Теория флогистона - Phlogiston theory

Алхимик и врач Дж. Дж. Бехер предложил теорию флогистона

В теория флогистона это вытесненная научная теория который постулировал существование подобного огню элемента, называемого флогистон (/жлɒˈdʒɪsтən,жлoʊ-,-ɒп/)[1][2] содержится внутри горючих тел и выбрасывается во время горение. Название происходит от Древнегреческий φλογιστόν флогистон (горит), из φλόξ флокс (пламя). Идея была впервые предложена в 1667 г. Иоганн Иоахим Бехер и позже собраны более формально Георг Эрнст Шталь. Теория флогистона пыталась объяснить такие процессы, как горение и ржавчина, теперь все вместе известные как окисление, и был заброшен до конца 18 века после экспериментов Антуан Лавуазье и другие. Теория флогистона привела к экспериментам, которые в конечном итоге завершились открытием кислород.

Теория

Теория флогистона утверждает, что флогистированный вещества - вещества, содержащие флогистон и дефлогистировать когда сгорел. Дефлогистинг - это процесс высвобождения накопленного флогистона, который поглощается воздухом. Затем растущие растения поглощают этот флогистон, поэтому воздух не загорается самопроизвольно, а также поэтому растительный материал горит так же хорошо, как и он.

Таким образом, флогистон объясняет горение через процесс, противоположный процессу кислородная теория.

В общем, вещества, горящие на воздухе, считаются богатыми 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; и флогистический воздух не мог поддерживать жизнь. Считалось, что дыхание выводит флогистон из организма.[3]

Джозеф Блэк студент Дэниел Резерфорд обнаруженный азот в 1772 году, и пара использовала теорию для объяснения своих результатов. Остаток воздуха, оставшийся после горения, на самом деле смесь азота и углекислый газ, иногда упоминается как флогистированный воздух, поглотив весь флогистон. И наоборот, когда Джозеф Пристли обнаруженный кислород, он считал, что это дефлогистированный воздух, способен объединяться с большим количеством флогистона и, таким образом, поддерживать горение дольше, чем обычный воздух.[4]

История теории флогистона

Эмпедокл сформулировал классическая теория что было четыре элемента: вода, земля, огонь и воздух и Аристотель усилили 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 г. Иоганн Иоахим Бехер опубликовал свою книгу Physica subterranea, который содержал 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 передал маслянистый, сернистый, или горючие свойства.[8] Бехер считал, что terra pinguis был ключевой особенностью горения и выделялся при сжигании 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 горючие вещества, terra pinguis. [10]

Георг Эрнст Шталь

Георг Эрнст Шталь

В 1703 г. Георг Эрнст Шталь, профессор медицины и химии Галле, предложил вариант теории, в которой он переименовал terra pinguis к флогистон, и именно в этой форме теория, вероятно, оказала наибольшее влияние.[11] Сам термин флогистон не был изобретен 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 воспламеняться. В следующем абзаце описывается взгляд Шталя на флогистон:

Для Шталя металлы были соединениями, содержащими флогистон в сочетании с оксидами металлов (кальцием); при зажигании флогистон освобождается от металла, оставляя 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» 1723 года.[9] По словам Шталя, флогистон - это вещество, которое нельзя помещать в бутылку, но, тем не менее, переносить. Для него дерево было всего лишь комбинацией ясеня и флогистона, а сделать металл было так же просто, как достать металл. кал и добавление флогистона.[10] Сажа был почти чистым флогистоном, поэтому нагревание его металлической окалиной превращает окалину в металл, и Шталь попытался доказать, что флогистон в саже и сере идентичны, преобразовав сульфаты к 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 его более понятным для широкой аудитории. Он сравнил флогистон со светом или огнем, говоря, что все три вещества являются субстанциями, природа которых широко понимаемый, но не легко определяемый. 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. Пламя считалось смесью 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:

  1. Форма флогистона состоит из кругового движения вокруг своей оси.
  2. Когда он однороден, его нельзя сжечь или растворить в огне.
  3. Причина, по которой он вызывает расширение в большинстве тел, неизвестна, но не случайна. Он пропорционален плотности текстуры тел или близости их телосложения.
  4. Увеличение веса во время прокаливание проявляется только через долгое время и происходит либо из-за того, что частицы тела становятся более компактными, уменьшают объем и, следовательно, увеличивают плотность, как в случае свинца; или что небольшие тяжелые частицы воздуха оседают в веществе, как в случае порошкового оксида цинка.
  5. Воздух привлекает флогистон тел.
  6. Приведенный в движение флогистон является главным действующим началом в природе всех неодушевленных тел.
  7. Это основа цветов.
  8. 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 создали 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 легкомыслия или что он делает состав, в котором он намного легче, чем без флогистона. Он также показал, что воздух нужен 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 работы 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» (примерно переводится как Химическая экспертиза доктрина флогистона и доктрина пневматиков относительно природы воды), которая 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 при горении набирали массу, хотя предполагалось, что они потеряли флогистон.[ВОЗ? ] Сторонники флогистона объяснили это тем, что флогистон имел отрицательный вес; другие, такие как Луи-Бернар Гайтон де Морво, привел более традиционный аргумент, что он легче воздуха. Однако более подробный анализ, основанный на Принцип архимеда, плотности магния и продуктов его сгорания показали, что просто быть легче воздуха нельзя объяснить увеличением массы. Сам Шталь не обращался к проблеме металлов, которые горят и набирают вес, но те, кто следовали его идеям и не подвергали сомнению его идеи, были теми, кто работал над этой проблемой.[9]

