla u isti dan, na zasedawu Akade-mije 25 oktobra 1868. godine su pro~itana i prih-va}ena kao ravnopravna.

Vi{e od 25 godina posle ovog otkri}a, ono jeostalo samo interesantan problem povezan sa fizi-kom Sunca, bez obzira {to su postojale neke indi-kacije o prisustvu tog elementa na Zemqi. Tako je1881. godine Italijan Lui|i Palmieri (L. Palmieri)objavio saop{tewe da je, u spektru gasova iz laveVezuva, na{ao liniju helijuma. Me|utim, ovo sa-op{tewe je bilo primqeno sa nepoverewem i vrlobrzo je zaboravqeno.

Po~etkom 1895. godine Remzej i Rejli (G. W.Rayleigh) su saznali za rezultate amer i~kogistra iva~a V. Hilebranda (W. F. Hillebrand), koji jeizu~avao sastav raznih minerala, izme|u ostalih ikleveita.* On je utvrdio da, pri razlagawu minera-la u kqu~aloj sumpornoj kiselini, dolazi do izdva-jawa nekog gasa za koji je pretpostavio da je azot. Umartu 1895. godine Remzej je, pri ponovqenom ekspe-rimentu, dobio oko 20 cm3 gasa. Pri ispitivawu, uspektru se pojavila intenzivna uta linija, koju nedaje ni azot ni argon. Sumwaju}i da je u gasu mo`daprisutan nepoznati elemenat (uslovno nazvan krip-ton), Remzej je ampulu sa gasom poslao poznatomspektroskopi~aru V. Kruksu. Ve} narednog dana do-bio je telegram slede}e sad ine: “Kripton - to jehelijum 587,59 - do|ite da se uverite o tome. Pri-

mite moje ~estitke povodom izvanrednog ot-kri}a.”1 9

Tako je otkri}e “zemaqskog” helijuma postalosvr{eni ~in. Uskoro je bilo utvr|eno da helijumaima, ne samo u mineralima urana, nego i u drugimprirodnim izvorima, kao i u atmosferi.

Pokazalo se da je helijum, sli~no argonu, hemij-ski inertan gas. Wegov molekul, isto kao i molekulargona, je jednoatoman, sa atomskom masom 4.

ARGON

U toku 1892-1894. godine engleski fizi~ar X.Rejli je ispitivao gustinu azota iz raznih izvoraveruju}i da }e ga pore|ewa ovih rezultata oslobo-diti sistematskih gre{aka. Pokazalo se da azot iz-dvojen iz atmosferskog vazduha ima gustinu 1,2521 g/L, i da se razlikuje na tre}oj decimali od gustine“hemijskog” azota dobijenog pri razlagawu NH4NO2(1,2505 g/L). Kako se ova razlika od 0,13% javqala ikod azota dobijenog iz drugih “hemijskih” izvora:azot-monoksida, azot-suboksida ili amonijaka, apo{to je bio duboko ube|en u ispravnost svojih me-rewa, ovu razlik u nije mogao da prihvati kaogre{ku eksperimenta. Objavio je ove rezultate u~asopisu NATURE, ali se za wih zainteresovao sa-mo Vilijam Remzej, koji je predlo io Rejliju da za-jedno ispitaju ovu pojavu. Proveravaju}i gustinuazota, Remzej je dobio iste rezultate i predlo iokao mogu}e obja{wewe postojawe N3 u atmosfer-skom azotu.

Me|utim, kada je Remzej preduzeo spektroskop-ska ispitivawa atmosferskog azota, ustanovio jeda, pored ve} poznatog spektra azota (bila su to sva-kako ~ela traka N+

2 , koja su, zvog male disperzijekori{}enog spektroskopa, li~ila na linije), uo~iogrupu crvenih i zelenih linija koje nisu pripadalenijednom od poznatih elemenata. Nije bilo sumweda ispitivani azot sadr i primese nepoznatog gasa.Kada su za detaqno ispitivawe spektra zamoliliVilijema Kruksa, on je u wemu na{ao oko 200 linija(dve najintenzivnije linije argona u crvenom deluspektra su 706,72 nm, U1 i 696,43 nm). Me|utim, ni-vo razvoja spektralne analize u to vreme nije davaomogu}nost da se utvrdi da li spektar pripada jednomili grupi elemenata. Kako je utv|eno nekoliko go-dina kasnije, Rejli i Remzej su dr ali u rukama, nejedan, nego celu seriju inertnih gasova.

Nastavqaju}i istra ivawa autori su utvrdilida oko 1/80 zapremine azota ostaje slobodno, {to jejo{ 1785. godine utvrdio Henri Kevendi{ (H. Ca-vendish) u sli~nim, ali zaboravqenim, eksperimen-tima. Pred autorima se ukazao neobi~an elemenat-jednoatomski gas sa atomskom masom 40, prvi, odsvih do tada poznatih elemenata, koji je imao jedin-stveno svojstvo-apsolutnu hemijsku inertnost.**

* Kleveit, mineral nepostojanog sastava koji sadrì okside urana sa primesama torijuma i drugih elemenata. ** Tek relativno nedavno, {ezdesetih godina, dobijena su prva jediwewa inertnih gasova.

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 127

Novi gas Rejli i Remzej su nazvali argon1 6 premagr~koj re~i argoÐV- lew, neaktivan.

NEON, KRIPTON, KSENON

Neon. Posle otkri}a argona i helijuma, naosnovu metode Mendeqejeva, Remzej je pretpostaviomogu}nost postojawa porodice inertnih gasova. Da-qi rad u ovoj oblasti bio je omogu}en razvojem teh-n ik e do bijawa vr lo n is ki h temper atur a.Istraìva~i su mogli da rade sa velikim ko-li~inama te~nog azota, a bio im je dostupan i te~anvodonik.

U septembru 1897. godine Remzej je na jednomnau~nom skupu u Torontu (Kanada) saop{tio radpod naslovom “Neotkriven gas” ~ija je gustina u od-nosu na vodonik 10, a atomska te ina oko 20. Jo{dve godine ranije Lekok de Buabodran je, oslawaju}ise tako|e na Mendeqejeva, predvideo atomskete ine tri slede}a inertna gasa: 20,0945; 84,01 i132,71.

Gde da se traè novi gasovi nikome nije bilopotpuno jasno, ali su Remzej i Travers (M. Travers)pretpostavqali da bi to mogao da bude atmosfer-ski vazduh u kome bi oni mogli da se nalaze kao pri-mese.

Istra iva~i su iz prethodnih eksperimenataznali da, pri laganom isparavawu te~nog vazduha,helijum isparava prvi. Mesto u Periodnom sistemuje ukazivalo da tra eni gas, po isparqivosti i dru-gim svojstvima, treba da se nalazi negde izme|u he-lijuma i argona. Zna~i, novi gas treba traìti u pr-voj frakciji u kojoj vazduh isparava sa helijumom.Kada su tu najlak{u frakciju izdvojili i stavili ucev za pra wewe u spektru su, pored brojnih linijaazota, helijuma i argona, bile detektovane i novelinije od kojih su posebno bile intenzivne one u cr-venoj, utoj i zelenoj oblasti. Identifikacija semogla izvr{iti prema najintenzivnijim linijamana 640,22; 585,25 i 540,06 nm. Gas se pokazao kao he-mijski inertan i bio nazvan neon1 9 prema gr~kojre~i neÐoV- nov.

Sa imenom ovog elementa povezana je i jednaanegdota. U trenutku kada je Remzej posmatrao spek-tar upravo dobijenog gasa, u laboratoriju je u{aowegov dvanaestogodi{wi sin koji je ve} postao “na-vija~” za o~eve radove. Videv{i neobi~no intenziv-no crveno svetqewe , uzviknuo je: “new one!”

Kripton. Otkri}e kriptona 1898. godine biloje skoro slu~ajno2 0 . Ono je bilo posledica gre{keRemzeja koji je, ele}i da iz vazduha izdvoji helijum,po{ao pogre{nim putem. On je poku{ao da dobijegas iz ostatka nastalog pri laganom isparavawu

vazduha, drugim re~ima iz frakcije sa najvi{omta~kom kqu~awa. Prirodno helijuma, gasa sa naj-ni om ta~kom kqu~awa, tamo nije moglo biti, alije Remzej u spektru ovih frakcija video dve sjajnelinije: utu (587,09nm, U2) i zelenu (577,03 nm, U3)na mestima koja nisu odgovarala nijednom poznatomelementu. Tako je bio otkriven kripton ~ije imepoti~e od gr~kog kruptoÐV - skriven, u znak se}awa nate{ko}e koje je trebalo prevladati pri wegovomdobijawu u relativno ~istom stawu. Spektar krip-tona obiluje linijama u vidqivoj i ultraqubi~astojoblasti, tako da u obi~nim uslovima daje svetqewezeleno-plave boje. On je dva puta te i od argona i uvazduhu ga ima oko 5 puta mawe nego helijuma, prib-li no 0,0001%(v/v).

