Флогистон
Эфирная энергия огня.
Теория флогистона - это устаревшая научная теория, которая постулировала существование огнеподобного элемента, называемого флогистоном (/ fl ɒ ˈ dʒ ɪ s t ən, fl oʊ-, -ɒn /) , содержащегося в горючих телах и выделяющегося при сгорании. Название происходит от древнегреческого φλογιστόν phlogistón (горящий), от φλόξ phlóx (пламя). Идея была впервые предложена в 1667 году Иоганном Иоахимом Бехером, а позже более формально изложена Георгом Эрнстом Шталем. Теория флогистона попыталась объяснить химические процессы, такие как горение и ржавление, которые в настоящее время известны какокисление. Она была оспорена сопутствующим увеличением веса и была оставлена до конца 18-го века после экспериментов Антуана Лавуазье и других. Теория флогистона привела к экспериментам, которые в конечном итоге завершились открытием кислорода.
Теория[править]
Теория флогистона утверждает, что флогистированные вещества содержат флогистон и что они дефлогистируют при сжигании, высвобождая накопленный флогистон, который поглощается воздухом. Затем растущие растения поглощают этот флогистон, поэтому воздух не воспламеняется самопроизвольно, а также поэтому растительный материал горит так же хорошо, как и он.
Таким образом, флогистон объясняет горение с помощью процесса, противоположного кислородной теории.
В целом, считалось, что вещества, которые сгорают в воздухе, богаты флогистоном; тот факт, что горение вскоре прекращается в замкнутом пространстве, был воспринят как явное доказательство того, что воздух способен поглощать только ограниченное количество флогистона. Когда воздух станет полностью флогистированным, он больше не будет служить для поддержания горения какого-либо материала, и металл, нагретый в нем, не даст окалины; также флогистированный воздух не сможет поддерживать жизнь. Считалось, что дыхание выводит флогистон из организма.
Шотландский ученик Джозефа Блэка Дэниел Резерфорд открыл азот в 1772 году, и пара использовала теорию для объяснения его результатов. Остаток воздуха, оставшийся после горения, фактически представляющий собой смесь азота и двуокиси углерода, иногда называют флогистированным воздухом, поскольку он поглощает весь флогистон. И наоборот, когда Джозеф Пристли открыл кислород, он считал, что это дефлогистированный воздух, способный соединяться с большим количеством флогистона и, таким образом, поддерживать горение дольше, чем обычный воздух.
История[править]
Эмпедокл сформулировал классическую теорию о существовании четырех элементов — воды, земли, огня и воздуха, а Аристотель подкрепил эту идею, охарактеризовав их как влажные, сухие, горячие и холодные. Таким образом, огонь рассматривался как вещество, а горение рассматривалось как процесс разложения, который применяется только к соединениям. Опыт показал, что горение не всегда сопровождается потерей материала, и для объяснения этого необходима более совершенная теория.
Johann Joachim Becher[править]
В 1667 году Иоганн Иоахим Бехер опубликовал свою книгу "Подземная физика", 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. Terra pinguis был элементом, который придавал маслянистые, сернистые или горючие свойства. Бехер считал, что terra pinguis является ключевой особенностью горения и выделяется при сжигании горючих веществ. Бехер не имел большого отношения к теории флогистона в том виде, в каком мы ее знаем сейчас, но он оказал большое влияние на своего ученика Шталя. Основным вкладом Бехера было начало самой теории, однако многое в ней было изменено после него. Идея Бехера заключалась в том, что горючие вещества содержат воспламеняющуюся материю, terra pinguis
Georg Ernst Stahl[править]
В 1703 году Георг Эрнст Шталь, профессор медицины и химии в Галле, предложил вариант теории, в котором он переименовал terra pinguis Бехера во флогистон, и именно в этой форме теория, вероятно, оказала наибольшее влияние. Сам термин "флогистон" не был изобретен Шталем. Есть свидетельства того, что это слово использовалось еще в 1606 году и очень похоже на то, для чего его использовал Шталь. Термин произошел от греческого слова, означающего воспламенять. Следующий абзац описывает взгляд Шталя на флогистон:
Для Шталя металлы были соединениями, содержащими флогистон в сочетании с оксидами металлов (кальцинированными); при воспламенении флогистон освобождался от металла, оставляя после себя оксид. Когда оксид нагревали с веществом, богатым флогистоном, таким как древесный уголь, окалина снова поглощала флогистон и регенерировала металл. Флогистон был определенным веществом, одинаковым во всех его сочетаниях.
Первое определение флогистона Шталя впервые появилось в его фундаментальной зимотехнике, опубликованной в 1697 году. Его наиболее цитируемое определение было найдено в трактате по химии под названием Fundamenta chymiae в 1723 году. По словам Шталя, флогистон был веществом, которое нельзя было поместить в бутылку, но, тем не менее, его можно было перенести. Для него древесина была просто комбинацией золы и флогистона, а получение металла было так же просто, как получение металлической окалины и добавление флогистона. 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 идентичен, путем превращения сульфатов в печень серы с использованием древесного угля. Он не учел увеличение массы при сгорании олова и свинца, которые были известны в то время.
