Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Kdo vlastně objevil kyslík?

Alchymistická dogmata a počátky chemického výzkumu
Publikováno: Vesmír 76, 316, 1997/6

Objevy chemických prvků ve vzdálenější minulosti byly dokumentovány mnohem méně jednoznačným způsobem, než je tomu dnes. Kdy je možné nějakému badateli připsat objev nového prvku? Pouhá skutečnost, že ho připravil ve víceméně čisté podobě, ještě neznamená, že si uvědomil, že jde o nové chemické individuum. Někdy nestačí ani to, že badatel postřehl některou vlastnost nového prvku, byť velmi charakteristickou. Jako modelovou lze označit situaci předcházející dnes uznávanému objevu kyslíku. Podle všeho kyslík původně připravili hned dva učenci nezávisle na sobě. Byli to Angličan Joseph Priestley (1733 – 1804) a Švéd Carl Wilhelm Scheele (1742 – 1786); anglický badatel připravil kyslík r. 1774 zahříváním oxidu rtuťnatého, švédský lékárník uspěl zahříváním různých kyslíkatých sloučenin dokonce už v letech 1771 až 72. Jeho laboratorní deníky však byly uveřejněny až mnohem později. V jednom ze svých pokusů Scheele zahříval uhličitan stříbrný, přičemž oxid uhličitý vznikající současně s kyslíkem zachycoval vápenným mlékem. Potud konec historie, která je přesto i nadále předmětem diskusí, zda přece jen některý z obou jmenovaných učenců nebyl vlastně prvním objevitelem kyslíku.

Kde nemůže žít plamen, tam nemůže žít žádné zvíře, které dýchá, napsal ve svých poznámkách již Leonardo da Vinci (1452 – 1519), jemuž neušlo, že se vzduch spotřebovává při dýchání a hoření, ale že se nespotřebovává všechen, nýbrž jen jeho část. Byl to v té době, která pokládala vzduch za jedinou látku, dokonce elementární povahy, postřeh zcela revoluční, a zřejmě proto zůstal nepovšimnut. Pokrok nastal až v 17. století.

Michal Sendivoj a sal centrale
Jednou z nejbarvitějších postav alchymie 17. století byl Polák Michal Sędziwój (1566 – 1636), známý spíš pod latinskou podobou jména Sendivogius. Během svého neklidného života byl nějakou dobu zřejmě dvořanem u dvora Rudolfa II. v Praze, kde se r. 1604 proslavil údajně úspěšnou transmutací, na jejíž památku nechal císař vsadit do zdi pamětní desku. Nakonec však Sendivoj, jehož budeme dále uvádět pod českou podobou jeho jména, zemřel v chudobě na zadluženém kravařském panství, jež dostal darem od Ferdinanda II. Podstatné je, že rovněž r. 1604 vyšla v Praze tiskem kniha Dwana¶cie traktatów o kamienie filozofów, tehdy ještě anonymní. Později se pod latinským titulem Novum lumen chymicum stala alchymistickým bestselerem 17. století a byla opakovaně vydávána v různých jazycích. V tuto chvíli nepátrejme po detailech, občas se totiž vynořují pochybnosti o Sendivojově autorství, ale soustřeďme se na jednu z hlavních myšlenek, která se objevuje nejen v tomto, ale i v jeho dalších, méně známých traktátech.

