許多課本在介紹某種物質時常會提到它的毒性和味道。你有沒有想過,這些毒物的味道是哪位壯士嘗出來的呢?
今天就要介紹這樣一位試毒高手,他不但嘗遍了自己發現的新物質,還發現了8種元素、做出了數不清的重要發明。我們在中學化學課本里學到的許多常見元素,比如氮、氧、氯都是他首先發現的。
要知道,最早發現某個元素的人常常可以獲得諾貝爾獎,比如發現放射性元素的居里夫人。然而,這個人不但沒有獲得諾貝爾獎,普通人甚至都沒聽過他。
這個人就是出生貧寒、14歲就出來打工的卡爾・威廉・舍勒(Carl Wilhelm Scheele)。
出生在化學的嬰兒期(18世紀)的瑞典人舍勒的家境不好,14歲就出來打工,到藥房做學徒。他的一生都過得相當貧寒辛勞,他的研究大都是在藥房打烊後做的。可是就是在這樣非專業的研究條件下,舍勒的發明和發現列出來幾乎可以構成大半本中學化學教材了。
舍勒發現了至少8種元素(氧、氮、氯、氟、錳、鋇、鉬、鎢)。要知道,元素週期表只有14個元素是以人名命名的,而舍勒一個人就發現了6種。
能和舍勒發現的元素數量相提並論的,可能就只有被譽為“無機化學之父”的英國人漢弗里·戴維爵士了。漢弗里·戴維發現了7個元素,其中一個就是舍勒更早發現,但是卻被歸功給戴維的氯。
舍勒還首先發現或製造了甘油、氫氰酸、硫化氫,還有十來種常見有機酸,比如葡萄中的酒石酸、蘋果中的蘋果酸、腎結石中的尿酸、優酪乳中的乳酸、草酸、檸檬酸。
他還首次發現燃燒的本質,也就是氧氣的參與。
但是說起以上的化合物和元素,你會把它們和舍勒這個名字聯繫起來嗎?大多數人不會。除了一些研究科學史的人,許多人甚至都沒聽過他。
這也是舍勒的悲催之處。實際上,他的大部分發明和發現並沒有以他的名字命名,甚至還被歸功於其他人。科幻大佬艾薩克·阿西莫夫(Isaac Asimov)就曾這樣感嘆:“悲催的舍勒”( hard-luck Scheele)。
比如,舍勒首先發現了氧氣的存在。在舍勒的時代,大家還沒搞懂燃燒是怎麼回事。盛行的“燃素”理論認為,火是由無數細小而活潑的微粒構成的物質實體,也就是“燃素”。
1771年,舍勒把氧化汞和多種硝酸鹽反應,得到了“火氣”(fire-air),也就是能讓物質著火的氣體。
不過,舍勒對自己的發現不太自信,這主要是因為作為打工人,他的實驗裝備比較垃圾。舍勒曾經寫信給眾所周知家里有礦、被後世尊稱為“近代化學之父”的拉瓦節,說自己的裝備不好,希望拉瓦節用自己的課金儀器試一試,確認一下自己的實驗結果。
大家可以看一下1774年9月30日,舍勒寫給拉瓦節的信有多麼卑微:
“先生,雖然我無幸結識您,但是我冒昧感激您。我鼓起勇氣,誠懇地對您感恩…因為我沒有大的取火鏡(註:類似於凸透鏡的儀器),因此請您試驗一下下面這個試驗。…如果您能讓我知道實驗結果,我將對您感激不盡。”接著舍勒具體描述了用銀、亞硝酸、碳酸鉀等反應物制備和驗證氧氣的過程。在信的最後舍勒這樣署名:“您的不值一提的僕人C. W. 舍勒”。
令舍勒萬萬沒想到的是,拉瓦節不但沒有回信,還在1777年稱,自己獨立發現了氧。更悲劇的是,因為沒有早早發表自己的發現,英國化學家約瑟夫·普利斯特里(Joseph Priestley)在獨立發現了氧氣後,率先在1774年發表了這一結果,因此普利斯特里就成了氧的發現人。
舍勒被自己的“草民”設備坑了不止一次。
舍勒很早就知道輝鉬礦(二硫化鉬)這種礦石里含有一種新元素,而不是大多數人認為的石墨(碳)。他還給這種新元素取了名字——molybdenum,也就是現在鉬元素的學名。
不過,因為設備不行,達不到制取鉬單質的高溫,舍勒並沒有得到鉬的單質。後來,舍勒的同胞、瑞典人彼得.雅各布.海基爾姆(Peter Jacob Hjelm)因為有高溫設備,成功制備了鉬的單質,鉬的發現人的功績也歸了他。
錳元素發現的歷史也差不多。
