Carl Sheele

Carl Wilhelm Scheele urodził się w 1742 roku w Stralsundzie, wówczas głównym mieście Pomorza Szwedzkiego. W 1757 roku został praktykantem w aptece w Göteborgu, gdzie zaczął studiować chemię. Zajmował stanowiska w aptekach w Malmö, Sztokholmie, Uppsali (gdzie poznał Torberna Bergmana) i Köping, gdzie zmarł w 1786 r. Pracował posługując się prostą aparaturą, w zimnym, słabo wyposażonym laboratorium, ale dokonał wielu, niezwykle cennych odkryć chemicznych, a dotyczące spalania zawarł w swoim dziele zatytułowanym Chemische Abhandlungvon der Luft und dent Feuer. Niektóre z tych eksperymentów zostały wykonane przed jesienią 1770 r., a prawie wszystkie przed 1773 r., ale książka, choć wysłana do druku w 1775 r., nie ukazała się do roku 1777., kiedy wiele odkryć Scheele’go dokonał niezależnie i opublikował J. Priestley w Anglii. Priorytet odkryć Scheele’go został ustalony dopiero w roku 1892 na podstawie jego oryginalnych notatek laboratoryjnych.

Przeprowadzając początkowe eksperymenty „z powietrzem i ogniem” Scheele zauważył zmniejszanie objętości powietrza pozostającego w kontakcie z różnymi substancjami. Użył na przykład roztworu wątroby siarki (hepar sulphuris, mieszanina siarczków, siarczanów i tiosiarczanu potasu), mieszaniny siarki z wodą wapienną, olejem lnianym i opiłkami żelaza zwilżonymi wodą, które - jak zauważa - są bogate w flogiston lub, jak często nazywał, palną substancję. We wszystkich przypadkach obserwował zmniejszanie objętości powietrza w naczyniu. Po kilku dniach około jedna czwarta powietrza została zaabsorbowana, a pozostały gaz nie podtrzymywał płomienia świecy. Substancja palna zatem nie znajdowała się w pozostałym gazie, który tym samym różni się od zwykłego powietrza. Gdyby bowiem ten resztkowy gaz powstawał w wyniku połączenie powietrza z flogistonem i z tego powodu następowała kontrakcja objętości, to pozostający w naczyniu gaz powinien być gęstszy niż powietrze atmosferyczne. Ale: „cienka kolba wypełniona tym powietrzem i najdokładniej zważona, nie tylko nie równoważyła wagi tej objętości zwykłego powietrza, ale była nawet nieco lżejsza”. Zatem „powietrze składa się z dwóch różniących się od siebie fluidów, z których jeden nie wykazuje właściwości przyciągania flogistonu, podczas gdy drugi, które stanowi między trzecią i czwartą częścią całej masy powietrza, jest szczególnie skłonny do takiego przyciągania”. Ilustracja z C. Sheele Chemische Abhandlung von der Luft und dent Feuer (1777)Te dwa składniki wspólnego powietrza C. Scheele nazwał „verdorbene Luft” (zepsute powietrze) i „Feuerluft” (ogniste powietrze), a które następnie zostaną nazwane odpowiednio azotem i tlenem. W kolejnym etapie badań C. Scheele umieścił niewielką porcję fosforu w zamkniętej kolbie, i ogrzewał do momentu aż nastąpił zapłon fosforu. Wytworzyła się biała chmura, która przywarła do ścian kolby w postaci białego nalotu „suchego kwasu fosforowego”. Po otwarciu kolby pod wodą ta napłynęła do wnętrza zajmując nieco mniej niż jedną trzecią objętości. Umieszczając kolejną porcję fosforu, i pozostawiając go na sześć tygodni w tej samej kolbie, aż przestanie świecić, zaobserwował, że kolejna część powietrza została pochłonięta.

C. Scheele następnie palił wodór w szklanej kuli , której wylot zanurzony był w wodzie. Poziom wody natychmiast zaczął się unosić do momentu, aż wypełnił jedną czwartą kolby, a potem płomień gasł. Scheele założył, że palna substancja (wodór) połączyła się z ognistym powietrzem, a ponieważ nie był w stanie zaobserwować produktu spalania (brakowało mu rosy osadzonej na kolbie, ponieważ użył ciepłej wody), stwierdził, że produktem było ciepło, które uciekło przez ściany kolby:

 ciepło = ogniste powietrze + φ.

Z tego powodu starał się rozkładać ciepło i uwalniać ogniste powietrze kilkoma metodami, w ten sposób robiąc ogromny krok naprzód, ponieważ był w stanie uzyskać czyste palne powietrze, które, jak stwierdził, było bezbarwnym gazem, w którym świeca płonie bardzo jasnym płomieniem. W celu rozkładu ciepła na jego domniemane składniki, ogniste powietrze i flogiston, argumentował, że musi ono się pojawić podczas ogrzewania substancji, która ma większą powinowactwo do flogistonu niż ogniste powietrze. Wybrał kwas azotowy(V), który łatwo oddziałuje na metale, usuwając ich flogiston i tworząc czerwone opary (kwas azotowy + f). W celu poddania go działaniu ciepła, kwas azotowy został utrwalony przez połączenie z potażem (podobnie jak w eksperymencie Stahla) i został ponownie uwolniony w wyższej temperaturze przez destylację otrzymanej saletry z olejem witriolu (kwas siarkowy(VI)). Powstały czerwone opary, które zostały wchłonięte przez mleko wapienne zawarte w pęcherzu przymocowanym do szyjki retorty. Pęcherz stopniowo wypełniał się bezbarwnym gazem, w którym świeca płonęła olśniewającym blaskiem. To było ogniste powietrze, i w ten sposób został odkryty tlen.