Mimořádnou úlohu měla v Sendivojových chemických představách „ústřední sůl“ (sal centrale), což byl dusičnan draselný (KNO3). Sendivoj soudil, že tak, jak je nebeské Slunce uprostřed planetárních sfér, je také „slunce Země“ ve středu naší planety, a obě tato slunce vysílají své záření. Zemské na povrchu ochlazuje voda, zatímco sluneční se zachycuje a ochlazuje vzduchem. Kdyby se tak nedělo, sluneční žár by pohltil vše živé. Na povrchu Země se záření obou sluncí spojují a dávají vzniknout podmínkám života. Podstatné však podle Sendivoje je, že ve vzduchu je prý obsažen určitý prvotní princip, jenž je zárodkem a příčinou veškerého života. Kapky deště a rosy zachycují tuto „životní sílu“ a spojují ji se zemským sanytrem (opět dusičnan draselný). Proto je prý sanytr podobný kalcinovanému tartaru (míněn uhličitan draselný, K2CO3, který se získával pražením tartaru, kyselého vinanu draselného KHC4H4O6). Sendivoj však neuvedl, jak dospěl k tomuto závěru, který nepostrádá na zajímavosti. Shrnuto, sanytr vzniká pohlcením onoho prvotního principu ze vzduchu, o němž se dočteme i v dalších Sendivojových spisech. Vracel se k němu v různých souvislostech: Člověk je stvořen ze země, žije však ze vzduchu. Ve vzduchu je ukryt pokrm života... nebo ...životem ohně je vzduch, bez vzduchu vyhasíná.... Zvlášť druhý z výroků zasluhuje ocenění uvážíme-li, že Sendivojův současník Jan Baptista van Helmont (1577 – 1644) tvrdil, že vzduch nehraje žádnou roli v procesech hoření.

Vzduch je prchavý, ale může být zafixován
Již po tomto krátkém přehledu je vcelku zřejmé, že Sendivojovy úvahy se týkaly vlastně kyslíku. Neměl pro to dostatečné chemické důkazy, takže tím pozoruhodnější je závěr jeho úvah, že vzduch je prchavý, může však být zafixován v sanytru. V tuto chvíli by se mohlo zdát, že nastal pravý okamžik pokusit se blíž chemicky charakterizovat onu záhadnou „životní sílu“, obsaženou v právě uvedené sloučenině. Na omluvu Sendivojovi, že tak neučinil, musíme uvést, že s výjimkou stanovení čistoty drahých kovů v jeho době chemická analýza v podstatě neexistovala. Solidní práce z této oblasti jsou až Boyleovy z druhé poloviny 17. století. Na druhé straně Sendivoj tak měl příležitost stát se průkopníkem nového oboru. Nestal se jím, protože byl přesvědčený alchymista, věřící dogmatům své nauky. Místo aby se pokoušel o další chemické zkoumání „ústřední soli“ a „životní síly“ v ní obsažené, vynaložil nemalé úsilí k tomu, aby uvedl svá pozorování do souladu s dogmaty alchymie, především s postuláty Smaragdové desky.

K ní jen dodejme, že šlo původně o hermetický (tajný, mystický) text pravděpodobně helénistické provenience, jenž byl opakovaně překládán, přinejmenším přes arabštinu do latiny (odborníci nevylučují ani aramejštinu jako mezistupeň), až se stal základním textem evropské alchymie. Tak závažným, že téměř nepodlehl informačnímu šumu a v 17. století nebyl o nic více zkomolen než v prvních latinských překladech, starších o několik století.

Sendivoj tedy hledal, a vzhledem k formulacím Smaragdové desky také nalézal paralelu mezi ní a svými pozorováními. Ačkoliv se dostal překvapivě blízko k objevu kyslíku, doba ještě pro něco takového nebyla zralá a alchymie dosud převažovala. Nicméně, pokud jde o kyslík, jeho dílo bylo v tomto ohledu inspirativní pro další učence, z nichž uvedeme dva klíčové.

Cornelius Drebbel (1572 – 1633) a jeho přístroje
Rodák z nizozemského Alkmaaru proslul jako mimořádně zdatný technik a vynálezce. Pomineme-li několik variant perpetua mobile, pak stojí za zmínku jeho zdokonalení některých barvířských technik, jakož i různé optické, pyrotechnické a další přístroje. Právě technickým a vojenským projektům se věnoval posledních dvacet let svého života, strávených v Anglii. Pro nás je podstatné, že Drebbel působil v letech 1610 – 1612 jako alchymista na dvoře Rudolfa II., což činí pravděpodobnou možnost jeho setkání se Sendivojem. Pokud se tak nestalo, pak v té době už byl vydán Sendivojův klíčový spis, kde si Drebbel mohl přečíst o sal centrale.

