Газ открытый шведским аптекарем шееле. Карл вильгельм шееле. Большой вклад в науку

Материал из Юнциклопедии

Шведский химик, первооткрыватель множества органических и неорганических веществ.

По профессии Шееле был фармацевтом. Современников он поражал мастерским проведением химических опытов. Говорили, что у этого аптекаря золотые руки, он не может дотронуться до какого-либо вещества, чтобы не сделать открытия. Шееле удавалось получать многочисленные новые вещества, хотя работал он с очень примитивными лабораторными приборами. Используя самодельные устройства из колб, реторт, бутылок, бычьих пузырей, Шееле сумел впервые получить такие вещества, как перманганат калия, этиловый эфир, бензойная кислота, глицерин, описал свойства этиловых эфиров, азотной, соляной, уксусной кислот, серного ангидрида. Он открыл многие неорганические кислоты: фтористоводородную (плавиковую), синильную, фосфорную, мышьяковую; впервые выделил органические кислоты: винную, лимонную, яблочную, щавелевую и др.

В 1772 г. Шееле впервые в истории сумел получить в лаборатории чистый кислород, названный им «огненным воздухом». Однако первооткрывателем кислорода считают Дж. Пристли (1774), так как результаты работ Шееле были опубликованы лишь в 1777 г. в книге «Химический трактат о воздухе и огне». В этой книге были также приведены результаты многочисленных анализов воздуха, проведенных Шееле в 60-70-х гг. XVIII в. Кроме кислорода Шееле обнаружил элементы, впоследствии названные хлором и марганцем, впервые получил оксид бария, триоксиды вольфрама и молибдена, сероводород и другие соединения серы, фтора, фосфора. Почти все элементы, известные химикам в XVIII в., были изучены Шееле.

Он впервые обратил внимание на то, что железо, медь и ртуть имеют переменную валентность. Это наблюдение получило объяснение значительно позже (см. Валентность, Степень окисления).

В возрасте 32 лет Шееле был избран членом шведской Королевской Академии наук, его исследования получили признание химиков разных стран. Скромного фармацевта приглашали заведовать кафедрами химии в знаменитые университеты. Шееле отказался от заманчивых предложений. Ведь работа в аптеке облегчала страдания людей и позволяла проводить любимые опыты. Им он отдавал все свободное время, и тогда, по словам ученого, ему становилось так радостно, что «сердце смеялось».

На одной из площадей Стокгольма стоит старинная лабораторная печь. Около нее застыла фигура химика: в правой руке щипцы с исследуемым образцом минерала. Это памятник Шееле, раскрывшему много тайн природы.

Шведский химик, первооткрыватель множества органических и неорганических веществ.

В 1772 г. Шееле впервые в истории сумел получить в лаборатории чистый кислород, названный им «огненным воздухом». Однако первооткрывателем кислорода считают Дж. Пристли (1774), так как результаты работ Шееле были опубликованы лишь в 1777 г. в книге «Химический трактат о воздухе и огне». В этой книге были также приведены результаты многочисленных анализов воздуха, проведенных Шееле в 60-70-е гг. XVIII в. Кроме кислорода Шееле обнаружил элементы, впоследствии названные хлором и марганцем, впервые получил оксид бария, триоксиды вольфрама и молибдена, сероводород и другие соединения серы, фтора, фосфора. Почти все элементы, известные химикам в XVIII в., были изучены Шееле.

Шееле был одним из тех ученых, которым сопутствовала удача в их работе. Его экспериментальные исследования существенно способствовали превращению химии в науку. Он открыл кислород, хлор, марганец, барий, молибден, вольфрам, органические кислоты (винную, лимонную, щавелевую, молочную), серный ангидрид, сероводород, кислоты - плавиковую и кремнефторводородную, многие другие соединения 36 . Он впервые получил газообразные аммиак и хлористый водород. Шееле также показал, что железо, медь и ртуть имеют различные степени окисления. Он выделил из жиров вещество, впоследствии названное глицерином (пропантриолом). Шееле принадлежит заслуга получения цианистоводородной (синильной) кислоты из берлинской лазури 37 .

