Přehled
Na počátku 18. století dominovala flogistonová teorie ohně. Koncem osmnáctého století však byla flogistonová teorie vyvrácena novým pojetím hoření kyslíku. Převrácení flogistonové teorie ohně je často prezentováno jako zářný příklad vítězství dobré vědy nad špatnou, přesto se jedná o ságu mnoha falešných začátků, falešných experimentů a falešných předpokladů. Osobnosti, společenské a kulturní vlivy a nový důraz na experimentální analýzu a přirozené příčiny se spojily, aby zpochybnily a nahradily flogistonovou teorii.
Pozadí
Řečtí filozofové považovali oheň za jeden ze základních přírodních prvků a nabízeli řadu různých výkladů. Hérakleitos z Efesu (asi 535-475 př. n. l.) učinil oheň univerzální silou stvoření. Aristoteles (384-322 př. n. l.) označil oheň za jeden z velkých principů všech věcí. Platón (427-347 př. n. l.), Aristotelův učitel, předpokládal, že hořlavé předměty v sobě obsahují jakýsi zápalný princip, látku, která je nutí hořet, ale byly to právě Aristotelovy myšlenky, které ovládly středověké evropské myšlení.
Aristotelův oheň byl součástí systému čtyř prvků, který se skládal ze vzduchu, země, ohně a vody. Látka, jako je dřevo, se skládala z kombinace těchto čtyř prvků. Když hořelo, byl plamen unikajícím prvkem ohně, případná pára byla vzduchem, případná vlhkost vodou a popel, který zůstal, byl zemí.
Renesance šestnáctého století znovuobjevila Platónovo dílo jako součást širšího intelektuálního hnutí znovuobjevování klasické minulosti. Platónův pojem spalitelného principu v látce dobře zapadal do alchymistických představ tohoto období. Platónův koncept byl upraven a alchymisté začali považovat za zápalný princip síru nebo „jakýsi nejasný sirný duch“. Síra téměř úplně hořela, proto byla síra považována za oheň samotný nebo za něco, co s ohněm úzce souvisí. Byl vytvořen nový systém prvků, v němž se látky vysvětlovaly kombinací síry, rtuti a soli. Dřevo tedy hořelo, protože obsahovalo síru, vydávalo plamen, protože obsahovalo rtuť, a zanechávalo popel, protože obsahovalo sůl.
V polovině sedmnáctého století pozorování, pokusy a filozofie Johanna Joachima Bechera (1635-1682) a jeho žáka Georga Ernsta Stahla (1660-1734) vedly k návrhu nového výkladu síry. Navrhli, že síra ve skutečnosti vzniká kombinací kyseliny sírové a nové látky, kterou nazvali flogiston. Flogiston (vyslovuje se FLO-jis-ton) byl ve skutečnosti principem ohně, nikoliv síry, a Stahl navrhl, že flogiston se uvolňuje ze všech látek při jejich hoření. Proto se při hoření dřeva uvolňuje flogiston do vzduchu a zůstává po něm popel. Popel byl tedy dřevo mínus flogiston. Síra a materiály jako dřevěné uhlí a tuk dobře hořely, protože obsahovaly velké množství flogistonu.
Vliv
Flogistonová teorie se rychle stala populární a byla velmi robustní a vysvětlovala širokou škálu jevů. Vysvětlovala rezavění kovů. Když kov rezavěl, vylučoval do vzduchu flogiston, takže kov byl kombinací své rzi a flogistonu. Dalo se jím vysvětlit i dýchání zvířat. Když se v těle „spalovala“ potrava, uvolňoval se flogiston, který byl plícemi vylučován ven z těla. Flogiston byl „hnací silou ohně“, základem barev, principem zápalnosti, nezničitelný a „nesmírně jemná hmota“. Dala se snadno použít k vysvětlení výsledků pozorovaných při pokusech. Pokusy například ukázaly, že pokud v uzavřeném prostoru, například ve sklenici, zapálíte dřevěný klacek, hoření po krátké době ustane. To bylo vysvětleno předpokladem, že vzduch může obsahovat pouze určité množství flogistonu, a jakmile dosáhne svého limitu, pak již nemůže dojít k dalšímu hoření.
