Overblik
I begyndelsen af det attende århundrede dominerede phlogiston-teorien om ild. I slutningen af det attende århundrede var Phlogiston-teorien imidlertid blevet omstyrtet af det nye begreb om forbrænding af ilt. Omstyrtelsen af Phlogiston-teorien om ild fremstilles ofte som et strålende eksempel på den gode videnskabs triumf over den dårlige videnskab, men sagaen er en saga med mange falske starter, falske eksperimenter og falske antagelser. Personligheder, sociale og kulturelle påvirkninger og den nye vægt på eksperimentel analyse og naturlige årsager kombinerede sig for at udfordre og erstatte Phlogiston-teorien.
Baggrund
De græske filosoffer anså ild for at være et af naturens grundelementer og gav en række forskellige fortolkninger. Heraklit fra Efesos (ca. 535-475 f.Kr.) gjorde ilden til skabelsens universelle kraft. Aristoteles (384-322 f.Kr.) kaldte ild for et af de store principper for alle ting. Platon (427-347 f.Kr.), Aristoteles’ lærer, foreslog, at brændbare genstande indeholdt et brændbart princip i sig selv, et stof, der fik dem til at brænde, men det var Aristoteles’ idéer, der dominerede middelalderens europæiske tænkning.
Aristoteles’ ild var en del af et fire-element-system bestående af luft, jord, ild og vand. Et stof som f.eks. træ bestod af en kombination af de fire elementer. Når det brændte, var flammen det element af ild, der slap ud, enhver damp var luft, enhver fugt vand, og asken, der blev tilbage, var jord.
Renæssancen i det 16. århundrede genopdagede Platons værker som en del af en bredere intellektuel bevægelse, der gik ud på at genopdage den klassiske fortid. Platons begreb om et brændbart princip i et stof passede godt til periodens alkymistiske ideer. Platons begreb blev ændret, og alkymisterne kom til at betragte svovl eller “en eller anden vag svovlånd” som det brændbare princip. Svovl brændte næsten fuldstændigt, og derfor blev svovl betragtet som selve ilden eller som noget nært beslægtet med ild. Man konstruerede et nyt system af grundstoffer, hvor stoffer blev forklaret ved en kombination af svovl, kviksølv og salt. Så træ brændte, fordi det indeholdt svovl, afgav flammer, fordi det indeholdt kviksølv, og efterlod aske, fordi det indeholdt salt.
I midten af det 17. århundrede førte Johann Joachim Bechers (1635-1682) og hans elev Georg Ernst Stahls (1660-1734) observationer, eksperimenter og filosofi til, at de foreslog en ny fortolkning af svovl. De foreslog, at svovl faktisk blev fremstillet af en kombination af svovlsyre og et nyt stof, som de kaldte phlogiston. Phlogiston (udtales FLO-jis-ton) var faktisk princippet bag ild, ikke svovl, og Stahl foreslog, at phlogiston blev frigivet af alle stoffer, når de brændte. Når træ brænder, frigiver det derfor phlogiston til luften og efterlader aske. Aske var derfor træ minus phlogiston. Svovl og materialer som kul og fedt brændte godt, fordi de indeholdt en stor mængde phlogiston.
Impact
Phlogiston-teorien blev hurtigt populær og var meget robust og forklarede en lang række fænomener. Den forklarede rustdannelsen af metaller. Når metallet rustede, afgav det phlogiston til luften, så et metal var en kombination af dets rust og phlogiston. Dyrenes vejrtrækning kunne også forklares. Når maden blev “brændt” inde i kroppen, blev phlogiston frigjort og udstødt ud af kroppen via lungerne. Phlogiston var “ilds drivkraft”, grundlaget for farver, princippet for antændelighed, uforgængeligt og et “yderst subtilt stof”. Det kunne let bruges til at forklare observerede resultater i eksperimenter. F.eks. viste eksperimenter, at hvis man brændte en træstok i et begrænset rum, f.eks. en krukke, ville forbrændingen stoppe efter kort tid. Dette blev forklaret ved at antyde, at luft kun kunne indeholde en vis mængde phlogiston, og når den nåede sin grænse, kunne der ikke finde mere forbrænding sted.