Карл Вильгельм Шееле родился 19 декабря 1742 г. в семье пивовара и торговца зерном в городе Штральзунде. Этот старый ганзейский город, находившийся в тогдашней Померании, после Вестфальского мира (1648 г.) отошел к Швеции. Шееле учился в Штральзунде в частной школе, но уже в 1757 г. переехал в Гётеборг.

В то время в Швеции возникла одна из первых в Европе капиталистическая система хозяйства: бурными темпами развивались судостроение и судоходство, добыча железных и медных руд, выплавка металлов. Несмотря на господство абсолютистской монархии, прогрессивным силам удалось осуществить экономические и политические реформы, обеспечившие капиталистическое развитие страны.

Шведская Академия наук 38 была влиятельной организацией передовых сил страны и пользовалась уважением в Европе. Буржуазия опиралась в борьбе за экономическое и духовное развитие общества на труды Галилея, Декарта, Лейбница, Ньютона, Шталя и других основоположников естествознания и философии. Многие шведские ученые были представителями буржуазии, происходили из семей состоятельных купцов, владельцев рудников, металлургических заводов, бумажных фабрик. Они стремились использовать успехи науки для развития и улучшения производства и пытались разрешить многие насущные нужды промышленности, например разработали методы изучения горных пород и руд, способы выплавки металлов.

Родители Шееле не имели средств, чтобы дать высшее образование Карлу, который был уже седьмым сыном в этой большой семье. Поэтому он вынужден был стать сначала учеником аптекаря, затем уже проложить себе путь в науку многолетним самообразованием. Работая в аптеке, он достиг большого искусства в химическом эксперименте.

В одной из аптек Гётеборга Шееле освоил основы фармации и лабораторной практики. Кроме того, он усердно изучал (главным образом по ночам) труды химиков И. Кункеля, Н. Лемери, Г. Шталя, К. Неймана.

Проработав восемь лет в Гётеборге, Шееле переехал в Мальмё, где очень скоро проявил замечательные экспериментальные способности. Там он смог по вечерам заниматься собственными исследованиями в лаборатории аптекаря, где днем готовил лекарства. Современник Шееле, позже профессор Андерс Юхан Ретциус, сообщал о жизни скромного аптекаря в Мальме следующее: "Во время пребывания в Мальме Шееле закупил в Копенгагене столько книг, сколько ему позволял заработок. Перечитывая их по нескольку раз, о чем он часто вспоминал, Шееле находил в них то, чего не мог узнать ни у кого... За восемь лет экспериментов Шееле сделал столько наблюдений, что в этом отношении мало кто мог с ним сравниться" .

Ретциус посоветовал Шееле систематизировать свои наблюдения и записывать их в лабораторный дневник.

В конце апреля 1768 г. Шееле переехал в Стокгольм, надеясь в столице установить близкие отношения с учеными и получить новый стимул для проведения работ. Однако в стокгольмской аптеке "Корпен" Шееле не пришлось проводить химические опыты; он занимался только приготовлением лекарств. И лишь иногда, устроившись где-нибудь на тесном подоконнике, ему удавалось проводить собственные опыты. Но даже в таких условиях Шееле сделал ряд открытий. Так, например, изучая действие солнечного света на хлорид серебра, Шееле нашел, что потемнение последнего начинается в фиолетовой части спектра и выражено там наиболее сильно.

Два года спустя Шееле переехал в Упсалу, где в университете работали такие знаменитые ученые, как ботаник Карл Линней и химик Торберн Бергман. Шееле и Бергман вскоре стали друзьями, что немало способствовало успехам в научной деятельности обоих химиков. Совместная работа с Бергманом открыла перед Шееле возможность печатать сообщения о результатах новых исследований в "Трудах Шведской Академии наук". Так он опубликовал статью об исследовании плавикового шпата и плавиковой кислоты (1771 г.), о получении фосфора (1774 г.), о бензойной кислоте, а также о мышьяке, мышьяковой кислоте и мышьяковистом водороде (1775 г.). По совету Бергмана Шееле исследовал пиролюзит. При взаимодействии последнего с соляной кислотой им был получен (1775 г.) газ, впоследствии названный хлором 39 . Включения тяжелого шпата BaSО 4 , оставшиеся после этой реакции, Шееле сплавил со щелочью и углем и получил впервые сульфид бария, из которого приготовил соли этого металла.

