Wo publikowanym w 1778 roku dziele „Rozważania o naturze kwasów” Antoine Lavoisier poinformował świat o swej rewolucyjnej teorii. Zdaniem francuskiego chemika ludzie i zwierzęta żyją dzięki temu, że w powietrzu unosi się „oxygene” (od greckiego słowa oxys, czyli „kwas”, i francuskiego gine – „począć”). Ów dający się wyodrębnić z kwasów pierwiastek odgrywa kluczową rolę w procesie oddychania, a także – jak zauważył Lavoisier – okazuje się niezbędny w czasie spalania każdej substancji. Aby postawić tę rewolucyjną hipotezę, chemik nie musiał przeprowadzać żadnych nowatorskich eksperymentów. Wystarczyło, że poszedł śladami swych poprzedników, zgromadził ich wiedzę i jako pierwszy w pełni zrozumiał, z czym ma do czynienia.

POLSKIE TLENU POCZĄTKI


„Człowiek jest stworzony z ziemi, żyje zaś z powietrza. W powietrzu jest bowiem ukryty pokarm życia, który my nazywamy rosą nocy i rozrzedzoną wodą dnia” – napisał w wydanym w 1604 r. dziele pt. „De lapide philosophorum” („O kamieniu filozoficznym”) Michał Sędziwój. Najsławniejszy wówczas w Europie alchemik ośmielił się zanegować obowiązujące od starożytności twierdzenie Arystotelesa, że świat tworzą cztery żywioły (pierwiastki): ziemia, woda, ogień i powietrze.

Dodał do nich bowiem jeszcze jeden, niezwykle trudno uchwytny. Zaczęło się od tego, że udało mu się dokonać termicznego rozkładu saletry potasowej (KNO3) i uzyskać coś, co nazwał „nitrą”. Jego zdaniem ów „powietrzny pokarm”, będący czynnikiem „niezbędnym do życia”, krążył między powietrzem a ziemią.

Jak bardzo odkrycie to wyprzedzało swą epokę, świadczył fakt, że w Europie rozniosła się wieść, iż sławny mag poznał tajemnicę kamienia filozoficznego. Materiału niezbędnego dodokonania „chryzopei”, czyli przemieniania rtęci w złoto. Stojąc o krok od wyodrębnienia tlenu, Sędziwój w 1605 r. wybrał się w podróż do Stuttgartu na dwór księcia wirtemberskiego Fryderyka. Władca ów, mając stałe problemy finansowe, za radą swego alchemika Mülenfelsa uwięził Polaka, żeby wydobyć od niego sekret „chryzopei”. Z niewoli Sędziwój uciekł, spuszczając się z więziennej wieży po podartym w pasy i skręconym w linę prześcieradle. Od tej przygody alchemik dużo ostrożniej ujawniał wyniki przeprowadzanych przez siebie eksperymentów. Nigdy też ostatecznie nie dowiódł istnienia tlenu.

Jednak gdy w 1650 r. w Londynie ukazały się dzieła zebrane Sędziwoja w angielskim przekładzie, z miejsca stały się inspiracją dla chemika Johna Mayowa. Podobnie jak Polak uznał on, że w powietrzu musi istnieć czynnik niezbędny do podtrzymania wszelkich procesów życiowych. Nazwał go cząstkami „nitro-aerial” (lotna saletra) i opisał w wydanej w 1674 r. pracy „Tractatus Quinque Medico–Physici”. Jak zaobserwował Mayow, opary powstające podczas rozkładu termicznego saletry wdychane przez zwierzęta powodowały, iż krew tętnicza miała bardziej czerwoną barwę. Jego zdaniem owa lotna saletra „zasila ogień i to ona, wdychana, przechodzi do krwi zwierząt”. Tezy angielskiego chemika nie zdobyły uznania w świecie nauki. Odrzucono je, ponieważ większość uczonych była pewna, że powietrze jest niepodzielnym pierwiastkiem. Do tego jeszcze w 1702 r. niemiecki fizyk Georg Ernst Stahl stworzył teorię flogistonu (phlogios – z greckiego „płomień”).

PASTOR ODKRYWA WODĘ SODOWĄ

 


Każdy, kto przyglądał się płonącemu przedmiotowi, widział, że wygląda on tak, jakby ogień był substancją wydobywającą się z jego wnętrza. To spostrzeżenie sprawiło, że Georg Ernst Stahl uznał spalanie za proces uwalniania „substancji ognistej”, czyli flogistonu. Miał on występować we wszystkich materiałach palnych i uwalniać się do powietrza, gdy zostaną odpowiednio podgrzane. Ta przyjęta wkrótce koncepcja na długie lata ucięła spekulacje na temat istnienia tajemniczej „nitry”.