Ksenon. Peti inertni gas sada su sa uvereno{}upo~eli da tra e u frakciji te~nog vazduha sa naj-vi{om ta~kom kqu~awa, posle udaqavawa helijuma,vodonika, neona, kiseonika, azota i na kraju argona.Ostatak je predstavqao nepre~i{}en kripton.Me|utim, ostatak posle pre~i{}avawa davao je ucevi za pra wewe plavu boju i lep karakteristi~anspektar sa linijama od ute do qubi~aste boje (na-jintenzivnije linije za identi-fikaciju bile su467,11nm, U2; 462,43 nm, U3 i 450,05 nm). Dali su muime ksenon, od gr~ke re~i xeÐnoV - stranac2 1 , u znakse}awa da je u kriptonovoj frakciji izgledao kaosporedan stranac. U vazduhu ga ima vrlo malo - okodva milionita dela zapreminskog procenta.

O izvanrednim eksperimentalnim sposobno-stima Remzeja i Traversa moè se suditi prema~iwenici da su individualnost ksenona kao novoghemijskog elementa utvrdili rade}i sa 0,2cm3 toggasa, a za izu~avawe fizi~kih osobina koristilimawe od 4cm3. Bez obzira na sve te{ko}e koje supratile dobijawe ovog gasa, istra iva~i su u tokunaredne dve godine dobili oko 300 cm3 ksenona, za{ta im je bilo potrebno da prerade oko 77,5 milio-na litara vazduha.

I tako, krajem XIX veka, za samo ~etiri godinepostalo je poznato pet inertnih elemenata. Tadavi{e nije bilo sumwe gde je wihovo mesto u Period-nom sistemu. Osim toga, za tri od wih - neon, krip-ton i ksenon - mesta su bila odre|ena ve} ranije. Umartu 1900. godine u Londonu su se sastali Mende-qejev i Remzej i saglasili se da je neophodno da se zaove elemente uvede nova, nulta grupa u Periodnomsistemu.

U otkri}u radona (1900), posledweg, {estog~lana ove grupe elemenata, presudnu ulogu je imalaradioaktivnost ovog gasa, a ne wegov opti~ki spek-tar.


A b s t r a c t

SPECTROSCOPY AND DISCOVERY OF THE CHEMICALELEMENTS

A. Anti}-Jovanovi}1, M. S. Pavlovi}2 and

D. S. Pe{i}2

1Faculty of Physical Chemistry, University of Belgrade, POB137, 11000 Belgrade, Yugoslavia2 Laboratory of Physical Chemistry, Institute of Nuclear Scien-ces VINÂ, POB 522, 11001 Belgrade, Yugoslavia

The spectroscope developed in practical form (1860), wasused immediately by chemist for qualitative chemical analysis.Kirchhoff and Bunsen, in the course of their study of the alkalimetals, discovered in 1861 two new elements of this group: cae-sium and rubidium. In the following years, using the same tec-hnique of the optical spectroscopy, thallium, indium, galium,inert gases and many others elements were discovered. Usingthis method about one fifth elements of the Periodic table havebeen discovered.

LITERATURA

1. O tkrótie himi~eskih ïlementov, Red. D. A . Trifono-va, Prosveýenie Moskva 1980.

2. G. Lockermann, Histoire de la chimie, Dunod, Paris, 1962.3. P. Pascal, Traite de chimie minerale, Masson et Cie, Paris,

1934.4. J. W. Mellor, A Comprehensive Treatise on Inorganic and

Theoretical Chemistry, Longman, London, 1946.

5. N. A. F igurovsky, Istoriù himii, Mir, Moskva, 1979.6. W. Strube, Der Historische Weg der Chemie, Band I, II,

VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig,1981.

7. I. Asimov, A Short History of Chemistry, Heinemann, Lon-don

8. M. E. Weeks and H. M. Leicester, Discovery of the elements,7th ed., J. Chem. Educ., San Francisco, 1968.

9. F. Szabadvary and A. Robinson, The History of AnalyticalChemistry, Elsevier, Amsterdam, 1980.

10. G . R. Kirhgof, I zbrannóe trudó , Nauka, M oskva,1988.

11. G. Kirchhoff and R. Bunsen, Pogg. Ann. Physik, 113, 337(1861).

12. R. Bunsen and H. Roscoe, Pogg. Ann., 101, 235 (1857).13. W. Crookes, Chem. News, 3, 193 (1861); Phil. Mag. 21, 301

(1861).14. A. Lamy, Compt. Rend., 54, 1255 (1862).15. J. Janssen, Compt. Rend., 67, 494, 838 (1868).16. E. Frankland et J. N. Lockyer, Compt. Rend., 68, 420

(1869); Proc. Roy. Soc., 17, 288 (1869).17. G. W. Rayleigh and W. Ramsay, Phil. Trans., 186A, 187

(1895).18. M. W. Travers, A Life of ser William Ramsay, London,

1956.19. W. Ramsay and M. Travers, Proc. Roy., Soc., 63, 437

(1898).20. W. Ramsay and M. Travers, Proc. Roy. Soc., 63, 405 (1898).21. W. Ramsay and M. Travers, Brit. Ass. Report, p. 828 (1898).

IVAN GUTMAN, Prirodno-matemati~ki fakultet, Kragujevac

NOBELOVA NAGRADA ZA HEMIJU ZA 1998. GODINU

Nobelova nagrada za hemiju za 1998. godinu do-deçena je za istraÿivaña u kvantnoj i teorijskojhemiji. Po pola nagrade dobili su Œon Popl i Val-ter Kon.

Œon Popl (John A. Pople) roæen je 1925. godine ugradiõu Bernhem-on-Si (Burnham-on-Sea), o grofo-viji Somerset u Engleskoj. Åkolovao se u Engleskoji doktorirao iz matematike na Kembriœu (1951. go-dine). Iako je najveõi deo svog radnog veka proveo uSjediñenim Ameriøkim Drÿavama, zadrÿao je bri-tansko drÿavçanstvo. U vreme kada je dobio Nobe-lovu nagradu radio je na hemijskom odseku Univer-ziteta Northwestern u Evanstonu (Ilinoi, SAD).

Valter Kon (Walter Kohn) roæen je 1923. godine uBeøu, da bi se joå kao dete preselio u Kanadu. NaUniverzitetu u Torontu diplomirao je iz matema-tike i fizike (1945) i magistrirao iz matematike(1946). Posle toga preåao je u Sjediñene AmeriøkeDrÿave i na Harvardu doktorirao iz fizike (1948.godine). Najveõi deo radnog veka proveo je na Kali-fornijskom Univerzitetu u San Dijegu i (od 1979) uSanta Barbari. Ima ameriøko drÿavçanstvo.

Nobelovu nagradu za 1998. godinu dodeçena je“za pionirske doprinose razvoju metoda koje se mo-

S lika 1. Œon Popl

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 129

gu upotrebiti za teorijsko prouøavañe osobinamolekula i hemijskih procesa u kojima oni (moleku-li) uøestvuju”. Specijalno, Popl je nagraæen “zarazvoj kompjuterskih metoda u kvantnoj hemiji” aKon “za razvoj teorije funkcionala gustine”.

Onima koji ne poznaju detaçe savremene teorij-ske hemije, ova obrazloÿeña ne znaøe gotovo niåta.U nastavku ovog ølanka pokuåaõemo, u najkraõimcrtama, da objasnimo u øemu su zasluge ovogodiåñihnobelovaca. (Jedan opåirniji tekst na istu temu po-javiõe se u jednom od sledeõih brojeva “Hemijskogpregleda”.)

S lika 2. Valter Kon

Kvantna teorija, formulisana u prvih tridesetgodina naåeg veka, omoguõuje da se opiåu elektron-ska struktura atoma i molekula, kao i procesi kojinastaju ñihovim interakcijama (dakle, hemijske re-akcije). Tradicionalno se to øini preko svima poz-nate Åredingerove jednaøine:

Hψ = Eψ (1)

gde je H Hamiltonov operator, ψ talasna fun-kcija a E energija. Svaki sistem (atom, molekul, he-mijska reakcija) ima svoj karakteristiøni Hamil-tonov operator koji odreæuje funkciju ψ. Znajuõi ψmoguõe je, u principu, odrediti sve fiziøke i hemij-ske osobine posmatranog sistema. Uz odreæene re-zerve, moÿemo reõi da jednaøina (1) daje potpuniopis svih hemijskih pojava. Preostaje, meæutim, jed-na “sitnica”: jednaøinu (1) treba reåiti, odnosnotreba odrediti funkciju ψ.

Reåavañe Åredingerove jednaøine (1) je, opet uprincipu, moguõe i veõ dugo vremena su poznati ma-tematiøki postupci kojim se moÿe odrediti fun-kcija ψ, i to onoliko taøno koliko ÿelimo. To, me-æutim, zahteva izvanredno sloÿene i obimne nume-riøke postupke. Pre pojave brzih elektronskih ra-øunskih maåina, u drugoj polovini naåeg veka, re-

åavañe Åredingeove jednaøine za iole sloÿenijehemijske sisteme bilo je potpuno nezamislivo. Kadasu kompjuteri uåli u åiroku upotrebu, ta teåkoõaje otpala. Trebalo je “samo” razviti jedan pogodansoftver (programski paket). to je uøinio Popl.