Наиболее значительный труд Шееле "Химический трактат о воздухе и огне" содержит его экспериментальные работы, выполненные в 1768-1773 гг. В нем приведены результаты многочисленных исследований газов и процессов горения. Эти проблемы тогда были в центре внимания самых выдающихся химиков, которые пытались экспериментально подтвердить положения господствовавшей в то время теории флогистона и получить флогистон в свободном состоянии. Работая в этом направлении, Шееле открыл кислород, назвав его "огненным воздухом" 40 , примерно за два года до сообщения Пристли. Хотя Шееле понимал, что горение возможно лишь в присутствии кислорода, он не мог отказаться от теории флогистона. Шееле объяснил свои наблюдения на основании сложных представлений о горении, в которых он рассматривал флогистон как некий антипод кислорода. Книга Шееле с сообщением об открытии им кислорода увидела свет лишь в 1777 г., спустя три года после публикации Пристли, считающегося с тех пор первооткрывателем кислорода 41 .

В 1775 г. Шееле был избран действительным членом Шведской королевской Академии наук за его выдающиеся достижения в области химии. Ни до, ни после Шееле этой чести не удостаивался ни один ученый, не имеющий высшего образования.

В 1777 г. Шееле приобрел в городе Чёпинге аптеку, где он мог проводить экспериментальные исследования. Его слава как выдающегося экспериментатора и ученого распространилась далеко за пределы Швеции. Король Пруссии Фридрих II приглашал Шееле возглавить кафедру химии в Берлинском университете, такие же приглашения поступили и из Англии. С присущей ему скромностью Шееле отклонил оба весьма заманчивых предложения.

Здоровье Шееле было сильно подорвано уже в раннем возрасте. Он скончался 21 мая 1786 г. на 44-м году жизни 42 .

(1742—1786)

Гордость шведской науки Карл Виль-гельм Шееле по происхождению немец. О его детских годах мало что известно. Пятнадцати лет от роду он стал учеником аптекаря в Гётеборге. Занимаясь приготовлением ле-карств, Шееле основательно изучил химию. В то время, когда она толь-ко начинала оформляться в само-стоятельную научную дисциплину, деятельность многих выдающихся исследователей протекала именно в аптеках. При них существовали не-плохо оборудованные лаборатории, а в библиотеках хранилось немало полезных книг и руководств.

Все свои исследования Шееле проводил в аптеках, переезжая из одного города в другой. После Гётеборга он последовательно рабо-тал в Мальмё, Стокгольме, Упсале, Чёпинге. Когда учёный находился в зените славы, прусский король Фрид-рих II предложил ему должность про-фессора химии в Берлинском уни-верситете. Шееле ответил отказом.

Работа всегда доставляла ему на-слаждение. Он любил повторять, что проводимые исследования «должны заставлять сердце смеяться».

Как и многие его современники, Шееле был приверженцем теории флогистона. Это, однако, нисколь-ко не помешало ему обогатить хи-мию поистине выдающимися до-стижениями. Никто из химиков не только XVIII, но и XX столетия не может сравниться с ним по чис-лу открытых химических элемен-тов и соединений. С именем Шееле связано открытие фтора, марганца, бария, хлора, молибдена и вольфра-ма. Конечно, в большинстве случа-ев он имел дело не с простыми ве-ществами, а с оксидами или солями, содержащими эти элементы.

Всего десять лет понадобилось Шееле для открытия шести элемен-тов. В 1771 г. он выделил плавиковую кислоту HF из минерала флюорита CaF 2 . В 1774 г. вместе с Юханом Ганом из пиролюзита MnO 2 извлёк марганец, а из барита BaSO 4 — оксид бария. В том же году, действуя соляной кислотой на пиролюзит, на-блюдал выделение жёлто-зелёного газа, т. е., по существу, открыл хлор. Правда, Шееле-флогистик считал это газообразное вещество «дефлогистированной соляной кислотой», но зато он подробнейшим образом изу-чил его свойства. В 1778 г. из молиб-денового блеска MoS 2 Шееле при-готовил оксид молибдена Мо O 3 . Наконец, в 1781 г., исследуя минерал тунгстен CaWO 4 , позднее названный шеелитом, он выделил оксид вольф-рама WO 3 .

