本文为纪念卡尔 · 威廉 · 舍勒诞辰250周年而作。由于种种原因,舍勒的生平和成就使世人抱有浓厚兴趣。他广泛的实验工作——尤其是早于普里斯特利2年发现氧,具有重大意义。他是18世纪欣欣向荣的瑞典化学界的代表。
早年生涯
1765~1768年舍勒在马尔摩的一家药店做工,这3年对他来说是重要的3年,因为他的老板——P. M. 克杰莱斯托姆为他提供了研究化学的时间和实验室,他比大多数年轻的药剂师更有钻劲。后来他结识了安德斯 · 贾汉 · 雷特尤斯——另一位药商,这才初次涉足学术界。雷特尤斯当时是隆德大学的化学助教,他们之间的一些书信至今仍保留着。1768年一直在斯德哥尔摩工作的雷特尤斯返回隆德任植物园园长一职。这个职位他一直保持到1821年去世。
舍勒在写给雷特尤斯的一封信中表明,1767~1768年冬天,他考查了金属的焙烧,通常认为金属含有燃素——一种受热逸出,生成金属灰(氧化物)的要素。金属的回收只能通过用一种诸如活性镁这样的富含燃素的物质处理金属灰。舍勒还在信中介绍了硝酸根(硝酸银)单靠加热就能还原成银的重大发现。这件事触发了一系列的研究,使他改变了传统燃素理论。
舍勒还告诉雷特尤斯他是怎样用石灰沉淀酒石(葡萄汁中含有的酒石酸氢钾),用稀硫酸分解得到的酒石酸钙以及过滤出硫酸钙后施以结晶来分离酒石酸。雷特尤斯证实了该实验,1770年他还在斯德哥尔摩的瑞典皇家科学院院刊上发表了一篇报道,对舍勒大加赞扬了一番。后来,用类似的方法,有时借助铅或钡盐,舍勒从各种蔬菜、动物源中分离出了乳酸、柠檬酸、苹果酸和乙二酸。他用其他方法还获得了氢氰酸和尿酸,舍勒因此被公认为是开拓有机化学前沿的先驱者之一。
1768~1770年,在他工作的斯德哥尔摩药店,舍勒缺少研究设施,于是搬往乌普萨拉大学。在那里,他的新老板克利斯蒂安 · 鲁德威 · 罗思再次为他的研究工作提供便利。1771年,舍勒的第一篇独立的论文介绍了他对荧石(氧化钙)的研究,他指出用浓缩硫酸处理后,荧石会产生一种挥发酸,这种酸会腐蚀玻璃,跟水反应生成硅石(二氧化硅)。这项发现引人注目,舍勒当时认为硅石是挥发酸的主要成分,但他后来证实了别的化学家指出的纯酸不含硅石的实验,硅石是从反应槽的玻璃中衍生的。
在乌普萨拉,舍勒找到一个新朋友,比自己小3岁的约翰 · 哥特列布 · 嘎恩(1745~1818),他在托伯恩 · 奥多福 · 伯格曼(1735~1784)的指导下研究化学。嘎恩离开乌普萨拉到120公里外的法隆铜矿谋得矿业工程师一职,可他保持着对化学的兴趣,并与伯格曼和舍勒书信往来,有时也跟他们见面。离开乌普萨拉以前,嘎恩将舍勒引见给了伯格曼,伯格曼早年研究物理学和天文学,以后又转而研究矿物学和医学,1767年他担任了乌普萨拉大学化学教授一职,这个任命,为这所大学,也为教授本人荣誉带来了。
在伯格曼的建议下,舍勒研究了矿物软锰矿(不纯二氧化锰)的组成,这种物质有时也称作“黑色锰”或“黑色氧化镁”。1773年他向嘎恩汇报了一些研究成果,嘎恩都作了笔记,有些笔记保留至今,还包括1770年至1775年他跟舍勒的谈话以及舍勒的信札。1774年舍勒的最后结果发表在他的第二篇论文中,同时也树立了他作为化学家的威望。他指出:在燃素丰富的物质存在的情况下,软锰矿只溶解在硫酸中(我们现在称之为还原剂);它与盐酸反应生成一种新的气体(氯),他对此作了详细描述,并认为是“脱燃素盐酸";它含有少量类似石灰,却又在某些重要性质方面不同于其它的物质,他将其命名为“重土”(氧化钡、碳酸钡)。