Theorien om phlogiston var meget vellykket, og var så bred i sin rækkevidde og accept, at den blev en af de første forenende hypoteser inden for de kemiske videnskaber. Forskerne begyndte dog at få problemer med at forklare nogle nye eksperimentelle resultater. En af grundene var, at teorien forsøgte at forklare for mange ting. Jo mere teorien blev ændret af dens tilhængere for at forklare en bestemt observeret adfærd, jo vanskeligere havde de ved at forklare andre.
Hele metoden til undersøgelse af naturen var under forandring. Tilliden til fortiden blev knust af nye opdagelser og opfindelser. Udfordringer til den gamle videnskab opstod samtidig med, at der blev stillet udfordringer til den traditionelle religion, økonomi, sociale strukturer og regeringer. Det attende århundrede var en periode med revolutioner, herunder den amerikanske revolution, den franske revolution og mellem disse en revolution inden for de kemiske videnskaber.
Da teorien om phlogiston udviklede sig, begyndte man at beskrive det mystiske stofs natur og egenskaber på forskellige måder. Hvor Stahl havde betragtet phlogiston som et vagt princip, begyndte tilhængerne af hans teori at tildele phlogiston fysiske egenskaber som f.eks. vægt. I første omgang syntes dette kun at styrke teoriens logik. Når træ brænder, efterlader det en lettere substans, aske, tilbage. Derfor er den manglende vægt den undslupne phlogiston. Når et metal som f.eks. jern ruster, virker rusten lettere, så igen var den manglende vægt den undslupne phlogiston.
Men omhyggelige eksperimentatorer bemærkede, at mens rusten af metaller virkede lettere, eller i det mindste mindre tæt, end det metal, den kom fra, vejede rusten i virkeligheden mere. Dette resulterede i mere fifleri med teorien. Nogle tilhængere foreslog, at phlogiston havde en negativ vægt, og at når det forlod et stof, gjorde det derfor resultatet tungere. Phlogiston-teorien begyndte at blive uhåndterbar og alt for kompliceret. Forklaringer på dens egenskaber begyndte at være modstridende. For at forklare visse egenskaber måtte den nogle gange ikke have nogen vægt, nogle gange positiv vægt og nogle gange negativ.
Flere problemer for phlogiston-teorien opstod som følge af nye eksperimenter og forskning, der blev udført på gasser. En international gruppe af eksperimentatorer begyndte at arbejde med gasser, udveksle forskning og offentliggøre og oversætte eksperimentelle resultater, idet de hver især bragte deres eget perspektiv og antagelser med til de resultater, de observerede.
I England i 1770’erne var Joseph Preistley (1733-1804) en dedikeret tilhænger af phlogiston, men han var også en omhyggelig eksperimentator. Han isolerede en ny gas ved at opvarme rust af kviksølv. når rusten blev opvarmet, afgav den den nye gas og efterlod metalkviksølv. Denne nye gas fik ting til at brænde klarere og længere end normal luft. Mus, der blev lukket inde i krukker med denne nye gas, kunne trække vejret i længere tid end i normal luft. Preistley søgte en forklaring, der ville forblive i overensstemmelse med phlogiston-teorien, så han spekulerede i, at denne nye gas var særlig god til at absorbere phlogiston. Almindelig luft, foreslog han, indeholdt allerede en del phlogiston, og kunne derfor hurtigt fyldes op med mere phlogiston, hvilket gjorde forbrænding, rustdannelse og vejrtrækning umulig. Denne nye luft, som Priestley kaldte dephlogisticated air, var helt fri for phlogiston, så det tog meget længere tid at fylde den op.