Tokom viåe od tri decenije Popl i ñegovi(brojni) saradnici razvijali su programski paketGAUSSIAN i uøinili ga svima dostupnim. Time jehiçadama hemiøara omoguõeno da rutinski ivodekvantno-hemijske prora~une.. Iako to nije jediniprogramski paket takve vrste, GAUSSIAN je nesum-ñivo najpopularniji i u najåiroj primeni. Poplovkompjuterski program rezultovao je stotinama he-mijskih otkriõa i doveo do toga da kvatno-hemijskiproraøuni postanu redovni sastavni deo svakog oz-biçnijeg hemijskog istraÿivaña.

Svakom åkolovanom hemiøaru trebalo bi dabude poznato da funkcija ψ u jednaÿini (1) nema fi-ziøki smisao. Fiziøki smisao ima kvadrat talasnefunkcije, ψ2, koji se interpretira kao verovatnoõanalaÿeña elektrona u odgovarajuõem delu prostora.U sluøaju jednoelektronskih sistema (na primer,atoma vodonika) ψ je funkcija triju prostornih ko-ordinata; tada moÿemo reõi da je d = ψ2 gustinaelektronskog oblaka. U sluøaju viåeelektronskihsistema – a to su praktiøno svi sistemi od hemij-skog interesa – situacija je znatno komplikovanija.Tada je ψ funkcija 3N prostornih koordinata r1,r2,...., rN, gde je N broj elektrona i ri = (xi, Yi, zi). Gusti-na elektronskog oblaka definiåe se na sledeõi na-øin:

d = N ψ2(r1, r2, r3,...,rN) dr2 dr3... drN (2)

Gustina d i sada zavisi samo od tri prostornekoordinate xi, y, zi. Za razliku od funkcije ψ, fun-kcija gustine d se moÿe direktno eksperimentalnomeriti, na primer metodom difrakcije rendgenskihzraka.

Kon (u saradñi sa Hohenbergom) je 1964. godinepokazao da se iz poznavaña funkcije gustine moguodrediti sve ostale osobine odgovarajuõeg sistema(ukçuøujuõi i ñegovu energiju). Isti autori suformulisali jedan varijacioni princip pomoõu ko-ga se moÿe odrediti funkcija d, bez da se prethodnoreåava Åredingerova jednaøina (1) i primeñujeformula (2). Postupak koji se moÿe i praktiøno re-alizovati razradili su Kon i Åam (Sham) i on seøesto navodi kao KS- metoda.

Teorija koju je razradio Kon naziva se teorijafunkcionala gustine (density functional theory, DFT).Ona je, kako sa raøunske tako i sa konceptualne taø-ke glediåta, znatno pogodnija od metoda zasnovanihna reåavañu Åredingerove jednaøine. Ona je u po-sledñih desetak godina doÿivela nesluõeni proc-vat i postala novo moõno oruæe teorijske hemije.Moÿe se sa sigurnoåõu predvideti da õe teorijafunkcionala gustine u znatnoj meri promeniti na-øin teorijskog razmiåçaña u hemiji, a u dogledno

. ...∫∫∫


vreme i nastavu hemije (koji se danas u velikoj merizasnivaju na atomskim i molekulskim orbitalama,pojmovima koji su u teoriji funkcionala gostuneprevaziæeni).

Istaknimo, na kraju, da su obojica dobitnikaNobelove nagrade za hemiju za 1998. godinu – mate-matiøari. Taj podatak reøito govori o porastu ulo-ge matematike u savremenoj hemiji.

A b s t r a c t

NOBEL PRIZE FOR CHEMISTRY FOR 1998

Ivan Gutman

Faculty of Science, Kragujevac

The Nobel prize for chemistry for 1998 was awardedto John A. Pople and Walter Kohn. Their biographies andscientific achievements are briefly outlined.

BIÇANA V. ÆORÆEVIÕ, ŸIVADIN D. BUGARØIÕ, Prirodno-matematiøki fakultet;Institut za hemijske nauke, Kragujevac

TVRDE I MEKE KISELINE I BAZE

Prvu definiciju kiselina i baza dao je Bojl (R.Boyle) 1680. god. po kojoj su kiseline supstance øijivodeni rastvori imaju kiseli ukus, a baze supstanceøiji vodeni rastvori imaju alkalan ukus. Zatim jeDevi (H. Davy) 1815. god. primetio da je prisustvovodonikovog atoma neophodan, ali ne i dovoçan us-lov da bi se neka supstanca ponaåala kao kiselina.1884. god. Arenius (S. Arrhenius) definiåe kiselinekao supstance koje disocijacijom u vodi daju vodo-niøne jone, a baze hidroksilne jone. Bronsted iLori (J. N. Brönsted and T. M. Lowry)1,2 su 1923. god.predloÿili definiciju po kojoj su kiseline donoriprotona, a baze akceptori protona.

CH3COOH + H2O ←→ H3O+ + C H3COO -

Proton Proton Proton Proton Donor Akceptor Donor Akceptor

Iste godine Luis (G. N. Lewis)3 je predloÿiotakozvanu donorsko-akceptorsku teoriju kiselina ibaza. Po ovoj definiciji baze su davaoci (donori)elektronskog para, a kiseline primaoci (akcepto-ri) elektronskog para. Da bi se neka supstanca mog-la ponaåati kao baza ona mora posedovati najmañejedan “slobodan” (nevezan) elektronski par, koji neuøestvuje u stvarañu veze sa drugim atomima. Kise-lina, po ovoj definiciji, moÿe biti supstanca kojaposeduje najmañe jedan atom sa praznom orbitalom ukoju moÿe primiti elektronski par baze. Ova de-finicija je vrlo pogodna, jer se pomoõu ñe moÿe ob-jasniti i nastajañe kompleksnih jediñeña.

Postojañe velikog broja definicija kiselina ibaza, ukçuøujuõi i one koje se danas vrlo malo kori-ste, ilustriju ñihovu fundamentalnu sliønost. Sveone definiåu kiseline kao donore pozitivnih iliakceptore negativnih vrsta, a baze kao donore nega-tivnih ili akceptore pozitivnih vrsta. Uopåtava-ñem svih ovih definicija dobijamo da je kiselostpozitivni karakter hemijske vrste koji opada u re-akciji sa bazom, a baznost negativni karakter he-mijske vrste koji opada u reakciji sa kiselinom.

Prethodno je pomenuto da Luisova teorija moÿeobjasniti nastajañe kompleksnih jediñeña. Kom-

pleksna jediñeña nastaju kao rezultat centralnogjona metala da postigne stabilnu elektronsku kon-figuraciju. U reakciji sa ligandom, koji posedujeslobodan elektronski par, centralni jon metala seponaåa kao Luisova kiselina, odnosno akceptorelektronskog para, a ligand kao Luisova baza, tj. do-nor elektronskog para.

Fe2+ + 6H2O ←→ [Fe(H2O)6]2+

Luisova Luisova kiselina baza

[Fe(H2O)6]2+ + 6CN - ←→ [Fe(CN)6]4- + 6H2O

Jaka Luisova baza

Meæutim, Luisova teorija kislina i baza nije umoguõnosti da objasni stabilnost nastalih kom-pleksnih jediñeña.

Poznavajuõi osobine centralnog jona metala iosobine liganda iskusni hemiøari, u veõini sluøa-jeva, mogu da predvide stabilnost datog kompleksa.Na poøetku razvoja koordinacione hemije øesto semogla koristiti takozvana Irving-Viliamsova (Ir-ving-Williams) serija stabilnosti kompleksa4 za dvo-valentne jone metala, koja uzima u obzir prvenstve-no veliøinu jona metala i delimiøno uticaj ligan-dnog poça. Za dati ligand stabilnost kompleksa ra-ste u nizu:

B a2+ < Sr2+< Ca 2+< Mg2+< Mn2+< Fe 2+< Co2+<Ni2+ < Cu2+ < Zn2+.

Kasnije je primeõeno da neki joni metala gradevrlo stabilne komplekse samo sa jednom grupom li-ganada, dok sa ostalim gradi nestabilne ili ihuopåte ne grade. Tako su Arland, Øat, Dejvis i Vi-liams (S. Ahralnd, J. Chatt, N. R. Davies and A. A. Willi-ams),5 na osnovu svog dugogodiåñeg rada, izvråilipodelu jona metala u dve grupe:

• Grupa (a) – katjoni koji grade vrlo stabilnekomplekse sa ligandima øiji su donorski atomi N,O i F, gde spadaju alkalni i zemnoalkalni metali,prelazni elementi viåeg oksidacionog staña i H+.

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 131

• Grupa (b) – katjoni koji grade vrlo stabilnekomplekse sa ligandima øiji su donorski atomi P, Si Cl, a to su prelazni elementi niÿeg oksidacionogstaña.

Kompleksna jediñeña nastala izmeæu katjonagrupe (a) i liganada sa N, O ili F donorskim atomomsu vrlo stabilna, a veza je prvenstveno elektrosta-tiøke prirode. U sluøaju katjona grupe (b) sa P, Sili Cl donorom nastaju takoæe stabilna kompleksnajediñeña, ali je veza kovalentne prirode.

