Андреас Сигисмунд Марграф

Во XVIII век хемијата се наоѓала на необична граница меѓу традицијата на алхемијата и раѓањето на модерната експериментална наука. Во тоа време многу лаборатории сè уште биле исполнети со мистични претпоставки, а експериментите често се воделе од интуиција наместо од систематска анализа. Во таква научна средина се појавил германскиот научник Andreas Sigismund Marggraf (1709–1782), човек кој со трпелива работа и исклучителна аналитичка дисциплина помогнал хемијата постепено да се претвори во точна наука.

Марграф бил роден во Берлин во семејство на аптекари. Неговиот татко, Хенинг Кристијан Марграф, исто така бил хемичар и член на Пруската академија на науките, што му овозможило на младиот Андреас уште рано да се запознае со лабораториската работа. Тој студирал медицина и природни науки во Хале, а подоцна во Фрајберг и Стразбур, каде што ги усовршил техниките на лабораториската анализа. Наместо да се занимава со медицинска практика, Марграф целосно се посветил на хемиските истражувања и станал еден од најзначајните членови на Берлинската академија.

Она што најмногу го издвојувало Марграф од многу негови современици било неговото инсистирање на експериментална прецизност. Тој бил меѓу првите хемичари што систематски користеле микроскоп за испитување на кристалите и нивната морфологија. Во време кога вагите биле релативно груби, а лабораториската опрема ограничена, Марграф успеал да постигне извонредна точност во своите анализи. Неговите лабораториски белешки покажуваат внимателно повторување на експериментите и детално опишување на резултатите, што го прави еден од раните претставници на модерната аналитичка хемија.
Едно од неговите најзначајни откритија било поврзано со шеќерот. Во XVIII век Европа била речиси целосно зависна од увоз на шеќер од тропските колонии, каде што се одгледувала шеќерната трска. Во 1747 година Марграф покажал дека коренот на шеќерната репка содржи истата супстанца како и трската – сахароза. Тој работел со растението Beta vulgaris и применил метод што денес би го нарекле рана форма на органска екстракција. Корените од репка ги сечел на тенки парчиња, ги сушел и потоа ги третирал со врел етанол. Алкохолот ја растворал сахарозата, а по испарувањето на растворувачот се формирале карактеристични кристали на шеќер.

Хемиската формула на сахарозата може да се запише како:

C₁₂H₂₂O₁₁

Иако Марграф не развил индустриско производство, неговото откритие било од огромно значење. Подоцна неговиот ученик Франц Карл Ахард ќе ја основа првата фабрика за шеќер од репка, а за време на Наполеоновите континентални блокади оваа технологија ќе стане економски спас за Европа.

Друг важен придонес на Марграф бил поврзан со фосфорот. Овој елемент првично бил откриен од алхемичарот Хениг Бранд, кој го добил од урина по сложен и мистериозен процес. Марграф успеал да го направи процесот појасен и репродуцибилен. Тој покажал дека фосфорот може да се добие од калциум фосфат присутен во коскената пепел, со додавање кварцен песок и јаглен и со силно загревање во печка. При ова се одвива реакцијата:

Ca₃(PO₄)₂ + 3SiO₂ + 5C → 3CaSiO₃ + 5CO + P₂

Фосфорот се ослободува како пареа и потоа кондензира во бел фосфор. Марграф забележал и нешто што подоцна ќе стане исклучително важно за развојот на модерната хемија: кога фосфорот гори, се создава бел чад и масата на производот е поголема од масата на почетниот материјал. Денес знаеме дека тоа се должи на реакцијата со кислород:

P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀

Иако Марграф не го дал вистинското објаснување за оваа појава, неговите внимателни набљудувања подоцна ќе помогнат во рушењето на флогистонската теорија.