Otázkou je, zda tak učinil, a tedy zda věděl právě od Sendivoje o existenci kyslíku jako plynu nezbytného pro život. Soudí se, že tuto informaci získal od Sendivoje a doložil její správnost způsobem vpravdě budícím pozornost. Jak, o tom napsal mimo jiné také Robert Boyle (1627 – 1691), jehož údajům z r. 1660 nelze upírat spolehlivost:

...než budu pokračovat, seznámím Vaše Lordstva s pozoruhodným úspěchem onoho zaslouženě slavného mechanika a chemika Cornelia Drebbela, o němž se tvrdí, že mimo další podivné věci, které dokázal, vynalezl pro zemřelého učeného krále Jakuba I. (vládl 1603 – 1625) plavidlo pohybující se pod vodou, s kterýmžto byl pokus učiněn v Temži s obdivuhodným úspěchem; loď nesoucí dvanáct veslařů, kromě cestujících... Doplňme, že loď prý plula ponořena od Westminsteru po Greenwich. Boyla samozřejmě zajímalo, jak bylo možné, že se osoby v ponorce nezadusily, a proto se pokusil shromáždit informace z různých zdrojů, mimo jiné také od jednoho člena posádky.

Své poznatky pak shrnul takto: Bylo mi řečeno, že Drebbel soudil, že to není celé tělo Vzduchu, ale jeho určitá kvintesence nebo duchovní část, co ho činí vhodným pro dýchání, a když je spotřebována, zbývající hrubé tělo, nebo korpus Vzduchu, není schopno starat se o životní plamen sídlící v srdci. Takže kromě mechanického zařízení své lodě měl chemickou tekutinu (chemical liquor), kterou považoval za hlavní tajemství navigace své ponorky. Neboť, když čas od času postřehl, že jemnější a čistší část Vzduchu byla spotřebována, otevřením nádoby plné této tekutiny rychle obnovil ve znehodnoceném vzduchu takový poměr životních částí, že ho opět na nějakou dobu učinil vhodným pro dýchání...

Byla v ponorce nádoba s kyslíkem?
Měl tedy Drebbel ve své ponorce skutečně nějakou takovou nádobu? Otázka dodnes zůstává otevřena. Je velmi pravděpodobné, že ponorka existovala, protože je o ní více nezávislých svědectví. Sám Drebbel napsal ve své knize věnované povaze elementů, míněno aristotelských, která vyšla poprvé r. 1608, že tělo sanytru se silou ohně rozláme a rozloží na povahu vzduchu..., což převedeno do dnešního jazyka tvrdí, že se při zahřívání dusičnanu draselného uvolňuje plyn. Je to pravda, ale o chemii za chvíli. V některých vydáních Drebbelovy knihy doprovází toto tvrzení i obrázek křivule zahřívané na ohni. Ústí křivule je ponořeno do kádě s vodou, na jejíž hladině jsou bubliny.

Přesto zůstává kolem Drebbelovy ponorky řada nejasností souvisejících i s tím, že se této zajímavosti historikové chemie příliš nevěnovali. Profesor Partington však upozornil na to, že pro přežití v uzavřených prostorách není podstatný jen obsah kyslíku ve vzduchu, ale také oxidu uhličitého.

Ovšem, je sotva možné činit v tomto ohledu nějaké závěry o situaci v Drebbelově ponorce, když nevíme, kolik v ní bylo celkem osob, ani jak dlouho bylo plavidlo ponořené. Epizodu lze však uzavřít tím, že šlo velmi pravděpodobně o praktickou aplikaci Sendivojových postřehů.

