Теория флогистона
Теория флогистона , вытесненная научная теория , постулировала существование огнеподобного элемента, получившего название флогистон ( / f l ɒ ˈ dʒ ɪ s t ən , f l oʊ -, - ɒ n / ) [1] [2] содержатся в горючих телах и выделяются при горении . Название происходит от древнегреческого φλογιστόν phlogistón ( горение ), от φλόξ phlox ( пламя ). Идея флогистического вещества была впервые предложена в 1667 году Иоганном Иоахимом Бехером , а затем более формально сформулирована в 1703 году Георгом Эрнстом Сталем . Теория флогистона попыталась объяснить химические процессы, такие как горение и ржавление , теперь известные как окисление . Теория была оспорена сопутствующим увеличением веса, и от нее отказались 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 г. ) и названию (1777 г.) кислорода Джозефом Пристли и Антуаном Лавуазье соответственно.
Теория
[ редактировать ]Теория флогистона утверждает, что флогистоновые вещества содержат флогистон и что при сгорании они дефлогистифицируются , выделяя накопленный флогистон, который поглощается воздухом. Растущие растения затем поглощают этот флогистон, поэтому воздух не воспламеняется самопроизвольно, а также почему растительные вещества горят. Этот метод учета горения был обратным кислородной теории Антуана Лавуазье.
Вообще считалось, что вещества, которые горят на воздухе, богаты флогистоном; Тот факт, что горение вскоре прекратилось в замкнутом пространстве, был воспринят как явное доказательство того, что воздух способен поглощать лишь ограниченное количество флогистона. Когда воздух стал полностью флогистифицирован, он больше не мог поддерживать горение какого-либо материала, и нагретый в нем металл не давал окалины ; и флогистический воздух не мог поддерживать жизнь. Считалось, что дыхание выводит флогистон из организма. [3]
Джозефа Блэка Шотландский ученик Дэниел Резерфорд открыл азот в 1772 году, и они использовали эту теорию для объяснения своих результатов. Остаток воздуха, оставшийся после сгорания, по сути, смесь азота и углекислого газа , иногда назывался флогистифицированным воздухом, впитавшим в себя весь флогистон. И наоборот, когда Джозеф Пристли открыл кислород , он полагал, что это дефлогистированный воздух, способный соединяться с большим количеством флогистона и, таким образом, поддерживать горение дольше, чем обычный воздух. [4]
История
[ редактировать ]Эмпедокл сформулировал классическую теорию существования 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 субстанция, а горение рассматривалось как процесс разложения , применимый только к соединениям. Опыт показал, что горение не всегда сопровождается потерей материала, и для объяснения этого необходима более совершенная теория. [5]
Иоганн Иоахим Бехер
[ редактировать ]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 элемента и заменил их тремя формами земли: terra lapidea , terra fluida и terra pinguis . [6] [7] Terra pinguis был элементом, придававшим маслянистые, сернистые или горючие свойства. [8] Бехер считал, что terra pinguis является ключевым элементом горения и выделяется при сгорании 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 многое изменилось. [9] Идея Бехера заключалась в том, что горючие вещества содержат горючую материю — terra pinguis . [10]
Георг Эрнст Шталь
[ редактировать ]
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, имела наибольшее влияние. [11] Сам термин «флогистон» не был изобретен Шталем. Есть свидетельства того, что это слово использовалось еще в 1606 году, и это было очень похоже на то, для чего его использовал Шталь. [9] Этот термин произошел от греческого слова, означающего «воспламенение». В следующем абзаце описывается точка зрения Шталя на флогистон:
Для Шталя металлы были соединениями, содержащими флогистон в сочетании с оксидами металлов (кальциями); при воспламенении флогистон освобождался от металла, оставляя после себя оксид. Когда оксид нагревали с веществом, богатым флогистоном, например с древесным углем, окалина снова поглощала флогистон и регенерировала металл. Флогистон был определенным веществом, одинаковым во всех своих сочетаниях. [10]
Первое определение флогистона, данное Шталем, впервые появилось в его книге «Zymotechnia фундаменталис» , опубликованной 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 — это вещество, которое нельзя поместить в бутылку, но тем не менее можно переносить. Для него древесина была просто комбинацией золы и флогистона, а сделать металл было так же просто, как взять металлическую окалину и добавить флогистон. [10] Сажа представляла собой почти чистый флогистон, поэтому нагревание ее с помощью металлической окалины превращает окалину в металл, и Шталь попытался доказать, что флогистон в саже и сере идентичны, превращая сульфаты в серы с помощью древесного угля . Он не учел известного в то время увеличения веса при сгорании олова и свинца. [12]
Дж. Х. Потт
[ редактировать ]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 вещества являются веществами, природа которых широко понятна, но не легко определена . 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 сгорании некоторых веществ их масса увеличивается, а не теряется масса флогистона при его выходе; по его мнению, флогистон был основным принципом огня и не мог быть получен сам по себе. Считалось, что пламя представляет собой смесь флогистона и воды, а смесь флогистона и земли не может гореть должным образом. Флогистон пронизывает все во Вселенной; при соединении с кислотой он может выделяться в виде тепла. Потт предложил следующие свойства:
- Форма флогистона заключается в круговом движении вокруг своей оси.
