Jatrochemia - chemia na usługach medycyny

Chociaż żadnemu z alchemików nigdy nie udało się przekształcić metalu nieszlachetnego w złoto lub przygotować eliksir życia, to ogrom pracy wykonanej nad uzyskaniem kamienia filozoficznego doprowadził do odkrycia wielu nowych substancji, takich jak alkohol, kwasy mineralne i wiele soli metali. W XVI i XVII wieku powstała kolejna szkoła chemii, zwana jatrochemią, czyli chemią medyczną, której adepci próbowali zastosować chemię do przygotowania leków i wyjaśnienia procesów zachodzących w żywym organizmie. Założycielem tej grupy uczonych był Paracelsus, który nota bene wierzył w kamień filozoficzny i eliksir życia.

Phillippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim, powszechnie nazywany Paracelsus, był synem lekarza Wilhelma Bombasta z Hohenheim. Uczęszczał do wielu szkół wyższych, w Wiedniu i w Ferrarze zapoznał się z dorobkiem naukowym Klaudiusza Galena. Jako student sprzeciwiał się dogmatycznemu schematyzmowi i uczonym autorytetom, mimo to w 1515 roku uzyskał na uniwersytecie w Ferrarze tytuł doktora. Pracował jako medyk miejski w Bazylei, a od 1526 roku jako profesor Uniwersytetu Bazylejskiego, gdzie – wbrew obyczajom – nauczał nie po łacinie, lecz po niemiecku, dając się poznać z krytycyzmu i ciętego języka, wymierzonego we wszystkie ówczesne autorytety. H. Boerhaave podaje, że na swoim wstępnym wykładzie spalił dzieła Galena i Awicenny, wyrażając nadzieję, że podobny los spotkał tych autorów. Poglądy oraz skłonności polemiczne Paracelsusa niebawem sprawiły, że pokłócił się on z kolegami po fachu, aptekarzami i rajcami miejskimi. Na początku 1528 roku musiał uciekać z Bazylei rozpoczynając w ten sposób tułaczkę po miastach południowoniemieckich, szwajcarskich i austriackich. Z tekstów z tamtych czasów wynika, że często był odurzony alkoholem spędzając dużo czasu w tawernach, śpiąc w ubraniu na podłodze. Oporinus, jego współpracownik, pisał, że Paracelsus dyktował swoje prace w stanie upojenia alkoholowego, a tym samym łatwo znaleźć prawdopodobne wytłumaczenie zagmatwanego, sprzecznego i niejasnego stylu większości z nich. W 1541 roku ponownie trafił do Salzburga gdzie zmarł w nędzy.

H. Boerhaave twierdzi, że Paracelsus  swą sławę zawdzięczał temu, że był dobrym chirurgiem i kompetentnym lekarzem, rozumiał stosowanie środków medycznych opartych na solach metali, stosowaniu opium w leczeniu nerwic, a zwłaszcza dzięki jego preparatom zawierającymi rtęć stosowanym do leczenia chorób wenerycznych (syfilisu), na które nie działały znane lekarstwa. „Te kilka czynników było całą jego zasługą i całą jego chwałą; reszta to poza i jałowa ostentacja.” Pisma Paracelsusa są pełne mistycznych wtrętów. Wierzył w astrologię wiążąc różne części ciała z planetami, np. serce ze Słońcem, mózg z Księżycem, wątrobę z Jowiszem itp. Uważał, że trawienie jest spowodowane przez niezależną istotę duchową, zwaną Archeusem, znajdującą się w żołądku.

Paracelsus był zasadniczo reformatorem medycyny, a jego wkład w chemię jest niewielki. Sprzeciwił się naukom Galena i Awicenny, których zużyte systemy były nadal ostoją lekarzy jego czasów, i zwrócił uwagę na wielką użyteczność wiedzy chemicznej w medycynie i farmacji. W medycynie stosował nalewki, esencje, wyciągi z roślin itp., mając nadzieję na wydobycie substancji czynnej z masy obojętnego materiału. Jego teoria kamienia winnego jest ważna o tyle, że uważał iż wiele chorób było spowodowanych chorobliwymi złogami powstającymi w ciele, co wiązał z obserwowanym odkładaniem się osadu w leżakowanym winie. Na Paracelsusie robiła wrażenie pracowitość chemików, którzy nie ubierali się zbytkownie, nie nosili złotych pierścieni i łańcuszków jak lekarze, ale pracowali cierpliwie w laboratorium, w skórzanych fartuchach, brudząc ręce węglami i nieczystościami, a przy tym nie chwalili się swoimi umiejętnościami. „Pozostawiają takie rzeczy w spokoju i zajmują się swoimi pracami na paleniskami ucząc się kolejnych kroków alchemii, którymi są destylacja, roztwarzanie, rozkładanie, ekstrakcja, kalcynacja, sublimacja, utrwalanie, rozdzielanie, redukcja, koagulacja, barwienie i inne."