Nakon Arlanda i ñegovih saradnika, Pirson(Ralph G. Pearson)6 ,7,8 se takoæe bavio problemati-kom stabilnosti kompleksnih jediñeña. On je pro-uøavao reakcije nukleofilnog premeåtaña tipa

N + S-X → N-S + X

u kojima je N nekleofilni reagens (Luisova baza), aS-X supstrat koji sadrÿi grupu za premeåtañe X(bazu) i Luisovu kiselinu S. Na poøetku on je prou-øavao samo brzinu ovakvih reakcija za odreæenu vr-stu supstrata, a kasnije i konstantu ravnoteÿeovakvih procesa.

Na osnovu svojih radova i prethodne podele jonametala na (a) i (b) katjone, Pirson je izvråio do-datnu podelu Luisovih kiselina u dve kategorije:prvu kategoriju øine one kiseline koje se vrlo jakovezuju za baze koje poseduju veliki afinitet premaprotonu, dok druga kategorija obuhvata kiseline ko-je se jako vezuju za visoko-polarizovane i nezasiõenebaze, koje poseduju mali afinitet prema protonu.Ovakva podela kiselina nije apsolutna, jer se nekijoni metala, po svojim osobinama ne mogu svrstatini u jednu od ovih grupa, ali je ipak u veõini sluøa-jeva vrlo korisna.

Pirson je prvu kategoriju kiselina nazvao trv-dim, a drugu mekim. Pridevi tvrd i mek su predlo-ÿeni od strane profesora Buåa (D. H. Busch, OhioState University, USA). Istovremeno, doålo je i dopodele baza na tvrde i meke. U grupu tvrdih bazasvrstani su ligandi male polarizabilnosti, viso-kog negativnog naelektrisaña, sa donorskim atomi-ma visoke elektronegativnosti, dok su meke baze li-gandi visoke polarizabilnosti sa donorskim ato-mima male elektronegativnosti. Po Pirsonu, tvr-de kiseline grade vrlo stabilne komplekse sa tvr-dim bazama, a meke kiseline sa mekim bazama. Za sta-bilnost prvih odgovorna je jonska, a drugih kova-lentna veza. Tako, elementi Ia, IIa grupe i prelaznielementi viåeg oksidacionog staña grade stabilnajonska jediñeña sa F-, OH -, H2O, R2O, ROH, ClO4

- idrugim ligandima tog tipa, dok prelazni elementiniÿeg oksidacionog staña grade stabilna kovalen-tno vezana jediñeña sa ligandima tipa R2S, RSH,SCN -, CN -, R3P itd. Ukoliko neki ligand posedujeviåe donorskih atoma, tvrde ili meke karakteri-stike takvih liganada se odreæuju u zavisnosti pre-ko kog donorskog atoma se vråi koordinacija. Usluøaju SCN -, ukoliko je S donorski atom, on se po-

naåa kao meka baza, ali ukoliko se koordinacija vr-åi preko atoma N , on je tvrda baza.

Svrstavañe jona, molekula ili grupa u tvrde imeke kiseline i baze je rezultat dugogodiåñeg radaniza nauønika. Na poøetku presudna je bila veliøi-na molekula ili jona i koliøina naelektrisaña.Tako su mali i visoko-naelektrisani molekuli i jo-ni svrstavani u grupu tvrdih kiselina ili baza, doksu veliki molekuli i joni, sa malom koliøinom nae-lektrisaña svrstavani u grupu mekih kiselina i ba-za. Pokazalo se da je polarizabilnost takoæe pre-sudna za odreæivañe tvrdoõe i mekoõe hemijskihvrsta.

Molekuli i joni male polarizabilnosti pose-duju tvrde karakteristike, a visokopolarizovanimeke. Ostale osobine koje su usko povezane sa pola-rizabilnoåõu, kao åto je veliøina jonskog poten-cijala, elektronegativnost, prisustvo nezasiõenos-ti itd. takoæe su koriåõene u odreæivañu tvr-do-mekih karakteristika.

Pozmatrajuõi sa razliøitih aspekata, grupa na-uønika postavila je øetiri teorije za lakåe objaå-ñeñe tvrdo-mekih karakteristika kiselina i baza,i stabilnosti nastalih proizvoda, a to su:

• Jonsko-kovalentna teorija• Teorija o stvarañu π-veze• Elektronski efekat• Solvataciona teorijaJonsko-kovalentnu teoriju razvio je Miliken

(R. S. Mulliken),9 i ona se bazira na tipu veze nastaleu reakciji izmeæu kiselina i baza. Tvrde kiseline itvrde baze grade jonska jediñeña, dok meke kiseli-ne i meke baze grade stabilna kovalentna jediñeña.Za pripisivañe tvrdo-mekih karakteristika, poovoj teoriji, presudna je veliøina jona, koliøina na-elektrisaña, polarizabilnost i elektronegativ-nost.

Øat10 je postavio teoriju o moguõnosti stvara-ña dodatne π-veze koja umnogome moÿe stabilizo-vati odreæene proizvode reakcija. Po ñemu, mekekiseline poseduju elektrone u spoçaåñoj d-orbita-li koji mogu da uøestvuju u stvarañu dodatne π-vezesa ligandima, koji, pak, imaju prazne orbitale na do-norskim atomima. U procesu stvaraña π-veze mekakiselina se ponaåa kao donor elektronskog para.Ukoliko je ligand neki neutralni molekul (CO,izonitril) elektroni mogu popuñavati i molekul-ske orbitale. Tvrde kiseline, takoæe, mogu graditidodatnu π-vezu sa ligandima, ali se one u tom proce-su ponaåaju opet kao akceptori elektronskog para.

Elektronski efekat objasnio je Picer (K. S.Pitzer).1 1 Londonove ili van der Valsove sile, kojese javçaju izmeæu atoma ili atomskih grupa unutarjednog molekula, takoæe mogu uticati na stabilnostproizvoda reakcije.

Parker (A. J. Parker)12 je primetio da rastvaraøsmañuje baznost malih anjona, ali poveõava baznostvelikih. Kada su u pitañu neutralni molekuli ovaj


efekat nema velikog uticaja, ali u sluøaju jona, sol-vatacija smañuje tvrdoõu a poveõava mekoõu jona.

Na osnovu prethodnog tvrde i meke kiseline ibaze mogu se definisati na sledeõi naøin:

• Tvrde kiseline su hemijske vrste malog radiju-sa, male voluminoznosti, sa velikim viåkom pozi-tivnog naelektrisaña i veoma izraÿenim polari-tetom molekula.

• Meke kiseline poseduju veliki radijus, velikuvoluminoznost, ali mali viåak pozitivnog naelek-trisaña i mali polaritet molekula.

• Hemijske vrste male voluminoznosti, niskepolarizabilnosti, sa velikim viåkom negativnognaelektrisaña i donorskim atomima visoke elek-tronegativnosti nazivamo tvrdim bazama.

• U grupu mekih baza svrstavamo voluminoznijei polarizabilnije hemijske vrste sa donorskim ato-mima male elektronegativnosti.

Ova podela nije gruba, jer ponaåañe nekih jonaili molekula puno zavisi i od uslova pod kojima seneka hemijska reakcija izvodi. Zbog toga postoje igrupe prelaznih tvrdo-mekih kiselina i baza, zasvrstavañe onih molekula i jona koji se po svojimosobinama ne mogu svrstati u prethodne øetiri. UTabeli 1. prikazane su tvrde i meke kiseline i bazezajedno sa predstavnicima grupe prelaznih tvr-do-mekih kiselina i baza.

Poznavañe veliøine, polarizabilnosti, elek-tronegativnosti i drugih osobina koje su presudneza odreæivañe tvrdoõe ili mekoõe hemijskih vrstaponekad nije dovoçno. U veõini sluøajeva moraju seprimeñivati i neke eksperimentalne metode, reci-mo, za odreæivañe konstanti stabilnosti nastalihkompleksnih jediñeña, brzine supstitucije ligana-da, zatim, odreæivañe kiselinsko-baznih osobinauøesnika reakcija itd. Na osnovu vrednosti kon-stanti stabilnosti kompleksnih jediñeña odreæe-nih jona metala sa F, O i N donorskim ligandima i I,S i P donorima vrlo jednostavno moÿemo odredititvrdoõu ili mekoõu datog jona metala. Uporeæiva-ñem vrednosti brzine reakcije supstitucije kom-pleksa metala sa odreæenom grupom liganada takoæepotpomaÿe ovoj kategorizaciji. Jedan od naøina zaodreæivañe tvrdoõe baza je uporeæivañe ñihovebaznosti prema protonu i CH3Hg+ jonu, metilmer-kuro (I)-jonu. Ako je baznost liganda veõe premaprotonu u odnosu na CH3Hg+ - jon on se svrstava ugrupu tvrdih baza, i obrnuto. Induktivni efekattakoæe utiøe na tvrdoõu i mekoõu odreæenih sup-stanci. Prisustvo supstituenata sa -I efektom sma-ñuje mekoõu, a poveõava tvrdoõu hemijske vrste.