- Когда он однороден, его невозможно сжечь или рассеять в огне.
- Причина, по которой оно вызывает расширение большинства тел, неизвестна, но не случайна. Она пропорциональна компактности строения тел или целостности их строения.
- Увеличение веса при прокаливании проявляется лишь через длительное время и связано либо с тем, что частицы тела становятся более компактными, уменьшают объем и, следовательно, увеличивают плотность, как в случае со свинцом, либо с тем, что они немного тяжелее. частицы воздуха задерживаются в веществе, как и в случае с порошкообразным оксидом цинка .
- Воздух притягивает флогистон тел.
- Приведенный в движение флогистон является главным действующим началом в природе всех неодушевленных тел.
- Это основа цвета.
- Это основной агент ферментации. [9]
Формулировки Потта предложили мало новой теории; он просто предоставил дополнительные детали и сделал существующую теорию более доступной для обычного человека.
Другие
[ редактировать ]
Иоганн Юнкер также создал весьма полную картину флогистона. Читая работу Шталя, он предполагал, 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, помещая вещества в герметично закрытую колбу и пытаясь их сжечь. [9]
Гийом-Франсуа Руэль привез теорию флогистона во Францию, где он был очень влиятельным ученым и учителем, очень быстро популяризировавшим эту теорию. Многие из его учеников сами по себе стали очень влиятельными учеными, включая 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 работы Лавуазье в Италии. Гиоберт выиграл приз Академии литературы и наук Мантуи в 1792 году за свою работу, опровергающую теорию флогистона. доклад королевской академии наук 18 марта 1792 года он представил в Туринской под названием Examen chimique de la доктрины флогистики и де ла доктрины пневматистов par rapport à la Nature de l'eau («Химическое исследование доктрины флогистона и учение пневматистов о природе воды»), которое считается наиболее оригинальной защитой теории состава воды Лавуазье, появившейся в Италии. [14]
Вызов и гибель
[ редактировать ]В конце концов, количественные эксперименты выявили проблемы, в том числе тот факт, что некоторые металлы увеличивали вес после сгорания, хотя предполагалось, что они потеряли флогистон.Некоторые сторонники флогистона, такие как Роберт Бойль , [15] объяснил это, заключив, что флогистон имеет отрицательную массу; другие, такие как Луи-Бернар Гайтон де Морво , привели более традиционный аргумент, что он легче воздуха. Однако более детальный анализ, основанный на принципе Архимеда , плотности магния и продуктов его сгорания показал, что просто то, что он легче воздуха, не может объяснить увеличение веса. [ нужна ссылка ] Сам Шталь не занимался проблемой металлов, которые сгорают и набирают вес, но над этой проблемой работали те, кто следовал его школе мысли. [9]
В восемнадцатом веке, когда стало ясно, что металлы приобретают вес после окисления, флогистон все чаще стал рассматриваться как принцип , а не как материальная субстанция. [16] К концу восемнадцатого века для немногих химиков, которые все еще использовали термин флогистон, это понятие было связано с водородом . Джозеф Пристли , например, говоря о реакции пара на железо, полностью признавая, что железо прибавляет в весе после того, как оно связывается с кислородом с образованием окалины , оксида железа, железо также теряет «основу легковоспламеняющегося воздуха ( водород ), и это вещество или принцип, которому мы даем имя флогистон». [17] Следуя описанию Лавуазье кислорода как окислительного принципа (отсюда и его название от древнегреческого: oksús — «острый»; genos — «рождение», что указывает на предполагаемую роль 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 посредством взвешивания закрытых сосудов. [19] Использование закрытых сосудов Лавуазье и ранее русским ученым Михаилом Ломоносовым также свело на нет плавучесть, которая маскировала вес газов сгорания, и привело к появлению принципа сохранения массы . Эти наблюдения разрешили массовый парадокс и подготовили почву для новой кислородной теории горения. [20] Британский химик Элизабет Фулхэм экспериментально продемонстрировала, что многие реакции окисления происходят только в присутствии воды, что в них непосредственно участвует вода и что вода регенерируется и ее можно обнаружить в конце реакции. На основании своих экспериментов 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 в Генеральной ферме членство во время Французской революции . [21] [22]
Опытные химики, поддержавшие теорию флогистона Шталя, попытались ответить на вызовы, поставленные Лавуазье и новыми химиками. При этом теория флогистона стала более сложной и предполагала слишком много, что способствовало общему упадку теории. [20] Многие люди пытались переделать свои теории о флогистоне, чтобы теория соответствовала тому, что Лавуазье делал в своих экспериментах. Пьер Маккер много раз перефразировал свою теорию, и хотя он, как говорят, считал, что теория флогистона обречена, он поддерживал флогистон и пытался заставить теорию работать. [23]
См. также
[ редактировать ]- Теория калорий - Устаревшая научная теория теплового потока.
