氧气的发现者之一舍勒

Carl Wilhelm Scheele 1742一1786


    卡尔·威尔海姆·舍勒是瑞典著名化学家,氧气的发现人之一,同时对氯化氢、一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮等多种气体,都有深入的研究。

    1742年12月19日,舍勒生于瑞典的斯特拉尔松。家境贫寒,人口又多,有人说舍勒在7个子女中排行第七,也有人说他在11个子女中排行第七。多子往往和贫困连结在一起,由于经济上的困难,舍勒只勉强上完小学,年仅14岁就到哥德堡的班特利药店当了小学徒。药店的老药剂师马了·鲍西,是一位好学的长者,他整天手不释卷,孜孜以求。出而学识渊博,同时,又有很高超的实验技巧。马丁·鲍西不仅制药,而且还是哥德堡的名医,在哥德堡的市民看来,他简直就象古希腊的盖伦和中国的扁鹊、华陀一样,他的高超医术,在广大市民中,像神话一样地流传着。

    名师出高徒,马丁,鲍西的言传身教,对舍勒产生了极为深 刻的影响。舍勒在工作之余也勤奋自学,他如饥似渴地读了当时流行的制药化学著作,还学习了炼金术和燃素理论的有关著作。他自己动手,制造了许多实验仪器,晚上在自己的房间里做各种各样的实验。他曾因一次小型的实验爆炸引起药店同事的许多非议,但由于受到马了·鲍西的支持和保护,没有被赶出药店。舍勒在药店里边工作,边学习,边实验,经过近8年的努力,他的知识和才干大有长进,从一个只有小学文化的学徒,成长为一位知识渊博、技术熟练的药剂师。同时,他也有了自己一笔小小的“财产”——近40卷化学藏书,一套精巧的自制化学实验仪器,正当他准备大展宏图的时候,生活中出现了一个不幸,马丁·鲍西的药店破产了。药店负债累累,无力偿还债款,只好拍卖包括房产在内的全部财产。这样,舍勒失去了生活的依托,失业了。他只好孤身一人,在瑞典各大城市游荡。从1765年起,他不得不几次变换工作,但都没离开制药这个行业,他当过制药工,也当过大药店的帮工,还行过医。后来,舍勒在马尔摩城的柯杰斯垂姆药店找到了一份工作,药店的老板有点象马丁·鲍西,很理解舍勒,支持他搞实验研究。他们给了他一套房子,以便他居住和安置藏书及实验仪器。从此,舍勒结束了游荡生活,再不用为糊口奔波。环境安定了,他又重操旧业,开始了他的研究和实验。

    读书,对舍勒启发很大,他曾回忆说,我从前人的著作中学会很多新奇的思想和实验技术,尤其是孔克尔的《化学实验大全》,给我的启示最大。

    实验,使舍勒探测到许多化学的奥秘,据考证,舍勒的实验记录有数百万字,而且在实验中,他创造了许多仪器和方法,甚至还验证过许多炼金术的实验,并就此提出自己的看法。

    舍勒后来工作的马尔摩城柯杰斯垂姆药店,靠近瑞典著名的鲁恩德大学,这给他的学术活动提供了方便。舍勒为了实现自己的理想和抱负,开始了他的学术社交活动;他和鲁恩德大学的教授们进行广泛的接触,有这些交往中,舍勒 获益非浅。他交了一位挚友,名叫莱茨柯斯,他与舍勒同龄,是鲁恩德大学的化学讲师,两人过往甚密,经常共同切磋化学理论问题和实验问题。

    舍勒工作的马尔摩城学术气氛很浓,而且离丹麦的名城哥本哈根也不远,这不仅方便了舍勒的学术交流,同时也使他得以及时掌握化学进展情况,买到最新出版的化学文献,这对他自学化学知识有很大的帮助。从学术角度考虑,舍勒认为真正的财富并不是金钱,而是知识和书籍。因此,他特别注意收藏图书,每月的收入,除了吃穿用,剩下的几乎全部用来买书。舍勒勤学好问,潜心于事业,为人正派,救困扶贫。因此,他的人品受到学术界的极高评价。舍勒研究化学专心致志,他对一切问题,都愿意用化学观点来解释。舍勒的好友莱茨柯斯在回忆他与会勒的交往以及舍勒的气质时说舍勒的天才完全用于实验科学,他有“惊人的记忆力和理解力,但似乎他只记住与化学有关的事情,他把许多事情都与化学联系起来加以说明,他有化学家的独特的思考方式。

