卡尔·威尔海姆·舍勒

卡尔·威尔海姆·舍勒(Carl Wilhelm Scheele，1742～1786），瑞典著名化学家。他发现了氧气、氯气，并对氧气、氯气、氮气、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。他还发现了十几种有机酸，是近代有机化学的奠基人之一。

1742年12月19日，舍勒生于瑞典的施特拉尔松。他生活在化学由错误的理论燃素说盛行的时代，尽管他也是拥护燃素说的，可是在实验方面他却发现了很多新的化学事实。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。药店的老药剂师马丁·鲍西，是一位好学的长者，他整天手不释卷，孜孜以求，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，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。

舍勒的出生地

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，但由于受到马丁·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。后来，舍勒在马尔摩城的柯杰斯垂姆药店找到了一份工作，药店的老板有点像马丁·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。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舍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。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，那么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[gān]埚中加热到红热时，会放出气体，而加热时放出的干热气体，遇到烟灰的粉末就会燃烧，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，但遗憾的是他没有沿着这个思想深入研究下去。卡尔·威廉·舍勒的第一篇论文是关于酒石酸的，发表于1770年。接下来又得到焦酒石酸。在1774年，他研究了二氧化锰，并且利用它制得了氯气。他制成了锰的许多化合物，例如：锰酸盐和高锰酸盐等。他还解释了玻璃的着色和脱色问题。在1775年，他研究了砷酸的反应，在1776年发表了关于水晶、矾石和石灰石的成分的论文，还从尿里第一次得到了尿酸。在1777年他制得了硫化氢，并且观察到，银盐被光照射以后，可以变色。在1778年他制得了升汞，从钼矿里制成了钼酸。他分析了空气里所含氧的比例，并且多天都重复作了这样的分析。实际上，他在1778年就知道空气里至少有两种元素。当时没有发表，所以化学史书上，把这项工作列在卡文迪许名下。1780年他证明了牛奶的发酸，是因为产生了一种乳酸，乳酸被硝酸氧化之后，得到粘液酸。在1781年他发现了白钨矿，因为这是他首先发现的，所以化学上利用他的姓，名之为Scheelite。在1782年他首先制成了乙醚，在1783年他研究了甘油的特性。在差不多同时，他又研究了普鲁士蓝的特性和用法。记载了普鲁士酸（即氢氰酸）的性质、成分和化合物，当时他还不知道氢氰[qíng]酸是一种很毒的物质。在他生命的最后几年里，他研究了多种植物性酸类。例如：柠檬酸、苹果酸、草酸和五倍子酸等等的成分。舍勒在1775年年2月4日当选为瑞典科学院的院士，他当时仅在彻平担任一个药物商人。由于他的主人去世了，他代表这个药店的主人成为这个城市最有名的药剂师。舍勒的很多实验中的一部分，在他生前没有发表，一直到1892年纪念他诞生一百五十周年的时候，才有化学史家把他的日记和书信做了详细的整理，但也没有正式发表。到1942年纪念舍勒诞生二百周年的时候，他的全部实验记录，经过重新整理之后，方才正式印刷发表出来。一共有八卷之多，其中大部分是瑞典文的，也有少数德文的。在他这些日记和文件之中，最引人注意的是舍勒和甘恩这位大学教师的通信。这些信件里很明确地说明了舍勒在18世纪，对于化学实验所具有的能力和贡献。由于舍勒发现了骨灰里有磷等物质。这使后来甘恩证明了骨头里面确有磷。在这以前，人们只知道尿里有磷，而发现骨头里有磷，是从舍勒开始的。他从萤石和硫酸的作用发现了氢氟酸。他又利用软锰矿和盐酸的作用，得到了氯气，但却误认为发现了燃素。他在1773年写给朋友的信里说：如果把软锰矿溶解在盐酸里，就得到了一种黄颜色的气体。他还发现了这种气体有漂白的作用。舍勒在化学实验工作方面，涉及非常之广。实际上，他当时在国外，特别是在法国很出名。例如：拉瓦锡在1774年写的书里，就用了相当大的篇幅，推崇舍勒辛勤的工作。他们还互相通信。尽管如此，舍勒始终坚信燃素说而不相信拉瓦锡的氧化学说。有名的药剂师波耳在柯平镇突然去世，医务界同业公会会议一致推选舍勒为最合适的经理人选。1775年，舍勒来到了柯平镇。波耳的遗孀妮古娅是一位年轻貌美的妇女，他特地让出一部分房间供新任经理使用。舍勒有充足的时间进行研究，他十分喜欢把科学研究、生产、商业活动有机地结合在一起。在工作之余，他也会和妮古娅谈谈话，这个年轻的孀妇渐渐占据了科学家的心灵，而在妮古娅心目中，舍勒也成了不可缺少的一部分。他们二人互相爱慕，但舍勒是事业型的人物，为了事业，他将妮古娅送到别墅中居住。舍勒一生中完成了近千个实验，因吸过有毒的氯气和其他气体，身体受到严重的伤害。他还亲口尝过有剧毒的氢氰酸，他记录了当时的感觉：“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。”他虽然视事业为生命，想一刻不停地工作下去，但身体状况的恶化使他常常卧床不起。1785年整个冬天他都苦于风湿病的剧烈发作。命运好像在捉弄他，他一辈子为别人制药，却不能找到医治自己疾病的药物。春天来了！舍勒觉得好一些。“妮古娅，只要我能站起来，咱们马上就结婚。”“是的。亲爱的。”妮古娅温存地答。1786年3月，他们举行了订婚仪式，但是病情在稍好些后，又恶化了。“妮古娅，看来，我活不长了，你把牧师请来，在家里举行结婚仪式吧。”他对心爱的人说。“好的，亲爱的”，妮古娅含泪答应了。1786年5月19日，在经历10年的相恋之后，他们举行了婚礼。两天后，舍勒就离开了人间。

