После переезда сначала в Упсалу (здесь Шееле тоже ждала большая аптека), а потом – в маленький и тихий городок Чепинг исследования пытливого аптекаря продолжились и дали поразительные результаты. Шведский химик оказался автором стольких открытий, что их хватило бы на добрый десяток ученых. Многие его открытия относились к получению и очистке кислот.

В 1775 году Шееле приготовил мышьяковую кислоту, в 1782–1783 гг. – синильную (циановодородную) кислоту, в период с 1776 по 1785 гг. – целый набор органических кислот: мочевую, щавелевую, молочную, лимонную, яблочную, галловую, а также глицерин.

Он показал, что молочная кислота, выделенная из кислого молока, отличается от аналогичной кислоты, полученной из других источников. Объяснение этому явлению было найдено спустя столетие, после открытия изомеров. Чрезвычайно интересен его метод получения синильной кислоты из угольного ангидрида, угля и аммиака. Этот опыт некоторые авторы рассматривают как первый органический синтез, проведенный за сорок лет до Фридриха Вёлера, немецкого химика, занимавшегося синтезом карбамида. В процессе получения синильной кислоты Шееле выделил краску, названную «берлинской лазурью».

Шееле первым получил и исследовал перманганат калия – всем известную «марганцовку», которая теперь широко применяется в химических экспериментах и в медицине, разработал способ получения фосфора из костей, открыл сероводород. Окислением молибденита получил «молибденовую землю», то есть молибденовый ангидрид. Обрабатывая кислотами минерал тунгстен, получил «тунгстеновую кислоту» – вольфрамовый ангидрид. Впоследствии минералоги назвали вольфрамит кальция в честь ученого шеелитом.

Наиболее значительный труд Карла Вильгельма Шееле – «Химический трактат о воздухе и огне» (Chemische Abhandlung von der Luft und dem Feuer, 1777 г.). Эта книга описывает результаты его многочисленных экспериментов 1768–1773 гг. по исследованию газов и процессов горения. Из трактата видно, что Шееле – независимо от Пристли и Лавуазье и за два года до них – открыл кислород и подробно описал его свойства. При этом кислород он получал несколькими способами: прокаливанием оксида ртути (как это сделали Пристли и Лавуазье), нагреванием карбоната ртути и карбоната серебра и др. Несомненно, Шееле первым (в 1772 г.) «держал в руках» чистый кислород.

В Упсале химик начал изучать природу огня, что привело его к необходимости задуматься над тем, какое участие воздух принимает в горении. Ему уже было известно, что сто лет назад Роберт Бойль и другие ученые доказали, что свеча, уголь и любое другое горючее вещество или тело могут гореть только там, где достаточно много воздуха.

Воздух тогда считали элементом – однородным веществом, которое нельзя расщепить на более простые составные части. Шееле тоже сначала придерживался этого мнения. Но он стал проводить опыты с различными химическими веществами в герметически закрытых сосудах – и был вынужден изменить свои представления. Какие бы вещества ни пытался Шееле сжигать в закрытых сосудах, он всегда обнаруживал одно и то же явление: воздух, который находился в сосуде, обязательно уменьшался при горении на одну пятую часть, и по окончании опыта вода обязательно заполняла одну пятую часть объема колбы. И его озарила догадка: воздух не является однородным.

Далее он стал изучать разложение множества веществ нагреванием и получил газ, который поддерживал дыхание и горение. По некоторым данным, уже в 1771 году Карл Шееле при нагреве пиролюзита с концентрированной серной кислотой наблюдал выделение «виртольного воздуха» – кислорода.

Желая раскрыть загадку огня, Карл Шееле неожиданно обнаружил, что воздух – не элемент, а смесь двух газов, которые он назвал воздухом «огненным» и воздухом «негодным». Но тайна огня и полученного им «огненного» воздуха так и осталась для Шееле тайной. Виной всему была господствовавшая в те времена теория флогистона: считалось, что всякое вещество может гореть только в том случае, если в нем присутствует некая материя – флогистон, а горение представляет собой распад сложного горючего вещества на флогистон и другие составные части.

Карл Шееле и сам был сторонником этой теории, а потому объяснял, что «огненный воздух» имеет большое сродство («влечение») к флогистону, отчего и сгорает в нем так быстро, а «негодный» воздух не имеет влечения к флогистону, поэтому в нем и гаснет всякий огонь. Это было довольно правдоподобно, но оставалась одна загадка, которая казалась совершенно необъяснимой: куда уходит во время горения «огненный» воздух из закрытого сосуда? Наконец он придумал такое объяснение: когда сгорает какое-нибудь тело, говорил он, то выделяющийся из него флогистон соединяется с «огненным» воздухом, и это невидимое соединение настолько летуче, что оно незаметно просачивается сквозь стекло, как вода сквозь сито.

С флогистоном покончил другой великий химик XVIII века – француз Антуан Лавуазье. И сразу странное исчезновение «огненного воздуха» и многие другие непонятные явления потеряли всю загадочность.

Шееле действительно был первым исследователем, получившим относительно чистую пробу кислорода (1772). Однако он опубликовал свои результаты позже, чем это сделал Джозеф Пристли (в 1777 г.), поэтому формально не может считаться первооткрывателем кислорода. Впрочем, многие академические издания по химии отдают приоритет именно Карлу Вильгельму Шееле. Кроме того, ему принадлежит неоспоримый приоритет открытия других химических элементов – хлора, фтора, бария, молибдена и вольфрама.

Шееле не имел высшего образования и был рядовым аптекарем, тем не менее в 32 года его избрали членом Стокгольмской академии наук. Ему предлагали кафедру в Упсальском университете, работу в центре шведской горнометаллургической промышленности в Фалуне, кафедру в Берлинском университете, однако ученый отклонил все предложения, предпочитая заниматься своими опытами.

Годы упорного самоотверженного труда, к сожалению, подорвали здоровье этого поразительного человека – он прожил всего 44 года.