    舍勒还曾经在斯德哥尔摩和乌布萨拉的药店里工作过。1775年, 33岁的舍勒几经辗转,来到科平城,在寻找工作时发现科平城有一所位置和规模都很理想的药店,药店的主人波耳已经去世,波耳的遗孀不懂药店业务,不善经营,已经负债颇巨。舍勒受雇于药店后,改善了药店的经营管理,又亲自研制生产了许多新药,药店很快就兴旺起来了。这样,波耳遗孀妮古娅对舍勒十分满意,在她眼里,舍勒简直就象上帝一样神奇伟大,因此,她主动把药店全部转让给舍勒,希望他使药店继续兴旺,舍勒也很高兴地接受了这个建议。对舍勒这段历史,科学史上流传着许多佳话,有人说,妮古姬虽然丧夫,但依然年轻美貌,与舍勒年龄相当,冶勒来店半年,二人相互倾慕,乃至依依不舍,终成伉俪。但舍勒属事业型人物,为了事业,他将32岁的妮古婉送到别墅中居住。

    舍勒有了独立的药店以后,不但经营有方,营利巨万,而且在药房里建立了独立的资料室和实验室。在离药房不远的风景区,他还建了一套宽大的住宅,院内花繁树茂,风景宜人,住宅东侧设有装备齐全的实验室,这所住宅由他的妹妹和妮古娅共同管理。

    舍勒和妮古娅相爱十年之后才举行婚礼,婚礼以后两天即1786年5月21日,舍勒就因严重的风湿病去世了,时年43岁。

    在科平城,舍勒经营的药店名气很大,收入可观。舍勒也十分喜欢这种把科学研究、生产商业活动有机地结合在一起的工作。虽然有几所大学慕名请舍勒任教授,但都被他谢绝了,因为他的药房确实是一个很好的研究场所,舍勒不愿意离开。舍勒一生对化学贡献极多,其中最重要的是发现了氧,并对氧气的性质做了很深入的研究。他发现氧的时间始于1767年对亚硝酸钾的研究。起初,他通过加热硝石得到一种他称之为“硝石的挥发物”的物质,但对这种物质的性质和成分,当时尚不能解释。舍勒为深入研究这种现象废寝忘食,他曾对他的朋友说:“为了解释这种新的现象,我忘却了周围的一切,因为假使能达到最后的目的,那未这种考察是何等的愉快啊!而这种愉快是从内心中涌现出来的。”舍勒曾反复多次做了加热硝石的实验,他发现,把硝石放在坩埚中加热到红热时,会放出气体,而加热时放出的干热气体,遇到烟灰的粉未就会燃烧,放出耀眼的光芒。这种现象引起舍勒的极大兴趣,“我意识到必须对火进行研究,但是我注意到,假如不能把空气弄明白,那未对火的现象则不能形成正确的看法。”舍勒的这种观点已经接近“空气助燃”的观点,但遗憾的是他没有殇沿着这个思想深入研究下去。

    舍勒正式发现氧气可以定在1773年以前,比英国的普利斯特列发现氧气要早一年。他制取氧气的方法比较多,主要有:

(1)加热氧化汞(Hg0);

(2)加热硝石(KNO3);

(3)加热高锰酸钾 (KMnO4)

(4)加热碳酸银(AgCO3)、碳酸汞(HgCO3)的混合物。

    舍勒把这些实验结果,整理成一本书,书名叫《火与空气》,此书书稿1775年底送给出版家斯威德鲁斯,但一直到1777年才出版,书稿在出版社压了两年。书稿不能按时出版,对此舍勒十分不快。他1776年8月,曾给他的朋友写信说:“从前我就想到我多年所做的关于火的实验,恐怕也会有人用稍微不同的方法做出来,并把所得的结果,先于我发表出来。这一点因书迟迟不能出版使我更加相信了,若真的别人先于我发表了,他们反而会说我的实验结果是抄袭之作,只是稍加改变而已,到那时,我只有多谢斯成德鲁斯的恩赐了。”舍勒发现氧的优先权,正如他所担心的那样,真的因出版商的耽误而被人夺去了,但人们仍承认他是氧的独立发现人。

    舍勒还对空气的成分进行过出色研究,为此他做过许多杰出的实验。

    第一个实验是把湿铁屑放在倒置于水中的密闭容器中、几天以后,铁屑生锈,空气大的减少了1/4,容器中剩下的3/4空气,可以使燃烧的蜡烛熄灭。

    第二个实验是把一小块白磷置于倒置于水中的密闭容器中,让白磷在密闭容器中燃烧,器壁上沉积了一层白花,并且空气的体积减少了1/4。

    类似以上的实验,舍勒曾做过多次,都发现空气是复杂的。他对这类实验做的假定性说明是:“空气是由两种性质不同的流体组成,其中一种表现出不能吸引燃素的性质,即不助燃,而占空气总量1/3到1/4的另一种流体,则特别能吸引燃素;即能助燃。舍勒还把不助燃的空气称为“浊空气”,把助燃的空气称为“火空气”,火空气实际上就是现在大家熟悉的氧气。 舍勒为了证明他的观点,千方百计地制造纯净的“火空气”,他用加热硝石的方法和加热氧化汞的方法,用牛尿泡收集了约2升的“火空气”后来他又改进了实验,能顺利地收集大量的“火空气”。值得指出的是,舍勒还做过“浊空气”和“火空气”的生物实验。他把老鼠和苍蝇放在寄封的浊气中,过了一段时间老鼠和苍蝇都死掉了。