Марграф придонел и за подобро разбирање на металот цинк. Во Европа долго време се користел минералот каламин, но чистиот метал бил реткост. Марграф покажал дека цинкот може да се добие со редукција на цинков оксид со јаглен. Реакцијата може да се запише како:

ZnO + C → Zn + CO

Бидејќи цинкот лесно испарува, процесот морал да се изведува во затворени реторти, каде што металната пареа се кондензирала во чист метал. Овој процес придонел за развојот на металургијата и производството на месинг

Во своите анализи на минерали Марграф открил и дека стипсата содржи специфична „земја“ што е различна од другите познати супстанци. Тој ја нарекол argilla. Денес знаеме дека станува збор за алуминиум оксид, соединение со формула:

Al₂O₃

Иако самиот не го изолирал алуминиумот, неговите истражувања поставиле основа за подоцнежните откритија на овој елемент во XIX век.

Марграф се занимавал и со проучување на благородните метали. Кога во Европа почнале да пристигнуваат примероци од платина од Јужна Америка, многу научници биле збунети од нејзините својства. Марграф покажал дека платината е исклучително отпорна на повеќето киселини и дека се раствора само во таканаречената царска вода – смеса од концентрирана хлороводородна и азотна киселина. Ова откритие било важно за развојот на хемијата на благородните метали.Така, во тие истражувања  покажал дека среброто може да се раствори во раствори на цијаниди, формирајќи стабилни комплексни соединенија.

Денес знаеме дека се формира комплексниот јон:

Ag⁺+2CN → [Ag(CN)₂]⁻

Оваа појава подоцна станала основа на цијанидниот процес за екстракција на злато и сребро, кој се користел во рударството со векови. Со оваа работа Марграф покажал нешто многу модерно за своето време: дека својствата на металите можат да се разберат преку хемиски реакции и раствори, а не само преку топење и механичка обработка.

Едно од неговите значајни аналитички достигнувања било и разликувањето на содата и поташата. До XVIII век многумина ги сметале за иста супстанца. Марграф покажал дека станува збор за различни карбонати: натриум карбонат и калиум карбонат. Нивните формули се:

Na₂CO₃ и K₂CO₃

Во XVIII век хемичарите често имале проблем да ги разликуваат солите на алкалните метали. На пример, соединенијата на натриум и калиум изгледаат речиси идентично: бели кристали, слична растворливост и слични реакции.

Марграф забележал нешто едноставно, но генијално.

Кога различни соли се внесуваат во пламен, тие го бојат пламенот со карактеристични бои:

• соединенијата на натриум → интензивно жолт пламен
• соединенијата на калиум → виолетов (лилав) пламен

Со ова тој покажал дека бојата на пламенот може да биде аналитичка алатка за препознавање на елементите. Во времето на Марграф, аналитичката хемија сè уште се развивала. Неговите набљудувања покажале дека:

• елементите имаат карактеристични спектрални својства,
• пламенот може да служи како „детектор“ за елементи.

Подоцна оваа идеја довела до развој на спектроскопијата и до откривање на нови елементи како цезиум и рубидиум во XIX век

Ова откритие имало големо практично значење за производството на стакло, сапун и текстил.

И покрај неговата извонредна експериментална вештина, Марграф не бил имун на научните заблуди на своето време. Тој верувал во флогистонската теорија, според која при согорување материјата ослободува супстанца наречена флогистон. Иако неговите експерименти покажувале дека некои супстанци добиваат маса при согорување, Марграф се обидувал да го објасни тоа во рамките на оваа теорија. Дури подоцна Антоан Лавоазје ќе покаже дека согорувањето всушност претставува реакција со кислород.

Марграф исто така експериментирал со обиди за создавање вештачки скапоцени камења. Иако овие експерименти не довеле до создавање дијаманти, тие придонеле за подобро разбирање на топењето на минералите и својствата на силициум диоксидот.

Во органската хемија Марграф верувал и во концептот на витализам – идејата дека супстанците добиени од живи организми поседуваат посебна „животна сила“. Оваа идеја доминирала во науката сè до XIX век, кога Фридрих Велер покажал дека органски соединенија можат да се синтетизираат од неоргански супстанци.

Иако денес неговото име не е толку познато како имињата на некои подоцнежни хемичари, придонесот на Марграф е фундаментален. Тој помогнал хемијата да се ослободи од алхемиските традиции и да се развие во експериментална наука заснована на мерење, набљудување и повторливи резултати. Неговата работа покажува дека вистинскиот напредок во науката не доаѓа од мистични претпоставки, туку од трпеливо и систематско истражување на материјата и нејзините тајни.