Хотя кислород открыл в 1774 г. англичанин Джозеф Пристли, имен-но Шееле первым (в 1772—1773 гг.) получил и детально исследовал «ог-ненный воздух», обнаружив, в част-ности, что в нём свеча горит более ярким пламенем, нежели в обычном воздухе. Однако результаты своих экспериментов учёный опубликовал лишь через несколько лет — в кни-ге «Химический трактат о воздухе и огне», которая увидела свет в 1777 г. Шееле предложил новый способ приготовления фосфора, открыл мышьяковистый водород и мышья-ковую кислоту. (Да усовестится тот, кого утомит чтение этого переч-ня! Истинного почитателя химии он не может не восхитить.) И это да-леко не всё. Шееле выделил из при-родных продуктов и описал более половины известных в XVIII в. орга-нических соединений. Среди них были кислоты: виннокаменная, мо-лочная, лимонная, яблочная, галло-вая, щавелевая, циануровая, бен-зойная и слизиевая; сложные эфиры уксусной, бензойной и других кис-лот. Наконец, он открыл глицерин.

Словом, Карл Шееле в немалой степени способствовал накоплению того «строительного материала», который вскоре был использован при возведении здания органиче-ской химии.

Великому учёному воздавали должное многие. Быть может, наиболее точную характеристику дал ему историк химии Арнольд Ладенбург: «Это был идеал химика-эксперимен-татора; он открыл бесчисленное ко-личество тел и производил с ничтож-нейшими средствами самые трудные исследования. Он обладал таким да-ром наблюдения, что во всём гро-мадном количестве его работ едва ли можно найти хоть одну ошибку... он схватывает явление в целом, со всеми деталями, которые подробно и разбирает; для него каждый новый опыт является источником замеча-тельных открытий». Однако, вопро-шает Ладенбург, «каким идейным прогрессом обязана ему наша нау-ка?». И констатирует с сожалением: «...прогресс этот очень невелик, ибо его главные идеи были смутны...». Но разве можно поставить это в упрёк Шееле? В тенётах флогистических представлений изрядно пута-лись и выдающиеся современники учёного. Его «идейные» заблужде-ния с лихвой окупаются теми заме-чательными практическими резуль-татами, которых он достиг в течение своейнепродолжительнойжизни.

Титульный лист книги К. В. Шееле «Химический трактат о воздухе и огне» Издание 1777 г.

(Lavoisier, Antoine Laurent, 1743–1794) и за два года до них – открыл кислород (1772 г.), подробно описав его свойства. При этом кислород был получен им многими способами: прокаливанием оксида ртути (как это сделали Пристли и Лавуазье), нагреванием карбоната ртути и карбоната серебра и т.д. Несомненно, Шееле первым «держал в руках» чистый кислород.

БИОГРАФИЯ КАРЛА ВИЛЬГЕЛЬМА ШЕЕЛЕ (1742-1786).