H. Boerhaave twierdzi, że Paracelsus  swą sławę zawdzięczał temu, że był dobrym chirurgiem i kompetentnym lekarzem, rozumiał stosowanie środków medycznych opartych na solach metali, stosowaniu opium w leczeniu nerwic, a zwłaszcza dzięki jego preparatom zawierającymi rtęć stosowanym do leczenia chorób wenerycznych (syfilisu), na które nie działały znane lekarstwa. „Te kilka czynników było całą jego zasługą i całą jego chwałą; reszta to poza i jałowa ostentacja.” Pisma Paracelsusa są pełne mistycznych wtrętów. Wierzył w astrologię wiążąc różne części ciała z planetami, np. serce ze Słońcem, mózg z Księżycem, wątrobę z Jowiszem itp. Uważał, że trawienie jest spowodowane przez niezależną istotę duchową, zwaną Archeusem, znajdującą się w żołądku. Paracelsus był zasadniczo reformatorem medycyny, a jego wkład w chemię jest niewielki. Sprzeciwił się naukom Galena i Awicenny, których zużyte systemy były nadal ostoją lekarzy jego czasów, i zwrócił uwagę na wielką użyteczność wiedzy chemicznej w medycynie i farmacji. W medycynie stosował nalewki, esencje, wyciągi z roślin itp., mając nadzieję na wydobycie substancji czynnej z masy obojętnego materiału. Jego teoria kamienia winnego jest ważna o tyle, że uważał iż wiele chorób było spowodowanych chorobliwymi złogami powstającymi w ciele, co wiązał z obserwowanym odkładaniem się osadu w leżakowanym winie. Na Paracelsusie robiła wrażenie pracowitość chemików, którzy nie ubierali się zbytkownie, nie nosili złotych pierścieni i łańcuszków jak lekarze, ale pracowali cierpliwie w laboratorium, w skórzanych fartuchach, brudząc ręce węglami i nieczystościami, a przy tym nie chwalili się swoimi umiejętnościami. „Pozostawiają takie rzeczy w spokoju i zajmują się swoimi pracami na paleniskami ucząc się kolejnych kroków alchemii, którymi są destylacja, roztwarzanie, rozkładanie, ekstrakcja, kalcynacja, sublimacja, utrwalanie, rozdzielanie, redukcja, koagulacja, barwienie i inne." Pokładał wiarę w cztery elementy, ale myślał, że pojawiają się one w ciałach jako trzy zasady: sól, siarka i rtęć. Sól była zasadą trwałości i niepalności, rtęci topliwości i lotności, siarka łatwopalności. Dwie ostatnie od dawna były uznawane przez alchemików, ale wydaje się, że Paracelsus jako pierwszy dodał sól, tworząc tria prima, którą porównał z ciałem, duszą i duchem. Myślał, że wszystko ma swój szczególny rodzaj soli, siarki i rtęci, „ale te siarki, sole i rtęć to tylko trzy rzeczy”. Najwyraźniej Paracelsus jako pierwszy użył nazwy alkohol jako ducha wina, i jako pierwszy w Europie wspomniał o cynku, który nazywa „fałszywym metalem”.

Do bezpośrednich kontynuatorów, którzy doprecyzowali jego teorie i dodali do zespołu medycznych środków chemicznych nowe związki, byli Gerhard Dorn i Oswald Croll, który w swojej Basilica Chymica (1609) opisuje chlorek srebra jako luna cornea (róg srebra), oraz Adrian von Mynsicht, który opisał w swoim Thesaurus et Armamentarium Medico-Chymicum (1631 r.), środek wymiotny – winian antymonylowo-potasowy, emetyk.

