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卡爾·威廉·舍勒

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卡爾·威廉·舍勒是瑞典無機化學家。1742年12月9日生於波美拉尼亞的施特拉爾松德(今屬民主德國),1786年5月21日卒於瑞典雪平。1757年在哥德堡做一藥劑師的學徒,並開始學習和研究化學,並做實驗。1770年在烏普薩拉做藥劑師。1775年在雪平開設藥房,直到逝世。1775年選入斯德哥爾摩皇家科學院。舍勒發現的有機和無機物不下30種。其中最著名的是氧和氯的發現。他在1773年以前,研究了燃燒現象,分離出了氧氣(當時他稱為「火空氣」),並於1775年底寫成《論空氣與火》一書,但未能及時出版,直到1777年才與讀者見面。1775年2月4日,舍勒當選為瑞典科學院院士。由於經常在夜裡工作,這大大損害了他的健康,不幸得了哮喘病,使他在1786年5月21日過早地病故了,終年僅44歲。

1 卡爾·威廉·舍勒 -生平簡介

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瑞典化學家舍勒是18世紀中期到18世紀後期歐洲一位相當出名的科學家。於1742年12月19日生在瑞典南部。他生活在化學還由錯誤的理論燃素說盛行的時代,儘管他也是擁護燃素說的,可是在實驗方面他卻發現了很多新的化學事實。

舍勒長期在瑞典的小城鎮徹平的藥房工作。早年曾在哥德堡、馬爾默、烏普薩拉、斯德哥爾摩等地的藥房短期工作過,他的大量研究是在徹平進行的。他的實驗成果相當多,例如:至今還在使用的舍勒綠(Scheele抇sgreen)就是他發明的亞砷酸氫銅CuHASO3,仍然是著名的綠色顏料。舍勒經常處於窮困之中,他用簡陋的儀器在寒冷的實驗室中做了大量的實驗工作,加上他經常在夜裡工作,所以得了哮喘病,這使他在1786年5月21日,就病故了,終年僅44歲。他所發明的新化合物之多,幾乎是18世紀時史無前例的。

卡爾·威廉·舍勒卡爾·威廉·舍勒
卡爾·威廉·舍勒的第一篇論文是關於酒石酸的,發表於1770年。接下來又得到焦酒石酸。在1774年,他研究了二氧化錳,並且利用它製得了氯氣。他製成了錳的許多化合物,例如:錳酸鹽和高錳酸鹽等。他還解釋了玻璃的著色和脫色問題。在1775年,他研究了砷酸的反應,在1776年發表了關於水晶、礬石和石灰石的成分的論文,還從尿里第一次得到了尿酸。在1777年他製得了硫化氫,並且觀察到,銀鹽被光照射以後,可以變色。在1778年他製得了升汞,從鉬礦里製成了鉬酸。他分析了空氣里所含氧的比例,並且多天都重複作了這樣的分析。實際上,他在1778年就知道空氣里至少有兩種元素。當時沒有發表,所以現在化學史書上,把這項工作列在卡文迪許名下。1780年他證明了牛奶的發酸,是因為產生了一種乳酸,乳酸被硝酸氧化之後,得到粘液酸。

在1781年他發現了白鎢礦,因為這是他首先發現的,所以化學上利用他的姓,名之為Scheelite。在1782年他首先製成了乙醚,在1783年他研究了甘油的特性。在差不多同時,他又研究了普魯士藍的特性和用法。記載了普魯士酸(即氫氰酸)的性質、成分和化合物,當時他還不知道氫氰酸是一種很毒的物質。