В течение восемнадцатого века, когда стало ясно, что металлы набирают массу при окислении, флогистон все чаще рассматривается как принцип а не материальная субстанция.[14] К концу восемнадцатого века для тех немногих химиков, которые все еще использовали термин флогистон, это понятие было связано с водород. Джозеф Пристли, например, имея в виду реакцию пара на железо, полностью признавая, что железо набирает массу, поскольку оно связывается с кислородом с образованием кал, оксид железа, железо тоже теряет «основу легковоспламеняющегося воздуха (водород ), и это вещество или принцип, которому мы дали название флогистон ».[15] Следующий Лавуазье описание кислорода как окислительный принцип (отсюда его название от древнегреческого: oksús, «острый»; génos, «рождение», имея в виду предполагаемую роль кислорода в образовании кислот), Пристли описал флогистон как щелочной принцип.[16]

Флогистон оставался доминирующей теорией до 1770-х годов, когда Антуан-Лоран де Лавуазье показали, что для горения требуется газ, имеющий массу (в частности, кислород ) и могут быть измерены путем взвешивания закрытых сосудов.[17] Использование закрытых судов де Лавуазье и ранее Михаил Ломоносов, также свела на нет плавучесть, которая замаскировала массу газов сгорания и завершилась принцип сохранения массы. Эти наблюдения разрешили массовый парадокс и подготовили почву для нового кислородная теория горения.[18] Элизабет Фулхейм экспериментально продемонстрировали, что многие реакции окисления происходят только при наличии воды, что они непосредственно включают воду, 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 Фермерский генерал членство во время французская революция.[19][20]

Опытные химики, поддержавшие теорию флогистона Шталя, попытались ответить на вызовы, предложенные Лавуазье и более новыми химиками. При этом теория флогистона усложнилась и приняла слишком многое, что привело к полному краху теории.[18]Многие люди пытались переделать свои теории о флогистоне, чтобы теория работала с тем, что делал Лавуазье в своих экспериментах. Пьер Макер 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]

Примечания

  1. ^ Уэллс, Джон С. (2008). Словарь произношения Longman (3-е изд.). Лонгман. ISBN  978-1-4058-8118-0.
  2. ^ Маускоп, Сеймур (2002-11-01). "Теория флогистона Ричарда Кирвана: его успех и судьба". Ambix. 49 (3): 185–205. Дои:10.1179 / amb.2002.49.3.185. ISSN  0002-6980. PMID  12833914. S2CID  170853908.
  3. ^ Джеймс Брайант Конант, изд. Свержение теории флогистона: химическая революция 1775–1789 гг.. Кембридж: Издательство Гарвардского университета (1950), 14. OCLC  301515203.
  4. ^ "Пристли, Джозеф". Spaceship-earth.de. Архивировано из оригинал на 2009-03-02. Получено 2009-06-05.
  5. ^ Ладенбург, доктор А. (1911). Лекции по истории химии. U of Chicago Press. п. 4. Получено 26 августа, 2016.CS1 maint: ref = harv (связь)
  6. ^ а б Боулер, Питер J (2005). Создание современной науки: исторический обзор. Чикаго: Издательство Чикагского университета. п. 60. ISBN  9780226068602.
  7. ^ Бехер, Physica Subterranea п. 256 et seq.
  8. ^ Брок, Уильям Ходсон (1993). История химии Нортона (1-е американское изд.). Нью-Йорк: У. В. Нортон. ISBN  978-0-393-03536-0.
  9. ^ а б c d е ж грамм час Белый, Джон Генри (1973). История теории флогистона. Ней Йорк, Нью-Йорк: AMS Press Inc. ISBN  978-0404069308.
  10. ^ а б c d Лестер, Генри М .; Кликштейн, Герберт С. (1965). Справочник по химии. Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета.
  11. ^ Мейсон, Стивен Ф. (1962). История наук (исправленное издание). Нью-Йорк: Книги Кольера. Гл. 26.
  12. ^ Ладенбург 1911, стр. 6-7.
  13. ^ Аббри, Фердинандо (2001). "ДЖОБЕРТ, Джованни Антонио". Dizionario Biografico Degli Italiani (Биографический словарь итальянцев). 55. Получено 15 сентября 2017.
  14. ^ 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 337–71; 1939 г., 5, 113–49. Перепечатано 1981 как ISBN  978-0-405-13895-9.
  15. ^ Джозеф Пристли; Соображения относительно учения о флогистоне и разложении воды; Филадельфия, Томас Добсон, 1796 г .; стр.26.
  16. ^ Джозеф Пристли; Заведующие лекциями по курсу экспериментальной философии; Лондон, Джозеф Джонсон, 1794 год.
  17. ^ Николас В. Бест "«Размышления о флогистоне» Лавуазье I: Против теории флогистона », Основы химии, 2015, 17, 137-151.
  18. ^ а б Идэ, Аарон (1964). Развитие современной химии. Нью-Йорк: Харпер и Роу. п.81.
  19. ^ 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. Получено 2 марта 2016.
  20. ^ Датта, Н. С. (2005). История химии. Хайдарабад: Universities Press. С. 247–250. ISBN  9788173715303. Получено 2 марта 2016.
  21. ^ Partington, J.R .; Маккай, Дуглас (1981). Исторические исследования по теории флогистона. Арно Пресс. ISBN  978-0405138508.