Johann Baptista van Helmont urodził się w Brukseli w 1579 r., zmarł 30 grudnia 1644 r. w Brukseli lub Vilvoorde (niedaleko Brukseli). Pochodził ze szlacheckiej rodziny, jego matką była Marie de Stassert, a van Helmont należał do rodziny Merode poprzez swoją żonę, Margaret van Ranst. Studiował sztukę w Louven do 1594 r., nie uzyskują dyplomu gdyż uznał akademickie zaszczyty za próżność. Następnie studiował w szkole jezuickiej w Louvain ale zniechęcony zwrócił się do mistyków i studiował dzieła Thomasa a Kempisa i Johanna Taulera. Następnie zajął się medycyną studiując dzieła Hipokratesa, Galena, Awicenny i wielu współczesnych autorów, z których, jak mówił, „odnotował wszystko, co wydawało się pewne i niezaprzeczalne, ale przeglądając swoje notatki z tamtych czasów z przerażeniem dostrzegam, że spędziłem je  bezowocnie.” Wspomina, że rozdał uczniom książki o wartości 200 koron, ale później żałował, że ich nie spalił. Stopień doktora uzyskał w Louven w 1609 roku po dziesięciu latach nauki i podróży. W 1609 roku ożenił się, i jak zanotował w swoich wspomnieniach: „Bóg dał mi pobożną i szlachetną żonę. Zamieszkałem z nią w Vilvoorde gdzie przez siedem lat poświęciłem się pirotechnice [tj. chemii] i pomocy biednym”. Herman Boerhaave pisze o van Helmontcie, że „poświęcał pracom chemicznym dni i noce angażując się w nie bez reszty”. Był bardzo wpływowym i szanowanym człowiekiem o wielkiej reputacji, chociaż R. Boyle, który często powołuje się na jego autorytet, przypomina, że van Helmont był „autorem, którego ceniono bardziej dla jego eksperymentów niż z powodu cech osobistych”. Surowe obejście van Helmonta, które zasługiwało na krytykę ówczesnych medyków, spowodowało jednak znaczne opóźnienie akceptacji jego nauk.

Prace Van Helmonta zostały opublikowane po raz pierwszy w 1648 roku jako Orius medicinae, a jego pozycja w historii chemii jest o wiele ważniejsza niż się zwykle przyznaje. Van Helmont był dumny z tego, że ​​jest nazywany chemikiem i nazywa siebie (np. we wstępie do De lithiasi) Philofosus per ignem. Reprezentuje przejście od alchemii do chemii. Dokładnie przestudiował  pisma medyczne Paracelsusa, które później uznał za pełne błędów, przeprowadzając wiele eksperymentów chemicznych w swoim domu w Vilvoorde. Wierzył w alchemię, a w swoich pismach podaje bardzo drobiazgowy opis transmutacji prawie 2000-krotności wagi rtęci w złoto, za pomocą odrobiny kamienia filozoficznego podarowanego mu przez nieznajomego. Był to, jak pisze, ciężki czerwony proszek, lśniący jak sproszkowane szkło i pachnący szafranem; został zatopiony w wosku i rzucony na rtęć ogrzaną do temperatury topnienia ołowiu, zawartość tygla stała się gęsta, a przy zwiększeniu temperatury uległa przekształceniu w czyste złoto.

