5 marca 1883 roku Zygmunt Wróblewski wraz z Karolem Olszewskim skroplili tlen uważany do tego czasu za gaz trwały, niewystępujący w postaci ciekłej. Już dwa tygodnie później badaczom udało się skroplić azot, a po kilku dniach tlenek węgla, również uważane za gazy trwałe. Miało to znaczenie m.in. dla zrozumienia budowy materii. Było to możliwe, gdyż Wróblewski i Olszewski potrafili uzyskiwać rekordowo niskie temperatury. Byli wówczas światowymi liderami w tej dziedzinie.
Sukces Zygmunta Wróblewskiego nie był przypadkowy. Trzy lata wcześniej Akademia Umiejętności w Krakowie przyznała mu stypendium przeznaczone dla doświadczonych naukowców, którzy rokowali nadzieję na objęcie katedr na polskich uczelniach. Niezależność finansowa pozwoliła Wróblewskiemu uczestniczyć w badaniach naukowych w czołowych laboratoriach fizycznych Francji i Anglii. Szczególnie zainteresował się problemem skraplania gazów. Przygotowując się do objęcia stanowiska profesora na Wydziale Filozoficznym Uniwersytetu Jagiellońskiego, zaprojektował, z własnych funduszy zakupił, i przywiózł do Krakowa odpowiednią aparaturę. Tu wspólnie z Karolem Olszewskim przystąpił do prób skroplenia powietrza. Już po dwóch miesiącach eksperymentów badacze osiągnęli ogromny sukces. Jako pierwsi na świecie skroplili tlen, a wkrótce potem również azot i tlenek węgla. Dostarczyli kolejnej przesłanki do sformułowania rodzącej się wtedy, a obowiązującej dziś, teorii kinetyczno-cząsteczkowej gazów, która pokazuje związek między parametrami poszczególnych cząsteczek gazu z makroskopowymi wielkościami gazu: ciśnieniem, objętością i temperaturą.
Obniżanie temperatury gazu w pewnym momencie powoduje, że gaz się skrapla, zamienia się w ciecz. Fizycy mówią, że zachodzi przejście fazowe ze stanu gazowego do ciekłego. Na temperaturę, w której zachodzi przejście fazowe, ma wpływ również ciśnienie gazu. Zwiększając ciśnienie można gaz skroplić w temperaturze wyższej niż wtedy, gdy się go skrapla przy normalnym ciśnieniu. Inaczej mówiąc, im bardziej podnosimy ciśnienie gazu, tym mniej musimy obniżać jego temperaturę, aby go skroplić. Na początku lat siedemdziesiątych XIX wieku odkryto, że istnieje tutaj istotne ograniczenie.
Szczegółowe badania skraplania dwutlenku węgla w różnych temperaturach, przyniosły interesujący wniosek. Pod wysokim ciśnieniem dwutlenek węgla można skroplić nawet w temperaturze pokojowej, natomiast nie udawało się zrobić tego, w temperaturach wyższych od 31° C, nawet stosując największe ciśnienia. Temperaturę tę nazwano temperaturą krytyczną, a wynik eksperymentu nasuwał przypuszczenie, że próby skroplenia niektórych gazów były nieudane, ponieważ przeprowadzano je w zbyt wysokich temperaturach, wyższych od ich temperatur krytycznych. Należało więc skoncentrować się na osiągnięciu jak najniższej temperatury.
W drugiej połowie XIX wieku trwały próby skraplania kolejnych gazów. W przypadku kilku gazów, np. tlenu, azotu, wodoru i tlenku węgla, próby skroplenia pozostawały bezowocne nawet w najniższych - uzyskiwanych wówczas - temperaturach i przy najwyższych ciśnieniach. Gazy te nazwano więc trwałymi, niedającymi się skroplić.
W 1877 roku, niezależnie od siebie, dwaj uczeni Cailletet w Paryżu i Pictet w Genewie uzyskali wyniki świadczące o tym, że skroplenie tlenu jest możliwe. W ich doświadczeniach, oziębiony tlen został sprężony do około 300 atmosfer, a następnie gwałtownie rozprężony. Rozprężenie gazu zawsze wywołuje jego ochłodzenie. Dlatego Cailletet i Pictet, w naczyniu, w którym tlen rozprężał się i tym samym dodatkowo oziębiał, mogli przez krótki moment zobaczyć lekką mgiełkę. Wierząc, że to wstępna faza skraplania tlenu efekt nazwano dynamicznym skropleniem. Świat naukowy czekał jednak na eksperyment, który zakończy się uzyskaniem tlenu w postaci cieczy.
