Vielä 1700-luvulla pärjättiin ilman happea
Sitten sen keksikin kolme miestä kolmessa eri maassa.


 TEKSTI:Kathy Wasström ja Markku Sundberg

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Vielä 1700-luvulla pärjättiin ilman happea
Sitten sen keksikin kolme miestä kolmessa eri maassa.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä 4/2003

Niiden hylkääminen ei ollut helppoa, mutta kokeiden näyttämiä väistämättömiä tosiasioita ei voinut kiertää: hapen reaktiot pakottivat nostamaan alkemian hyllylle. Mutta kuka hapen löysi - vai pitäisikö kunnia jakaa?


 


Hapen löytymiseen liittyy paljon kysymyksiä ja epäselvyyksiä. Kärjessä oli kolme miestä kolmessa eri maassa.

Ruotsalainen Karl Wilhelm Scheele (1742-1786) oli apteekkari ja innokas tutkija, joka teki paljon keksintöjä. Tuloksien julkaiseminen jäi kuitenkin taka-alalle.

Englantilainen Joseph Priestley (1733-1804) ehti julkaista tuloksensa ennen Scheeleä.

Ranskalainen Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) oli kuullut ainakin Priestleyn löydöstä häneltä itseltään ja oli saanut Scheeleltä happea käsittelevän kirjeen, mutta hän teki kokeita myös itse. Scheele ja Priestley eivät olleet ymmärtäneet löytönsä merkitystä. Vasta Lavoisier pystyi päättelemään, mistä oli kyse.

Kolme miestä hapen kimpussa samoihin aikoihin, mutta kuka heistä olisi saanut Nobelin kemianpalkinnon, jos nobeleita olisi jo silloin jaettu?






Näin flogistonilla selitettiin palaminen

Flogiston, tai maailmaneetteri, otettiin käyttöön 1700-luvun alussa, kun kemistit yrittivät selittää yhdenmukaisella tavalla, mitä palaminen on. Flogiston on kirjai-mellisesti tuliainetta, sillä kreikan kielen floks tarkoittaa liekkiä.

Palaminen selitettiin siten, että palavasta aineesta poistuu flogistonia, koska samalla näkyy usein liekkejä. Kun kaikki flogiston on lähtenyt, palaminen päättyy ja jäljellä on vain tuhkaa.


Priestley löysi "paremman ilman"

Priestley eristi happea ensimmäisen kerran 1771 kuumentamalla elohopeaoksidia suurella polttolasilla, mutta hän luuli oksidista erkautuvaa kaasua typen oksidiksi. Samoin kävi, kun hän uudestaan eristi sitä kolme vuotta myöhemmin. Tämän jälkeen ei kuitenkaan kestänyt kauankaan ennen kuin hänelle selvisi, että tämä ilma oli jotakin muuta kuin typpioksidia.

Priestley julkaisi tuloksensa uuden ilman ominaisuuksista elokuussa 1774. Maaliskuussa 1775 hän raportoi, että uusi ilma oli parempaa kuin tavallinen ilma.

Toukokuussa Priestley antoi flogistonteorian vankkana kannattajana tälle "paremmalle" ilmalle nimen deflogistoitunut ilma ja totesi sen olevan tavallista ilmaa, josta kaikki flogiston oli poistettu. Saman vuoden syksynä hän julkaisi lopulliset tuloksensa.

Priestley tutki kasveja ja huomasi, että hiilidioksidi reagoi kasvin vihreän osan kanssa vapauttaen deflogistoitunutta ilmaa, eli siis happea. Hän sanoi kasvien parantavan pilaantunutta ilmaa, jota muodostui, kun eläimet hengittivät. Tavallaan hän keksi yhteyttämisen. Kokeissaan käyttämänsä hiilidioksidin hän sai eräästä panimosta, missä sitä syntyi oluen käymisessä.

Priestley joutui pakenemaan mellakoivaa väkijoukkoa Uuteen maailmaan, Amerikkaan, koska hänen epäiltiin kannattavan Ranskan vallankumousta.

Scheele havaitsi hapen alkuaineeksi

Scheele oli saanut koulutuksensa Saksassa, mutta työskenteli apteekkarina Ruotsissa. Hänelle tarjottiin monia professorin virkoja eri yliopistoista, mutta hän ei ottanut niitä vastaan, sillä apteekkarina hänellä oli enemmän aikaa tehdä kemian tutkimuksiaan. Hän löysi monia alkuaineita, hapen ohella esimerkiksi typen, kloorin ja mangaanin, mutta hän ilmoitti tuloksistaan aina niin myöhään, että muut ehtivät julkaista omat tuloksensa ennen häntä.