Van Helmont nie wierzył, że kamień filozoficzny miałby być również eliksirem życia, jak zakładał Paracelsus. Twierdzi natomiast, że za pomocą alkahestu (uniwersalnego rozpuszczalnika) przekształcał rośliny i zwęgloną dębinę w wodę. Określa alkahest nazwą Ignis aqua, mając prawdopodobnie ma na myśli kwas azotowy(V). W niektórych podanych przez niego przykładach przekształcania ciał w wodę znajdujemy opisy neutralizacji kwasów kredą i następujące po tym oddestylowanie wody. Ważną cechą pracy chemicznej van Helmonta jest jej charakter ilościowy; szeroko wykorzystywał wagę, zdecydowanie akceptując prawo niezniszczalności materii, co znajduje wyraz w przekonaniu, że metale rozpuszczone w kwasach nie są niszczone, ale można je odzyskać za pomocą odpowiednich środków. Uświadomił sobie również, że kiedy jeden metal wytrąca inny z roztworu soli nie zachodzi transmutacja, jak przypuszczał Paracelsus. Kiedy srebro rozpuszcza się w aqua fortis, nie ulega zniszczeniu, ale jest ukryte w przezroczystej cieczy, ponieważ sól jest zawarta w roztworze wodnym, z którego można odzyskać metal w pierwotnej postaci. Rozpuszczoną miedź wytrąca się za pomocą żelaza, które zajmuje jej miejsce, a miedź podobnie wytrąca srebro. „Nic nie powstaje z niczego, dlatego ciężar jednego ciała może być zastąpiony ciężarem innego, tak jakby zachodziła transmutacja”. Gdy rtęć ogrzewana jest z olejem siarczanym, tworzy biały osad podobny do śniegu, który po przemyciu wodą zmienia kolor na żółty, a po zregenerowaniu odtwarza pierwotną masę rtęci. Opisuje przygotowanie niebieskiego witriolu przez zatężanie wody kopalnianej; przez wyprażenie pirytów wystawionych na działanie powietrza; przez dodawanie siarki do stopionej miedzi i rozpuszczanie masy (siarczku miedzi(I)) w wodzie deszczowej, oraz przez gotowanie miedzianych płytek z olejem witriolu, w wyniku czego uzyskuje się czarną masę, która rozpuszczona w wodzie tworzy niebieski roztwór. Witriol miedziowy wytwarza albo niewielkie ilości albo wcale nie wytwarza kwasu podczas destylacji, ale gdy zwykły witriol (siarczan(VI) żelaza(II)) jest silnie ogrzewany w szklanej retorcie, destyluje bardzo kwaśny olej witriolu - wyraźne rozróżnienie między witriolami miedzi i żelaza, którego nie dokonał Paracelsus. Van Helmont dobrze znał kwas siarkowy(VI), wytwarzany zarówno podczas destylacji witriolu, jak i w wyniku spalania siarki w zamkniętym naczyniu. Opisuje wytwarzanie kwasu azotowego(V) przez destylację równych części saletry, witriolu i ałunu, najpierw wysuszonych, a następnie zmieszanych razem, i najwyraźniej wiedział, że w tym procesie siarka ulega przekształceniu w kwas siarkowy(VI) (salispetrae spiritus elevat sulphur humidum, et embryonatum vitrioli). Wspomina o aqua regia, otrzymanej z kwasu azotowego(V) i salmiaku, i wydzielających się w tym procesie gazach (chlor i chlorek nitrozylu). Opisuje destylację „ducha soli morskiej: (spiritus sails marini), czyli kwasu solnego, z soli i wysuszonej gliny garncarskiej. Pisze, że stałe wodorotlenki nie występują (jako takie) w roślinach, ale powstają w wyniku spalania. Van Helmont używa nazwy sal salsum dla opisania obojętnej soli. Kiedy mocny spiritus witriolu wylewa się na kamień winny wytwarzane jest ciepło, a kiedy praży się cukier ołowiany (octan ołowiu(II)), pozostałość zapala się przy dostępie powietrza – co jak tłumaczył zachodzi pod wpływem wilgoci zawartej w powietrzu atmosferycznym. W jego tekstach znajdują się wzmianki o lotnym czerwonym oleju otrzymanym przez wielokrotne destylowanie siarki (z amoniakiem?), który był prawdopodobnie siarczkiem amonu, którego odkrycie zwykle przypisywane jest J. Beguinowi (Jean Beguin, Tyrocinium Chymicum, 1610). Wiedział, że chlorek srebra jest rozpuszczalny w amoniaku. Wspomina w swoich tekstach o stałej soli (arsenianie potasu) powstającej podczas reakcji arszeniku z saletrą. Ludziom z wolem przepisuje preparaty ze spalonej gąbki, która jak dziś wiemy zawiera jodki.