Zygmunt Wróblewski, który w tym okresie wizytował laboratoria francuskie, widział aparaturę, której używał Cailletet. Doszedł do wniosku, że można ją udoskonalić. Zaprojektował i zamówił swoją, ulepszoną wersję u tego samego wykonawcy, który budował aparaturę Cailletet. Pierwszą innowacją była drobna poprawka techniczna. Wysokociśnieniową część aparatury (po prawej stronie rysunku) zakończył zamkniętą rurką szklaną, o grubych ściankach, wygiętą w dół, tak aby mogła zbierać się w niej ciecz. Druga modyfikacja była znacznie ważniejsza, gdyż wiązała się z innym pomysłem na ochłodzenie tlenu do jak najniższej temperatury. Najniższa temperatura jaką wówczas osiągano była temperaturą wrzenia etylenu około -110 ° C.
Podczas gdy Cailletet, który do tej pory używał ciekłego etylenu, podczas swoich prób skroplenia tlenu chciał kontynuować projekt poprzez poszukiwania nowych substancji oziębiających, Wróblewski postanowił pozostać przy ciekłym etylenie, ale chciał doprowadzić go do wrzenia pod obniżonym ciśnieniem. Jako doświadczony fizyk wiedział, że temperatura wrzenia cieczy obniży się wraz obniżeniem ciśnienia, podobnie jak w wysokich górach wrzenie wody odbywa się w temperaturze niższej od 100° C. Odpompowanie naczynia, w którym znajduje się wrzący etylen, spowoduje, z jednej strony gwałtowne wrzenie, a z drugiej obniżenie temperatury wrzącej cieczy. Aparatura Wróblewskiego dawała możliwość odpompowania. (lewa strona rysunku).
Przeprowadzając eksperyment w Krakowie Wróblewski wraz ze współpracującym z nim Karolem Olszewskim zamknęli szczelnie naczynie z ciekłym etylenem i podłączyli go do pompy. Ciśnienie nad ciekłym etylenem obniżyło się i w konsekwencji temperatura wrzącego etylenu spadła do około -130° C. I to był strzał w dziesiątkę, bo jak się później okazało, temperatura krytyczna tlenu wynosi -119° C.
Tlen pod wysokim ciśnieniem jakie zastosował Wróblewski występuje w temperaturze -130° C już w postaci ciekłej. Dlatego po umiejscowieniu szklanej rurki z wysokociśnieniowej części aparatury w naczyniu ze wrzącym etylenem, eksperymentatorzy zobaczyli w rurce ciecz. Ciecz była bezbarwna i na ściankach rurki tworzyła menisk. Tak poznano pierwsze własności ciekłego tlenu.
Wiadomość o sukcesie Wróblewski natomiast rozesłał telegramami do ważniejszych ośrodków naukowych i wkrótce do Krakowa spłynęły gratulacje od fizyków z całej Europy. Jeszcze przez kilka tygodni Zygmunt Wróblewski i Karol Olszewski kontynuowali wspólne badania, dochodząc do rekordowo niskiej temperatury -160° C. Udało im się skroplić jeszcze azot i tlenek węgla, dwa kolejne gazy uchodzące za trwałe. Próby skroplenia wodoru zakończyły się niepowodzeniem.
Eksperymenty Wróblewskiego i Olszewskiego były dużym krokiem w ciągłym pochodzie nauki w kierunku uzyskiwania coraz to niższych temperatur i w odkrywaniu zupełnie nowych zjawisk występujących tylko w ultraniskich temperaturach.
Wszelkie materiały zamieszczone w niniejszym Portalu chronione są przepisami ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych oraz ustawy z dnia 27 lipca 2001 r. o ochronie baz danych. Materiały te mogą być wykorzystywane wyłącznie na postawie stosownych umów licencyjnych. Jakiekolwiek ich wykorzystywanie przez użytkowników Portalu, poza przewidzianymi przez przepisy prawa wyjątkami, w szczególności dozwolonym użytkiem osobistym, bez ważnej umowy licencyjnej jest zabronione.
