Mikor szedik, még zöld

Kajtár Márton felteszi a kérdést régi, népszerûsítõ cikkében: Miért piros a paprika? és ad rá szemléletes, de pontos választ. Azért piros, mert tartalmaz egy anyagot, amit a paprika latin nevérõl (Capsicum annuum) kapszorubinnak hívnak (játékos kedvû kutatók belecsempészték a „rubin” szót is), amely úgynevezett konjugált kettõs kötésekbõl álló szénláncot tartalmaz. Az ilyen szénláncokról tudjuk, hogy elektronjaik eloszlanak (delokalizálódnak) a teljes lánc mentén, és – ha a lánc elegendõen hosszú – igen kis energiájú fénykvantummal gerjeszthetõek. Ez a kis energia a kapszorubin esetében éppen a zöld fény energiájának felel meg (Planck és Einstein óta tudjuk, hogy a fény színe, azaz a fényhullám frekvenciája, egyenesen arányos a fénykvantum energiájával). Ha most a paprikára fehér fény esik, s abból a kapszorubin miatt a zöld elnyelõdik, a visszavert, szemünkbe jutó fényt pirosnak fogjuk látni, hiszen a piros és zöld éppen egymás kiegészítõ színei.

A szerzõ azonban lényegesen többet mond ennél: azt is megkísérli elmagyarázni, hogy miért éppen a zöld fényt nyeli el a kapszorubin. Vagy legalábbis annyit, hogy miért gerjeszthetõ a kapszorubin delokalizált elektronrendszere viszonylag kis energiával? A magyarázathoz a természettudomány egyik leghatékonyabb fegyverét, az ún. modellalkotást veti be.

Azt a modellt, amellyel Kajtár Márton a paprika színét levezeti, úgy hívják „elektron a dobozban”. Vegyész- és fizikushallgatók ma már csaknem mindenütt tanulják. Lényege, hogy a dobozba zárt elektron energiaszintjei – nem is túl bonyolult, kézzel végigvihetõ számításokkal megmutatható okokból – annál közelebb kerülnek egymáshoz, minél hosszabb a „doboz”. A kapszorubin hosszú molekulája pedig valahogy hasonlóan zárja dobozba a delokalizált elektronokat, mint a modellben feltételezett merev fal.

Érdekes, hogy ezzel a modellel nemcsak a paprika színét lehet megmagyarázni. A poliének családja az egyetlen kettõs kötést tartalmazó etiléntõl a két, három konjugált kettõs kötésbõl álló butadiénen és hexatriénen keresztül számos többé-kevésbé hasonló vegyületbõl áll, egészen a végtelen hosszúságú láncig.

Vannak persze olyan jelenségek, amelyek nem magyarázhatók meg a kissé túlegyszerûsített dobozmodellel. A retinalmolekula például, amely a szemünkbe jutó fény elnyelésével a látás mechanizmusáért felelõs, szintén konjugált kettõs kötésekbõl áll. Fény hatására azonban megváltozik a térszerkezete is, azaz a molekula alakja. Ez az alakváltozás befolyásolja, hogy tud, vagy nem tud kapcsolódni egy opszin nevû fehérjéhez, így a fény elnyelése kémiai reakciót indít el a szemünkben, ami végsõ fokon azután a látás érzetét kelti.

A dobozmodell másik problémája épp a végtelen (azaz nagyon) hosszú láncok esetében tapintható ki. A modell ugyanis azt jósolja, hogy az elektronszintek minden határon túl közelednek egymáshoz, ahogy a lánc hosszabbodik, tehát a nagyon hosszú láncoknak már nagyon kis energiájú fénnyel is gerjeszthetõknek kellene lenniük, akár a fémeknek. Ez azonban a valóságban nem így van: a poliacetilén gerjesztési energiája másfél eV körül van, tehát nem fémes, hanem félvezetõ anyag. Nemrégiben meglepõ elektronikus tulajdonságai miatt intenzív kutatás tárgya volt, amíg ki nem szorították az érdeklõdésbõl a még érdekesebbnek vélt anyagok, a fullerének. Manapság, ha nem is pont a poliacetilén miatt, a konjugált polimerek reneszánszukat élik a tudományban, sõt ipari alkalmazásra is találtak már.

Kajtár tanár úr cikke tehát ma is érvényes. Érvényes abban az értelemben, ahogy a természettudományos állítások, ha korrektek, mindig is érvényesek: egy jól megfogalmazott modell keretein belül. Hibát csak az követ el, aki érvényességi körükön kívül akarja használni a tudományos modelleket.

Mi az, ami talán hiányzik Kajtár Márton e régi írásából? Legfeljebb annak elemzése, hogy mitõl keletkezik a kapszorubin a zöldpaprikában. Hiszen a paprika, amikor leszedik, éppen hogy nem piros, hanem sárga vagy zöld – úgy is hívjuk: zöldpaprika. Ha állni hagyjuk, megszárítjuk, vagy csak késõn szedjük le: megpirosodik. Ekkor kell keletkeznie a kapszorubinnak, de hogy miért, arról a jelen sorok írója is keveset tud. Érdemes volna a kérdéssel az ebben avatott szakembereket meginterjúvolni.

Surján Péter

 

Természet Világa, 132. évfolyam, 5. szám, 2001. május
http://www.chemonet.hu/TermVil/
http://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/


Vissza a tartalomjegyzékhez