Карл Вильгельм Шееле (C.W.Scheele, 1742-1786) родился 9 декабря 1742 г. в Штральзунде (Померания), принадлежавшем тогда Шведскому королевству, в семье мелкого торговца. В детстве посещал частный пансион, учился в гимназии. Поступив в ученичество в аптеку Бауха в Гётеборге (1756), освоил основы фармации и лабораторной практики, усердно изучал (главным образом по ночам) труды химиков И.Кункеля, Н.Лемери, Г.Шталя. Ученье, по обычаям того времени, должно было длиться около десяти лет. Карл Шееле уже через шесть лет успешно сдал экзамены и получил звание аптекаря. В совершенстве овладев профессией и, перебравшись в Стокгольм, Шееле приступает к самостоятельным научным изысканиям. Работал в аптеках Стокгольма (1768–1769), Упсалы (1770–1774), Чёпинга (1775–1786).
Работы и открытия Шееле охватывают всю химию того времени: учение о газах, химический анализ, химию минералов, начала органической химии (еще не выделившейся в самостоятельную науку).
Первая его работа была посвящена винной кислоте кислоты C 2 H 2 (OH) 2 (COOH) 2 , выделенной им в 1769 г. из соли – «винного камня» (гидротартрата калия), и плавиковой (фтороводородной) HF, выделенной из плавикового шпата - фторида кальция CaF2. В 1774 г., исследуя пиролюзит («черную магнезию»), показал, что он является соединением неизвестного металла, впоследствии названного марганцем. В этом же исследовании им была открыта «тяжелая земля» – оксид бария. Действуя на «черную магнезию» соляной кислотой, Шееле открыл зеленоватый удушливый газ, названный им «дефлогистированной соляной кислотой» . Его природа была установлена позднее другими учеными, и ему было присвоено название хлор.
После переезда сначала в Упсалу, где Шееле тоже ждала большая аптека, а потом - в маленький и тихий городок Чёпинг, научные исследования пытливого аптекаря продолжались и дали поразительные результаты. Шведский химик оказался автором стольких открытий, что их хватило бы на добрый десяток ученых, и многие их этих открытий относились к получению и очистке кислот.
В 1775 г. Шееле приготовил мышьяковую кислоту H 3 AsO 4 , в 1782-1783 гг. - синильную (циановодородную) кислоту HCN, в период с 1776 по 1785 гг. - целый набор органических кислот: мочевую C 5 (NH) 4 O 3 , щавелевую H 2 C 2 O 4 , молочную C 2 H 4 (OH)COOH, лимонную C 3 H 4 (OH)(COOH) 3 , яблочную С 2 H 3 (OH)(СOOH) 2 , галловую C 6 H 2 (OH) 3 COOH, а также глицерин C 3 H 5 (OH) 3 ...
Он показал, что молочная кислота, выделенная из кислого молока, несколько отличается от аналогичной кислоты из других источников. Это различие нашло объяснение лишь спустя столетие, после открытия изомеров. Особый интерес представляет получение Шееле синильной кислоты из угольного ангидрида, угля и аммиака. Этот опыт некоторые авторы рассматривают как первый органический синтез, осуществленный за сорок лет до Вёлера. В ходе работ по получению синильной кислоты Шееле выделил краску, получившую название «берлинской сини».
Шееле первым получил и исследовал перманганат калия KMnO4 - всем известную «марганцовку», которая теперь широко применяется в химических экспериментах и в медицине, разработал способ получения фосфора P из костей, открыл сероводород H2S. Окислением минерала молибденита получил «молибденовую землю», т.е. молибденовый ангидрид. Обрабатывая кислотами минерал тунгстен, получил «тунгстеновую кислоту» – вольфрамовый ангидрид. Впоследствии минералоги назвали вольфрамит кальция в честь ученого шеелитом.
Наиболее значительный труд Карла Вильгельма Шееле – Химический трактат о воздухе и огне (Chemische Abhandlung von der Luft und dem Feuer, 1777 г.). Эта книга содержит результаты его многочисленных экспериментов 1768–1773 гг. по исследованию газов и процессов горения. Из Трактата видно, что Шееле – независимо от Пристли и Лавуазье и за два года до них – открыл кислород и подробно описал его свойства. При этом кислород был получен им многими способами: прокаливанием оксида ртути (как это сделали Пристли и Лавуазье), нагреванием карбоната ртути и карбоната серебра и т.д. Несомненно, Шееле первым (1772) «держал в руках» чистый кислород.

Как это было? Проживая в Упсале, Шееле начал изучать природу огня, и ему скоро пришлось задуматься над тем, какое участие принимает в горении воздух. Он уже знал, что сто лет назад Роберт Бойль (Robert Boyle, 1627-1691) и другие учёные доказали, что свеча, уголь и всякое другое горючее тело могут гореть только там, где есть достаточно много воздуха. Никто в те времена не мог, однако, толком объяснить, отчего все так происходит и зачем, собственно, воздух нужен горящему телу.
Воздух тогда считали элементом - однородным веществом, которое никакими силами нельзя расщепить на еще более простые составные части. Шееле тоже сначала был такого мнения. Но скоро он должен был его изменить после того, как стал проводить опыты с различными химическими веществами в сосудах, плотно закрытых со всех сторон. Какие бы вещества ни пытался Шееле сжигать в закрытых сосудах, он всегда обнаруживал одно и то же любопытное явление: воздух, который находился в сосуде, обязательно уменьшался при горении на одну пятую часть, и по окончании опыта вода обязательно заполняла одну пятую часть объёма колбы, что хорошо видно на представленном ниже рисунке из рукописи Шееле. И его озарила догадка, что воздух не является однородным.

