卡爾·威廉·舍勒
卡爾·威廉·席勒（瑞典語：Carl Wilhelm Scheele，瑞典語：[kɑːrl ˈʋilhelm ˈɧêːlɛ]，1742年12月9日—1786年5月21日），一譯謝勒，瑞典屬波美拉尼亞藥劑師及化學家，傾力於純粹科學的研究，以高超的實驗技術發現了氧氣和氯氣。他從自然物中提取了多種有機酸，在對礦石的研究中發現了鉬、鋇、鎢等金屬元素。他對銀鹽和氫氟酸的性質的研究有助於攝影術和玻璃工業的發展，還對多種顏料和染料進行了分析。
| 卡爾·維廉·舍勒 | |
|---|---|
 卡爾·威廉·舍勒 | |
| 出生 | 1742年12月9日 瑞典波美拉尼亞施特拉爾松德（今屬德國） |
| 逝世 | 1786年5月21日（43歲） 瑞典雪平 |
| 知名於 | 發現氧氣、氯氣、多種有機酸、舍勒綠、鎢 |
| 科學生涯 | |
| 研究領域 | 化學 |
生平
舍勒生於瑞屬波美拉尼亞的施特拉爾松德（今屬德國）的一個商人家庭，是家中的第七個孩子。他兩歲時父親破產，十四歲時就到哥德堡給父親的朋友，一名叫鮑什的藥劑師所開設的獨角獸藥房做學徒。學徒期間，他顯露出對化學的濃厚興趣，廣泛閱讀化學著作，進行大量的藥學和化學實驗，以致於鮑什寫信給舍勒的父親說「他把一半睡眠時間用於閱讀那些對他來說還過於高深的著作，損害了他的健康。」[1]
和其他化學家的合作
1763年，舍勒通過了學徒結業考試，但仍待在獨角獸藥房工作。1765年鮑什賣掉了獨角獸藥房，舍勒來到馬爾默的展翅鷹藥房工作。他在這裏結識了隆德大學教師安德爾斯·亞罕·雷特澤烏斯（1742-1821）。雷特澤烏斯也曾經是一位藥劑師，他和舍勒一起做了一些化學實驗。在他的影響下，舍勒的實驗開始系統化，並認真記下自己的實驗記錄。
1768年舍勒搬到了斯德哥爾摩的渡鴉藥房。1770年他到烏普薩拉當藥劑師。結識了正在烏普薩拉大學的學生約翰·哥特里布·蓋恩，蓋恩將舍勒介紹給了自己的老師，瑞典著名化學家索爾本·奧拉夫·貝格曼。貝格曼向舍勒介紹了統治化學界的燃素說，提高了舍勒的理論水平；而舍勒高超的實驗能力也屢屢幫貝格曼解決遇到的難題，兩人的合作取得了豐碩成果。1775年從未獲得過大學學位，年僅32歲的卡爾·威廉·舍勒被選為瑞典科學院院士[1]。
定居雪平
1775年雪平的一位藥劑師去世，同業公會推選舍勒接任這間藥房的經理。舍勒一直也想有一座自己的藥房，於是他去了雪平，他以為從此可以有寧靜的生活從事實驗，在給朋友的信中寫道：「你可能會認為各種瑣事會困住我，讓我遠離實驗化學，不會的！純粹的科學一直是我的理想。」但好景不長，舍勒很快發現藥房負債纍纍，藥劑師的遺孀和她父親正計劃把藥房賣給別人，這讓不善處理這種事情的舍勒心情沉悶。但他仍努力工作，同時拒絕了很多到大學任教的邀請[1]。
雪平市的市民認為如果舍勒離開是對城鎮的侮辱，組織了抗議要求免除藥房債務，倡議只要舍勒來經營藥房。舍勒之後就長住在雪平，只因為要參加藥劑師資格考試和當選為瑞典科學院院士的典禮去過幾次斯德哥爾摩。科學院給他的年金則使他可以繼續進行自己的化學實驗，他也樂於接待各地來的化學愛好者[2]。1784年起，舍勒的身體情況日益惡化，常常臥床不起。1786年5月，他與前任藥劑師的遺孀結婚，將藥房轉回她的名下，兩天之後舍勒去世，葬於雪平當地。按當地的記錄，舍勒的死因是神經痛和疲勞，但化學史學者認為和他長期接觸大量有毒物質有關[1]。
科學貢獻
發現和提純多種有機物
舍勒的早期研究主要是提純有機酸。1768年他成功從對應的鹽中提純了草酸和酒石酸[3]。他將其寫成文章，卻由於他使用的語言晦澀難懂，文法不順未能發表。舍勒把這件事告訴了雷特澤烏斯，雷特澤烏斯用學術界通行的方式重寫了文章，獲得發表，學術界才開始了解舍勒。
舍勒一生中，一直對有機酸研究有着濃厚的興趣，之後他還相繼提取純化了尿酸（1776）、乳酸[3]（1780）、甘油（1783）、檸檬酸（1784）、蘋果酸（1785）、沒食子酸（1786）[4]。
發現氧氣與氯氣
1760年代末，舍勒研究了金屬和酸的反應，認為生成的氫氣就是燃素本身，在實驗和結論上都和亨利·卡文迪什同時期的成果相近。1772年貝格曼建議舍勒分析軟錳礦（主要成分為二氧化錳）的性質。舍勒將軟錳礦與濃硫酸共熱，產生了一種氣體。舍勒後來發現將硝酸鉀或者氧化汞等物質加熱，發現會產生類似的氣體。
- 2 MnO2 + 2 H2SO4 → 2 MnSO4 + O2 + 2 H2O[5]
他對這種氣體的性質作了研究，發現它可以幫助燃燒，所以他把這種氣體叫做「火氣」，並且通過硫肝（主要成分是硫化鉀和多硫化鉀）對氧氣的吸收和白磷在氧氣中燃燒，測出了「火氣」占空氣體積的約五分之一，實際上這種火氣就是氧氣[6]。