Analizując proces spalania w zamkniętych naczyniach pisze: jeśli 62 funty węgla drzewnego zawierają 1 funt popiołu, to pozostałe 61 funtów to „duch lasu” (spiritus silvestre), który nie może uciec z zamknięcia. (Te idee zawierają zalążek teorii spalania Stahla.) „Ducha tego nazywam, nieznanym wcześniej, nowym słowem „gaz”, którego nie można zatrzymać w naczyniach ani zredukować do widocznej postaci, chyba że substancja aktywna zostanie najpierw wyczerpana” (Hunc spiritum, incognitum hacienus, novo nomine Gas voco, qui nec vasis cogi, nec in corpus visibile reduci, nisi extincto prius semine, potest). Ostatnią część tej definicji autor wyjaśnia, mówiąc, że gazem płomienia nie jest woda (podstawowy element), ponieważ „chociaż ogień pochłonął pierwotne siły płonącego ciała, to jednak pozostaje pewne podstawowe zróżnicowanie w ciele, które w końcu zostaje zużyte, i gaz wraca do żywiołu wody.” Płomień jest zapalonym dymem, a dym jest gazem. Van Helmont opisuje eksperyment spalania świecy w powietrzu w zamkniętym szklanym naczyniu nad wodą, gdy woda unosi się, a płomień gaśnie jest to spowodowane zużyciem części powietrza. „W powietrzu znajduje się coś, co jest mniejsze niż ciało, które wypełnia puste przestrzenie w powietrzu, i jest ono całkowicie niszczone przez ogień”. Zaciągnięcie wody w naczyniu jest spowodowane ściśnięciem pustych przestrzeni w powietrzu przez dym z płonącej świecy, powietrze zostało „stworzone, aby być zbiornikiem wyziewów”. Powietrze w kopalniach, nasycone wyziewami minerałów, gasi płomień. Wszystko to pokazuje, mówi van Helmont, że próżnia, którą Arystoteles uważał za niemożliwą, jest „czymś całkiem zwyczajnym”. Nazwę gas sylvestre (sylvestris – z drewna) nadał van Helmont „dzikiemu duchowi”, „nieokiełznanemu gazowi”, który rozbija statki i ucieka w powietrze. Jeśli kwas azotowy(V) zostanie wylany na salmiak w szklanym zamkniętym szczelnie naczyniu powstaje gaz, który rozsadza naczynie i ucieka w powietrze. Ta wybuchowa właściwość gazu wyjaśnia skutki działania podpalonego prochu. Słowo gaz prawie na pewno pochodzi od van Helmonta, który wywiódł je od greckiego słowa chaos (non longe a Chao veterum secretum).

