Objevování prvků 1: Horníci, skláři a průkopníci chemie

Rok 2015 byl na webu Přírodovědci.cz ve znamení rekordů. Letos se zaměříme na objevy a objevitele. Dějiny přírodních věd jsou plné příběhů, které vyprávějí o lidském postřehu, důmyslu, vytrvalosti, zdolávání překážek, spolupráci i soupeření.

Pozoruhodně spletitá a dobrodružná je historie pátrání po chemických prvcích. Příběhy některých z nich vám přiblížíme v tomto seriálu. Nebudeme vždy postupovat přísně chronologicky nebo podle periodické tabulky. Jednotlivé díly věnujeme spíš skupinám prvků, které něco zajímavého spojuje.

Dnes vám představíme dva kovy, jež se podařilo objevit v počátečním období seriózního chemického výzkumu. Jsou to kobalt a nikl.

Od starověku bylo obecně známo devět prvků – aniž by ovšem lidé tušili, že to jsou základní stavební kameny všech chemických látek. Šlo o sedm kovů (zlato, stříbro, měď, železo, cín, olovo, rtuť) a dva nekovy (uhlík, síra). V raném novověku už měla Evropa také jisté povědomí o zinku, arsenu, antimonu a bismutu, i když poznatky o nich byly ještě dost neúplné. Například až do roku 1753 se vedly spory, zda je bismut samostatný kov, nebo nějaká odrůda cínu či olova.

U dalších prvků už známe jména jejich objevitelů. Fosfor objevil hamburský alchymista Hennig Brand roku 1669 nebo krátce poté. Dějiny mají občas smysl pro ironii, takže Brand se díky tomuto úspěchu stal neúmyslným průkopníkem chemie, která vyvrátila a nahradila jeho milovanou alchymii. Bizarní historku, jak vyráběl fosfor z moči, si necháme na jindy.

Teď se přeneseme do 18. století a navštívíme Švédsko, kde Georg Brandt experimentuje s látkou, jež dává sklu krásně modrou barvu. Už od starověku se k barvení skla a keramiky na modro používaly sloučeniny kobaltu. Nikdo ovšem nevěděl, že obsahují zrovna tento prvek.

Ve 14. století objevili horníci v Krušných horách na česko-německém pomezí nerost, ze kterého se při hutnickém zpracování uvolňovaly jedovaté výpary. Dnes víme, že minerál obsahoval toxický arsen. Němečtí horníci ovšem jeho nehezké vlastnosti pokládali za dílo koboldů – zlých podzemních skřítků, kteří kazili jejich práci.

Koboldi ale možná nebyli úplně nepřející. V polovině 16. století totiž sklář Christoph Schürer z Horní Blatné v Krušných horách zjistil, že tento nerost – do té doby vyhazovaný jako bezcenný odpad – zbarvuje sklo do modra.

Položil tak základy výnosného podnikání. Minerál se zahříval za přítomnosti vzduchu, aby se z něj odstranil arsen, a poté se míchal s pískem. Směs se pod jménem safflor prodávala až do Nizozemí. Oblíbeným sklářským barvivem byl také podobný produkt nazývaný zaffer.

Skláři se o chemickou podstatu věci příliš nestarali. Švédský vědec Georg Brandt (1694–1768) se jí ovšem rozhodl přijít na kloub. Narodil se v hornickém městečku Riddarhyttan a už v mládí pomáhal svému otci s chemickými pokusy. Studoval přírodní vědy a medicínu nejdřív v Uppsale, pak v Nizozemí a ve Francii. Na zpáteční cestě do Švédska ještě navštívil doly v německém pohoří Harz.

Vzdělání i praktické zkušenosti získané v Evropě se mu velice hodily, když začal roku 1727 pracovat ve své vlasti pro Laboratorium Chymicum. To byl vlastně státní vědecký ústav, který prováděl chemický, mineralogický a hutnický výzkum. Brandt později ústav dlouhá léta vedl a vybudoval z něj mezinárodně uznávanou vědeckou instituci.

Ale zpátky k saffloru se zafferem. „Jaká jejich složka barví sklo na modro?“ ptal se Brandt a zahájil pokusy. Ze zkoumaných vzorků (bohužel není jasné, jaký materiál přesně použil) se mu podařilo připravit do té doby neznámý oxid. Když ho pak zahříval na vysokou teplotu s uhlíkem, získal nový kov!

Svůj objev oznámil v roce 1735 a kov pojmenoval kobalt – podle zlomyslných skřítků koboldů, kteří tolik trápili německé horníky. Roku 1748 publikoval Brandt výsledky dalších výzkumů kobaltu, při nichž mimo jiné objevil, že je tento prvek přitahován magnetem.

Příběh niklu je v mnohém podobný. I u něj vedou stopy do krušnohorských dolů a švédských laboratoří.

Němečtí horníci občas nacházeli červenohnědý minerál, který jim připomínal měděnou rudu. Kupodivu z něj ovšem nebylo možné žádnou měď vytavit. Horníci proto nerost pojmenovali Kupfernickel. Kupfer znamená německy měď a Nickel je zlý skřet, který tento hodnotný červený kov „zkazil“.

Přesuňme se nyní na sever do švédské vesnice Los. U ní býval důl, kde se těžil bismut a později také kobaltové minerály. V roce 1751 sem přijel chemik a mineralog Axel Fredrik Cronstedt, aby tu pátral po dalších zajímavých nerostech.

Našel jeden opravdu zvláštní. Při jeho rozpouštění v kyselině dusičné vznikal zelený roztok. To je reakce typická pro měděné rudy. Cronstedt proto ponořil do roztoku kousek železa a čekal, že se na jeho povrchu vysráží měď. Nesmírně ho překvapilo, když se měď neukázala. V rudě musel být nějaký úplně jiný prvek!

Badatel nakonec z minerálu izoloval bílý magnetický kov, který neměl s mědí vůbec nic společného. Stejně jako Brandt při objevu kobaltu použil i Cronstedt celkem jednoduchý hutnický postup. Nejdřív zahříval vzorek na vysokou teplotu, čímž připravil oxid. Ten pak tavil s dřevěným uhlím – a uhlík zredukoval oxid na kov.

Ve stejném roce zkoumal Cronstedt také Kupfernickel z Freibergu na německé straně Krušných hor. Získal z něj stejný kov jako z nerostu nalezeného v Losu. Dodejme, že Kupfernickel je minerál dnes nazývaný nikelin (arsenid niklu, NiAs), zatímco z Losu si náš vědec přivezl nejspíš gersdorfit (chemickým vzorcem NiAsS).

Roku 1751 tedy Axel Fredrik Cronstedt objevil nový prvek a nazval ho nikl podle Nickela, škůdce horníků. Je pozoruhodné, že kobalt i nikl – dva kovy, které odstartovaly éru systematického výzkumu prvků – vděčí za své jméno důlním skřítkům z německých pověstí. Ale takové už jsou cesty historie vědy.

Příště vás seznámíme s jedním geniálním lékárníkem a třemi kovy, na jejichž objevu se podílel.