Dopiero pół wieku później nowe poszukiwania podjął prezbiteriański pastor z Leeds Joseph Priestley. Mający olbrzymią wadę wymowy duchowny, chcąc głosić zrozumiałe dla wiernych kazania, po ukończeniu 30. roku życia zaczął dojeżdżać do Londynu na sesje terapii logopedycznej. Tam poznał wielu wybitnych intelektualistów i naukowców, a zaprzyjaźnił się ze słynnym już wówczas uczonym z Ameryki Benjaminem Franklinem. On to zainteresował pastora nowatorskimi eksperymentami i przekonał go, by sam zaczął je przeprowadzać. Będący samoukiem Priestley (w dzieciństwie samodzielnie opanował grekę, łacinę i hebrajski) bez problemu zgłębił nowe obszary wiedzy. Najpierw w 1765 roku napisał i wydał dzieło „Historia i współczesność elektryczności”, w dużej mierze poświęcone odkryciom Franklina. Potem skupił się na własnych eksperymentach i – jak na samouka przystało – przerzucał się z jednej dziedziny na drugą. Pierwszym wielkim sukcesem Priestleya było wytworzenie w 1770 r. z naturalnego kauczuku do dziś nieśmiertelnej gumki „myszki”.

Jak przystało na uczonego, najpierw wypróbował go na sobie. To, co poczuł, sprawiło, że nazwał go „gazem rozweselającym”, ponieważ uzyskał podtlenek azotu (N2O). Przez następne dwa wieki przy pomocy gazu Priestleya dentyści i chirurdzy wprawiali pacjentów w stan radosnego oszołomienia, łagodzącego ból podczas zabiegów.

Zachęcony nowym odkryciem pastor postanowił zainteresować się bliżej tym, co dzieje się w browarze stojącym nieopodal jego domu w Leeds. Odwiedzał sąsiedni budynek wcale nie po to, by prawić zatrudnionym tam o zgubnych skutkach używania napojów alkoholowych. Jak odnotował w swych zapiskach, zajął się obserwowaniem unoszących się z kadzi oparów, powstałych podczas fermentacji z użyciem drożdży piwnych.

Wkrótce Priestley zauważył, że zapalony kawałek drewna gaśnie po zetknięciu z dziwnym gazem, który opadał na ziemię i snuł się nad nią. Postanowił sprawdzić, jak ta substancja reaguje w zetknięciu z wodą. Umieścił zatem płaskie naczynie tuż nad kadzią. Po pewnym czasie, gdy skosztował wody, stwierdził, iż nabrała ona kwaskowatego, przyjemnego smaku. Potem już w domu przelewał wodę ze szklanki do szklanki nad fermentującymi drożdżami. Po trzech minutach pojawiały się w niej pierwsze bąbelki. Tak kaznodzieja odkrył dwutlenek węgla. Potem Priestley zbudował aparaturę do nasycania wody CO2, stając się wynalazcą jednego z najpopularniejszych w dziejach świata napojów orzeźwiających.

ZBYTKOWNE POWIETRZE


Zalety wody z bąbelkami jako pierwsi docenili marynarze okrętów „Resolution” i „Adventure”. Jednostki te w 1772 r. pod dowództwem kapitana Cooka ruszyły w rejs dookoła świata. Joseph Priestley też miał wziąć udział w wyprawie, ale po tym, jak poparł niepodległościowe aspiracje mieszkańców Ameryki, brytyjski rząd zakazał mu wstępu na pokład. Mimo to pastor wielkodusznie podarował aparaturę do wytwarzania wody gazowanej Cookowi. Rok później zachwyceni smakiem i właściwościami wody z bąbelkami (ponoć powstrzymywała rozwój szkorbutu, choć to mało prawdopodobne – chorobę wywoływał wszak niedobór witaminy C) członkowie brytyjskiego Towarzystwa Królewskiego przyznali Priestleyowi specjalny medal.

Dzięki zdobytej sławie pastor otrzymał posadę bibliotekarza u Williama Petty’ego – ministra w rządzie premiera Williama Pitta starszego. To zapewniło mu środki na dalsze eksperymenty, tym razem z rtęcią. Latem 1774 roku w hermetycznym pojemniku umieścił rtęć, a na jej powierzchni tlenek tego metalu.

Następnie podgrzał całość, przy pomocy szklanej soczewki skupiając promienie słoneczne. Wówczas nad warstwą ciekłej rtęci pojawił się ledwie widoczny, bezbarwny gaz. Jak to zwykł czynić wcześniej, eksperymentator umieścił w nim płonący patyk. Ten zaś, zamiast zgasnąć, zajął się gwałtownym płomieniem.