Van Helmont jako pierwszy jednoznacznie zrealizował produkcję gazów w różnych procesach chemicznych. Niejednokrotnie pisze, że był „wynalazcą” gazu, o którym Paracelsus nie wiedział, i nie ma wątpliwości, że Paracelsus nie miał takich poglądów na temat gazów jak on. Van Helmont odróżniał gazy od skraplających się par, od powietrza i od siebie nawzajem. Mówi, że gaz składa się z niewidzialnych atomów, które mogą się łączyć w wyniku intensywnego chłodzenia, a skraplając się tworzą krople cieczy. Uznał, że gaz może być zawarty w ciałach stałych (spiritus concretus, et corporis more coagulatus), oraz uwolniony z nich przez ogrzanie, fermentację lub reakcję chemiczną. Rodzaje gazu wspomniane przez van Helmonta to: (1) trujący gaz, gaszący płomień świecy, który gromadzi się w kopalniach i Grotto del Cane, czyli dwutlenek węgla, (2) gaz węglowy, powstały w wyniku spalania węgla drzewnego i innych materiałów palnych – gazy, które ma na myśli to zwykle dwutlenek węgla, ale czasem tlenek węgla, ponieważ wspomina, że w wieku 65 lat niemalże zatruł się śmiertelnie spalając węgiel drzewny, podając objawy zatrucia tlenkiem węgla, (3) gaz powstający w piwnicach, zwłaszcza w tych gdzie stoją beczki z fermentującym winem (dwutlenek węgla). Jak pisze, winogrona można wysuszyć na rodzynki, jeśli skórka pozostaje cała, ale jeśli skórka zostanie przedarta, fermentują i wydzielają gas syIvestre, co sprawia, że ​​wydają się wrzeć, a jeśli gaz ten zostanie w winach zamkniętych w beczkach przed zakończeniem fermentacji, to stają się one musujące. Ponieważ świeże winogrona poddane destylacji są redukowane do elementarnej wody, ale tworzą gaz w obecności fermentu (drożdże), z tego jego zdaniem wynika, że gaz jest wodą, (4) gaz powstały w wyniku musowania roztworu kwasu siarkowego(VI) i soli kamienia winnego lub w reakcji octu i węglanu wapnia (dwutlenek węgla), (5) trujący czerwony gaz powstający, gdy aqua fortis (kwas azotowy(V))) działa na metale takie jak srebro. Był to tlenek azotu, któremu Juncker w 1730 r. nadal nazywał gas sylvestre. (6i) gaz wydzielający się z aqua fortis i salmiaku na zimno (chlor i chlorek nitrozylu), (7) gaz uwalniany w postaci pęcherzyków z wody jeziora Spa (dwutlenek węgla), (8) gaz wydzielany w erupcjach (gas ventosum), tj. dwutlenek węgla, wyraźnie odróżniając go od łatwopalnego gazu jelitowego, czyli (9) gas pingue, który jest łatwopalny, powstaje podczas gnicia i jest zawarty w gazach jelitowych, które, jak wiedział (za Albertusem Magnusem), są łatwopalne (transmissus per fiammam candela, trans volando accenditur, ac fiammam diversicolorem, Iridis instar exprimit) (wodór, metan, zanieczyszczenia), (10) gaz inny niż (9), który napełnia tympanon (zgorzel gazowa?), (11) gaz palny (gas pingue, siccum, fuliginosum, endemicum) powstały podczas suchej destylacji substancji organicznej (mieszanina wodoru, metanu i tlenku węgla), (12) gaz siarkowy lub kwaśny (dwutlenek siarki), który ulatuje podczas spalania siarki, która jest materiałem tłustym i łatwopalnym (totum sit pingue et flogioton): gaz ten, gdy powstaje w naczyniu wypełnionym powietrzem, gasi płomień świecy i można go skroplić (kwas siarkowy(VI)), (13) gas sylvestre wydzielający się ze stopionej saletry z węglem drzewnym (dwutlenek węgla). Van Helmont nie wyróżnił tlenu wydzielającego się podczas ogrzewania saletry, chociaż mówi, że gdy saletra jest silnie podgrzana, oddaje trochę kwaśnej wody i pozostawia sól (naprawdę azotan(IV) lub tlenek potasu), (14) zapalony proch strzelniczy wydziela gaz, który rozrywa naczynia, chociaż węgiel, siarka i saletra po podgrzaniu oddzielnie nie wybuchają: detonacja mieszaniny jest wynikiem wzajemnej niechęci, przez którą jej składniki próbują się wzajemnie zniszczyć, (15) gaz eteryczny lub witalny, jako rodzaj witalnego ducha gazu przez który inne gazy działają tak szybko i silnie na ciało.

W procesie oddychania powietrze miesza się w płucach z krwią żylną, która w przeciwnym razie krzepłaby; miesza się z siarką we krwi i jest wydychane wraz z parą wodną w formie niemożliwego do zrozumienia gazu. Z krwi tętniczej nie są usuwane żadne zanieczyszczenia, ale krew żylna, pod wpływem ciepła, wytwarza gaz, podobnie jak ogrzana woda wytwarza parę, a gaz ten z konieczności jest wydalany. Van Helmont krytykuje Galena za nauczanie, że przedmiotem oddychania jest chłodzenie organizmu i twierdzi, że celem oddychania jest utrzymywanie ciepła zwierząt poprzez fermentację zachodzącą w lewej komorze serca, zmieniając krew tętniczą w vital spirit. Wzajemne tarcie soli fizjologicznych i siarki we krwi, spowodowane biciem serca, wytwarza ciepło i rozjaśnia krew. Ta teoria jest bardzo podobna do przyjętej później przez Willisa i Mayowa.