Далее он стал изучать разложение нагреванием множества веществ (среди которых была и селитра KNO3) и получил газ, который поддерживал дыхание и горение. По некоторым данным уже в 1771 г. Карл Шееле при нагреве пиролюзита с концентрированной серной кислотой наблюдал выделение «виртольного воздуха» , поддерживающего горение, т.е. кислорода.
Карл Шееле хотел раскрыть загадку огня и при этом неожиданно обнаружил, что воздух - не элемент, а смесь двух газов, которые он называл воздухом «огненным» и воздухом «негодным» . Это было величайшим из всех открытий Шееле.
Но в действительности тайна огня и полученного им «огненного» воздуха так и осталась для него тайной. Во всем была виновата господствовавшая в те времена теория флогистона , по которой считалось, что всякое вещество может гореть только в том случае, если в нем много особой горючей материи – флогистона, а горение представляет собой распад сложного горючего вещества на особый огненный элемент - флогистон - и другие составные части. Карл Шееле тоже был сторонником этой теории, поэтому он объяснял, что «огненный воздух» имеет большое сродство (влечение) к флогистону, поэтому и сгорает в нем так быстро, а «негодный» воздух не имеет влечения к флогистону, поэтому в нем и гаснет всякий огонь. Это было довольно правдоподобно, но оставалась одна большая загадка, которая казалась совершенно необъяснимой. Куда уходил во время горения «огненный» воздух во время горения из закрытого сосуда? Наконец, он придумал такое объяснение. Когда сгорает какое-нибудь тело, говорил он, то выделяющийся из него флогистон соединяется с «огненным» воздухом и это невидимое соединение настолько летуче, что оно незаметно просачивается сквозь стекло, как вода сквозь сито.
С флогистоном покончил другой великий химик XVIII века - француз Антуан Лоран Лавуазье (Lavoisier, Antoine Laurent, 1743–1794). И когда это было сделано, то странное исчезновение «огненного воздуха» и многие другие непонятные явления сразу потеряли всю свою загадочность.
Шееле действительно был первым исследователем, получившим относительно чистую пробу кислорода (1772). Однако он опубликовал свои результаты в 1777 г., позже, чем это сделал Джозеф Пристли (Joseph Priestley, 1733-1804), поэтому формально он не может считаться первооткрывателем кислорода. Но во многих академических изданиях и справочниках по химии приоритет отдаётся именно Карлу Вильгельму Шееле. Кроме того, ему принадлежит неоспоримый приоритет открытия химических элементов хлора Cl, фтора F, бария Ba, молибдена Mo, вольфрама W...
Несмотря на то, что Шееле не имел высшего образования и был рядовым аптекарем, в возрасте 32 лет он был избран членом Стокгольмской академии наук. Ему предлагали кафедру в Упсальском университете, работу в центре шведской горнометаллургической промышленности в Фалуне, кафедру в Берлинском университете, однако ученый отклонял все предложения, предпочитая заниматься своими опытами.
Годы упорного самоотверженного труда, к сожалению, подорвали здоровье этого поразительно целеустремленного человека, и он прожил всего до 44 лет. В истории химии с открытием Шееле цианистого водорода связан ещё один миф: якобы его первооткрыватель его погиб в момент открытия. Это, так сказать, полуправда. На самом деле Шееле впервые получил синильную кислоту из желтой кровяной соли в 1782 г., а умер в 1786 г., в возрасте 44 лет. Однако не подлежит сомнению, что Шееле погубили органолептические методы исследования. В XVIII веке было принято пробовать на вкус продукты реакции, а Шееле, помимо цианидов, работал с соединениями ртути и мышьяка... Умер К.В.Шееле в Чёпинге 21 мая 1786 г.