„Zaprawdę, miałem zamęt całkowity w mojej głowie, nie wiedząc, co o tem wszystkiem myśleć i jaką z doświadczenia, tak przecie niezwykłego, zdać sprawę” – napisał później Priestley w książce pt. „Doświadczenia i obserwacje nad różnymi rodzajami powietrza”. Skonfundowany postanowił skosztować tajemniczego gazu. „Uczucie tego Powietrza w mych płucach nie różniło się wielce od uczucia powietrza zwykłego; co mi się jednakoż podobało, to szczególne poczucie lekkości w mej piersi, które utrzymywało się potem jeszcze jakiś czas” – zanotował. Wkrótce zaczął badać, jak odkryty przez niego gaz wpływa na myszy. Do jednego hermetycznie zamkniętego słoika z gryzoniami wpuścił powietrze z atmosfery, do drugiego natomiast uzyskany z rozkładu rtęci gaz.

Jak odnotował, myszy, które oddychały jego gazem, żyły dwa razy dłużej niż te wdychające zwykłe powietrze. Po czym dopisał wręcz proroczo, że „(...) nowe Powietrze w przyszłości stać się może towarem prawdziwie zbytkownem; jak dotąd wszakże tylko ja sam i dwie jeszcze myszy dostąpiły honoru zaczerpywania go w swoje płuca”.

ŚWIAT NIE WIERZY W TLEN


W październiku 1774 r. Priestley przybył do Paryża na spotkanie francuskiej Akademii Nauk, by porozmawiać z Antoinem Lavoisierem. „Odkryłem powietrze pięć albo sześć razy lepsze niż normalne” – poinformował go, przekazując kopie swych notatek. Francuz powtórzył doświadczenia i wysnuł teorię, która śmiertelnie skłóciła obu uczonych.

Priestley uznał, że jego eksperyment potwierdza teorię flogistonu. Zdaniem kaznodziei podgrzana czerwona rtęć „odflogistonowała” powietrze. Dzięki temu rzeczy spalały się w nim szybciej, bo mogło ono wchłonąć więcej „substancji ognistej”. Z kolei Lavoisier, od dawna interesujący się procesem spalania, zrozumiał, iż eksperyment pastora daje mu dowód na to, że powietrze jest mieszaniną różnych gazów, a Priestley wyodrębnił jeden z nich.

Nowy, nieznany nauce pierwiastek Lavoisier nazwał „oxygen”, bo uznał, iż musi on być (i tu się akurat pomylił) składnikiem wszystkich kwasów. Dowiódł na drodze eksperymentalnej, że tlen jest gazem niezbędnym do podtrzymania spalania oraz wszelakich procesów życiowych, gdyż jedynie jego obecność w organizmie umożliwia przebieg wielu reakcji chemicznych.

Tymczasem Priestley uparcie bronił teorii flogistonu. Spór trwał wiele lat i podzielił naukowców w Europie na dwie zwalczające się frakcje. Co ciekawe, w tym samym czasie wyniki swych eksperymentów przedstawił szwedzki uczony Carl Wilhelm Scheele. Twierdził on, że wyodrębnił tlen z powietrza już w 1773 r., lecz zbagatelizował to zdarzenie. Z powodu niedbalstwa i braku refleksu Szwed stracił szansę na zdobycie laurów wielkiego odkrywcy, bo jego publikacja okazała się mocno nieaktualna.

Kłótnia Priestleya z Lavoisierem przyniosła jednak nauce wiele dobrego. Pastor z Leeds, szukając argumentów, odkrył, że zamknięte w szczelnym pojemniku gałązki mięty nie przyjmują, lecz wydzielają „odflogistonowane powietrze”. Wywnioskował z tego, iż „szkoda, która jest stale czyniona atmosferze przez wydalanie (flogistonu – przyp. aut.) przez tak wielką ilość zwierząt, jest przynajmniej w części niwelowana przez rośliny”. Lecz znów z powodu przywiązania do flogistonu kaznodzieja nie dostrzegł, że jako pierwszy zaobserwował zjawisko fotosyntezy. Z kolei Lavoisier, badając udział tlenu w procesie spalania, sformułował kardynalne dla zrozumienia zjawisk chemicznych i fizycznych prawo zachowania masy. „W każdym procesie ilość materii istniejącej przed jego rozpoczęciem i po zakończeniu jest jednakowa” – napisał w wydanej w 1789 r. książce „Podstawowy wykład chemii”.

Spór zakończyła rewolucja francuska. W drugą rocznicę zburzenia Bastylii tłum spalił dom Priestleya w Birmingham. Uczony wraz z rodziną uciekł do Londynu, a w kwietniu 1794 r. musiał emigrować do USA. W tym czasie w Paryżu gilotyna pozbawiła głowy Lavoisiera, obarczonego odpowiedzialnością za działalność poborców podatków. Pech wielkiego chemika polegał na tym, że 25 lat wcześniej ulokował swe pieniądze w akcjach spółki, której rząd powierzył ściąganie podatków od tytoniu, soli i towarów importowanych.

Priestley miał więcej szczęścia. Zamieszkał we wsi w centralnej Pensylwanii. Zbudował tam laboratorium i do swej śmierci w 1804 r. bawił się chemicznymi eksperymentami, nadal święcie przekonany, że tlen nie istnieje.