Теория флогистона является вытесняется научной теорией , что постулировал существование огня , как элемент называется флогистоне ( / ф л ɒ dʒ ɪ ы т ən , ф л oʊ -, - ɒ п / ) [1] [2] содержится внутри горючие тела и выделяются при горении . Название происходит от древнегреческого φλογιστόν phlogistón ( сжигание ), от φλόξ phlóx (пламя ). Идея была впервые предложена в 1667 году Иоганном Иоахимом Бехером, а затем более формально сформулирована Георгом Эрнстом Шталем . Теория флогистона пыталась объяснить химические процессы увеличения веса, такие как горение и ржавление , теперь известные как окисление , и от нее отказались до конца 18 века после экспериментов Антуана Лавуазье и других. Теория флогистона привела к экспериментам, которые в конечном итоге завершились открытием кислорода .
Теория
Теория флогистона утверждает, что флогистонированные 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 объяснил горение через процесс, противоположный теории кислорода .
Вообще говоря, вещества, горящие на воздухе, богаты флогистоном; тот факт, что горение вскоре прекратилось в замкнутом пространстве, был воспринят как четкое свидетельство того, что воздух обладает способностью поглощать лишь конечное количество флогистона. Когда воздух станет полностью флогистическим, он больше не сможет поддерживать горение какого-либо материала, а металл, нагретый в нем, не будет давать окалины; флогистированный воздух не мог поддерживать жизнь. Считалось, что дыхание выводит флогистон из организма. [3]
Студент Джозефа Блэка Дэниел Резерфорд открыл азот в 1772 году, и они использовали эту теорию для объяснения своих результатов. Остаток воздуха, оставшийся после сгорания, на самом деле смесь азота и углекислого газа , иногда упоминался как флогистонный воздух, поскольку он поглотил 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. [4]
История теории флогистона
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 рассматривался как вещество, а горение рассматривалось как процесс разложения, применимый только к соединениям. Опыт показал, что горение не всегда сопровождается потерей материала, и для объяснения этого требовалась более точная теория. [5]
Иоганн Иоахим Бехер
В 1667 году Иоганн Иоахим Бехер опубликовал свою книгу Physica subterranea , которая содержала 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 горении горючих веществ. [6] 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 после него она сильно изменилась. [9] Идея Бехера заключалась в том, что горючие вещества содержат горючее вещество, terra pinguis . [10]
Георг Эрнст Шталь
В 1703 году Георг Эрнст Шталь , профессор медицины и химии в Галле , предложил вариант теории, в котором он переименовал terra pinguis Бехера в флогистон , и именно в этой форме теория, вероятно, оказала наибольшее влияние. [11] Сам термин «флогистон» не был изобретением Шталь. Есть свидетельства того, что это слово использовалось еще в 1606 году и очень похоже на то, для чего его использовал Шталь. [9] Этот 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 оксидами металлов (кальцием); при зажигании флогистон освобождался от металла, оставляя за собой оксид. Когда оксид нагревали веществом, богатым флогистоном, например древесным углем, окалина снова поглощала флогистон и регенерировала металл. Флогистон был определенным веществом, одинаковым во всех своих сочетаниях. [10]
Первое определение флогистона Шталем впервые появилось в его Zymotechnia foundationis , опубликованном в 1697 году. Его наиболее цитируемое определение было найдено в трактате по химии под названием Fundamenta chymiae в 1723 году. [9] По мнению Шталя, флогистон был веществом, которое не могло существовать. положить в бутылку, но, тем не менее, можно было переложить. Для него дерево было просто комбинацией ясеня и флогистона, а сделать металл было так же просто, как достать металлический окалин и добавить флогистон. [10] Сажа была почти чистым флогистоном, поэтому нагревание ее металлической окалиной превращает окалину в металл, и Шталь попытался доказать, что флогистон в саже и сере идентичны, преобразовав сульфаты в печень серы с использованием древесного угля. Он не учел увеличение веса при сгорании олова и свинца, которые были известны в то время. [12]
Дж. Х. Потт
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, заявив, что все три вещества являются веществами, природа которых широко известна, но не так легко определить . Он считал, что флогистон следует рассматривать не как частицу, а как сущность, пронизывающую вещества, утверждая, что в фунте любого вещества нельзя просто выделить частицы флогистона. [9] Потт также заметил тот факт, что при сжигании определенных веществ они увеличиваются в массе вместо того, чтобы терять массу флогистона по мере его выхода; По его словам, флогистон был основным принципом огня и не мог быть получен сам по себе. Считалось, что пламя представляет собой смесь флогистона и воды, тогда 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.