Scheele teki happitutkimuksensa vuosina 1771-1772 ja sai niitä koskevat kirjoituksensa valmiiksi 1775. Valitettavasti ne julkaistiin vasta kaksi vuotta myöhemmin, jolloin Priestley oli jo julkaissut omat tuloksensa. Ehkä Scheele ei pitänyt julkaisemista kovinkaan tärkeänä.

Scheele tutki myös orgaanisia yhdisteitä. Hän puhdisti monia orgaanisia happoja, kuten bentsoehappoa ja oksaalihappoa. Ongelmana oli tehokkaiden menetelmien puuttuminen. Aineiden tunnistamisessa ja puhtauden tarkistamisessa luotettiin hyvin paljon maistamiseen. Uskotaankin, että Scheele kuoli myrkytykseen.

Lavoisier oivalsi hapen toiminnan

Syksyllä 1774 Priestley oli käynyt Pariisissa, missä hän oli tavannut Lavoisier’n sekä muita kemistejä. Hän oli kertonut hapesta, jota hän oli valmistanut elohopean tai lyijyn punaisesta oksidista kuumentamalla. Samoihin aikoihin Scheele oli kirjoittanut Lavoisier’lle kirjeen, jossa hän luultavasti oli maininnut happitutkimuksistaan.

Ei tiedetä, kummalta Lavoisier ensin sai tietää uudesta ilmasta, mutta hän väitti keksintöä omakseen. Näin oli käynyt aiemminkin. Toisaalta Lavoisier näytti ymmärtävän sekä toisten keksinnöistä että omista keksinnöistään enemmän kuin muut.

Scheele oli yrittänyt muuttaa flogistonteoriaa, jotta hänen happensa, jota hän kutsui tuli-ilmaksi, sopisi siihen. Nämä muutokset Lavoisier sivuutti heti. Hänestä Scheele muutti vanhoja ideoita liikaa.

Lavoisier toisti Priestleyn elohopeaoksiditutkimukset maaliskuussa 1775. Hän käytti silloin hyvinkin kvantitatiivisia menetelmiä ja näytti huhtikuussa 1775 vakuuttavasti, että kun oksideja kuumennettiin, kaasua muodostui aina, olipa mukana hiiltä tai ei. Kvantitatiivisten tutkimusten avulla hänelle myös selvisi, että kun hiili ja ilman puhdas osa, happi, yhdistyivät, muodostui hiilidioksidia.

Lavoisier toi kemiaan johdonmukaisuutta ja tarkkuutta, joka siitä oli aikaisemmin puuttunut. Tarkkuus oli tärkeää hapen löytymiselle. Kun hapen rooli alkoi selvitä, Lavoisier oivalsi, että hengityksen tarkoitus ei ollut veren jäähdyttäminen, kuten aikaisemmin oli uskottu, vaan hengitystä tarvittiin hiilen ja vedyn hitaaseen palamiseen.

Lavoisier’n elämä päättyi traagisesti, kun hän joutui syyttömänä giljotiiniin.






Johdonmukainen happiteoria

Flogistonteoria oli järkeenkäypä, mutta siinä oli pari kiusallista ongelmaa.

Jos metallista poistui palaessa flogis-tonia, niin miksi jäljelle jäänyt metalli-oksidi painoi alkuperäistä metallimäärää enemmän? Se selitettiin siten, että flo-gistoni oli painoltaan negatiivista eli pyrki pakenemaan maasta.

Toinen ongelma oli, ettei flogistonia kyetty havaitsemaan suoraan, paitsi eh-kä liekkeinä.

Happiteoria selitti, mikä reagoi: happi pystyttiin havaitsemaan, toisin kuin flogiston.


Flogiston jouti historiaan

Flogistonin tuhoon lopulta johtaneita tutkimuksia Lavoisier teki jo syksyllä 1772. Silloin hän poltti fosforia ilmassa ja huomasi, että reaktiossa muodostui valkoista savua. Tämän täytyi hänen mielestään olla flogistonia.