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。

舍勒的实验室

他是氧气最早的发现者，并对氧的性质作了深入的研究。他研究氧气开始于1767年对亚硝酸的研究。起初，他加热硝石得到一种称之为“硝石的挥发物”的性质，但对这种物质的性质和成分还不清楚。舍勒反复做加热硝石的实验，发现把硝石放在坩埚中加热到通红时，会放出干热的气体，遇到烟灰的粉末就会燃烧，放出耀眼的光芒。这种现象引起了舍勒极大的兴趣。他在1773年就用多种方法制得比较纯净的氧气。

舍勒制备氧气的实验

制氧的几种主要方法（1）加热氧化汞（HgO）；（2）加热硝石（KNO）；（3）加热高锰酸钾（KMnO）；（4）加热碳酸银（AgCO）、碳酸汞（HgCO）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。而英国化学家普利斯特里于1774年发现氧气后，很快就发表了论文，时间比舍勒还早。发文时化学史上都认为舍勒和普利斯特里各自独立地发现了氧气。

舍勒在化学上的另一个重要的贡献，是发现了氯气。18世纪的后期由于冶金工业的发展，开展了对各种矿石的研究。其中有一种叫做软锰矿的，舍勒经过3年功夫，确定它是一种新金属的氧化物，按当时的说法它是“脱燃素的新金属”，舍勒把这种金属定名为锰。舍勒在这种软锰矿的研究中发现了氯气。软锰矿不溶于稀硫酸和稀硝酸中，但能溶于盐酸，并立即冒出一种令人窒息的黄绿色气体，它和加热王水时所产生的气体相像，使人的肺极为难受。他用这种气体作了种种实验，发现它微溶于水，使水略有酸味；具有漂白作用，能合蓝色的纸条几乎变白，又能漂白有色花朵和绿叶；还能腐蚀金属；在这种气体中的昆虫会立即死去，火也会立即熄灭。由于他虔信燃素学说，误认为这是由于“脱燃素的锰”（二氧化锰）从盐酸中夺去了燃素而产生了这种气体，因此称它为“脱燃素盐酸”，而没有认为它是一种元素。除了氧气、氯气外，在无机方面舍勒发现的还有氮气、砷酸、钼酸、钨酸、亚硝酸。在有机方面证明植物中含有酒石酸，从柠檬中制出柠檬酸晶体，从肾结石中制取出尿酸，从苹果中发现苹果酸，从酸牛奶中发现乳酸，曾提纯过没食子酸。

