Георг Брандт

Георг Брандт заслужено го носи епитетот „првиот откривач на нов елемент“, бидејќи ја напушти алхемичарската магла и ги постави темелите на модерната хемија. Неговото име останува запишано во историјата на науката како симбол на методолошка прецизност, упорност и вистинска научна љубопитност. Тој стана првата именувана личност во историјата што откри нов метал кога заклучи дека бојата на синиот пигмент што се користи во производството на стакло доаѓа од претходно неидентификуван метал - кобалт.

Георг Брандт (1694–1768) бил шведски хемичар, фармацевт и металург, кој во 1735 година станал првиот научник што документирано открил нов хемиски елемент – кобалт (Co) – што не бил познат уште од античко време. Тој прв ја истакна потребата хемијата да се базира на научни принципи, а не на алхемиски догми.

Брандт потекнувал од семејство поврзано со металургијата. Татко му Јирген работел со топилница за бакар и железо, па Георг од мали нозе бил изложен на метали, руди и хемикалии. Со само 11 години почнал да студира на Универзитетот во Упсала, а подоцна продолжил во Холандија и Франција, каде добил докторска титула по медицина.

Во 1726, Брандт јавно изјавил дека хемијата не може повеќе да се потпира на алхемиски „магии“, туку мора да се изгради на основни научни аксиоми, слични на оние на Евклид во геометријата. Тој бил инспириран од Њутновата прецизност и Бојловата емпириска методологија.

Откривањето на кобалтот (Co)

Во 1735 година, Брандт објавил во своето дело Dissertatio de Semi-Metallis дека идентификувал нов „полуметал“ од минерал наречен „kobald“ од германскиот збор „kobold“ – злобен дух или гоблин. Минерите мислеле дека минералот бил „проколнат“ бидејќи не давал бакар, но всушност не знаеле дека тој содржи непознат метал – кобалт.

Причината за необичното име е тоа што рудата личела на бакарна руда, но од неа не можело да се екстрахира бакар, па рударите верувале дека гоблин или дух фрлил магија на минералот за да спречи екстракција на бакар. Се покажало дека не биле гоблините тие што ги спречиле рударите да вадат бакар од кобалд, туку фактот дека немало бакар за екстракција.

Овој метал, кој денес го нарекуваме кобалт (Co), бил првиот нов хемиски елемент откриен и опишан по научна метода од времето на античките алхемичари – вистински почеток на современата хемија на елементите.

Хемиски процес на изолација на кобалтот

Кобалтовата руда главно се состои од кобалтов арсенид (CoAs₂) или сулфиди со нечистотии на железо, никел и арсен. Брандт ги користел следниве чекори:

1. Калцинирање – Загревање на рудата со достап на воздух за да се ослободат испарливите арсенови соединенија (токсични, но лесно испарливи).
2. Редукција – Остатокот се топел со јаглен во присуство на флукс (како кварц или варовник) за да се добие метален сјаен продукт – кобалт.
3. Одвојување од железото – Преку внимателно топење и обработка, тој покажал дека новиот метал не се однесува како железо и има уникатни својства (магнетна слабост, боја, реакција со киселини).

Ова било револуционерно – прв пат некој не само што изолирал метал, туку доказал дека е нов хемиски елемент.

Основна реакција за добивање кобалт:

1. Преработка на кобалтова руда (CoAs₂, Co₃O₄):

2CoAs₂ + 3O₂→ 2CoO + 4AsO

2. Редукција со јаглерод:

Co₃O₄ + 4C → 3Co + 4CO

Брандт покажал дека синиот пигмент во стаклото не бил од бизмут, туку од кобалт – со што се потврдил неговиот идентитет како нов елемент.

Хемиски својства на кобалт

• Атомски број: 27
• Релативна атомска маса: 58.93
• Преоден метал, сличен на железо и никел
• Феромагнетен: привлечен од магнети
• Формира легури со: Fe, Cu, Sn, Au, Sb

Но наместо да го слават, алхемичарите од тоа време го обвиниле дека не открил ништо ново - само „измешал арсеник и бизмут“.

Одговорот на Брандт бил бескомпромисен. Тој напишал дека сака да се избори против „арогантните тврдења на алхемичарите, што мамат народ и се фалат со непостоечки метали“. Јавно се заканувал дека ќе разоткрие 7 од нивните најголеми лаги, меѓу кои и тоа дека:

„Златото може да се направи од ништо. Тие не разбираат што е злато, а уште помалку како да го направат.“

Затоа, во 1748 година, Брандт пред Кралската шведска академија демонстрирал дека „претворањето сребро во злато“ е трик. Тој:

1. Растворил злато во царска вода (смеса на азотна и хлороводородна киселина):

Au + 3NO₃⁻ + 6H⁺ → Au³⁺ + 3NO₂ + 3H₂O

1. Потоа додал сребро, кое ги предизвикало јоните Au³⁺ да се редуцираат и да се излачат како злато.

Со тоа покажал дека алхемичарите користеле претходно растворено злато за да излажат дека го „создале“.

Брандт никогаш не станал универзитетски професор, но предавал и инспирирал идни великани како Аксел Кронштад (откривач на никелот). Тој остави значајно научно и морално наследство: научна интегритет, искреност и посветеност на вистинската наука.

Во времето на Брандт биле познати само 12 елементи. Со неговото откритие започнува модерната ера на систематско откривање на хемиски елементи.

1. Злато (Au) – познат уште од праисторијата; користен за накит и монети.
2. Сребро (Ag) – користен во накит и трговија.
3. Бакар (Cu) – првиот метал кој човекот научил да го обработува.
4. Железо (Fe) – употребуван од Бронзеното кон Железното доба.
5. Калај (Sn) – се користел за легури (бронза: бакар + калај).
6. Олово (Pb) – користено од Римјаните за цевки и садови.
7. Жива (Hg) – позната уште од древен Кина и Египет, течен метал.
8. Сулфур (S) – познат од антиката, поврзан со вулкани и религија.
9. Јаглерод (C) – во форма на јаглен и графит.
10. Антимон (Sb) – употребуван од старите Египќани како козметика (kohl).
11. Арсен (As) – користен од алхемичари и во отрови.
12. Цинк (Zn) – во легури како месинг (бакар + цинк), но не како чист метал до 13–14 век.

*Да не дојде до забуна: Фосфорот (P) е првиот хемиски елемент што е откриен и изолиран во лабораторија.
Го добил Хениг Бранд околу 1669 година од урина, во потрага по филозофскиот камен. Но во тоа време, науката за елементите не постоела во денешна смисла - не се знаело што точно е елемент, немало периоден систем, ниту јасно дефинирани критериуми.

Во времето на Брант, кога луѓето додавале син пигмент во стаклото, верувале дека додаваат минерал базиран на бизмут. Брандт покажал дека сината боја во стаклото не доаѓа од бизмут, туку од сосема нов „полуметален“ елемент: кобалт. Тој предочил  јасни разлики во однесувањето на кобалтот и бизмутот.

Овие елементи биле познати не според нивната модерна хемиска идентификација, туку преку практично искуство и набљудување. Модерниот концепт на „хемиски елемент“ почнува да се развива дури во 17–18 век, а систематски со Менделеев во 1869.

Умрел во 1768 година, но неговиот придонес го одбележува преминот од алхемија кон научна хемија на елементите.

Денес, кобалтот е клучен метал во:

• Батерии (литиум-кобалтов оксид)
• Магнети (NdFeB магнети)
• Пигменти
• Суперлегури за авионски мотори.