Дж. Х. Потт[править]
Иоганн Генрих Потт, ученик одного из учеников Шталя, расширил теорию и попытался сделать ее более понятной для широкой аудитории. Он сравнил флогистон со светом или огнем, сказав, что все три являются веществами, природа которых широко понятна, но нелегко определить. Он считал, что флогистон следует рассматривать не как частицу, а как сущность, которая проникает в вещества, утверждая, что в фунте любого вещества нельзя просто выделить частицы флогистона.[9] Потт также наблюдал тот факт, что при сгорании определенных веществ их масса увеличивается вместо потери массы флогистона при его утечке; 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 может выделяться в виде тепла при соединении с кислотой. Потт предложил следующие свойства:
Форма флогистона состоит из кругового движения вокруг своей оси.
- Когда он однороден, он не может быть поглощен или рассеян в огне.
- Причина, по которой он вызывает расширение в большинстве тел, неизвестна, но не случайна. Это пропорционально компактности структуры тел или близости их конституции.
- Увеличение веса при прокаливании становится очевидным только по прошествии длительного времени и происходит либо из-за того, что частицы тела становятся более компактными, уменьшают объем и, следовательно, увеличивают плотность, как в случае со свинцом, либо из-за того, что маленькие тяжелые частицы воздуха задерживаются в веществе, как вслучай порошкообразного оксида цинка.
- Воздух притягивает флогистон тел.
- Будучи приведенным в движение, флогистон является главным действующим началом в природе всех неодушевленных тел.
- Это основа цветов.
- Это основной агент в ферментации.
- Формулировки Потта предложили мало новой теории; он просто предоставил дополнительные детали и сделал существующую теорию более доступной для обычного человека.
Прочее[править]
Иоганн Юнкер также создал очень 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 герметичную колбу и попытавшись их сжечь.
Гийом-Франсуа Руэль привез теорию флогистона во Францию, и он был очень влиятельным ученым и преподавателем, поэтому она очень быстро завоевала довольно прочную позицию. Многие из его учеников сами по себе стали очень влиятельными учеными, включая Лавуазье.Французы рассматривали флогистон как очень тонкий принцип, который исчезает при любом анализе, но он присутствует во всех телах. По сути, они следовали прямо из теории Шталя.
Джованни Антонио Джоберт представил работы Лавуазье в Италии. В 1792 году Джоберт выиграл конкурс от Академии литературы и наук Мантуи за свою работу, опровергающую теорию флогистона. 18 марта 1792 года он представил доклад в Королевской академии наук в Турине под названиемЭкзамен по химии доктрины флогистики и доктрины пневматистов в соответствии с природой природы ("Химическое исследование доктрины флогистона и доктрины пневматистов в отношении природы воды"), который считается наиболее оригинальной защитой теории Лавуазье о составе воды допоявляется в Италии.
Вызов и гибель[править]
В конце концов, количественные эксперименты выявили проблемы, в том числе тот факт, что некоторые металлы набирали вес после сжигания, хотя предполагалось, что они потеряли флогистон. Некоторые сторонники флогистона, такие как Роберт Бойль, объясняли это тем, что флогистон имеет отрицательную массу; другие, такие как Луи-Бернар Гайтон де Морво, приводили более традиционный аргумент, что он легче воздуха. Однако более подробный анализ, основанный наПринцип Архимеда, плотности магния и продуктов его сгорания показали, что простое то, что он легче воздуха, не может объяснить увеличение веса.Сам Шталь не рассматривал проблему увеличения веса металлов, которые при горении набирают вес, но те, кто следовал его школе мысли, были теми, кто работал над этой проблемой.
В течение восемнадцатого века, когда стало ясно, что металлы набирают вес после их окисления, флогистон все чаще рассматривался как принцип, а не материальная субстанция.К концу восемнадцатого века для немногих химиков, которые все еще использовали термин "флогистон", это понятие было связано с водородом. Джозеф Пристли, например, ссылаясь на реакцию пара на железо, полностью признавая, что железо набирает вес после того, как оно связывается с кислородом с образованием окалины, оксида железа, железо также теряет "основу горючего воздуха (водород), и это вещество или принцип, которому мы даем имя флогистон". Следуя описанию Лавуазье кислорода как окисляющего начала (отсюда и его название, от древнегреческого: oksús, "острый"; génos, "рождение", относящееся к предполагаемой роли кислорода в образовании кислот), Пристли описал флогистон как щелочное начало.
Флогистон оставался доминирующей теорией до 1770-х годов, когда Антуан-Лоран де Лавуазье показал, что для горения требуется газ, который имеет вес (в частности, кислород) и может быть измерен с помощью взвешивания закрытых сосудов.Использование закрытых сосудов де Лавуазье и ранее русским ученым Михаилом Ломоносовым также свело на нет плавучесть, которая скрывала вес газов сгорания и привела к принципу сохранения массы. Эти наблюдения разрешили массовый парадокс и заложили основу для новой кислородной теории горения.[19] Британский химик Элизабет Фулхейм экспериментально продемонстрировала, что многие реакции окисления протекают только в присутствии воды, что в них непосредственно участвует вода, 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 Ассоциации фермеров во время Французской революции.
Опытные химики, поддерживавшие теорию флогистона Шталя, попытались ответить на вызовы, предложенные Лавуазье и новыми химиками. При этом теория флогистона усложнилась и приняла на себя слишком много, что привело к общему упадку теории. Многие люди пытались переделать свои теории о флогистоне, чтобы теория работала с тем, что делал Лавуазье в своих экспериментах. Пьер Макер много раз пересматривал свою теорию, и хотя, как говорят, он считал теорию флогистона обреченной, он поддерживал флогистон и пытался заставить теорию работать.
Смотрите также[править]
Пневматическая химия – самые первые исследования роли газов в воздухе в реакциях горения