Danas je poznato za veliki broj katjona, anjona imolekula kojoj grupi Pirsonovih kiselina i bazapripadaju. Ujedno, to ne mora da znaøi da mi sa si-gurnoåõu moÿemo predvideti najstabilniji proiz-vod koji nastaje u odreæenoj hemijskoj reakciji. Zaveõinu sluøajeva vaÿi da kompleksna jediñeña na-

stala reakcijom tvrdo-tvrdih uøesnika su stabil-nija od jediñeña meko-mekih i tvrdo-mekih uøesni-ka. Pored ovog pravila moraju se uzeti u obzir idrugi faktori koji mogu uticati kako na stabil-nost proizvoda reakcije, tako i na sam proces hemij-ske reakcije (temperatura, pritisak, prisustvo ka-talizatora ili inhibitora, helatni efekat itd.).Oznaøavañe neke jedinke po Pirsonovom pravilu jevrlo teåko, jer se u tom sluøaju moraju uzeti u obzirsvi faktori koji utiøu na ñeno ponaåañe u rastvo-ru.

Tabela 1. Tvrde, prelazno tvrdo-meke i meke kiseline i baze.

TVRDE KISELINE TVRDE BAZE

H+, Li+, Na+, K+,B e2+, M g2+, C a2+, S r2+, Sn2+,Sc3+, L a3+, Ce4+, G d3+, Ln 3+, T h4+, U4+,C r3+, C r6+, M n7+, M n2+, Co 3+,Ti4+, Zr4+, Hf4+, Fe3+, Ir3+, S i4+,

U O22+, VO2+, Mo O3+, VO2+,

W O4+,A l3+, Ga3+, In 3+, Y3+, Sn 4+, A s3+,B F3,B C l3, AlC l3, AlH3,B e(CH3)2, Al (C H3)3,

B (OR )3, SO3, C O2, R 3C +,

R C O+, NC +

C l3+, C l7+, I5+, I7+,N3+, C H3Sn3+, (C H3)2Sn 2+,H X (X = halogenidi)

F -, OH -,H2O, R 2O, R OH,

C lO4-,

C O32-, NO3

-, SO 42-, PO4

3-,

C 2O42-,

C H3C OO-, O2-, RO-,

NH3, R NH2, R 2N H, NC S-,

(C l-)

PRELAZNO TVRDO-MEKE KISELINE

PRELAZNO TVRDO-MEKE BAZE

Fe2+, C o2+, Ni2+, C u2+,

Z n2+, R b3+, Ir3+, Rh3+, R u2+, O s2+,Sn2+, Pb2+, Sb3+, Bi3+,B (C H3)3, G aH 3, Ga(CH 3)3,

C6H5+, NO+, SO2

NO2-, SO3

2- ,

B r-, (C l-),N2, N3

-,C 5H5N, C 6H5N ,

MEKE KISELINE MEKE BAZE

Pd2+, P t2+, C d2+, Hg2+,C u+, Ag +, Au3+, A u+, Hg+,P t4+, M o (M = m etal),T l+, Tl3+, Tl(C H3)3, Co (CN)5,

C H3Hg+,B H3,G aC l3, GaBr3, Gal3,

B r2, Br-, I2, I-,C l, Br, I, N, R3P,C H2, karbeni,

H O+, RO+, R S+, RSe+,IC N

H-, B H+, R -,R 2S, R SH , RS -,C 2H4, C 6H6,

SCN - (S d onor), C N-, R CN, C O,R 3P, (RO)3P, R3As,

I-, S2O32-

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 133

Pirsonovo pravilo se najøeåõe koristi u pro-cesu sinteze kompleksnih jediñeña. Ono se takoæemoÿe primeñivati i u ostalim oblastima koje suusko povezane sa sintezom kompleksnih jediñeña.Na primer, veõina bioloåki znaøajnih metalnih jo-na pripada grupi tvrdih kiselina, dok ujedno, fun-damentalni celularni sastojci po strukturi su pr-venstveno tvrde baze, odnosno, ÿivi sistemi sutvrdi. Meæutim, veõina za çudski organizam tok-siønih jona metala pripada grupi mekih kiselina(Ag, Pb, Hg, Cd), åto uvek treba imati na umu u slu-øaju trovaña. Naravno, ovo je samo jedan od mnogo-brojnih primera kako ovo, na izgled vrlo jednostav-no pravilo, moÿe naõi svoju primenu.A b s t r a c t

HARD AND SOFT ACIDS AND BASES

Biçana V. Æoræeviõ and Ÿivadin D. Bugarøiõ

Institute of Chemistry, Faculty of Sciences, University ofKragujevac, P. O. Box 60, 34 000 Kragujevac, Yugoslavia

One of the most useful definition of acids and bases ishard and soft acids and bases or Pearson’s acids and ba-ses. Classification of ions like hard or soft acids is based ontheir size, polarity, polarizability, electronegativity, etc. Ahard metal ion or hard acid is one which retains its valen-ce electrons very strongly. Hard acids are not readily pola-rized and are of small size and high charge.Correspondingly, a soft acid is relatively large, does not re-tain its valence electrons firmly and is easily polarized. Li-gands containing highly electronegative donor atoms (O, N,

F) are difficult to polarize and can be classified as hard ba-ses. Easily polarized ligands, containing S, P, as donor at-oms are soft bases. As a general rule, the formation ofstable complexes results from interactions between hardacids and hard bases, of soft acids and soft bases.Hard-soft interactions are week.

The metal ions of biological significance are hard orborderline hard. Furthermore, fundamental cellular consti-tuents and potential binding groups are hard elements. Inother woords, living sistem is hard.

LITERATURA

1. J. N. Brönsted, Recl. Trav. Chim. Pays-Bas, 1923, 42,718

2. T. M. Lowry, Chem. Ind. (London), 1923, 42, 433. G. N. Lewis, Valence and Structure of Molecules, The

Chem. Cat. Co., New York, 19234. H. Irving, R. J. P. Williams, Nature, 1948, 162, 746; J.

Chem. Soc. 1953, 31925. S. Ahrland, J. Chatt, N. R. Davies, A. A. Williams, J.

Chem. Soc., 1958, 2646. R. G. Pearson, J. Am. Chem., 1963, 85, 35337. R. G. Pearson, J. Chem., Educ 1968, 45, 5818. R. G. Pearson, J. Chem., Educ 1968, 45, 6439. R. S. Mulliken, J. Phys. Chem., 1952, 56, 80110. J. Chatt, L. A. Duncanson, L. M. Venanzi, J. Chem.

Soc. 1955, 445611. K. S. Pitzer, J. Chem. Phys., 1955, 23, 173512. A. J. Parker, J. Chem. Soc., 1962, 132813. S. Arhland, Öster. Chem. Zeitung., 1989, 90, 185

ÇUBA MANDIÕ I JASMINKA KOROLIJA, Hemijski fakultet, Univerzitet u Beogradu

56 “ZAKONA DOBRE NASTAVE”

Pre nekoliko godina u øasopisu koji se bavi na-stavom hemije (1), objavçen je tekst pod naslovom“56 zakona dobre nastave”, koji po naåem miåçeñu,moÿe da svakog nastavnika podstakne na razmiåça-ñe o sopstvenoj nastavi kao i da mu omoguõi proce-nu sopstvenog rada.

Ovi “zakoni” precizno definiåu postupañanastavnika u nastavnom procesu, ali na drugaøijinaøin od klasiøne didaktiøke literature. S obzi-rom na to da je ølanak napisao Herbert C. Fridmen,profesor Odseka za biohemiju i molekularnu bio-logiju Univerziteta u Øikagu, dakle nauønik komemetodika nastave hemije i pedagogija nisu nauønoopredeçene, “zakoni” su napisani popularno i pro-vokativno, pri øemu ukçuøuju sve didaktiøke prin-cipe.

Veõina nastavnika hemije sigurno primeñujemnoge od ovih “zakona” u svome radu, iako o ñimanisu razmiåçali na dati naøin. Stoga smo pripre-mili pregled ovih zakona sa ciçem da svako ko sebavi nastavom joå jedanput, analizirajuõi zakone,napravi osvrt na svoj rad.

Veõ iz samog naslova – 56 zakona, a u odnosu nabroj prihvaõenih didaktiøkih principa (9), uoøavase da je autor posmatrao nastavni proces iz velikogbroja uglova, koje moÿemo da razvrstamo u tri gru-pe:

A. - “opåti zakoni dobre nastave”,

B. - “zakoni” koji se odnose na planirañe na-stavnog procesa, izbor nastavnih sadrÿaja i metoda,oceñivañe uøenika,

C. - odnos nastavnika prema uøenicima.

A. OPÅTI “ZAKONI DOBRE NASTAVE”

1. Nikada ne drÿite predavañe ako vaåe znañeuveliko ne prevazilazi sadrÿaj vaåeg predavaña.

2. Predavañe ne uøite napamet, samo razumiteono åto predajete.

3. Neka vaåe predavañe bude spontano, ali neimprovizujte svojim znañem.

4. Ne øitajte beleåke na predavañu osim bro-jeva kojih se ne moÿete setiti.


5. Imajte beleåke ili izvode predavaña priruci, ali ih ne koristite. Dobar glumac ne trebasuflera.

6. Nikada ne øitajte iz materijala koji dajeteuøenicima.

7. Razlika izmeæu predavaña i glume je da kodpredavaña prvo dolazi sadrÿaj, a potom slede rela-cije, a kod glume sadrÿaj sledi relacije.