Istnienie tlenu było wynikało już z eksperymentów R. Hooke’a i J. Mayowa, ale po raz pierwszy został uzyskany, jako oczekiwany rezultat w starannieIlustracja z C. Sheele Chemische Abhandlung von der Luft und dent Feuer (1777) zaplanowanym eksperymencie Scheele’go.

Scheele otrzymał ogniste powietrze (tlen) na kilka innych sposobów. Podgrzewał wapno rtęci (mercurius calcinatus per se: tlenek rtęci(II)), który, jak przypuszczał, pochłaniał flogiston z ciepła, uwalniając ogniste powietrze:

Uzyskiwał także ogniste powietrze, ogrzewając „czarny mangan” (dwutlenek manganu) kwasem siarkowym(VI) lub arsenowym(V); silnie ogrzewając samą saletrę; przez ogrzewanie azotanów(V) rtęci(I) i rtęci (II); oraz przez ogrzewanie węglanów srebra lub rtęci, a uwalniany kwas powietrzny (dwutlenek węgla) był absorbowany przez przepuszczanie uwalnianych gazów przez płuczki z alkaliami:

węglan srebra = srebro + ogniste powietrze + kwas powietrzny.

C. Scheele stwierdził, że ogniste powietrze jest całkowicie pochłaniane przez wilgotną wątrobę siarkową. Kiedy spalił fosfor w cienkościennej kolbie, pękła ona podczas chłodzenia. W przypadku kolby o grubszych ściankach nie można było wyjąć korka pod wodą, ale można go było wepchnąć do środka kolby, a woda wpadła wypełniając kolbę. Wodoru płonął w kolbie do momentu gdy siedem ósmych objętości kolby nie zostało wypełnionych wodą. Gdy do powietrza pozostałego po spalaniu wodoru dodano ogniste powietrze, w ilości takiej aby przywrócić pierwotną objętość, mieszanina wykazywała wszystkie właściwości zwykłego powietrza, np. pozostawiała tę samą objętość po odstaniu nad wątrobą siarkową.

Inne odkrycia C. Sheele’go przedstawiam poniżej w skróconej formie.

W 1774 r. pod wpływem Bergmana opublikował pracę opisującą skutki potraktowania piroluzytu kwasem solnym. Scheele otrzymał wówczas gazowy chlor oraz tlenek baru. Nie został jednak uznany za odkrywcę chloru, ponieważ jego produkt był mieszaniną chloru z powietrzem, a prawidłowy opis chloru jako nowego pierwiastka chemicznego wykonał dopiero Haumphry Davy. Scheele wykazał jego właściwości wybielające i odkrył, że w połączeniu z sodem tworzy sól kuchenną. Badając braunsztyn przewidział istnienie manganu (nadał mu też nazwę), jednak nie umiał go wydzielić ze względu na braki w wyposażeniu swojego laboratorium. Otrzymał tlenek wolframu(VI) w wyniku ogrzewania wolframianu wapnia (obecnie zwanego scheelitem) i przewidział istnienie wolframu (1781), który potem wyodrębnił Fausto Elhuyar. Prowadził badania nad kwasami nieorganicznymi, w tym odkrył kwas arsenowy, molibdenowy, azotowy(III) i wolframowy^[ Przewidział istnienie molibdenu (1778) za sprawą otrzymania kwasu molibdenowego, jednak czysty metal uzyskał dopiero Peter Hjelm. Rozróżnił również molibdenit i grafit, jako pierwszy uznając grafit za odmianę węgla. Niezależnie od Daniela Rutherforda odkrył również azot. Opisał właściwości kwasu fluorowodorowego i jego licznych soli, otrzymując kwas z fluorku wapnia. Wyizolował również tlenek węgla(II), siarkowodór, amoniak, fluorek wapnia, arszeniki gazowy chlorowodór. W trakcie badań nad arsenem otrzymał wodoroarsenin miedzi(II), nazywany zielenią Scheelego, a także ustalił skład błękitu pruskiego i boraksu. Jest także autorem nowych metod uzyskiwania eterów, kalomelu, magnezu. Badał związki fosforu i został twórcą wysokowydajnej metody uzyskiwania fosforu, która przyczyniła się do rozwoju szwedzkiego przemysłu produkcji zapałek, jego odkrycia przyczyniły się do powstania technik bielenia chlorem i otrzymywania fosforu z popiołu kostnego, a także udoskonalenia otrzymywania sody. Jako pierwszy dokładnie opisał przebieg ciemnienia chlorku srebra pod wpływem światła (1777 r.), co miało istotny wpływ na późniejszy rozwój fotografii. Jego badania doprowadziły do odkrycia fluorku krzemu w 1771. Odkrywca wielu kwasów organicznych m.in. winowego, szczawiowego, mlekowego, tetrahydroksyheksanodiowego, moczowego, pruskiego, cytrynowego, jabłkowego, galusowego i pirogalusowego. Ponadto wyizolował kazeinę, pierwsze aldehydy i glicerynę (1783, jednak nazwę tę nadał jej dopiero Michel-Eugène Chevreul). Opisał metodę zbliżoną do pasteryzacji, jednak jego publikacja przeszła bez echa. Przeprowadził pierwsze badania adsorpcji gazów na węglu drzewnym oraz katalitycznej estryfikacji kwasów organicznych kwasami mineralnymi w 1781. Łącznie w swoich zaszyfrowanych notatkach opisał 15-20 tys. eksperymentów, z których opublikowano niewielką część. W 1892 r. Adolf Nordenskiöld opublikował wybór notatek Scheele’go.