John Mayow (1641 – 1679) a jeho dva druhy nitre
Tento anglický lékař je jednou z velmi problematických postav v dějinách vědy. O jeho stěžejní dílo Tractatus Quinque Medico-Physici z r. 1674 se vede neutuchající spor, který je zásadního významu. Zatímco jedni soudí, že spis je plagiátem, v němž autor jen shromáždil cizí myšlenky, podle druhých je to pozoruhodné a mimořádné dílo, které předběhlo ofciální objev kyslíku o sto let. Nebudeme analyzovat tuto stránku věci a ponecháme Mayowovi autorství knihy i myšlenek.

V jedné z pěti částí zmíněného spisu se detailně věnuje sal nitrum, přičemž zřetelně vychází ze Sendivojových představ, že vzduch ...je impregnován univerzální solí nitro-salinní povahy. Ovšem o Sendivojovi ani o žádných jiných autorech se nezmiňuje. Dodejme ještě, že Mayow nebyl alchymista. Podívejme se na další jeho úvahy! Podle něj sal nitrum se zdá být složena z extrémně ohnivé kyselé soli, a k tomu z alkalie nebo z čistě slané těkavé soli, která je na místě sal alkali... Nutno poznamenat, že tehdejší názvosloví bylo hodně nepřehledné, ovšem Mayow ho používal tak velkoryse, že zmátl mnoho moderních historiků a vysloužil si jejich příkré odsouzení. Nicméně, alespoň lze vytušit, že podle Mayowa mohou být dva druhy nitru, jejichž složení je možné zapsat jako: (viz následující stranu)

nitre = extrémně ohnivá kyselá sůl + alkalie,

nitre = extrémně ohnivá kyselá sůl + čistě slaná těkavá sůl.

Při hlubším rozboru celého textu dnes odborníci soudí, že obě možnosti jsou správné. Především v obou případech se za extrémně ohnivou kyselou solí skrývá kyselina dusičná, alkalie je uhličitan draselný K2CO3, a konečně čistě slaná těkavá sůl je uhličitan amonný (NH4)2CO3, jehož těkavost byla tehdy známa. Potud Mayowova představa složení nitru, kterou se pokusil ověřit jeho analýzou i syntézou.

Základní metodou analýzy byla v Mayowově době destilace, a zde je její výsledek: Jestliže je nitre analyzován destilací, kyselý duch (spiritus) přejde do předlohy, zatímco v retortě zůstane fixní nitre blízce podobný sal alkali. Právě tento přístup ke zkoumání dusičnanu draselného může být poněkud zavádějící, což Mayow pochopitelně nemohl tušit. Teprve moderní chemie totiž prokázala, že při teplotě 336 oC začíná tepelný rozklad této sloučeniny podle rovnice

2 KNO3 = 2 KNO2 + O2.

Plynným produktem je bezbarvý kyslík, tuhým dusitan draselný. Ten se rozpouští ve vodě za současné hydrolýzy, takže jeho roztok je opravdu slabě alkalický. Ovšem, a to je pro další důležité, při teplotách nad 600 oC probíhá rozklad dusitanu draselného podle rovnice

2 KNO2 = K2O + NO2 + NO.

Kyselý duch
Vznikající oxidy dusíku se objevují jako husté hnědé silně kyselé páry, tuhý produkt, oxid draselný, je ještě alkaličtější než dusitan. Oba tedy mohly připomínat sal alkali, uhličitan draselný. Právě ve druhé rovnici lze hledat vysvětlení Mayowova tvrzení, že vznikal „kyselý duch“, což by byly ony oxidy dusíku. V každém případě tedy jakoby vznikala sal alkali, takže zřejmě by měla být obsažena v nitru. I to se Mayow pokusil dokázat: ... jestliže se nitre a tartarus (vinan draselný) smíchané ve stejných množstvích zapálí železem nebo uhlíkem, bude nalezena fixní sůl ve stejném množství, jaké bylo tartaru... Jsme opět svědky Mayowovy terminologické zvůle – „fixní sůl“ není v tomto případě nic jiného než sal alkali, uhličitan draselný. Současně Mayow uvedl, že při (kalcinování) pražení samotného tartaru se ukazuje, že tuto látku tvoří v převážné míře duch (spiritus) a páchnoucí olej, které unikají. Teprve v přítomnosti nitre vzniká sal alkali, a patrně také kyselý duch (acid spirit), což bychom mohli znázornit schématem:

nitre + tartarus = sal alkali (+ kyselý duch).