在他生命的最後幾年裡,他研究了多種植物性酸類。例如:檸檬酸、蘋果酸、草酸和五倍子酸等等的成分。

舍勒在1775年年2月4日當選為瑞典科學院的院士,他當時僅在徹平擔任一個藥物商人。由於他的主人去世了,他代表這個藥店的主人成為這個城市最有名的藥劑師。

舍勒的很多實驗中的一部分,在他生前沒有發表,一直到1892年紀念他誕生一百五十周年的時候,才有化學史家把他的日記和書信做了詳細的整理,但也沒有正式發表。

到1942年紀念舍勒誕生二百周年的時候,他的全部實驗記錄,經過重新整理之後,方才正式印刷發表出來。一共有八卷之多,其中大部分是瑞典文的,也有少數德文的。

在他這些日記和文件之中,最引人注意的是舍勒和甘恩這位大學教師的通信。這些信件里很明確的說明了舍勒在18世紀,對於化學實驗所具有的能力和貢獻。

由於舍勒發現了骨灰里有磷等物質。這使後來甘恩證明了骨頭裡面確有磷。在這以前,人們只知道尿里有磷,而發現骨頭裡有磷,是從舍勒開始的。他從螢石和硫酸的作用發現了氫氟酸。他又利用軟錳礦和鹽酸的作用,得到了氯氣,但卻誤認為發現了燃素。他在1773年寫給朋友的信里說:如果把軟錳礦溶解在鹽酸里,就得到了一種黃顏色的氣體。他還發現了這種氣體有漂白的作用。

舍勒在化學實驗工作方面,涉及非常之廣。實際上,他當時在國外,特別在法國很出名。例如:拉瓦錫在1774年寫的書里,就用了相當大的篇幅,推崇舍勤的工作。他們還互相通信。儘管如此,舍勒始終堅信燃素說而不相信拉瓦錫的氧化學說。

從現在來看,舍勒的許多實驗,在今天並不難做,可是在二百多年前,能夠發現那麼多化學成果是很不容易的。因此,舍勒雖然只活了四十四歲,而他對化學的貢獻卻是永遠令人懷念的。

瑞典科學院為了紀念舍勒,鑄造了一座銅像,矗立在斯德哥爾摩的廣場上。

2 卡爾·威廉·舍勒 -研究領域

舍勒的傑出貢獻,給化學的進步帶來了巨大的影響。舍勒的研究涉及到化學的各個分支,在無機化學、礦物化學、分析化學、甚至有機化學、生物化學等諸多方面,他都做出了出色貢獻。

他是氧氣最早的發現者,並對氧的性質作了深入的研究。他研究氧氣開始於1767年對亞硝酸的研究。起初,他加熱硝石得到一種稱之為「硝石的揮發物」的性質,但對這種物質的性質和成分還不清楚。舍勒反覆做加熱硝石的實驗,發現把硝石放在坩堝中加熱到通紅時,會放出乾熱的氣體,遇到煙灰的粉末就會燃燒,放出耀眼的光芒。這種現象引起了舍勒極大的興趣。他在1773年就用多種方法製得比較純凈的氧氣。主要有:
(1)加熱氧化汞(Hg0);
(2)加熱硝石(KNO3);
(3)加熱高錳酸鉀(KMnO4);
(4)加熱碳酸銀(AgCO3)、碳酸汞(HgCO3)的混合物。

舍勒把這些實驗結果,整理成一本書,書名叫《火與空氣》,此書書稿1775年底送給出版家斯威德魯斯,但一直到1777年才出版,書稿在出版社壓了兩年。而英國化學家普利斯特里於1774年發現氧氣后,很快就發表了論文,時間比舍勒還早。現在化學史上都認為舍勒和普利斯特里各自獨立地發現了氧氣。

卡爾·威廉·舍勒氯氣
舍勒在化學上的另一個重要的貢獻,是發現了氯氣。18世紀的後期由於冶金工業的發展,開展了對各種礦石的研究。其中有一種叫做軟錳礦的,舍勒經過3年功夫,確定它是一種新金屬的氧化物,按當時的說法它是「脫燃素的新金屬」,舍勒把這種金屬定名為錳。舍勒在這種軟錳礦的研究中發現了氯氣。軟錳礦不溶於稀硫酸和稀硝酸中,但能溶於鹽酸,並立即冒出一種令人窒息的黃綠色氣體,它和加熱王水時所產生的氣體相象,使人的肺極為難受。他用這種氣體作了種種實驗,發現它微溶於水,使水略有酸味;具有漂白作用,能合藍色的紙條幾乎變白,又能漂白有色花朵和綠葉;還能腐蝕金屬;在這種氣體中的昆蟲會立即死去,火也立即熄滅。由於他虔信燃素學說,誤認為這是由於「脫燃素的錳」(二氧化錳)從鹽酸中奪去了燃素而產生了這種氣體,因此稱它為「脫燃素鹽酸」,而沒有認為它是一種元素。除了氧氣、氯氣外,在無機方面舍勒發現的還有氮氣、砷酸、鉬酸、鎢酸、亞硝酸。在有機方面證明植物中含有酒石酸,從檸檬中制以出檸檬酸晶體,從腎結石中製取出尿酸,從蘋果中發現蘋果酸,從酸牛奶中發現乳酸,曾提純過沒食子酸。當時有機化學還很幼稚,在缺乏理論知識的情況下,舍勒能發現十幾種有機酸,例如:①無機酸類:磷酸(1774)、砷酸(1775)、鉬酸(1778)、鎢酸(1781);②其他無機化合物:氟化氫(1771)、砷化氫(1775)、亞砷酸銅(1778)、氰化氫和氰化物(1782);③有機酸類:酒石酸(1770)、草酸(1776)、乳酸和尿酸(1780)、檸檬酸(1784)、蘋果酸(1785)、沒食子酸和焦性沒食子酸(1786);④其他有機化合物:酪朊和骨螺紫(1780)、乙醛和酯類(1782)、甘油(1783)等,是很不容易的。
此外,舍勒還對空氣的成分進行過出色研究。