    与此同时,他把蜜蜂放在密闭的“火空气”容器中,过了一个星期,蜜蜂还生活得很好。这些实验足以证明,“火空气”可以帮助燃烧,维持生命,相反,“浊空气,不能帮助燃烧,不能维持生命。到此,舍勒本应对“火空气”和“浊空气”的性质有一个充分的认识,但是,非常可惜,舍勒并没有能从他的出色实验中,引出正确的结论。

    舍勒终生笃信燃素说,认为燃素就和“以太”相似,浊气是因为吸足了燃素所至,火空气则是纯净的没有吸过燃素的。他在理论上墨守陈规,这使他的发现黯然失色。之所以出现这种情况,一是舍勒缺乏理论思维的能力,二是和他生活的社会文化背景、化学理论背景有直接关系,当时燃素说盛行,没人对这种学说提出怀疑,与舍勒交往的化学教授都对燃素说信奉不疑。再加上舍勒重实验,轻理论,只要用现有的理论把他的实验结果解释一番他就满足了,至于这种理论是否正确,他没想到要去验证。

    当然,理论上的错误,人们不应责怪舍勒,无论如何,舍勒的杰出贡献,给化学的进步带来了巨大的影响。舍勒的研究涉及到化学的各个分支,在无机化学、矿物化学、分析化学、甚至有机化学、生物化学等诸多方面,他都做出了出色贡献。舍勒除了发现了氧、氮等以外,还发现了砷酸、铝酸、钨酸、亚硝酸,他研究过从骨骼中提取磷的办法,还合成过氰化物,发现了砷酸铜的染色作用,后来很长一段时间里,人们把砷酸铜作为一种绿色染料,并把它称为“舍勒绿”。舍勒应当是近代有机化学的奠基人之一。1768年,他证明植物中含有酒石酸,但这个成果因为瑞典科学院的忽视,一直到1770 年才发表。舍勒还从柠檬中制取出柠檬酸的结晶,从肾结石中制取出尿酸,从苹果中发现了苹果酸,从酸牛奶中发现了乳酸,还提纯过没食子酸。统计表明,舍勒一共研究过21种水果和浆果的化学成分,探索过蛋自质、蛋黄、各种动物血的化学成分。当时的有机化学还很幼稚,缺乏系统的理论,在这种情况下,舍勒能发现十几种有机酸,实在难能可贵。

    舍勒还曾研究过许多矿物,如石墨矿、二硫化铜矿等,提出了有效地鉴别矿物的方法。他在研究萤石矿时,发现了氢氟酸。同时探索了氟化硅的性质。他还测定过软锰矿(二氧化锰)的性质。证明软锰矿是一种强氧化剂。他用盐酸与软锰矿首次实现了下述反应:

    MnO2 +HCl—>MnCl2+H2O+ C12

他发现,这种呛人的黄色气体(C12)能使染料退色,有许多奇特的性质。舍勒在生物化学中,解决了食醋长期保存的问题,这种方法后来被微生物学家所采用。舍勒一生完成了近千个实验,因吸过有毒的氯气和其他气体,身体受到严重伤害,人们在他的笔记中发现,他还亲口尝过有剧毒的氢氰酸,他记录了:“这种物质气味奇特,但并不讨厌,味道微甜,使嘴发热,刺激舌头。”这种亲尝剧毒品的记载,平静得令人吃惊。

    舍勒1775年当选为瑞典科学院成员,他的工作给人类带来巨大的利益,他一生尽瘁于化学事业,他认为化学“这种尊贵的学问,乃是奋斗的目标。”舍勒逝世后,瑞典人们十分怀念他,在他150和200周年诞辰时,人们给他举行了隆重的纪念会,这种会议也成了化学家们进行学术交流的场所。舍勒的遗作,大部分都整理出版了。在科平城和斯得哥尔摩都为他建立了纪念塑像,他的墓地前立有一块朴素的方形墓碑,碑上的浮雕是一位健美男子,高擎着一把燃烧的火炬。