8. Kompetentnost nastavnika mora uvek imatiprednost nad omiçenoåõu.

9. Uvek koristite iskustvo, ono õe uøiniti daostanete sveÿi i spontani.

10. Dopustite sebi neznañe, ali znajte dovoçnoda kaÿete kada je neznañe vlastito ili kada je toopåte neznañe.

11. Nikada se ne åalite åale radi, nego samo usluÿbi onoga o øemu priøate.

12. Ne smatrajte da je vaå predmet najznaøajniji:mislite kako je veliko zadovoçstvo to åto su uøe-nici zainteresovani za to o øemu govorite.

13. Nikada ne smatrajte da õe vaå predmet veõi-ni uøenika biti vaÿan za profesionalno oprede-çeñe.

14. Radite uvereni da je vaåa nastava veoma zna-øajna iako moÿda neõete biti u moguõnosti da to do-kaÿete.

15. Nikada ne pretpostavçajte da tiåina u uøi-onici znaøi da su uøenici razumeli vaåe predava-ñe. Uøenici mogu biti i zbuñeni.

16. Posmatrajte uøenike dok predajete: tavanicai pod nisu interesantni kao ni crna tabla.

17. Ne odlazite na predavaña ako niste stimu-lisani i ako ste iscrpçeni, jer bez stimulacijepredavañe moÿda neõe biti dobro.

18. Inteligencija se meri viåe kvalitetom ne-go kvantitetom znaña.

19. Primarni zahtev nastave je da zadrÿi entu-zijazam uøenika uprkos rasta ñihovog znaña; dobaruøiteç gaji kreativnost dajuõi informacije.

20. Ne meåajte dobru nastavu sa dobrim ispiti-vañem niti dobro ispitivañe sa dobrim oceñiva-ñem. Predavañe je jedna stvar, ispitivañe druga, aoceñivañe i vrednovañe treõa; dobar nastavnikmora savladati sve tri.

21. Uvek poønite i zavråite vaåe predavañe navreme.

B. ZAKONI KOJI SE ODNOSE NA PLANIRAÑE NASTAVNOG PROCESA, IZBOR NASTAVNIH SADRŸAJA I METODA, OCEÑIVAÑE UØENIKA

22. Planirajte vaåe predavañe ali ne buditerob vaåeg plana.

23. Poønite svako predavañe sa uvodom. Napoz-navañe termina zbuñuje uøenika mañe od nedostat-ka oøekivaña.

24. Izaberite dobru kñigu, ali je ne prepriøa-vajte na predavañu.

25. Nikada ne smatrajte da õe obraõañe paÿñena detaçe zameniti nedostatak perspektive.

26. Svaka nauøna disciplina ima svoj vlastitijezik: dobra nastava omoguõava izuøavañe jezika ane samo reøi.

27. Izbegavajte grafoskop: boçe da imate jednugreåku i budete spontani nego da nemate greåku ibudete dosadni. Predavañe nije nauøno saopåteñe.

28. Izbegavajte monotono izlagañe: interesuøenika bi trebao da bude usmeren ka onome åtopredajete, a ne ka vaåem glasu.

29. Drÿite predavañe smiåçenom brzinom.Brbçañe dovodi do kofuzije, dok nejasan izgovordovodi do dosade.

30. Nikada ne drÿite isto predavañe dvaput.Posmatrajte uøenike da biste znali kada vas prate.

31. Ne smatrajte da samo jednom upotrebçenareø ili ideja moÿe da pridobije uøenike. Razmiå-çañe i razumevañe zahtevaju suåtinu, a ne nago-veåtaj.

32. Odgovorite na sva pitaña æaka najboçeåto moÿete, poåto postavçeno pitañe retko pra-vi problem samo jednom uøeniku; pitañe uøenikanije upadica veõ izazov da se odgovor ugradi u osta-tak predavaña.

33. Postavçajte pitaña u toku predavaña: uøe-nici formiraju pristup uøeñu upravo na osnovu ti-pova zadataka koja im u toku predavaña postavçate.

34. Nikada na poøetku predavaña ne govoritesporo, a na kraju brzo. Na ovaj naøin zamarate uøe-nike.

35. Nikada na poøetku predavaña ne govoritebrzo, a na kraju sporo. Ovo pokazuje da ste iscrplisadrÿaj za predavañe.

36. Nikada ne zaboravite da istaknete novitermin ili novi pojam piåuõi ga na tabli ili po-navçajuõi na takav naøin da uøenik ima vremena daga zapiåe, ali nikada ne ponavçajte svaku reøenicu:razultat doslovnog ponavçaña je jednostavno polo-vina predavaña za odreæeno vreme.

37. Ne meåajte predavañe sa diktirañem: prvoje kreativni proces u kome uøenik aktivno uøestvu-je, drugo je mehaniøki zadatak, pasivno zapisivañeza kasnije razumevañe.

38. Nikada ne budite tako jednostavni da bude-te trivijalni, ili tako komplikovani da budete ne-razumçivi: jasno predavañe znaøi bez velike jedno-stavnosti i bez nerazumçivosti.

39. Nastavnici nikada ne daju ocene. Uøeniciih zasluÿuju.

C. ODNOS PREMA UØENIKU

40. Nikada ne oøekujte od vaåih uøenika da na-uøe ili razumeju ono åto vi ne moÿete ili nistenauøili ili razumeli.

41. Nikada ne stavçajte uøenika u poloÿaj dabude predmet egzibicije vaåe uøenosti: uøenika ne

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 135

interesuje åta vi znate, veõ ÿeli da zna åta on mo-ÿe da nauøi od vas.

42. Ne budite ponosni åto znate viåe od va-åih uøenika; oni nisu birali da budu roæeni poslevas.

43. Nikada nemojte izjednaøavati neznañe ilinedostatak znaña odreæenog broja vaåih uøenika saglupoåõu.

44. Uvek drÿite predavañe pretpostavçajuõida vaåi uøenici ÿele da uøe, a ne samo da dobiju do-bru ocenu.

45. Nikada ne postavçajte pitaña iz tema nakoje niste ukazali uøenicima.

46. Nikada ne govorite uøenicima da budu “od-govorni” za uøeñe neke teme. Odgovornost podrazu-meva uøeñe kao obavezu koju su duÿni drugima viåenego obavezu prema samome sebi. Granica izmeæu po-sluånosti i samopoåtovaña je tanka ali jasna.

47. Uvek pohvalite vaåe uøenike za ñihoveuspehe. Nikada ih ne osuæujte za ñihove neuspehe.

48. Nikada se ne smejte vaåim uøenicima, veõse smejte sa ñima.

49. Nikada ne ismejavajte vaåe uøenike, osimako ne ÿelite da oni to rade sa vama.

50. Uvek shvatajte uøenike toliko ozbiçno ko-liko ÿelite da oni shvataju vas.

51. Nikada se nemojte razçutiti pred odeçe-ñem. Uøenici nisu zainteresovani za vaåe liøneemocije.

52. Poåtujte vaåe uøenike i oni õe poåtovativas, obraõajte im se sa uøtivoåõu koju oni neõe sma-trati popustçivoåõu.

53. Nemojte izjednaøiti familijarnost sa jed-nim delom uøenika sa nedostatkom poåtovaña iliintelektualno neslagañe sa liønom antipatijom.

54. Nikada ne pretpostavçajte da je uøenik ko-ji spava nezainteresovan za vaåe predavañe ili damu je ono dosadno. Moÿda je celu noõ uøio drugipredmet.

55. Ne podsmevajte se originalnosti uøenikaroæenoj iz neznaña.

56. Ne oøekujte da vaåi uøenici imaju neogra-niøen kapacitet za uøeñe. Granice zasiõeña su od-reæene viåe fizioloåki nego inteligencijom.

A b s t r a c t

FIFTY-SIX LAWS OF GOAD TEACHING

Çuba Mandiõ, Hemijski Fakultet Beograd

Jasminka Korolija, Hemijski Fakultet Beograd

On the basis of his long-term teaching students at theDepartment of Biochemistry and Molecular Biology, Uni-versity of Chicago, Professor Herbert C. Friedmann gave“Fifty-six Laws of good teaching”.

In our opinion these “laws” could be very useful forevery teacher and this is the reason why we translated them.

LITERATURA

1. Herbert C. Friedman, J. Chem. Educ., 67, 413 (1990)

BELEÅKE

“BELEÅKE IZ SUTRAÅÑI CE – O SVETU O KO N AS” IVA NA DRAGANIÕA

U izdañu beogradskog “Kluba NT”, kao jedanae-sta kñiga ñegove biblioteke “Popularna nauka”,izaåla je poøetkom 1998. godine kñiga Ivana Dra-ganiõa “Beleåke iz sutraåñice – o svetu oko nas”(273 strane). Recenziju kñige izvråio je i predgo-vor napisao akademik Zvonko Mariõ, naå istaknu-ti teorijski fiziøar.

