Теория флогистона , вытесненная научная теория , постулировала существование огнеподобного элемента , названного флогистоном ( / flɒˈdʒɪstən , floʊ- , -ɒn / ) [1] [2], содержащегося в горючих телах и выделяющегося при сгорании . Название происходит от древнегреческого φλογιστόν phlogistón ( сгорание ), от φλόξ phlóx ( пламя ) . Идея флогистонного вещества была впервые предложена в 1667 году Иоганном Иоахимом Бехером и позднее более формально оформлена в 1703 году Георгом Эрнстом Шталем . Теория флогистона пыталась объяснить химические процессы, такие как горение и ржавление , которые теперь в совокупности известны как окисление . Теория была поставлена под сомнение сопутствующим увеличением веса и была заброшена до конца 18 века после экспериментов Антуана Лавуазье в 1770-х годах и других ученых. Теория флогистона привела к экспериментам, которые в конечном итоге привели к идентификации ( около 1771 года ) и названию (1777 года) кислорода Джозефом Пристли и Антуаном Лавуазье соответственно.
Теория флогистона утверждает, что флогистонированные вещества содержат флогистон и что они дефлогистонируют при сгорании, высвобождая накопленный флогистон, который поглощается воздухом. Растущие растения затем поглощают этот флогистон, поэтому воздух не воспламеняется самопроизвольно, а также почему горит растительная материя. Этот метод учета горения был обратным кислородной теории Антуана Лавуазье.
В целом, вещества, которые горели в воздухе, считались богатыми флогистоном; тот факт, что горение вскоре прекращалось в замкнутом пространстве, считался явным доказательством того, что воздух способен поглощать только ограниченное количество флогистона. Когда воздух становился полностью флогистонированным, он больше не мог поддерживать горение какого-либо материала, а металл, нагретый в нем, не давал окалины ; флогистонированный воздух также не мог поддерживать жизнь. Считалось, что дыхание выводит флогистон из тела. [3]
Шотландский студент Джозефа Блэка Дэниел Резерфорд открыл азот в 1772 году, и пара использовала эту теорию для объяснения своих результатов. Остаток воздуха после сгорания, фактически смесь азота и углекислого газа , иногда называли флогистированным воздухом, вобравшим в себя весь флогистон. Наоборот, когда Джозеф Пристли открыл кислород , он считал его дефлогистированным воздухом, способным соединяться с большим количеством флогистона и, таким образом, поддерживать горение дольше, чем обычный воздух. [4]
Эмпедокл сформулировал классическую теорию о том, что существует четыре элемента — вода, земля, огонь и воздух, — и Аристотель усилил эту идею, охарактеризовав их как влажные, сухие, горячие и холодные. Таким образом, огонь считался субстанцией, а горение рассматривалось как процесс разложения , который применялся только к соединениям. Опыт показал, что горение не всегда сопровождалось потерей материала, и для объяснения этого требовалась лучшая теория. [5]
В 1667 году Иоганн Иоахим Бехер опубликовал свою книгу Physica subterranea , в которой содержался первый пример того, что впоследствии стало теорией флогистона. В своей книге Бехер исключил огонь и воздух из классической модели элементов и заменил их тремя формами земли: terra lapidea , terra fluida и terra pinguis . [6] [7] Terra pinguis был элементом, который придавал маслянистые, сернистые или горючие свойства. [8] Бехер считал, что terra pinguis является ключевой особенностью горения и выделяется при сжигании горючих веществ. [6] Бехер не имел большого отношения к теории флогистона, какой мы ее знаем сейчас, но он оказал большое влияние на своего ученика Шталя. Главным вкладом Бехера было начало самой теории, однако многое в ней было изменено после него. [9] Идея Бехера заключалась в том, что горючие вещества содержат воспламеняющуюся материю, terra pinguis . [10]
В 1703 году Георг Эрнст Шталь , профессор медицины и химии в Галле , предложил вариант теории, в котором он переименовал бехеровскую terra pinguis в флогистон , и именно в этой форме теория, вероятно, оказала наибольшее влияние. [11] Сам термин «флогистон» не был изобретением Шталя. Есть свидетельства того, что это слово использовалось уже в 1606 году, и в том смысле, который был очень похож на тот, в котором его использовал Шталь. [9] Термин произошел от греческого слова, означающего воспламенять. В следующем абзаце описывается взгляд Шталя на флогистон:
Для Шталя металлы были соединениями, содержащими флогистон в сочетании с металлическими оксидами (calces); при воспламенении флогистон освобождался от металла, оставляя оксид. Когда оксид нагревался с веществом, богатым флогистоном, таким как древесный уголь, calx снова вбирал в себя флогистон и регенерировал металл. Флогистон был определенным веществом, одинаковым во всех своих сочетаниях. [10]
Первое определение флогистона Шталем впервые появилось в его труде Zymotechnia fundamentalis , опубликованном в 1697 году. Его наиболее цитируемое определение было найдено в трактате по химии под названием Fundamenta chymiae в 1723 году. [9] По словам Шталя, флогистон был веществом, которое нельзя было поместить в бутылку, но тем не менее можно было перенести. Для него древесина была просто комбинацией золы и флогистона, а изготовление металла было таким же простым, как получение металлической окалины и добавление флогистона. [10] Сажа была почти чистым флогистоном, поэтому нагревание ее с металлической окалиной превращает окалину в металл, и Шталь попытался доказать, что флогистон в саже и сере были идентичны, путем преобразования сульфатов в серную печень с помощью древесного угля . Он не учитывал увеличение веса при сгорании олова и свинца, которое было известно в то время. [12]
Иоганн Генрих Потт , ученик одного из учеников Шталя, расширил теорию и попытался сделать ее гораздо более понятной для широкой аудитории . Он сравнил флогистон со светом или огнем, заявив, что все три являются субстанциями, природа которых широко известна, но нелегко определяется . Он считал, что флогистон следует рассматривать не как частицу, а как сущность, которая пронизывает вещества, утверждая, что в фунте любого вещества нельзя просто выделить частицы флогистона. [9] Потт также заметил тот факт, что при сгорании определенных веществ они увеличиваются в массе, а не теряют массу флогистона по мере его испарения; по его словам, флогистон был основным принципом огня и не мог быть получен сам по себе. Пламя считалось смесью флогистона и воды, в то время как смесь флогистона и земли не могла гореть должным образом. Флогистон пронизывает все во вселенной, он мог выделяться в виде тепла при соединении с кислотой. Потт предложил следующие свойства:
Формулировки Потта не предлагали новой теории; он просто снабдил ее дополнительными подробностями и сделал существующую теорию более доступной для простого человека.