伯格曼可能是第一个提出软锰矿的主要成分是对燃素具有很强亲合性的金属灰的人,嘎恩则是第一个用木炭加热软锰矿,分离出金属(锰)的人,可他没有公布这一发现,倒是伯格曼第一个在他的《电吸引论述》一书中作了宣布,日期是1775年,但该书于1777年出版。这倒使历史学家难以判断在这项研究中舍勒、嘎恩和伯格曼之间谁的贡献大。更使人费解的是金属由舍勒的另一位瑞典同事皮特 · 贾科布 · 赫杰姆(1746~1814)——斯德哥尔摩造币厂拥有者一一单独分离出来。不过肯定的一点是舍勒观察并介绍了许多锰化合物的主要性质,以及氯和氧的主要性质,这是个巨大成就,不久他便被吸收进斯德哥尔摩科学院。
在科平的研究
1775年,舍勒作了最后的一次搬迁,成为科平小镇一家药店经理,后来又成为它的雇主。科平镇距斯德哥尔摩大约100公里,距乌普萨拉90公里。在1786年5月21日去世前他很少离开科平,但他与伯格曼保持着联系,他俩常有书信往来,偶尔也见见面,最后一次见面是在伯格曼前往麦德维温泉疗养地时途经科平时候的事。
舍勒在科平继续他的有机酸和其他各种课题的研究,包括矿物研究。他从矿物质中分离和表征了钼和钙的金属灰,尽管他没有因此得到金属。两种金属灰起着酸的作用。发现这些金属酸与发现有机酸一样,对拉瓦锡创立非燃素理论产生了重要影响。舍勒也研究了砷酸及其化合物,尤其是亚砷酸铜,多年来它被用作一种染料,称为“舍勒绿”,后来这种染料因带有毒性而被淘汰。舍勒本人意识到了该问题,在他的书信中表明,这是他不愿意发表制备方法细节的原因,直到最后被学院要求这么做。
焙烧和燃烧
舍勒在马尔摩开始的焙烧和相关燃烧现象的研究一直使自己忙得不可开交,直到搬来科平,在这里他于1775年秋完成了自己唯一一部著作的手稿:《空气和火的化学论文》并于1777年出版。伯格曼为此书作了一篇冗长的前言,称他重复并证实了舍勒的许多实验。
历来认为燃烧和焙烧中需要气体,但是自亚里士多德时代以来,空气被认为是4种元素中的1种,其他3种分别是火、水和土,根据燃素理论,它只接受2种过程中放出来的燃素。舍勒是第一位证实空气是两种气体混合物的化学家。他将其命名为“火气”(氧)和臭气(氮),前者有助于燃烧和焙烧,后者则不行。他将它们隔离开来,并仔细阐述了它们的性质,可他没有完全排斥燃素。他相信“火气”与来自易燃物和金属的燃素结合后生成热。
舍勒的手稿显示他从几种物质中分离出了氧,包括汞金属灰(氧化汞),至少比约舍瑟夫 · 普里斯特利在1774年8月1日的一次著名实验中作的类似研究早2年。虽说舍勒的著作遭到推迟出版,但伯格曼早在他的《选择吸引》一文中对氧的发现作了简要介绍。J · R · 帕丁顿相信该文发表于1774年,可能早于普里斯特利作的实验,当然也早于他1775年公布的实验结果了,然而,仔细研究舍勒的书信后发现,伯格曼的那篇论文实际上在普里斯特利公布结果后发表。不过肯定的一点是舍勒和普里斯特利当时都不了解对方的工作。
[Endeavour,1992年9月号]