Ivan Draganiõ je poznato ime naåe i svetskenauke. Zaøetnik je radijacione hemije u nas i jedanod pionira te relativno mlade nauke uopåte. Obja-vio je viåe od sto nauønih radova u najuglednijimsvetskim øasopisima i øetrdesetak kñiga øiji jebio autor, koautor ili urednik. Spada tako u naåenajplodnije i najuspeånije nauøne radnike, o øemusvedoøi i broj citata ñegovih radova u svetskoj na-uønoj literaturi. U tome je, mislim, bez premca unaåoj sredini.

Draganiõ se posledñih godina posebno intere-suje za ulogu jonizujuõeg zraøeña u procesima stva-raña i evolucije ÿivota na ranoj Zemçi i u jezgri-

ma kometa. Bio je jedan od prvih zagovornika teze daje jonizujuõe zraøeñe jedan od odluøujuõih faktora utim procesima. Ñegovi radovi iz te oblasti sma-traju se u svetu znaøajnim doprinosom toj problema-tici.

Najveõi deo svog radnog veka Draganiõ je pro-veo u Institutu za nuklearne nauke u Vinøi; godina-ma je radio i u istaknutim nauønim centrima åi-rom sveta: od Francuske, preko Danske do Meksika.

Bilo je potrebno sve ovo reõi, s jedne strane dase istakne kompetentnost autora da se u ovoj kñiziupusti u enciklopediski prikaz savremene nauøneslike sveta, s druge strane, da postane razumçivijakonstrukcija ñegove fabule. U “Beleåke”, naime,on na veåt naøin utkiva svoj ÿivotni put i bogatoiskustvo koje je stekao upravo radeõi u raznim sre-dinama åirom sveta.

Kñiga je podeçena u øetiri dela: svet beskraj-no velikog, u kome se govori o vasioni, Sunøevom si-stemu i Zemçi; svet beskrajno malog, koji obuhvata


atom, ñegovo jezgro i “elementarne øestice”; ÿi-vot, sa saznañima i razmiåçañima o postanku ÿi-vota i evoluciji koja je dovela do danaåñeg homo sa-piens sapiensa. Øetvrdi deo: “Na trusnom tlu istori-je”, posveõen je razmiåçañima o politiøkim idruåtvenim prilikama u nas i u svetu i o poloÿajupojedinca u druåtvu onakvom kakvo se oøekuje po-øetkom 21. veka.

U opisivañu sveta oko nas, Draganiõ, polazeõiod spoznaje savremene nauke, gleda na stvari iz per-spektive buduõnosti. Otud i naslov kñige: “Beleå-ke iz sutraåñice”. On ne odlazi u daleku buduõnosti time izbegava zamku u koju se øesto upada pri na-stojañu da se predvidi buduõnost. On svoj osmatraø-ki poloÿaj pomera samo za nekoliko godina una-pred, pa je ekstrapolacija sa danaåñeg staña naukei uz poznavañe postojeõih trendova, priliøno si-gurna.

Prvi deo, tako, posveõen beskrajno velikom,autor piåe iz perspektive 2001. godine. U ovom de-lu on putuje na kongres “Meæunarodnog udruÿeña zaizuøavañe kosmosa”, koji se odrÿava u Parizu, me-stu ñegovog boravka dok je sredinom ovog veka naSorboni radio na svojoj doktorskoj disertaciji.Koristeõi rezultate rada kongresa, on sumira naåadanaåña saznaña o kosmosu, ekstrapolirana na2001. godinu. Pritom opisuje i ÿivot u Parizu u todoba, poredeõi ga sa onim kojeg se seõa iz davnih idivnih studentskih dana.

Drugi deo, posveõen beskrajno malom, pomerenje u 2003. godinu. Ponovno je koriåõen odlazak najedan nauøni skup, sada na “Okrugli sto atomista”,koji se odrÿava u Institutu Nilsa Bora u Kopenha-genu. Draganiõ se tako opet vraõa u jednu sredinukoju odliøno poznaje iz vremena kad je pre viåe de-setina godina u danskom nuklearnom centru Rizo sadanskim kolegama razvijao nove metode praõeña ra-dijaciono-hemijskih procesa. Uzbudçiv je ñegovopis atmosfere koja vlada u Borovom institutu, toj,veõ skoro vekovnoj, “Meki fiziøara celog sveta”.

O razgovoru sa nobelovcem Nilsom Borom Dra-ganiõ piåe: “Bio je to moj prvi boravak u Danskoj ipoøetak dugogodiåñe saradñe... U centralnom deluInstituta, ispred zgrade sa malim amfiteatrom, je-dan spomenik – dve krave u prirodnoj veliøini,izgraæene u bronzi modernisti~kim pristupom. Ne-koliko dana kasnije sam o bronzanim kravama øuoneåto bliÿe iz ’prve ruke’, od Nilsa Bora... Na pi-tañe da li postoji neåto åto mi je palo u oøi, odgo-vorio sam, pomalo oklevajuõi, dve bronzane krave.Na ñegovom snaÿnom licu se pojavio smeåak puntopline i blagosti: izbor je, veli, pao na konkursukoji je raspisan pri zavråetku izgradñe Instituta.

Prispeli radovi su bili umetniøka viæeña atoma,a ovaj sa kravama samo je jedan od retkih øija tema-tika nije bila atomskoumetniøka. On se opredelioza ñega kako zbog dopadçivosti umetniøkog reåe-ña tako i zbog teme koju obraæuje: da nema krava nebi bilo mleka i sira od kojih drÿava Danska ÿivi,pa ni ovoga Instituta. To su onda, rekao je kao prav-dajuõi se, prihvatili i drugi, bilo je reøeno skrom-no i jednostavno”.

Kod treõeg dela posveõenog ÿivotu, veõ smo u2005. godini, a autor je u Meksiku gde prisustvuje sa-stanku “Meæunarodnog nauønog druåtva za izuøava-ñe porekla ÿivota”, koji organizuje UNESKO. Pri-sustvovañe skupu omoguõuje mu da rezimira sva na-åa znaña o poreklu i evoluciji ÿivota koja su namdo 2005. godine dostupna. S druge strane, nekadaåñitrogodiåñi boravak u Nacionalnom autonomnomuniverzitetu Meksika, ñegovom Centru za nuklea-rne studije, omoguõuje mu da pruÿi uzbudçivu slikuo tom œinovskom univerzitetu sa dvesta hiçada stu-denata i dvadesetak hiçada nastavnog osobça.

Posledñi deo, posveõen politiøkim i druå-tvenim problemima u nas i u svetu, Draganiõ locirau 2007. godinu. U ovom delu on rezimira svoja ÿi-votna iskustva, izlaÿe svoju ÿivotnu filozofiju,koja se, kad je pojedinac u pitañu, moÿe kratko sve-sti na zahtev da øovek u ÿivotu radi ono åto voli,da ÿivi svoj ÿivot i bude svoj øovek. Razmiåçaña uovom delu nisu od interesa samo za mlade; ona mogubiti od koristi i svima onima koji uøestvuju u do-noåeñu odluka, øesto od sudbonosnog uticaja nadruåtveni razvoj.

Posveõena unucima, a preko ñih i svima nama,jer “svi smo mi neøiji unuci”, ova kñiga nije samoizvor mnogih saznaña o svetu oko nas, veõ i izvormudrosti proistekle iz ÿivotnog iskustva øovekakoji je imao sposobnosti, upornosti i sreõe da ceosvoj radni vek provede radeõi ono åto voli, da budesvoj øovek i ÿivi svoj ÿivot.

Kñiga je pisana lakim stilom, bez formula ijednaøina, dostupna tako i laicima. U danaåñe vre-me beznaæa, åireña misticizma i svakojakih pseu-donauka, ona je jednostavno – nezaobilazna. Jedin-stvena je i ne bi se smelo dogoditi da je pokrije pra-åina kao mnoge druge vredne kñige. Kad su mladi upitañu, jedna o d moguõnosti da kñiga stigne do ñihjeste da je åkole u pogodnim prilikama, recimo pripodeli svedoøanstva, daju na poklon uspeånim æa-cima. Izdatak ne bi bio velik, a efekti bi bilidragoceni.

Dr Zdenko Dizdar

Godi{te 39. broj 5-6 (1998) 137

KÑIGE (1998)

IVAN DRAGANIÕ

BELEÅKE IZ SUTRAÅÑICE – O SVETU OKO NAS

Recenzent: akademik Zvonko MariõUrednik biblioteke: mr Radmilo IvankoviõUrednik: Branka ZdravkoviõZa izdavaøa: Tomislav Gajiõ, direktorIzdavaø: “Klub NT”Åtampa: MST Gajiõ, BeogradISBN 86-82167-69-71998., X+ 273 strana, 71 slika.

Iz sadrÿaja: Posle dosta vremena ponovo u Pa-rizu. Kosmiøko prostranstvo. Sunøev sistem – na-åe kosmiøko dvoriåte. Pretraÿivañe kosmiøkogdvoriåta. Planeta Zemça – naå kosmiøki brodiõ.O ÿivotu vasione. Okrugli sto atomista u zemçiNilsa Bora. U svetu materije: atom i ñegovi sastoj-ci. Nuklearna energija. Atomska era. Tragañe zaodgovorima na veøna pitaña. Ÿiva materija. Egzo-biologija: tragañe za ÿivotom daçe od Zemçe. Ÿi-votiña zvana øovek. Pogled u istoriju sa breÿuçkana uåõu Save u Dunav. Zajednica i pojedinac. Kojimputem?