3 卡爾·威廉·舍勒 -發現氧氣

舍勒是氧氣的最早發現者,他在1773年就用兩種方法製得了比較純凈的氧氣。第一種方法是將硝酸鉀、硝酸鎂、碳酸銀、碳酸汞、氧化汞加熱,就會放出氧氣。第二種方法是將黑錳礦(二氧化錳)與濃硫酸共熱,產生氧氣。接著,他對氧氣的性質作了研究,他發現,當一種物體在這種氣體中燃燒后,這種氣體便消失了,所以他把這種氣體叫做「火氣」。舍勒的研究成果發表在《論空氣和火的化學》中,但這本書被出版商延誤,直到1777年才出版。而英國化學家普利斯特里於1774年發現氧氣后,很快就發表了論文,時間比舍勒還要早。現在,化學史上都認為舍勒和普利斯特里各自獨立地發現了氧氣。由於舍勒是燃素學說的信奉者,所以他認為燃燒是空氣中的」火氣」與燃燒物體中的燃素相結合的過程,火是「火氣」與燃素形成的化合物,因此,舍勒與普利斯特里一樣,雖然發現了氧氣,但是都未能對燃燒現象作出正確的解釋。

4 卡爾·威廉·舍勒 -氧氣實驗

卡爾·威廉·舍勒氧氣實驗
如果給點燃的蠟燭罩上一個玻璃罩,蠟燭燃燒一會兒就熄滅了,如果把玻璃罩內的空氣全部抽掉,蠟燭立即熄滅;鐵匠煉鐵時,用風箱鼓進空氣,火會燒得更旺。燃燒的物質為什麼需要空氣呢?舍勒對燃燒產生了濃厚的興趣。

為了搞清這個問題,舍勒用各種不同的化學物質,放在密閉的容器里,一次又一次地進行試驗。

有一天,舍勒在空燒瓶中放進一塊白磷,塞上瓶塞,然後從瓶外稍稍加熱,白磷立即燃燒起來,發出火光,冒出白煙。不久,火光滅了,濃霧也散了,而且瓶壁上沉積了一層白色物質。

待燒瓶剛涼,舍勒立刻把燒瓶倒扣進水中,然後拔出瓶塞,這時怪事發生了,水充滿燒瓶體積的1/5以後,水面不再上升。他又重做了幾遍實驗,結果還是一樣。

這是怎麼回事?1/5的空氣去哪兒了?帶著這樣的問題,舍勒又做了另一個實驗。

他在一個小瓶里放進一些鐵屑,在上面澆了些稀硫酸溶液,然後用插上玻璃管的軟木塞塞住瓶口,放進盛水的玻璃缸里。將玻璃管生成的氣體引出水面,用火舌點燃,又把一隻空燒瓶底朝天罩在火舌上面。燒瓶的瓶口浸在水面下,這就使外部的空氣沒法進入瓶中。隨著氫氣在密閉的空間里燃燒,玻璃缸里的水,不斷湧進燒瓶。當火焰完全熄滅了,進入燒瓶的水,依然只佔燒瓶體積的1/5。

舍勒對這事迷惑不解。既然燃燒中用掉了1/5的空氣,那麼剩下的4/5空氣為什麼不消失?難道瓶里剩下的空氣跟那些在燃燒中消失的空氣不一樣?