舍勒在他唯一的一部著作《論空氣和火的化學》（Chemische Abhandlung von der Luft und dem Feuer）中報道了自己的發現。但這本書被出版商延誤，直到1777年才出版。而英國化學家約瑟夫·普利斯特里於1774年發現氧氣後，很快就發表了論文，這就造成了對氧氣的最早發現者的爭論。舍勒自己提到過他於1774年給拉瓦錫寫過一封信，詳細闡述了「火氣」的性質，但這封信丟失了，直到1993年才被找到，從而確定了舍勒在1772年就發現了氧氣[1]。由於舍勒是燃素說的擁護者，從而將金屬等物質在「火氣」中的燃燒，認為是可燃物中的燃素和「火氣」結合的過程，未能正確解釋燃燒過程
1774年舍勒做出了另外一項重大發現，他用濃鹽酸和軟錳礦共熱時，發現產生了具有強烈的刺激性氣味的黃綠色氣體。
- MnO2 + 4 HCl （濃） → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O （此反應需加熱才能進行）[5]
舍勒發現這一氣體會聚集在容器底部，意味着它的密度比空氣要大。舍勒發現了這一氣體部分溶於水，還具有漂白作用，可以使藍色石蕊試紙和某些花朵褪色。它將這一反應解釋為軟錳礦奪去了鹽酸中的燃素，因此稱產生的這種氣體為「脫燃素鹽酸」，後來漢弗里·戴維將其命名為氯氣[2]。
無機化合物研究
舍勒發現了亞硝酸。1770年他研究過主要成分是氟化鈣的螢石，發現當螢石和濃硫酸共熱時，會產生一種溶於水呈酸性、類似氯化氫的氣體，這就是氟化氫。他加熱這種溶液後發現產生了二氧化矽，舍勒將其解釋為二氧化矽來自於這種酸的分解，而其他化學家則認為這來自於這種酸對玻璃儀器的腐蝕，舍勒後來修正了自己的觀點，這一發現使人們注意到可以用氫氟酸腐蝕玻璃，這成為雕刻玻璃的基礎[2]。
1777年舍勒發現了銀鹽在光照下會分解，這成為攝影術的基礎。1778年舍勒認為二硫化鉬並非是一種石墨，而是某種金屬的礦石，他將其溶於硝酸，發現產生了白色固體（三氧化鉬），他試圖還原這種白色固體得到純的金屬鉬，但沒有可以達到所需溫度的爐子。1781年擁有高溫設備的彼得·雅各布·海基爾姆在舍勒研究的基礎上制出了純鉬。舍勒還曾獲得了鎢酸和確認了鋇的存在[4]。
舍勒還曾對顏料和染料進行過分析。他研究過普魯士藍，發現普魯士藍加熱後分解出一種氣體，該氣體溶於水有弱酸性。由於舍勒有親口嘗自己合成產物的習慣，他親口嘗過這種氣體的水溶液，即氫氰酸。1775年左右，他製取了黃綠色的舍勒綠（CuHAsO3），後來被廣泛應用在牆壁粉刷中，直到人們逐漸認識到它的毒性為止[7]。
參考文獻
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 A tribute to the memory of carl willem scheele (PDF). Royal Swedish Academy of Engineering Science. [06-30-13]. （原始內容 (PDF)存檔於2016-03-06）.
- ^ 2.0 2.1 2.2 Sir William Augustus Tilden. Famous Chemists:the men and their work. G. Routledge & Sons, ltd. 1921: 53-61.
- ^ 3.0 3.1 H. Benninga. A History of Lactic Acid Making. Springer. 1990: 6–9.
- ^ 4.0 4.1 山岡望. 化学史传. 北京: 商務印書館. 1995: 47.
- ^ 5.0 5.1 Green wood and Earnshaw. Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon. 1984: 1218–20.
- ^ Henry Marshall Leicester. A Source Book in Chemistry,1400-1900. Harvard University Press. 1952: 104–109.
- ^ Valentine Walsh, Tracey Chaplin. Pigment Compendium. Routledge. 2008: 341.
- 中国大百科全书（第二版），第19册，舍勒条目. 中國大百科全書出版社. 2003: 442–443.