- Пневматическая химия - самые первые исследования роли газов в воздухе в реакциях горения.
- Электроотрицательность – склонность атома притягивать общую пару электронов.
- Энергетика - считают, что энергия является фундаментальным элементом всех физических изменений.
- Антифлогистин – местное обезболивающее.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уэллс, Джон К. (2008). Словарь произношения Лонгмана (3-е изд.). Лонгман. ISBN 978-1-4058-8118-0 .
- ^ Маускоп, Сеймур (1 ноября 2002 г.). «Теория флогистона Ричарда Кирвана: ее успех и судьба». Амбикс . 49 (3): 185–205. дои : 10.1179/amb.2002.49.3.185 . ISSN 0002-6980 . ПМИД 12833914 . S2CID 170853908 .
- ^ Джеймс Брайант Конант, изд. Опровержение теории флогистона: химическая революция 1775–1789 годов . Кембридж: Издательство Гарвардского университета (1950), 14. ОСЛК 301515203 .
- ^ «Пристли, Джозеф» . Космический корабль-earth.de. Архивировано из оригинала 2 марта 2009 года . Проверено 5 июня 2009 г.
- ^ Ладенбург, доктор А. (1911). Лекции по истории химии . Издательство Чикагского университета. п. 4 . Проверено 26 августа 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б Боулер, Питер Дж (2005). Создание современной науки: исторический обзор . Чикаго: Издательство Чикагского университета. п. 60. ИСБН 9780226068602 .
- ^ Бехер, Подземная физика , с. 256 и последующие.
- ^ Брок, Уильям Ходсон (1993). История химии Нортона (1-е американское изд.). Нью-Йорк: WW Нортон. ISBN 978-0-393-03536-0 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Уайт, Джон Генри (1973). История теории флогистона . AMS Press Inc. Нью-Йорк: ISBN 978-0404069308 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Лестер, Генри М.; Кликштейн, Герберт С. (1965). Справочник по химии . Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета.
- ^ Мейсон, Стивен Ф., (1962). История наук (переработанное издание). Нью-Йорк: Collier Books. Ч. 26.
- ^ Ладенбург 1911 , стр. 6–7.
- ^ «Химия», Британская энциклопедия , 1911 г.
- ^ Аббри, Фердинандо (2001). «ДЖОБЕРТ, Джованни Антонио» . Dizionario Biografico degli Italiani [ Биографический словарь итальянцев ]. 55 . Проверено 15 сентября 2017 г.
- ^ Бойль, Р.А. (1673). Открытие непроницаемости стекла для весомых частиц пламени . Лондон: Очерки эффлювиума. стр. 57–85.
- ^ Обсуждение того, как термин «флогистон» понимался в восемнадцатом веке, см.: James R Partington & Douglas McKie; «Исторические исследования по теории флогистона»; Анналы науки , 1937, 2 , 361–404; 1938, 3 , 1–58; и 337–371; 1939, 5 , 113–149. Перепечатано в 1981 году как ISBN 978-0-405-13895-9 .
- ^ Пристли, Джозеф (1796). Эксперименты и наблюдения, относящиеся к анализу атмосферного воздуха: также дальнейшие эксперименты, относящиеся к образованию воздуха из воды. ... К этому добавлены соображения по поводу учения о флогистоне и разложении воды . Лондон: Дж. Джонсон . п. 42.
- ^ Джозеф Пристли (1794). Руководители лекций по курсу экспериментальной философии . Лондон: Джозеф Джонсон.
- ^ Бест, Николас В. (1 июля 2015 г.). «Размышления Лавуазье о флогистоне» I: против теории флогистона» . Основы химии . 17 (2): 137–151. дои : 10.1007/s10698-015-9220-5 . ISSN 1572-8463 . S2CID 254510272 .
- ^ Перейти обратно: а б Иде, Аарон (1964). Развитие современной химии . Нью-Йорк: Харпер и Роу. п. 81 .
- ^ Рейнер-Кэнхэм, Марелин; Рейнер-Кэнхэм, Джеффри (2001). Женщины в химии: их меняющиеся роли со времен алхимии до середины двадцатого века . Филадельфия: Фонд химического наследия. стр. 28–31. ISBN 978-0941901277 . Проверено 2 марта 2016 г.
- ^ Датта, Северная Каролина (2005). Рассказ о химии . Хайдарабад: Universities Press. стр. 247–250. ISBN 9788173715303 . Проверено 2 марта 2016 г.
- ^ Партингтон-младший; Маккай, Дуглас (1981). Исторические исследования теории флогистона . Арно Пресс. ISBN 978-0405138508 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
Цитаты, связанные с теорией флогистона, в Wikiquote