- В однородном состоянии его нельзя сжечь или растворить в огне.
- Причина, по которой он вызывает расширение в большинстве тел, неизвестна, но не случайна. Он пропорционален плотности текстуры тел или близости их телосложения.
- Увеличение веса при прокаливании очевидно только по прошествии длительного времени и связано либо с тем, что частицы тела становятся более компактными, уменьшают объем и, следовательно, увеличивают плотность, как в случае свинца; или что маленькие тяжелые частицы воздуха оседают в веществе, как в случае порошкового оксида цинка.
- Воздух привлекает флогистон тел.
- Приведенный в движение флогистон является главным действующим началом в природе всех неодушевленных тел.
- Это основа цветов.
- Это главный агент брожения. [9]
Формулировки Потта предложили немного новой теории; он просто предоставил дополнительные детали и сделал существующую теорию более доступной для обычного человека.
Другие
Иоганн Юнкер также создал очень полную картину флогистона. Читая работы Шталя, он предположил, что флогистон на самом деле очень материален. Поэтому он пришел к выводу, что флогистон обладает свойством легкости или что он делает состав, в котором он намного легче, чем без флогистона. Он также показал, что воздух необходим для горения, поместив вещества в герметичную колбу и попытавшись сжечь их. [9]
Гийом-Франсуа Руэль принес теорию флогистона во Францию, и он был очень влиятельным ученым и учителем, поэтому она очень быстро приобрела прочные позиции. Многие из его учеников сами по себе стали очень влиятельными учеными, в том числе и Лавуазье. [10] Французы рассматривали флогистон как очень тонкий принцип, который исчезает при любом анализе, но присутствует во всех телах. По сути, они следовали прямо из теории Шталя. [9]
Джованни Антонио Джоберт представил творчество Лавуазье в Италии. Джоберт выиграл конкурс призов Мантуанской академии литературы и наук 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 («Химическая экспертиза доктрины флогистона и учение пневматистов о природе воды »), который считается наиболее оригинальной защитой теории состава воды Лавуазье, появившейся в Италии. [13]
Вызов и гибель
В конце концов, количественные эксперименты выявили проблемы, в том числе тот факт, что некоторые металлы набирали вес после сгорания, хотя предполагалось, что они потеряли флогистон. Некоторые [ кто? ] Сторонники флогистона объяснили это тем, что флогистон имеет отрицательный вес; другие, такие как Луи-Бернар Гайтон де Морво , приводили более традиционный аргумент, что он легче воздуха. Однако более подробный анализ, основанный на принципе Архимеда , плотности магния и продуктов его сгорания показал, что просто быть легче воздуха нельзя объяснить увеличением веса. Сам Шталь не занимался проблемой металлов, которые горят и набирают вес, но те, кто следовали его философской школе, работали над этой проблемой. [9]
В течение восемнадцатого века, когда стало ясно, что металлы прибавили в весе после окисления, флогистон все больше рассматривался как принцип, а не материальное вещество. [14] К концу восемнадцатого века для нескольких химиков, которые все еще использовали термин флогистон, это понятие было связано с водородом . Джозеф Пристли , например, в виде реакцию пары на железе, в то время как в полной мере признает , что набирает вес железа после того, как он связывается с кислородом с образованием окалины , оксид железа, железо также теряет «основу воспламеняющегося воздуха ( водород ), и это вещество или принцип, которому мы дали название флогистон ». [15] Следуя описанию Лавуазье кислорода как окисляющего принципа (отсюда и его название от древнегреческого: oksús , «острый»; génos , «рождение», относящееся к предполагаемой роли кислорода в образовании кислот), Пристли описал флогистон как щелочной принцип. [16]
Флогистон оставался доминирующей теорией до 1770-х годов, когда Антуан-Лоран де Лавуазье показал, что для сгорания требуется газ, который имеет вес (в частности, кислород ) и может быть измерен с помощью взвешивания закрытых сосудов. [17] Использование закрытых сосудов де Лавуазье и ранее Михаилом Ломоносовым также отрицало плавучесть, замаскировавшую вес газов сгорания, и привело к принципу сохранения массы . Эти наблюдения разрешили массовый парадокс и подготовили почву для новой кислородной теории горения. [18] Элизабет Фулхэм 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 критикуемыми им теоретиками флогистона. Ее книга на эту тему появилась в печати вскоре после казни Лавуазье за членство в генеральной ферме во время Французской революции . [19] [20]
Опытные химики, поддержавшие теорию флогистона Шталя, попытались ответить на вызовы, предложенные Лавуазье и новыми химиками. При этом теория флогистона стала более сложной и предполагала слишком многое, что способствовало полному упадку теории. [18] Многие люди пытались переделать свои теории о флогистоне, чтобы теория работала с тем, что делал Лавуазье в своих экспериментах. Пьер Маккер много раз переформулировал свою теорию, и хотя он, как говорят, считал, что теория флогистона обречена, он поддерживал флогистон и пытался заставить эту теорию работать. [21]
Заметки
- ^ Уэллс, Джон С. (2008). Словарь произношения Longman (3-е изд.). Лонгман. ISBN 978-1-4058-8118-0.
