A wszystko zaczęło się w starożytności...
Jeden z pierwszych znanych eksperymentów dotyczących związku między spalaniem a powietrzem został przeprowadzony przez greckiego pisarza Filona z Bizancjum w II wieku p.n.e. W swojej pracy "Pneumatica" Philo zauważył, że obrócenie naczynia nad płonącą świecą i zalanie szyjki naczynia wodą spowodowało, że część wody podniosła się do góry. Filo błędnie założył, że część powietrza w naczyniu stała się klasycznym żywiołem ognia i w ten sposób uciekła przez pory szkła.
Musiało minąć prawie 700 lat, by móc dalej badać tlen!
Leonardo da Vinci oparł się na pracy Filona, obserwując, że spalanie i oddychanie zużywają trochę powietrza. Lecz po za tym nic więcej nie wywnioskował...
W De Lapide Philosophorum Tractatus Duodecim e naturae source et Manuali Experientia depromti (1604) polski alchemik, filozof i lekarz Michael Sendivogius (Michał Sędziwój) opisał substancję znajdującą się w powietrzu, nazywając ją „cibus vitae”. W swoich eksperymentach w latach 1598-1604 Sendivogius słusznie uważał tę substancję za gazowy produkt uboczny termicznego rozkładu azotanu potasu. Oddzielenie tlenu i odpowiednie połączenie substancji z tą częścią powietrza, która jest niezbędna do życia, byłaby wystarczającym dowodem na odkrycie tlenu przez Sendivogiusa, jednak kolejne pokolenia naukowców i chemików często zaprzeczały temu odkryciu.
Dopiero Robert Boyle wykazał pod koniec XVII wieku, że powietrze jest niezbędne do spalania. Angielski chemik John Mayow (1641-1679) udoskonalił tę pracę, pokazując, że ogień potrzebuje tylko ułamka powietrza, co nazwał Spiritus nitroaereus. W jednym eksperymencie odkrył, że umieszczenie myszy lub zapalonej świecy nad wodą w hermetycznym pojemniku spowodowało podniesienie się wody i zastąpienie jednej czwartej ilości powietrza przed ugaszeniem badanych. Z tego wywnioskował, że nitroaereus jest zużywany zarówno podczas oddychania, jak i spalania. Mayow zaobserwował wzrost masy antymonu po podgrzaniu i doszedł do wniosku, że nitroaereus musiał się z nim stopić. Uważał również, że płuca oddzielają azotan z powietrza i transportują go do krwi, a ciepło i ruchy mięśni zwierząt są wynikiem reakcji azotanu z niektórymi substancjami w organizmie. Recenzje tych i innych eksperymentów i pomysłów zostały opublikowane w 1668 roku w jego rozprawie "Tractatus, De respiratione."
Nie byli świadomi, że produkowali tlen...
Robert Hooke, Ole Borch, Mihail Lomonosov i Pierre Bayen produkowali tlen w eksperymentach w XVII i XVIII wieku, ale żaden z nich nie rozpoznał go jako pierwiastka chemicznego. Może to częściowo wynikać z rozpowszechnienia się filozofii spalania i korozji znanej jako teoria flogistonu, która była wówczas preferowanym wyjaśnieniem tych procesów. Teoria flogistonu, założona przez niemieckiego alchemika J. J. Bechera w 1667 r. i zmodyfikowana przez chemika Georga Ernsta Stahla w 1731 r., głosiła, że wszystkie materiały palne składają się z dwóch części. Jedna część, zwana flogistonem, została uwolniona podczas spalania zawierającej ją substancji, podczas gdy uważano, że część flogistyczna jest jej prawdziwą formą, wapnem. Uważano, że wysoce łatwopalne materiały, które pozostawiają niewiele pozostałości, takie jak drewno lub węgiel, to głównie flogiston; zawierał bardzo mało niepalnych substancji żrących, takich jak żelazo. Powietrze nie odgrywało żadnej roli w teorii flogistonu i nie było żadnych wstępnych eksperymentów ilościowych, aby przetestować ten pomysł; Zamiast tego opierał się na obserwacjach tego, co dzieje się, gdy coś się pali, że przez większość czasu rzeczy stają się lżejsze i wydaje się, że coś tracą...
Szwedzko-angielskie rewolucje w świecie chemii
Powszechnie uważa się, że szwedzki chemik Carl Wilhelm Scheele jako pierwszy odkrył tlen. W latach 1771-1772 produkował tlenek rtęci (HgO) i azotany. Scheele nazwał gaz „powietrzem ogniowym”, ponieważ był to jedyny znany wówczas środek ułatwiający spalanie. Opisał to odkrycie w swoim rękopisie "Treatise on Air and Fire" który wysłał do swojego wydawcy w 1775 roku. Dokument ten został opublikowany w 1777 roku. W międzyczasie, 1 sierpnia 1774 r., eksperyment brytyjskiego duchownego Josepha Priestleya skupił światło słoneczne na tlenku rtęci w szklanej rurce, uwalniając gaz, który nazwał „powietrzem deflogistycznym”. Zauważył, że świece paliły się jaśniej wewnątrz gazy, a mysz była bardziej aktywna i żyła dłużej, oddychając nią. Po wdychaniu gazu Priestley napisał: „Odczucie tego w moich płucach nie różniło się zbytnio od zwykłego powietrza, ale przez chwilę poczułem, że moja klatka piersiowa jest bardzo lekka”. Priestley opublikował swoje odkrycie w 1775 roku w An Account of Further Discoveries in Air, które zostało włączone do drugiego tomu jego książki.
A co z wkładem Polaków?
Pod koniec XIX wieku naukowcy zdali sobie sprawę, że powietrze można skroplić, a jego składniki rozdzielić poprzez sprężanie i chłodzenie. Szwajcarski chemik i fizyk Raoul Pierre Pictet zastosował metodę kaskadową do odparowania ciekłego dwutlenku siarki w celu skroplenia dwutlenku węgla, który z kolei odparowuje, schładzając wystarczającą ilość tlenu do jego skroplenia. 22 grudnia 1877 r. wysłał telegram do Francuskiej Akademii Nauk w Paryżu, ogłaszając odkrycie ciekłego tlenu. Zaledwie dwa dni później francuski fizyk Louis Paul Caillete ogłosił swoją metodę skraplania tlenu cząsteczkowego. W każdym razie pojawiło się tylko kilka kropel płynu i nie było możliwości dokonania merytorycznej analizy. 29 marca 1883 roku polscy naukowcy Zygmunt Wróblewski i Karol Olszewski z Uniwersytetu Jagiellońskiego po raz pierwszy skroplili tlen w stanie stabilnym, co zmieniło przyszłe badania nad technologiami, których możemy doświadczać w codziennym życiu.
Tekst i redakcja: Maciej Gdala
