Joseph Black

Joseph Black (født 16. april 1728 i Bordeaux, død 6. desember 1799 i Edinburgh) var en britisk lege og kjemiker. Han var professor i anatomi og kjemi ved Universitetet i Glasgow fra 1756 og deretter professor i kjemi og medisin ved Universitetet i Edinburgh fra 1766. Han er kjent for å ha oppdaget kulldioksid, magnesium og stoffers latente og spesifikke varme.

Biografi

Black var født i Bordeaux hvor faren var drev med vinhandel. Faren var fra Belfast, og dit ble Joseph sent til skole i 1740. Han fortsatte med studier i medisin ved Universitetet i Glasgow fra 1746 hvor han raskt utmerket seg. I studietiden konstruerte han en mer nøyaktig skålvekt som skulle bli et viktig verktøy i kvantitativ kjemi. I 1752 begynte han ved Universitetet i Edinburgh hvor han gjorde ferdig sin avhandling om kjemiske reaksjoner. Det var i denne forbindelse han oppdaget kulldioksid.

Da hans tidligere læremester William Cullen i Glasgow flyttet til Edinburgh i 1756, fortsatte Black i denne stillingen og viste seg snart som en god foreleser. Fra Cullen hadde han lært å benytte diagram for å illustrere kjemiske reaksjoner. Disse undersøkelsene førte til at han kunne skille mellom forbindelser som inneholdt kalsium og magnesium. Dette førte også til oppdagelsen av kulldioksid som en ny gass. 

I sitt arbeid undersøkte han også sammenhengen mellom temperatur og varme og påviste betydningen av å tilordne hvert stoff både en spesifikk varmekapasitet og en latent varme når det forvandles ved en faseovergang. Dette var de første skritt mot etablering av termodynamikk som en ny del av  moderne naturvitenskap.  James Watt som arbeidet ved universitetet, benyttet denne nye innsikten til å forbedre dampmaskinen.

Da Cullen fratrådte sitt professorat i Edinburgh, overtok Black dette i 1766. Han viet seg nå hovedsakelig til undervisning og fikk mange tilhørere også utenfra universitetet. Denne innsatsen betydde at interessen for kjemi blant et større publikum øket. Derimot synes Black å ha hatt en motvilje å publisere sine resultat slik at flere av hans oppdagelser har blitt tilskrevet andre.

Black fikk etterhvert dårlig helse og trakk seg mer tilbake i de siste årene av sitt liv.  Han giftet seg aldri, men pleiet omgang i stedet med senere berømtheter som filosofene David Hume og Adam Smith samt geologen James Hutton. Han døde i 1799 og ble begravet på Greyfriars Kirkyard i Edinburgh.

Vitenskapelige bidrag

På 1700-tallet var ikke kjemi ennå etablert som en egen vitenskap som matematikk og mekanikk. Den hadde sitt opphav i datidens legevitenskap hvor forskjellige stoffer ble brukt som medisiner. Da Black kom til universitetet i Edinburgh i 1752, foregikk det en heftig diskusjon om bruk av løsninger med lesket kalk til behandling av nyrestein. Det var i denne sammenhengen at Black gjorde noen av sine viktigste oppdagelser.

Magnesium

I stedet for å studere effektene av forskjellige kalsiumforbindelser, bestemte Black seg til å undersøke et lignende legemiddel magnesia alba (MgCO3). Når dette ble behandlet med en syre, reagerte det på en lignende måte som kalk (CaCO3) og disse to stoffene hadde tidligere blitt sammenblandet. Men når det ble tilstrekkelig oppvarmet, gikk det over til magnesia usta (MgO) som var forskjellig fra det tilsvarende stoffet ulesket kalk (CaO) som oppsto ved oppvarming av kalk. Resultatene av disse eksperimentene la han frem i 1754 i et arbeid med tittelen De humore acido a cibis orto et magnesia alba. Dette anses som første gang at magnesium ble omtalt som et eget grunnstoff selv om det først ble isolert i 1808 av Humphry Davy.

Kulldioksid

Black observerte at når han varmet opp en viss mengde magnesia alba, var vekten til det nydannete stoffet magnesia usta betydelig lavere. Han forklarte dette ved at magnesia alba inneholdt luft som ble frigjort ved oppvarmingen. Denne luften eller gassen kalte han derfor for «fiksert luft». Ved oppvarming av kalk, observerte han en tilsvarende vektreduksjon. I moderne notasjon skrives denne kjemiske reaksjonen som

 CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

hvor hans «fikserte luft» er kulldioksid CO2. På denne tiden trodde man at gasser var vanlig luft av forskjellig renhetsgrad. Disse resultatene skyldes nøyaktige målinger hvor Black gjorde bruk av sine forbedrete skålvekter.

I følgende eksperimenter kunne Black også samle opp den produserte gassen og undersøke den. Han fant at den var tyngre enn vanlig luft og at en flamme ville dø ut i den. Ved å lede den ned i kalkvann, ble den klare væsken melkefarvet. På den måten kunne han påvise gassen i vårt åndedrett.  «Fiksert luft» hadde derfor helt spesielle egenskaper og måtte betraktes som et nytt stoff. Disse resultatene samlet han i avhandlingen Experiments upon magnesia, quicklime and some other alkaline substances som ble publisert i 1756. Samme år overtok han professoratet til Cullen ved Universitetet i Glasgow.

Noen år senere foreslo Joseph Priestley hvordan man kunne lage mineralvann ved å lagre kulldioksid i vann under sterkt trykk.

Latent og spesifikk varme
Tilbake i Glasgow tok Black opp et nærmere studium av sammenhengen mellom varme og temperatur. Ved oppvarming av et stoff økte temperaturen vanligvis proporsjonalt med mengden av tilført varme. Denne lineære sammenhengen definerer det som nå kalles den spesifikke varmen for stoffet. Men når for eksempel vann ble oppvarmet til kokepunktet, vil fortsatt tilførsel av varme ikke forandre temperaturen, men bare medføre at mer vann fordamper. 

Likedan vil oppvarming av is flytende i vann, ikke forandre temperaturen før all isen er smeltet. Han forklarte dette med at varmen ble lagret i vannpartiklene under smeltningen som latent varme. Den ville bli frigjort igjen når vann fryser til is. På tilsvarende vis vil det lagres en latent varme i dampen når den dannes ved koking. Den frigjøres når vanndamp kondenserer. 

På dette vis hadde Black vist at det eksisterer en fundamental forskjell mellom temperaturen til et legeme og den mengde varme som skal til for å varme det opp. Dette var et første steg mot en mer fullstendig termodynamikk.

Referanser

Litteratur
 E. Lachner (ed.), Top 101 Scientists, Britannica Educational Publishing, New York (2017). ISBN 978-1-680-48498-4.

Eksterne lenker
 Britannica.com, Joseph Black

Skotter
Britiske kjemikere
Britiske fysikere
Personer fra Belfast
Personer fra Bordeaux