Opisuje słynny „eksperyment z drzewem”aby udowodnić, że „wszystkie rośliny wywodzą się jedynie z żywiołu wody”:
„Wziąłem naczynie, w które włożyłem 200 funtów wysuszonej w piecu ziemi i po zwilżeniu jej wodą deszczową, umieściłem w niej sadzonkę wierzby o wadze pięciu funtów; a po upływie pięciu lat wyrośnięte drzewo ważyło 169 funtów i około trzech uncji. Ziemię w naczyniu podlewałem wodą deszczową (zawsze, gdy była taka potrzeba). Aby uniknąć zmieszania się z ziemią pyłu, który znajdował się w powietrzu zakryłem je żelazną płytką pokrytą cyną z wieloma otworami. Nie obliczyłem ciężaru liści, które spadły podczas czterech jesieni. W końcu ponownie osuszyłem ziemię z naczynia i stwierdziłem tam te same 200 funtów, bez około dwóch uncji. W związku z tym 164 funty drewna, kory i korzeni, powstały tylko z wody.”

Van Helmont odrzuca teorię czterech żywiołów i trzech zasad nauczaną przez Paracelsusa oraz „pogańską” teorię pierwotnej materii Arystotelesa. Twierdzi, że prawdziwymi żywiołami są powietrze i woda. Żadnego z tych dwóch podstawowych elementów (powietrze i woda) nie można przekształcić w drugi, jak również elementu nie można zredukować do prostszego stanu. Pozostałe dwa „tak zwane” elementy, a mianowicie. ogień i ziemia, nie zasługują na to miano, ponieważ ogień nie jest formą materii, a ziemia może powstać z wody. Wskazuje on, że woda, wraz z niebem i ziemią, powstała pierwszego dnia w relacji o stworzeniu z Księgi Rodzaju. Opisuje słynny „eksperyment z drzewem”, aby udowodnić, że „wszystkie rośliny wywodzą się jedynie z żywiołu wody”:
„Wziąłem naczynie, w które włożyłem 200 funtów wysuszonej w piecu ziemi i po zwilżeniu jej wodą deszczową, umieściłem w niej sadzonkę wierzby o wadze pięciu funtów; a po upływie pięciu lat wyrośnięte drzewo ważyło 169 funtów i około trzech uncji. Ziemię w naczyniu podlewałem wodą deszczową (zawsze, gdy była taka potrzeba). Aby uniknąć zmieszania się z ziemią pyłu, który znajdował się w powietrzu zakryłem je żelazną płytką pokrytą cyną z wieloma otworami. Nie obliczyłem ciężaru liści, które spadły podczas czterech jesieni. W końcu ponownie osuszyłem ziemię z naczynia i stwierdziłem tam te same 200 funtów, bez około dwóch uncji. W związku z tym 164 funty drewna, kory i korzeni, powstały tylko z wody.”

Wniosek jest generalnie poprawny, ponieważ drzewo jest w dużej mierze złożone z wody (około 50 procent świeżego drewna wierzby to woda), ale ironią losu jest to, że van Helmont nie znał roli jaką odgrywa dwutlenek węgla z powietrza, chociaż, jak pokazano to wyżej, jako pierwszy zdał sobie sprawę z istnienia tego gazu. W idei, ale nie w wykonaniu tego słynnego eksperymentu, van Helmont został przewidziany półtora wieku wcześniej w dziele Mikołaja z Kuzy.

Jako kolejne dowody swojej tezy van Helmont mówi, że duch wina, ostrożnie pozbawiony flegmy (odwodniony) solą kamienia winnego, tworzy wodę podczas spalania; ryby są odżywione, a tłuszcze w ich ciałach wytwarzane są z wody, w której pływają. Tworzy powiązania między rzeczami materialnymi, aby udowodnić, że powstają one z wody. Na przykład, ponieważ wykazano, że drewno powstało z wody w eksperymencie z sadzonką wierzby, wszystkie produkty uzyskane z drewna, takie jak węgiel drzewny i popiół, również muszą składać się z wody. Jeśli złoto ma powstać z wody, to konieczna jest kompresja do jednej szesnastej objętości, co jest całkiem możliwe dla Natury. Ziarno po fermentacji zamienia się w piwo, które po odparowaniu pozostawia stałą pozostałość. Ale piwo może ulec dalszej fermentacji, kwaśniejąc, a na koniec samo z siebie wraca do wody. Ziemia nie jest żywiołem, ale powstaje z wody. Rozumowanie jest następujące: piasek stopiony z nadmiarem alkaliów tworzy szkło. Jeśli to szkło zostanie wystawione na działanie powietrza rozpuszcza się w wodzie, a jeśli do zasadowego roztworu wprowadzi się dostateczną ilość aqua fortis (HNO₃) (quantum saturando alcali sufficit) osadza się piasek o takiej samej masie, jakiej użyto do wytworzenia szkła. Ogień – wyraźnie odróżniający się od światła – nie jest żywiołem, nie może tworzyć materialnego składnika ciał i jest „pozytywnym końcem rzeczy, osobliwym tworem, nie mającym sobie równych”, który może przedziurawić szkło. Powietrza nie można skroplić do wody, co udowodniono w eksperymencie z pompką pneumatyczną, w której sprężone powietrze pozostaje elastyczne i może pchnąć piłkę przez biurko.