- ^ Маускоп, Сеймур (2002-11-01). "Теория флогистона Ричарда Кирвана: его успех и судьба". Ambix . 49 (3): 185–205. DOI : 10,1179 / amb.2002.49.3.185 . ISSN 0002-6980 . PMID 12833914 . S2CID 170853908 .
- ^ Джеймс Брайант Конант, изд. Свержение теории флогистона: химическая революция 1775–1789 гг . Кембридж: Издательство Гарвардского университета (1950), 14. OCLC 301515203 .
- ^ «Пристли, Джозеф» . Spaceship-earth.de. Архивировано из оригинала на 2009-03-02 . Проверено 5 июня 2009 .
- ^ Ладенбург, доктор А. (1911). Лекции по истории химии . Издательство Чикагского университета. п. 4 . Проверено 26 августа, 2016 .
- ^ а б Боулер, Питер J (2005). Создание современной науки: исторический обзор . Чикаго: Издательство Чикагского университета. п. 60. ISBN 9780226068602.
- ^ Бехер, Physica Subterranea стр. 256 и след.
- ^ Брок, Уильям Ходсон (1993). История химии Нортона (1-е американское изд.). Нью-Йорк: У.В. Нортон. ISBN 978-0-393-03536-0.
- ^ Б с д е е г ч Белый, Джон Генри (1973). История теории флогистона . Нью-Йорк: ISBN AMS Press Inc. 978-0404069308.
- ^ а б в г Лестер, Генри М .; Кликштейн, Герберт С. (1965). Справочник по химии . Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета.
- ^ Мейсон, Стивен Ф., (1962). История наук (исправленное издание). Нью-Йорк: Книги Кольера. Гл. 26.
- ↑ Ладенбург, 1911 , стр. 6–7.
- ^ Аббри, Фердинандо (2001). «ДЖОБЕРТ, Джованни Антонио» . Dizionario Biografico degli Italiani [ Биографический словарь итальянцев ]. 55 . Проверено 15 сентября 2017 года .
- ^ Для обсуждения того, как термин флогистон понимался в восемнадцатом веке, см .: Джеймс Р. Партингтон и Дуглас Маккай; «Исторические исследования по теории флогистона»; Анналы науки , 1937, 2 , 361–404; 1938, 3 , 1–58; и 337–371; 1939, 5 , 113–149. Переиздано 1981 как ISBN 978-0-405-13895-9 .
- ^ Джозеф Пристли (1796). Соображения по поводу учения о флогистоне и разложении воды . Филадельфия: Томас Добсон, стр.26.
- ↑ Джозеф Пристли (1794). Заведующие лекциями по курсу экспериментальной философии . Лондон: Джозеф Джонсон.
- ^ Николас В. Бест, «Размышления Лавуазье о флогистоне I: против теории флогистона» , « Основы химии» , 2015, 17 , 137–151.
- ^ а б Идэ, Аарон (1964). Развитие современной химии . Нью-Йорк: Харпер и Роу. п. 81 .
- ^ Райнер-Кэнхэм, Марелин; Райнер-Кэнхэм, Джеффри (2001). Женщины в химии: их меняющиеся роли с алхимических времен до середины двадцатого века . Филадельфия: Фонд химического наследия. С. 28–31. ISBN 978-0941901277. Проверено 2 марта +2016 .
- ^ Датта, Северная Каролина (2005). История химии . Хайдарабад: Universities Press. С. 247–250. ISBN 9788173715303. Проверено 2 марта +2016 .
- ^ Партингтон-младший; Маккай, Дуглас (1981). Исторические исследования по теории флогистона . Арно Пресс. ISBN 978-0405138508.