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氧气和氯气的发现者——化学伟人舍勒

2014-12-9 11:37:26科学公园 【字体:

1742年12月9日,瑞典药剂师及化学家卡尔·威廉·舍勒(Carl Wilhelm Scheele,1742.12.09-1786.05.21)出生。舍勒一生倾力于纯粹科学的研究,其最辉煌的成就是,以高超的实验技术发现了氧气和氯气。他还从自然物中提取了多种有机酸,在对矿石的研究中发现了钼、钡、钨等金属元素。对银盐和氢氟酸的性质的研究帮助了摄影术和玻璃工业的发展,他还对多种颜料和染料进行了分析。

舍勒十四岁时就到哥德堡做药剂师鲍什的学徒。期间,他显露出对化学的浓厚兴趣,广泛阅读化学著作,进行大量的药学和化学实验,以致于鲍什写信给舍勒的父亲说“他把一半睡眠时间用于阅读那些对他来说还过于高深的著作,损害了他的健康。”

1765年后,舍勒结识了隆德大学教师安德尔斯·亚罕·雷特泽乌斯(1742-1821),和他一起做了一些化学实验。在他的影响下,舍勒的实验开始系统化,并认真记下自己的实验报告。1770年,舍勒结识了瑞典著名化学家索尔本·奥拉夫·贝格曼。贝格曼向舍勒介绍了当时统治化学界的燃素说,提高了舍勒的理论水平;而舍勒高超的实验能力也屡屡帮贝格曼解决遇到的难题,两人的合作取得了丰硕成果。

舍勒的早期研究主要是提纯有机酸。1768年,他成功从对应的盐中提纯了草酸和酒石酸。他将其写成文章,却由于他使用的语言晦涩难懂,文法不顺未能发表。舍勒把这件事告诉了雷特泽乌斯,雷特泽乌斯用学术界通行的方式重写了文章,获得发表,学术界才开始了解舍勒。之后他还相继提取纯化了尿酸(1776)、乳酸(1780)、甘油(1783)、柠檬酸(1784)、苹果酸(1785)、没食子酸(1786)。

1760年代末,舍勒研究了金属和酸的反应,认为生成的氢气就是燃素本身,这在实验和结论上都和亨利·卡文迪什同时期的成果相近。1772年,贝格曼建议舍勒分析软锰矿(主要成分为二氧化锰)的性质。舍勒将软锰矿与浓硫酸共热,产生了一种气体。舍勒后来发现将硝酸钾或者氧化汞等物质加热,发现会产生类似的气体。

2 MnO2 + 2 H2SO4 → 2 MnSO4 + O+ 2 H2O

他对这种气体的性质作了研究,发现它可以帮助燃烧,所以他把这种气体叫做“火气”,并且通过硫酐(主要成分是硫化钾和多硫化钾)对氧气的吸收和白磷在氧气中燃烧,测出了“火气”占空气体积的约五分之一,实际上这种“火气”就是氧气。舍勒在他唯一的一部著作《论空气和火的化学》(Chemische Abhandlung von der Luft und dem Feuer)中报道了自己的发现。但这本书被出版商延误,直到1777年才出版。而英国化学家约瑟夫·普利斯特里于1774年发现氧气后,很快就发表了论文,这就造成了对氧气的最早发现者的争论。舍勒自己提到过他于1774年给拉瓦锡写过一封信,详细阐述了“火气”的性质,但这封信丢失了,直到1993年才被找到,从而确定了舍勒在1772年就发现了氧气。

 1774年,舍勒做出了另外一项重大发现,他用浓盐酸和软锰矿共热时,发现产生了具有强烈的刺激性气味的黄绿色气体。

MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O

舍勒发现这一气体会聚集在容器底部,意味着它的密度比空气要大,部分溶于水,还具有漂白作用,可以使蓝色石蕊试纸和某些花朵褪色。它将这一反应解释为软锰矿夺去了盐酸中的燃素,因此称产生的这种气体为“脱燃素盐酸”,后来汉弗里·戴维将其命名为“氯气”。

舍勒发现了亚硝酸。1770年,他研究过主要成分是氟化钙的萤石,发现当萤石和浓硫酸共热时,会产生一种溶于水呈酸性、类似氯化氢的气体——氟化氢。加热这种溶液后发现产生了二氧化硅,舍勒将其解释为二氧化硅来自于这种酸的分解,而其他化学家则认为这来自于这种酸对玻璃仪器的腐蚀,舍勒后来修正了自己的观点,这一发现使人们注意到可以用氢氟酸腐蚀玻璃,这成为雕刻玻璃的基础。1777年,舍勒发现了银盐在光照下会分解,这成为摄影术的基础。1778年,舍勒认为二硫化钼并非是一种石墨,而是某种金属的矿石,他将其溶于硝酸,发现产生了白色固体(三氧化钼),他试图还原这种白色固体得到纯的金属钼,但没有可以达到所需温度的炉子。1781年拥有高温设备的彼得·雅各布·海基尔姆在舍勒研究的基础上制出了纯钼。舍勒还曾获得了钨酸和确认了钡的存在。

舍勒还曾对颜料和染料进行过分析。他研究过普鲁士蓝,发现普鲁士蓝加热后分解出一种气体,该气体溶于水有弱酸性。由于舍勒有亲口尝自己合成产物的习惯,他亲口尝过这种气体的水溶液,即氢氰酸。1775年左右,舍勒制取了黄绿色的“舍勒绿”(CuHAsO3),被广泛应用在墙壁粉刷中,直到人们逐渐认识到它的毒性为止。

1775年,从未获得过大学学位、年仅32岁的舍勒被选为瑞典科学院院士。

1786年5月,舍勒去世,葬于雪平当地。按当地的记录,舍勒的死因是神经痛和疲劳,但化学史学者认为和他长期接触大量有毒物质有关。



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