Иоганн Юнкер также создал весьма полную картину флогистона. Читая работу Шталя, он предположил, что флогистон на самом деле очень материален. Поэтому он пришел к выводу, что флогистон обладает свойством легкости, или что он делает соединение, в котором он находится, намного легче, чем оно было бы без флогистона. Он также показал, что для горения необходим воздух, поместив вещества в запечатанную колбу и попытавшись сжечь их. [9]
Гийом-Франсуа Руэль привез теорию флогистона во Францию, где он был очень влиятельным ученым и учителем, популяризировав теорию очень быстро. Многие из его учеников стали очень влиятельными учеными сами по себе, включая Лавуазье. [10] Французы рассматривали флогистон как очень тонкий принцип, который исчезает при любом анализе, но который есть во всех телах. По сути, они следовали прямо из теории Шталя. [9]
Джованни Антонио Джоберт представил работу Лавуазье в Италии. Джоберт выиграл конкурс на соискание премии Академии литературы и наук Мантуи в 1792 году за свою работу, опровергающую теорию флогистона. Он представил доклад в Королевской академии наук Турина 18 марта 1792 года под названием Examen chimique de la doctrine du phlogistique et de la doctrine des pneumatistes par rapport à la nature de l'eau («Химическое исследование учения о флогистоне и учения пневматистов в отношении природы воды»), который считается самой оригинальной защитой теории состава воды Лавуазье, появившейся в Италии. [14]
В конце концов, количественные эксперименты выявили проблемы, включая тот факт, что некоторые металлы набирали вес после сгорания, хотя предполагалось, что они потеряли флогистон. Некоторые сторонники флогистона, такие как Роберт Бойль [15], объяснили это, сделав вывод, что флогистон имеет отрицательную массу; другие, такие как Луи-Бернар Гайтон де Морво , привели более общепринятый аргумент, что он легче воздуха. Однако более подробный анализ, основанный на принципе Архимеда , плотности магния и его продуктов сгорания, показал, что просто быть легче воздуха не может объяснить увеличение веса. [ необходима цитата ] Сам Шталь не рассматривал проблему увеличения веса металлов при горении, но те, кто следовал его школе мысли, были теми, кто работал над этой проблемой. [9]
В восемнадцатом веке, когда стало ясно, что металлы набирают вес после окисления, флогистон все чаще рассматривался как принцип, а не как материальная субстанция. [16] К концу восемнадцатого века для немногих химиков, которые все еще использовали термин флогистон, эта концепция была связана с водородом . Джозеф Пристли , например, ссылаясь на реакцию пара на железе, полностью признавая, что железо набирает вес после того, как оно связывается с кислородом, образуя окалину , оксид железа, железо также теряет «основу воспламеняющегося воздуха ( водород ), и это вещество или принцип, которому мы даем название флогистон». [17] Следуя описанию Лавуазье кислорода как окислительного принципа (отсюда его название, от древнегреческого: oksús , «острый»; génos , «рождение», относящееся к предполагаемой роли кислорода в образовании кислот), Пристли описал флогистон как щелочной принцип. [18]
Флогистон оставался доминирующей теорией до 1770-х годов, когда Антуан-Лоран де Лавуазье показал, что для горения требуется газ, имеющий вес (в частности, кислород ), который можно измерить путем взвешивания закрытых сосудов. [19] Использование закрытых сосудов Лавуазье и ранее русским ученым Михаилом Ломоносовым также свело на нет плавучесть, которая скрывала вес газов горения, и достигло кульминации в принципе сохранения массы . Эти наблюдения разрешили парадокс массы и подготовили почву для новой кислородной теории горения. [20] Британский химик Элизабет Фулхейм экспериментально продемонстрировала, что многие реакции окисления происходят только в присутствии воды, что они напрямую связаны с водой и что вода регенерируется и обнаруживается в конце реакции. Основываясь на своих экспериментах, она не согласилась с некоторыми выводами Лавуазье, а также с теоретиками флогистона, которых он критиковал. Ее книга на эту тему появилась в печати вскоре после казни Лавуазье за членство в Генеральном фермерском хозяйстве во время Французской революции . [21] [22]
Опытные химики, поддерживавшие теорию флогистона Шталя, попытались ответить на вызовы, предложенные Лавуазье и более новыми химиками. При этом теория флогистона стала более сложной и предполагала слишком много, способствуя общему краху теории. [20] Многие пытались переделать свои теории флогистона, чтобы заставить теорию работать с тем, что делал Лавуазье в своих экспериментах. Пьер Маккер много раз перефразировал свою теорию, и хотя он, как говорят, считал теорию флогистона обреченной, он стоял за флогистон и пытался заставить теорию работать. [23]
Цитаты, связанные с теорией флогистона в Викицитатнике