Savu painoi kuitenkin enemmän kuin alkuperäinen fosfori. Lavoisier yritti selittää tuloksensa flogistonteorian avulla, mutta myöhemmin tämä seikka rupesi vaivaamaan häntä. Hän oli myös tutkinut metalleja ja tiesi, että joko ilma tai osa siitä yhdistyi metalleihin, kun oksideja muodostui. Hän ei kuitenkaan vielä tiennyt, mikä tämä osa oli, eikä hän pystynyt yhdistämään metallien ja fosforin reaktioita.

Lavoisier tutki metallien palamisreaktioita sekä hiilen läsnä ollessa että ilman hiiltä. Hän huomasi, että näissä reaktioissa vapautui erilaista ilmaa. Toisessa reaktiossa vapautuva ilma liukeni veteen, mutta toisessa reaktiossa ilma ei liuennut. Toista ilmaa hengittävät eläimet kuolivat, mutta toista oli vielä helpompi hengittää kuin tavallista ilmaa. Kynttilät eivät palaneet toisessa ilmassa, vaikka ne toisessa paloivat kirkkaasti.

Näistä ilmoista toinen tunnettiin. Sen tiedettiin olevan hiilidioksidia, mutta toisella oli aivan päinvastaiset ominaisuudet. Se vaikutti olevan puhtaampaa kuin tavallinen ilma. Se oli happea.

Lavoisier’n uusi teoria oli kuin flogistonteorian vastakohta. Metallien ja muiden aineiden hapettuminen oli ennen selitetty flogistonin vapautumiseksi. Uuden teorian mukaan reaktiossa ilman happi yhdistyi metalliin. Tämä oli kuitenkin monelle kemistille liian suuri muutos.






Uutta teoriaa vieroksuttiin

Happiteoria pystyi myös selittämään, kuinka paljon kutakin ainetta osallistuu reaktioon. Sen sijaan se ei selittänyt, miksi toiset aineet reagoivat kun taas toisille ei tapahtunut mitään.

Flogistonteorialla oli ollut selitys tähän: reaktiota ei voinut tapahtua, jos ilma oli jo kyllästetty flogistonilla, koska silloin flogistonia ei voinut irtautua aineesta.

Sen sijaan happea tiedettiin olevan ilmas-sa niin paljon, ettei se voinut loppua, joten sen puute ei selittänyt, miksi hapettumista ei aina saatu aikaan.

Emme siis voi suoralta kädeltä tuomita flogistonin kannattajia vanhoillisiksi jäärä-päiksi, sillä heillä oli perustellut, oman aikansa tietämykseen pohjautuvat syyt puolustaa flogistonia.


Kenen havainto oli tärkein?

Hapen keksimisen voisi tiivistää näin: Scheele tunnisti hapen uudeksi aineeksi. Priestley huomasi tärkeimmät erot hapen ja tavallisen ilman välillä. Lavoisier taas ymmärsi keksinnön tarkoituksen ja tärkeyden. Hän keksi, että tämä uusi aine oli itse asiassa alkuaine, ja sai sen myös sopimaan jonkinlaiseen kokonaisuuteen. Syytettiinpä häntä mistä tahansa, hänellä oli ainutlaatuinen päättelykyky. Yksinkertaisten kokeiden perusteella hän pystyi täysin muuttamaan aikansa käsityksen kemiasta.

Kenelle kunnia hapen keksimisestä pitäisi antaa? Tätä on vuosien kuluessa mietitty paljon. Kukaan ei ole keksinyt tarkkaa vastausta kysymykseen.

Vuonna 2001 Carl Djerassi ja Roald Hoffmann julkaisivat näytelmän Oxygen, jossa yritetään selvittää juuri tätä ongelmaa ja lopettaa 230 vuotta kestänyt riita. Näytelmässä keskustellaan muun muassa siitä, onko Scheele saanut tarpeeksi kunniaa hapen keksimisestä. Tästä kolmikosta hän ensimmäisenä eristi happea, mutta häntä ei muisteta tässä yhteydessä yhtä usein kuin kolmikon kahta muuta herraa.

Toisaalta, onko kunnia tärkeintä?


 


KATHY WASSTRÖM on orgaanisen kemian opiskelija Helsingin yliopistossa.


 


MARKKU SUNDBERG on Helsingin yliopiston epäorgaanisen kemian dosentti.

Sisältö jatkuu mainoksen alla