Teorie flogistonu byla velmi úspěšná a měla tak široký záběr a přijetí, že se stala jednou z prvních sjednocujících hypotéz chemických věd. Vědci však začali mít problémy s vysvětlením některých nových experimentálních výsledků. Jedním z důvodů bylo, že se teorie snažila vysvětlit příliš mnoho věcí. Čím více teorii její zastánci upravovali, aby vysvětlili jedno konkrétní pozorované chování, tím větší potíže měli s vysvětlením jiných.
Měnila se celá metoda zkoumání přírody. Spoléhání na minulost bylo rozbito novými objevy a vynálezy. Výzvy pro starověkou vědu se objevovaly současně s výzvami pro tradiční náboženství, ekonomiku, společenské struktury a vlády. Osmnácté století bylo obdobím revolucí, včetně americké revoluce, francouzské revoluce a mezi nimi revoluce v chemických vědách.
S rozvojem teorie flogistonu se začala různými způsoby popisovat podstata a vlastnosti této záhadné látky. Zatímco Stahl považoval flogiston za neurčitý princip, stoupenci jeho teorie začali flogistonu přiřazovat fyzikální vlastnosti, například hmotnost. Zpočátku se zdálo, že to jen posiluje logiku teorie. Když dřevo hoří, zanechává za sebou lehčí látku, popel. Chybějící hmotnost je tedy uniklý flogiston. Když kov, například železo, zreziví, zdá se rez lehčí, takže chybějící hmotnost opět představoval uniklý flogiston.
Pozorní experimentátoři si však všimli, že zatímco rez kovů se zdá lehčí nebo alespoň méně hustá než kov, z něhož vznikla, ve skutečnosti rez váží více. To vedlo k dalšímu laborování s teorií. Někteří zastánci navrhovali, že flogiston má zápornou hmotnost, a proto když opustí látku, výsledek je těžší. Teorie flogistonu začala být těžkopádná a příliš komplikovaná. Vysvětlení jeho vlastností začala být rozporuplná. Aby bylo možné vysvětlit určité vlastnosti, musel mít někdy hmotnost žádnou, někdy kladnou a někdy zápornou.
Další problémy pro flogistonovou teorii vyplývaly z nových experimentů a výzkumů prováděných v oblasti plynů. Na plynech začala pracovat mezinárodní skupina experimentátorů, kteří si vyměňovali poznatky a publikovali a překládali výsledky pokusů, přičemž každý z nich vnášel do pozorovaných výsledků svůj vlastní pohled a předpoklady.
V Anglii v 70. letech 17. století byl Joseph Preistley (1733-1804) oddaným zastáncem flogistonu, ale byl také pečlivým experimentátorem. Izoloval nový plyn zahříváním rtuti, která při zahřívání uvolňovala nový plyn a zanechávala po sobě kovovou rtuť. Díky tomuto novému plynu hořely věci jasněji a déle než normální vzduch. Myši uzavřené ve sklenicích s tímto novým plynem mohly dýchat déle než na normálním vzduchu. Preistley hledal vysvětlení, které by zůstalo v souladu s flogistonovou teorií, a tak spekuloval, že tento nový plyn zvláště dobře pohlcuje flogiston. Předpokládal, že obyčejný vzduch již nějaký flogiston obsahuje, a tak by se mohl rychle naplnit dalším flogistonem, což by znemožnilo hoření, rezavění a dýchání. Tento nový vzduch, který Priestley nazval deflogistikovaný vzduch, byl zcela prostý flogistonu, takže jeho naplnění trvalo mnohem déle.
Ve Francii prováděl podobné pokusy se stejnými látkami Antoine Lavoisier (1743-1794). Získal stejné výsledky jako Priestley, ale hledal nové vysvětlení hoření, takže se na své výsledky díval z jiného úhlu pohledu. Lavoisier navrhl, že místo toho, aby se při rezavění kovu nebo hoření látky uvolňoval flogiston, je jednodušší vysvětlení, že Priestleyův nový plyn, který nazval kyslík, je pohlcován ze vzduchu.