当时有机化学还很幼稚，在缺乏理论知识的情况下，舍勒能发现十几种有机酸，例如:①无机酸类：磷酸(1774)、砷酸（1775）、钼[mù]酸（1778）、钨酸（1781）；②其他无机化合物：氟化氢（1771）、砷化氢(1775)、亚砷酸铜（1778）、氰化氢和氰化物（1782）；③有机酸类：酒石酸（1770）、草酸（1776）、乳酸和尿酸（1780）、柠檬酸（1784）、苹果酸（1785）、没食子酸和焦性没食子酸（1786）；④其他有机化合物：酪朊和骨螺紫（1780）、乙醛和酯[zhǐ]类（1782）、甘油（1783）等。此外，舍勒还对空气的成分进行过出色研究。

如果给点燃的蜡烛罩上一个玻璃罩，蜡烛燃烧一会儿就熄灭了，如果把玻璃罩内的空气全部抽掉，蜡烛立即熄灭；铁匠炼铁时，用风箱鼓进空气，火会烧得更旺。燃烧的物质为什么需要空气呢？舍勒对燃烧产生了浓厚的兴趣。

为了搞清这个问题，舍勒用各种不同的化学物质，放在密闭的容器里，一次又一次地进行试验。有一天，舍勒在空烧瓶中放进一块白磷，塞上瓶塞，然后从瓶外稍稍加热，白磷立即燃烧起来，发出火光，冒出白烟。不久，火光灭了，浓雾也散了，而且瓶壁上沉积了一层白色物质。待烧瓶刚凉，舍勒立刻把烧瓶倒扣进水中，然后拔出瓶塞，这时怪事发生了，水充满烧瓶体积的1/5以后，水面不再上升。他又重做了几遍实验，结果还是一样。这是怎么回事？1/5的空气去哪儿了？带着这样的问题，舍勒又做了另一个实验。他在一个小瓶里放进一些铁屑，在上面浇了些稀硫酸溶液，然后用插上玻璃管的软木塞塞住瓶口，放进盛水的玻璃缸里。将玻璃管生成的气体引出水面，用火舌点燃，又把一只空烧瓶底朝天罩在火舌上面。烧瓶的瓶口浸在水面下，这就使外部的空气没法进入瓶中。随着氢气在密闭的空间里燃烧，玻璃缸里的水，不断涌进烧瓶。当火焰完全熄灭了，进入烧瓶的水，依然只占烧瓶体积的1/5。舍勒对这事迷惑不解。既然燃烧中用掉了1/5的空气，那么剩下的4/5空气为什么不消失？难道瓶里剩下的空气跟那些在燃烧中消失的空气不一样？于是他又做了一连串实验，在烧剩下的空气中，放进蜡烛、炭、白磷，结果是，蜡烛立即熄灭，烧红的炭很快变黑，连易于燃烧的磷也不肯着火。把几只老鼠关进里面，马上窒息而死。舍勒终于明白了，这种烧剩下的空气，的确跟“烧掉”的那部分空气性质不同。看来空气是由两种完全不同的成分组成的。他认为一种是“活空气”，它能帮助燃烧，于是把它叫做“火焰空气”；另一种是“死空气”，对火不起作用，老鼠会窒息而死，所以叫它“无用空气”。舍勒更感兴趣的是“火焰空气”。经过多次实验，舍勒很快找到了制造纯“火焰空气”的方法。舍勒在玻璃曲颈甑[zèng]中装进一些硝石，放到炉子上加热，同时，在甑颈上缚上一个挤瘪了的牛尿泡。硝石熔化了，放出的气体使牛尿泡逐渐胀大起来。接着很快将牛尿泡取下来，把泡里的气体贮存在一个烧瓶里。把烧红的木炭、刚吹灭的木柴、磷分别放进这些烧瓶中，这时木炭四周火星迸裂，猛烈燃烧，发出白炽的光芒；带余烬的木柴重新燃烧起来了；磷爆发出火焰，竟亮得刺目。舍勒高兴得从实验室冲出来，摇着手里的一只瓶子喊着“火焰空气！火焰空气！”而“火焰空气”也就是氧气舍勒还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。他在理论上墨守成规，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，探索过蛋白质、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：ΔMnO2+4HCl=MnCl2+H2O+Cl2他发现这种呛人的黄色气体（Cl2）能使染料褪色。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。

舍勒著作

舍勒纪念像 瑞典雪平

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[cuì]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。在科平城和斯德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。

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