舍勒知道二氧化錳(MnO2)這種古老的黑色染料里包含一種未知元素,但卻沒有得到它的單質,因為他還原得還不夠。多年後,他的同胞約翰·戈特利布·甘恩(Johan Gottlieb Gahn)在1774年得到了錳的單質,並且成了它的發現者。
白織燈的燈絲所用的鎢實際上也是舍勒的發現。
1781年,舍勒從白鎢礦(CaWO4)中得到了一種新的酸——鎢酸(H2WO4),並把白鎢礦命名為 tungsten,也就是鎢元素現在的英文名。他還提出這種酸在還原後可以得到一種新元素的單質。
可是在1783年,一對西班牙兄弟胡安·何塞·德盧亞爾(Juan José Delhuyar)和福斯托·費爾明·德盧亞爾(Fausto Fermín de Elhuyar)透過這個思想成功從鎢酸中制取了鎢單質。沒有意外,舍勒的功勞又一次被別人搶佔。
舍勒也發現了鋇,不過他沒有得到鋇的單質,而僅僅得到了它的氧化物 BaO。三十多年後,漢弗里·戴維爵士得到了鋇的單質。
這種悲劇在舍勒身上反復上演。1774年,舍勒用二氧化錳和鹽酸反應,得到了氯氣(MnO2 + 4HCl → MnCl2 + 2H2O + Cl2)。
不過由於受到燃素理論的洗腦,舍勒認為燃燒產物中的氯氣是一種含氧物質,是一種“缺乏燃素的鹽酸”(dephlogisticated muriatic acid air)。他還發現,這種物質可以用來消毒漂白。實際上,舍勒發現的“缺乏燃素的鹽酸”就是氯氣。
直到40年後,漢弗里·戴維才糾正了這個錯誤,指出它就是氯氣,是氯的單質,並不含氧。不過這麼一來,氯氣的發現者就不是舍勒,而成了漢弗里·戴維。
氮氣也是如此。現在大眾一般認為舍勒是在1772年由英國科學家丹尼爾·盧瑟福(Daniel Rutherford)發現的。實際上舍勒在差不多的時間點發現了氮氣。他使硫肝石(一種含硫化鉀等含硫的礦物)燃燒,燃燒過程消耗了空氣中的氧氣,得到了氮氣。
舍勒不僅發現了眾多元素,還是一位多產的發明家。
18世紀50年代之前,磷要用尿液製作,原料來源比較重口。但是在1769年,舍勒發現了從骨骼中提取磷的方法,這讓規模化製造磷單質成為可能。因為舍勒的發明,現在瑞典還是世界上最大的火柴生產國之一。
1777年,舍勒還發現,銀鹽在光的照射下會分解,也就是說他發現了攝影術的原理。
曾經殺死拿破侖的風靡一時的含砷有毒綠色染料舍勒綠(Scheele’s Green)也是他的發明。
舍勒也是毒藥的人肉測量儀。
對舍勒有深入研究的阿西莫夫指出,因為時代的限制,舍勒常常會品嘗自己制備的物質,其中就包括重金屬砷、汞、鉛,還有俗稱“化骨水”的氫氟酸。
他還曾親口品嘗了氫氰酸(就是苦杏仁里的那種),並寫了一條“美食”評論:“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。”要知道,氫氰酸後來被寫入了聯合國的《禁止化學武器公約》(CWC)。
舍勒的死也充滿了悲劇性。
1786年,43歲的舍勒才頭婚。頭婚2天後他就頭昏,倒在了堆滿有毒物質的實驗台上。關於舍勒的死因有多種說法。不過許多科學史研究者認為,他的早死和他長期在惡劣的環境中做實驗,以及親口“品嘗”實驗品有關。
舍勒的許多研究筆記並沒有在生前發表。一百年後的1892年,瑞典著名地質學家尼爾斯·諾登舍爾德(Nils Adolf Erik Nordenskiöld)整理了舍勒的實驗筆記和通訊信件,寫了一本關於他的書。
得到科學界大咖的肯定固然能讓舍勒的人生變得值得,然而現在在公眾領域上,舍勒只出現在少數場合。能記得他的主要是他的同胞。在瑞典的某個郵票上,印著他發現的某個不太重要的礦物和他的頭像。
哈佛大學的化學教授 John Gorham 曾評價,雖然出生微寒,但舍勒一生的科學成就超過此前任何化學家,或許也會超過後世。這樣不凡的一生,不應該只是科學的注腳。
嘗遍元素週期表,成為孤毒的美食家。
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