Ze wszystkich prac van Helmonta, to dotyczące kamieni moczowych (De lithiasi) jest, jak pisze H. Boerhaave, „niezrównane i najlepsze”, a ponadto zawiera opisy największej liczby eksperymentów chemicznych, które musiały go zajmować przez długi okres czasu. Daje dość dokładny opis powstawania kamienia winnego w beczkach po winach i mówi, że kamień ten nie jest zawarty w żywności, jak i nie powoduje kamicy. Kamień moczowy, zwany przez Paracelsusa deulech, nie jest kamieniem winnym, ponieważ nie rozpuszcza się we wrzącej wodzie. Przez zmieszanie „ducha moczu” (roztworu węglanu amonu) z alkoholem wydestylowanym z winna zaobserwował powstanie białego osadu, zwanego następnie offa Helmontii. Van Helmont wyodrębnił z moczu dwa rodzaje soli, jedną z nich zwykłą sól kamienną, którą, jak twierdził, pobrano z jedzeniem, a drugą o innej formie krystalicznej, którą uważał za swoistą cechę organizmu. Van Helmont twierdzi, że słowo „ferment” było wcześniej nieznane, z wyjątkiem określania zaczynu używanego do robienia chleba, podczas gdy materia sama z siebie nie podlega żadnej zmianie, ani nie jest możliwa żadna transmutacja bez udziału fermentu. Dwa główne początki rzeczy (prima initio) to woda i ferment lub nasienie; ferment jest zamieszkującą energią kształtującą, „zaledwie 1/8200 części ciała”, która rozporządza materiałem wody, dzięki czemu powstaje ziarno i życie, a materia przekształca się w kamień, metal, roślinę lub zwierzę. W żołądku, wątrobie i innych częściach ciała występują specyficzne fermenty, które powodują trawienie i inne przemiany fizjologiczne. Idee Van Helmonta dotyczące fermentów, choć raczej niedojrzałe i zacofane, szły we właściwym kierunku i pod wieloma względami przypominają współczesną teorię enzymów. Kwas w soku żołądkowego jest niezbędny do trawienia, ale jego nadmiar powoduje dyskomfort i chorobę, ponieważ nie sposób go w pełni zneutralizować do postaci soli za pomocą zasad żółciowych w dwunastnicy. Van Helmont porównał interakcje różnych płynów ustrojowych z reakcjami chemicznymi zachodzącymi między cieczami poza ciałem. Eksperymentalnie pokazał, że sól może wraz z wodą przedostać się przez pęcherz (osmoza), i wyjaśnia w jaki sposób strawiony pokarm może przenikać przez ściany jelit do żył.

Wyróżnił sześć rodzajów fermentacji jedzenia przechodzącego przez ciało. Żołądek i śledziona wytwarzają „kwaśny alkohol” (który, jak twierdzi można wyczuć w ślinie ptaków), który odpowiada za pierwsze trawienie. Masa przechodzi przez odźwiernik do dwunastnicy, gdzie jest neutralizowana przez wydzieliny woreczka żółciowego, i tu następuje drugie trawienie. Trzecie trawienie odbywa się w krezce, do której pęcherzyk żółciowy dostarcza płyn. Czwarte trawienie zachodzi w sercu, gdzie czerwona krew staje się bardziej żółta przez dodanie vital spirit; piąte trawienie polega na zamianie krwi tętniczej w vital spirit i zachodzi głównie w mózgu; a szóste trawienie polega na wydzieleniu odpowiedniej zasady żywieniowej w każdej oddzielnej krwince, poprzez konkretny ferment.