ARMIN HERMAN

AJNÅTAJN GOROSTAS NAUKE I ÑEGOVO STOLEÕE

Preveli sa nema~kog jezika:Nada ArsenijeviõStanimir ArsenijeviõRecenzent: dr Ivan DraganiõUrednik: dr Åõepan MiçaniõIzdavaøi: Fakultet za fiziøku hemiju Univer. uBeogradu,Institut za nuklearne nauke “Vinøa”, BeogradMrçeå, BeogradÅtampa: Mrçeå, Beograd, Bul. vojvode Miåiõa39aISBN 86-82271-40-01998., 505 strana, 49 slika

Iz sadrÿaja: Predgovor izdavaøa. O ovoj kñizi– nauøna i popularna. Ja sa Berlinac. Ajnåtajnovakula. Domiåçan. Nedeçni poçubac. Preokret ushvatañu sveta fizike. “Ekspert druge klase”. U“zlatnom gradu” Pragu. Dvorac duåevnog mira. Po-mraøeñe Sunca. Novi velikan svetske istorije.Faktor kulture prvog reda. Od vernika do jeretika.Ajnåtajn privatno. Finis Germaniae. Seoba narodaodozdo. U novom svetu. Lanøana reakcija. Nemci iJevreji. U doba atoma. Posledña godina. PogovorArmina Hermana. Pogovor urednika izdaña na srp-skom jeziku. Primedbe.

STANIMIR R. ARESENIJEVIÕ

H E M I J A – OPÅTA I NEORGANSKAPetnaesto, dopuñeno izdañe

Recenzenti: dr Momøilo M. Ristiõ, prof. Beo-gradskog univerziteta i redovni ølan SANU,

dr. Milenko V. Åuåiõ, prof. Beogradskog univer-ziteta i redovni ølan SANU

ISBN 86-26-32-042-5, 1998,

XI+940 strana, 150 slika, 130 tablica

Iz sadrÿaja: Uvod u hemiju. Istorijski razvojhemije. Supstance i ñihova podela. Atomska i mo-leulska teorija. Meæunarodni sistem mernih jedi-nica (SI). Imena hemijskih elemenata. Hemijski

simboli, formule i jednaøine. Kinetiøka teorijagasova. Stvarne (apsolutne) atomske i molekulskemase. Osnovna stehiometrijska izraøunavaña. Mol.Molska masa. Masa i energija. Masa i teÿina. Kla-sifikacija elemenata.. Periodni sisstem elemena-

ta. Struktura atoma. Atomski spektri. Dvojnapriroda materije. Podela elemenata prema elek-tronskoj strukturi ñihovih atoma. Struktura mo-lekula. Kovalentna veza. Jonska veza. Oksidacionibroj. Struktura øvrstog tela. Teøni kristali. No-

menklatura neorganskih jediñeña. Hemijska kine-tika i hemijska ravnoteÿa. Vodonik i kiseonik.Ozon. Oksidi, kiseline i baze. Voda i vodonik-pe-roksid. Rastvori. Elektrolitiøka disocijacija.Proizvod rastvorçivosti. Indikatori. Puferi.

Hidroliza soli. Vazduh. Plemeniti gasovi. Sedmagrupa periodnog sistema, ogranak a. Halogeni ele-menti. Åesta grupa periodnog sistema. Sumpor iñegova jediñeña. Selen i ñegova jediñeña. Kata-liza i katalizator. Peta grupa periodnog sistema.

Azot i ñegova jediñeña. Antimon, Arsen. Bizmut.Øetvrta grupa periodnog sistema, ogranak a. Ugçe-nik i ñegova jediñeña. Silicijum. Keramika. Ko-loidi. Metali. Elektrohemija. Prva grupa period-nog sistema, ogranak a. Natrijum i ñegova jediñe-

ña. Kalijum i ñegova jediñeña. Druga grupa peri-odnog sistema, ogranak a. Berilijum, magnezijum ikalcijum i ñihova jediñeña. Radiaktivni elemen-ti. Izotopi. Vodonikovi izotopi. Teåka voda.Atomsko jezgro. Maseni broj, Maseni defekt. Treõa

grupa periodnog sistema, ogranak a. Aluminijum iñegova jediñeña. Osma grupa periodnog sistema,ogranak b. Gvoÿæe i ñegova jediñeña. Grupa pla-tinskih metala. Kompleksna jediñeña. Ograncigrupa periodnog sistema. Ogranak b prve grupe pe-

riodnog sistema. Bakar, srebro, zlato i ñihova je-diñeña. Ogranak b druge grupe periodnog sistema.Cink, ÿiva i ñihova jediñeña. Ogranak b treõegrupe periodnog sistema. Ogranak b øetvrte grupeperiodnog sistema. Ogranak b pete grupe periodnog

sistema. Ogranak b åeste grupe periodnog sistema.Elementi s rednim brojevima 43, 61, 85, 87. Transu-rani. Elementi s rednim brojevima od 104. do 112.Tablica elektronske konfiguracije elemenata.Tablica imena elemenata na raznim jezicima. Do-

bitnici Nobelove nagrade od 1901-1997.

Poruœbine i informacije: “Nauøna kñiga”,Knez Mihailova 40., telefon 185-647.


SRPSKO HEMIJSKO DRUÅTVO

HEMIJSKI PREGLED

GODIÅÑI SADRŸAJ (1998)

ØLANCI

Aleksandar Despiõ, Stara i nova elektrohemija-prvih 150 i potoñih 50 godina razvoja _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 3

Slobodan V. Ribnikar, Na øetrdesetogodiåñicu od smrti. Milutin Milankoviõ i astronomska teorija klime _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 15

Glen G. Siborg, Transuranski elementi: proålost, sadaåñost i buduõnost _ _ _ _ _ 22

Zdenko Dizdar i Stanimir Kostantinoviõ, Nobelova nagrada za hemiju za 1969. godinu dodeçena je Norveÿaninu Odu Haselu i Englezu Ser Dereku Bartonu _ _ _ _ _ _ _ _ 31

Branko Kolariõ, Ivana Kolariõ i Aleksandra Pejøiõ, Molekulski kristali i uticaj aditiva na ñihov oblik _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 37

Zoran M. Miliõeviõ, Odreæivañe sadrÿaja i sastava “bitumena” ugça Kosovskog basena _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 44

Ivan G. Draganiõ, Radijacionohemijski pristupi procesima hemijske evolucije na Zemçi i u kosmosu_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 53

Vesna Niketiõ, Svi dobitnici Nobelove nagrade iz hemije za 1997. godinu su biohemiøari _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 62

Slobodan Macura, Nenad Juraniõ, Odreæivañe strukture proteina nuklerno-magnetno- rezonantnom spektroskopijom (I deo) _ _ _65

Miloå N. Æuran, Sneÿana U. Milinkoviõ, Primena kompleksa zlata u medicini za leøeñe reumatiønog artritisa_ _ _ _ _ _ _ 76

Çubomir Krstiõ, Slobodan Sukdolak, Slavica Solujiõ, Znaøaj i uloga fenolnih jediñeña _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 81

Ju. N. Kukuåkin, Kuhiñska so_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 87

Jovan Vuøetiõ, Sneÿana Vujin, Anita Izrael, Mineralne supstance voõa i povrõa i ñihov znaøaj u ishrani_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 89

Vera Dondur, Kratka priøa o istoriji fiziøke hemije _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 101

Ÿivorad Øekoviõ, Izazovi za hemiju u 21. veku _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _107

Slobodan Macura, Nenad Juraniõ, Odreæivañe strukture proteina nuklearno-magnetno-rezonantnom spektroskopijom (II deo) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 112

A. Antiõ-Jovanoviõ, M. S. Pavloviõ i D. S. Peåiõ, Spektroskopija i otkriõe hemijskih elemenata (I) _ _ _ _ 121

Ivan Gutman, Nobelova nagrada za hemiju za 1998. godinu_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 128

Biçana V. Æoræeviõ, Ÿivadin D. Bugarøiõ, Tvrde i meke kiseline i baze _ _ _ _ _ _ _ 130

Çuba Mandiõ i Jasminka Korolija, 56 zakona dobre nastave _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 133

BELEÅKE

Raderfordijum, dubnijum, siborgijum, borijum, hasijum, majtnerijum – konaøna imena elemenata 104-109 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 49

Zanimçivosti iz hemije _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 30

”Beleåke iz sutraåñice – o svetu oko nas“Ivana Draganiõa _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _135

KÑIGE (1998)

Ivan Draganiõ, Beleåke iz sutraåñice – u svetu oko nas _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 137

Armin Herman, Ajnåtajn gorostas nauke i ñegovo stoleõe _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 137

Stanimir R. Arsenijeviõ, Hemija – opåta i neorganska (petnaesto izdañe) _ _ _ _ _ _ 137

I N MEMORIA M

Vladimir Prelog, 1906-1998 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 96

Derek H. P. Barton, 1918-1998 _ _ _ _ _ _ _ _ _ 97

Documents

HEMIJSKI PREGLED - shd-pub.org.rs