於是他又做了一連串實驗,在燒剩下的空氣中,放進蠟燭、炭、白磷,結果是,蠟燭立即熄滅,燒紅的炭很快變黑,連易於燃燒的磷也不肯著火。把幾隻老鼠關進裡面,馬上窒息而死。  

舍勒終於明白了,這種燒剩下的空氣,的確跟「燒掉」的那部分空氣性質不同。看來空氣是由兩種完全不同的成分組成的。他認為一種是「活空氣」,它能幫助燃燒,於是把它叫做「火焰空氣」;另一種是「死空氣」,對火不起作用,老鼠會窒息而死,所以叫它「無用空氣」。

卡爾·威廉·舍勒卡爾·威廉·舍勒
舍勒更感興趣的是「火焰空氣」。經過多次實驗,舍勒很快找到了製造純「火焰空氣」的方法。

舍勒在玻璃曲頸甑中裝進一些硝石,放到爐子上加熱,同時,在甑頸上縛上一個擠癟了的牛尿泡。硝石熔化了,放出的氣體使牛尿泡逐漸脹大起來。接著很快將牛尿泡取下來,把泡里的氣體貯存在一個燒瓶里。把燒紅的木炭、剛吹滅的木柴、磷分別放進這些燒瓶中,這時木炭四周火星迸裂,猛烈燃燒,發出白熾的光芒;帶餘燼的木柴重新燃燒起來了;磷爆發出火焰,竟亮得刺目。舍勒高興得從實驗室衝出來,搖著手裡的一隻瓶子喊著「火焰空氣!火焰空氣!」而「火焰空氣」也就是氧氣

5 卡爾·威廉·舍勒 -遲來的輝煌

舍勒的生命是短暫的,但他所取得的成果卻相當多,他一生髮現的新物質有30多種,這在當時是絕無僅有的。在舍勒一生的發現中,最為突出的貢獻是發現氧氣和氯氣。

舍勒的很多實驗研究成果,生前沒有發表。1892年,紀念他誕生150周年之際,化學史學者詳細整理了他生前的日記和書信,但並沒有正式發表。直到1942年,紀念舍勒誕生200周年的時候,他的全部實驗記錄經重新整理之後,才正式發表,共有8卷之多。

6 卡爾·威廉·舍勒 -遲到的婚禮

有名的藥劑師波耳在柯平鎮突然去世,醫務界同業公會會議一致推選舍勒為最合適的經理人選。1775年,舍勒來到了柯平鎮。波耳的遺孀妮古婭是一位年輕貌美的婦女,他特地讓出一部分房間供新任經理使用。

舍勒有充足的時間進行研究,他十分喜歡把科學研究、生產、商業活動有機地結合在一起。在工作之餘,他也會和妮古婭談談話,這個年輕的孀婦漸漸佔據了科學家的心靈,而在妮古婭心目中,舍勒也成了不可缺少的一部分。他們二人互相愛慕,但舍勒是事業型的人物,為了事業,他將妮古婭送到別墅中居住。

卡爾·威廉·舍勒舍勒雕像
舍勒一生中完成了近千個實驗,因吸過有毒的氯氣和其他氣體,身體受到嚴重的傷害。他還親口嘗過有劇毒的氫氰酸,他記錄了當時的感覺:「這種物質氣味奇特,但並不討厭,味道微甜,使嘴發熱,刺激舌頭。」他雖然視事業為生命,想一刻不停地工作下去,但身體狀況的惡化使他常常卧床不起。

1785年整個冬天他都苦於風濕病的劇烈發作。命運好像在捉弄他,他一輩子為別人製藥,而現在卻不能找到醫治自己疾病的藥物。春天來了!舍勒覺得好一些。「妮古婭,只要我能站起來,咱們馬上就結婚。」「是的。親愛的。」妮古婭溫存地答。1786年3月,他們舉行了訂婚儀式,但是病情在稍好些后,又惡化了。「妮古婭,看來,我活不長了,你把牧師請來,在家裡舉行結婚儀式吧。」他對心愛的人說。「好的,親愛的」,妮古婭含淚答應了。

1786年5月19日,在經歷10年的相戀之後,他們舉行了婚禮。對於這對有情人來說,婚禮有些遲了,因為兩天後,舍勒就離開了人間。

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