Jak vidíme, zde nejsou úvahy úplně správné, protože draslík je i ve vinanu draselném, ovšem Mayow byl z hlediska tehdejších možností analýzy velmi omezen.

Závěr blízký pravdě
Důležité je, že jeho závěr byl blízký pravdě, tedy že sal alkali je složkou nitru, pokud jde o draslík. Pokusil se to dokázat syntézou posledně jmenované sloučeniny: Neboť jestliže se kyselina nitru (acid of nitre) nalije na jakoukoli alkalii nebo na slanou těkavou sůl na místě alkalie, ze vzájemného střetu těchto dvou věcí a jejich setkání, a mocné akce, se tvoří sal nitrum... Takže by se zdálo, že nitre se rodí připravený pro boje a nepřátelská střetnutí, neboť odvozuje svůj původ z konfliktu opačných elementů a z nepřátelství samého. Reakce kyseliny nitru (kyseliny dusičné) s uhličitanem draselným je skutečně doprovázena „mocnou akcí“, přičemž se tak děje podle rovnice

K2CO3 + 2 HNO3 = 2 KNO3 + H2O + CO2,

a stejně bouřlivá by byla s uhličitanem amonným, slanou těkavou solí.

Mayowovi se tak podařilo v rámci tehdejších možností se vyjádřit poměrně přesně o složení dusičnanu draselného. Jeho úvahy jsou znamenitou ukázkou metod vznikající chemie a dokumentují způsob uvažování, kterému nelze mnoho vytýkat.

Záhada ducha nitru
Zůstávalo však pořád záhadné složení „ducha nitru“ (spirit of nitre), což je pochopitelné, připomeneme-li si dvě možnosti tepelného rozkladu dusičnanu draselného. Mayow tak mohl získávat směs plynů, a nikoli jen samotný kyslík. Přitom hnědý oxid dusičitý mohl postřehnout, bezbarvý kyslík nikoli, což výrazně ztěžovalo další zkoumání. Tak se stalo, že zprvu pokládal hnědou barvu plynu pouze za doklad jeho velké koncentrovanosti, ale pak začal oprávněně pochybovat, zda je tento plyn ve vzduchu vůbec přítomen, byť velmi zředěný. Spíš tam podle něho není, ale nějaké částice tam být musejí, protože nitre vzniká ze vzduchu. Tato úvaha je očividná narážka na Sendivojovy závěry. Byl to problém, který se Mayow pokusil vyřešit takto: „Kromě toho, nitro-aeriální sůl (opět další název pro dusičnan draselný), ať je to cokoliv, se stává pokrmem ohni a rovněž vstupuje do krve zvířat dýcháním, jak bude ukázáno později. Ale kyselý duch nitru (oxid dusičitý), jsa vlhký a extrémně korozivní, se spíš hodí pro hašení plamenu a života zvířat, než pro jeho udržování.

I tento závěr je správný a na jeho základě se Mayow pokusil o jednoznačnou odpověď, podle níž: protože je jistá část nitre odvozena ze vzduchu, jak bylo ukázáno výše, zatímco fixní sůl (opět dusičnan draselný), z níž se nitre částečně skládá, pochází ze země, zbytek nitre, jinými slovy jeho kyselý a ohnivý duch, musí pocházet, alespoň zčásti, ze vzduchu. Tuto poněkud kostrbatou formulaci dnes můžeme přepsat do jazyka chemie tak, že v dusičnanovém aniontu je obsažen kyslík. Mayow dospěl k závěru, že vzduch je tvořen dvěma látkami, z nichž jedna je nezbytná pro hoření a současně je přítomna v tuhém nitre.