Ačkoli obě teorie dobře vysvětlovaly pozorované výsledky, Lavoisierovo vysvětlení mělo oproti Priestleyovu jednu velkou výhodu, poskytovalo mechanismus přibývání hmotnosti rzi. Rez kovu spočívala v tom, že se kov spojil s kyslíkem a vznikla těžší látka zvaná oxid. To byl revoluční přístup k problému, který se vymykal předchozím tradicím sahajícím až k Platónovi. Zatímco zdravý rozum předpokládal, že hoření nebo rezavění předmětu má za následek, že něco uniká, Lavoisierova pečlivá experimentální analýza ukázala, že ve skutečnosti dochází k absorpci kyslíku.
Lavoisier však nedokázal vysvětlit podstatu tepla a ohně a byl nucen vymyslet zvláštní novou látku, kterou nazval kalorikum. Kalorik měl řadu podobností s flogistonem v tom, že byl principem ohně, stejně jako se dříve uvažovalo o síře a flogistonu.
Další experimentální práce s jinými kovy, jejich rzí a dalšími novými plyny pomalu začaly vytvářet ucelenější obraz toho, co se děje při rzi a hoření. Další průlom přišel s poznáním, že voda je kombinací plynů vodíku a kyslíku. Pokud spálíte vodík, vznikne voda. Lavoisierova teorie získávala podporu, protože stále více pokusů přinášelo příznivé výsledky.
Lavoisierův hlavní oponent Priestley ho přežil, ale nedokázal zvrátit trend Lavoisierovy „nové chemie“. Priestleyho poslední kniha, vydaná v roce 1796, stále silně podporovala flogistonovou teorii, ale obsahovala poznámku o kapitulaci před převládajícími názory ostatních. Napsal: „Ve vědě bylo jen málo revolucí, pokud vůbec nějaké, tak velkých, tak náhlých a tak všeobecných, jako je převaha toho, co se nyní obvykle nazývá novým systémem chemie, neboli antiflogistonů, nad Stahlovou doktrínou, která byla svého času považována za největší objev, který kdy byl v této vědě učiněn.“
Přestože mnozí historici charakterizují Priestlyho jako tvrdohlavého, pošetilého obhájce zastaralé teorie, přijetí Lavoisierových myšlenek v tak krátké době je překvapivější. Kritici správně poukazovali na to, že Lavoisierova teorie je neúplná a nedokáže vysvětlit všechny pozorované výsledky. Postupem času se však teorie upevňovala a doplňovala, aniž by ztratila svou jednoduchost. Někteří mu vyčítali, že pouze nahradil Stahlův flogiston svým vlastním kalorikem, látkou přinejmenším stejně záhadnou. Kalor však nebyl ústředním bodem Lavoisierových myšlenek.
Nová teorie spalování měla několik klíčových bodů ve svůj prospěch. Byla jednoduchá, konzistentní, neodvolávala se na záporné hmotnosti ani jiné zdánlivě tajemné pojmy a byla pevně založena na experimentální analýze. Tu a tam zůstalo několik zastánců flogistonu, ale důkazů pro Lavoisierovu teorii stále přibývalo. Poslední dědictví flogistonu, Lavoisierův kalorik, se však podařilo vysvětlit až ve dvacátém století. Ukázalo se, že teplo je forma energie, a tajemné a mýtické představy o kaloriku a flogistonu již nebyly nutné.
DAVID TULLOCH
Další četba
Knihy
Conant, James Bryant. The Overthrow of the Phlogiston Theory-The Chemical Revolution of 1775-1789 [Svržení flogistonové teorie – chemická revoluce v letech 1775-1789]. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1956.
Lavoisier, Antoine. Essays Physical and Chemical. Thomas Henry, přel. Vydání druhé. Londýn:
White, John Henry. The History of The Phlogiston Theory [Dějiny flogistonové teorie]. Londýn: E. Arnold, 1932, reprinted by AMS Press (New York), 1973.
Internetové stránky
Vybrané klasické práce z dějin chemie. http://maple.lemoyne.edu/~giunta/papers.html. Obsahuje několik Lavoisierových prací.