Mohl proto uzavřít, že „... není pochyb o tom, že jisté částice vzduchu jsou naprosto nezbytné pro vznik ohně... ale to neznamená, že je to vzduch samotný...“. Nikoli vzduch jako celek, ale jeho určitá složka.

Blízko objevu
Aniž bychom se pouštěli do přemýšlení o původnosti Mayowových úvah, je patrné, že byly přinejmenším blízko objevu kyslíku. Je věcí diskuse, zda už lze tyto úvahy považovat za jeho objev, jak soudí někteří hisotrikové. Zároveň tato historie ukazuje, jak se myšlenky předávaly a transformovaly od alchymisty Sendivoje po lékaře a chemika Mayowa, jenž se pokoušel jejich pravdivost prokázat experimentem. Byla to cesta od pozorování přes ponorku k pokusům o chemický důkaz.

Text Smaragdové desky, jak ho r. 1591 zapsal pan Bavor mladší Rodovský z Hustiřan (asi 1526 – asi 1600):

Jistě bez klamu, jistotně a pravdivě, co je zespod, jest jako to, co jest nahoře, a co jest nahoře, jest jako to, co jest dole, k činění divův jedné věci. A jakož všechny věci byly od jednoho, zamejšlením jednoho, tak všechny věci byly narozeny od této jedné věci spojením. Otec jeho jest slunce, matka měsíc. Nesl to vítr v břiše svém. Země jest krmice její. Otec všeho tajemství jest tento. Mocnost jeho jest dokonalá, bude-li obrácena do země, oddělíš zemi od vohně, subtylné od hrubého, lehounce s velikým vtipem. Stupuje od země do nebe a zase dolů zstupuje do země. Obejmeš moc svrchních i spodních věcí. Tak budeš míti slávu všeho světa. Protož odejdi od tebe všeliké zatemnění, teďky jest vší síly síla silná, nebo přemůže každú věc subtylnou a každú tvrdú pronikne. Tak svět stvořen jest. Tuť budou přípravy rozličné, jichžto spůsob teď jest, protože nazván sem Hermes trismegistos, majíc tři částky filosofie všeho světa. Naplněno jest, jakž sem řekl o připravení slunce“.

HISTORIE VÝZKUMU KYSLÍKU

15. stol. L. da Vinci pozoroval, že vzduch má několik složek, z nichž jedna podporuje hoření

1608 C. Drebbel navrhuje výrobu kyslíku zahříváním sanytru (ledku).

1772 C. W. Scheele objevuje kyslík a nazývá jej ohnivý vzduch. Objev však publikoval až r. 1777.

1774 J. Priestly objevuje kyslík o dva roky později nezávisle na Scheeleovi. Publikuje však svůj objev první.

1779 A. Lavoisier navrhuje název oxygen (kyselinu tvořící) pro dýchatelnou část vzduchu, která se účastní hoření.

1781 H. Cavendish zjišťuje, že voda je sloučeninou kyslíku a vodíku

1785 van Marum popisuje pach kyslíku, mylně jej však připisuje unikátní formě kyslíku.

1840 Ch. Schönbein objevuje ozon díky charakteristickému pachu, když používá elektrické přístroje ve špatně větrané laboratoři. Podle zápachu jej pojmenovává.

1857 W. Siemens zkonstruoval první přístroj využívající tichého elektrického výboje k přípravě ozonu

1861 Odling navrhuje vzorec O3 pro ozon po reakci ozonu s jodidem draselným.

1868 J. L. Soret potvrzuje vzorec ozonu O3 difuzními studiemi.

1877 kyslík poprve zkapalněn (nezávisle L. Cailletet a R. Picket)

1882 J. W. Strutt objevuje, že atomová hmotnost kyslíku není přesně 16, ale 15,872.

N. N. Greenwood a A. Earnshaw, 1993: Chemie prvků)

Diskuse

Žádné příspěvky