I Frankrig udførte Antoine Lavoisier (1743-1794) lignende eksperimenter med de samme stoffer. Han fik de samme resultater som Priestley, men han søgte en ny forklaring på forbrænding, så han så sine resultater fra et andet perspektiv. Lavoisier foreslog, at i stedet for at der blev afgivet phlogiston, når et metal rustede, eller et stof brændte, var en mere simpel forklaring, at Priestleys nye gas, som han kaldte ilt ilt, blev optaget fra luften.
Mens begge teorier forklarede de observerede resultater godt Lavoisiers forklaring havde en stor fordel i forhold til Priestleys, nemlig at den gav en mekanisme for rustens vægtforøgelse. Rust af et metal var metallet kombineret med ilt, hvilket producerede et tungere stof kaldet et oxid. Dette var en revolutionerende tilgang til problemet, der brød med de tidligere traditioner, der strakte sig tilbage til Platon. Mens den sunde fornuft antydede, at afbrænding eller rustning af en genstand resulterer i, at noget slipper ud, viste Lavoisiers omhyggelige eksperimentelle analyse, at der faktisk blev absorberet ilt.
Men Lavoisier kunne ikke forklare varme og ilds natur, og han var tvunget til at opfinde et mærkeligt nyt stof, som han kaldte kalorisk stof. Caloric havde en række ligheder med phlogiston, idet det var et ildprincip, ligesom svovl og phlogiston tidligere var blevet betragtet.
Flere eksperimenter med andre metaller, deres rust og andre nye gasser begyndte langsomt at udvikle et mere sammenhængende billede af, hvad der skete under rustning og forbrænding. Et andet gennembrud kom med erkendelsen af, at vand var en kombination af gasserne brint og ilt. Hvis man brænder brint, dannes der vand. Lavoisiers teori fik støtte, efterhånden som flere og flere eksperimenter gav gunstige resultater.
Lavoisiers hovedmodstander, Priestley, overlevede ham, men var ikke i stand til at vælte tendensen til Lavoisiers “nye kemi”. Priestleys sidste bog, der blev udgivet i 1796, støttede stadig stærkt Phlogiston-teorien, men indeholdt dog en note af overgivelse over for andres fremherskende meninger. Han skrev: “Der har været få, om nogen, revolutioner i videnskaben, der har været så store, så pludselige og så generelle som udbredelsen af det, der nu normalt betegnes som det nye kemi-system eller antiphlogistonsystemet, over Stahls doktrin, som på et tidspunkt blev anset for at være den største opdagelse, der nogensinde var blevet gjort inden for denne videnskab.”
Mens mange historikere har karakteriseret Priestly som en stædig, tåbelig forsvarer af en forældet teori, er det mere overraskende, at Lavoisiers ideer blev accepteret på så kort tid. Kritikere påpegede med rette, at Lavoisiers teori var ufuldstændig og ikke kunne forklare alle observerede resultater. Med tiden blev teorien imidlertid stærkere og mere komplet, uden at den dog mistede sin enkelhed. Nogle beskyldte ham for blot at erstatte Stahls phlogiston med sit eget kalorisk stof, et stof, der var mindst lige så mystisk. Men kalorid var ikke centralt for Lavoisiers ideer.
Den nye forbrændingsteori havde flere nøglepunkter, der talte til dens fordel. Den var enkel og konsekvent, den påberåbte sig ikke negative vægte eller andre tilsyneladende mystiske begreber, og den var solidt baseret på eksperimentel analyse. Der var fortsat nogle få tilhængere af phlogiston her og der, men beviserne for Lavoisiers teori blev ved med at vokse. Det var dog først i det tyvende århundrede, at den sidste arv fra phlogiston, Lavoisiers kaloriske teori, blev bortforklaret. Varme blev afsløret som en form for energi, og de mystiske og mytiske ideer om kalorier og phlogiston var ikke længere nødvendige.
DAVID TULLOCH
Videregående læsning
Bøger
Conant, James Bryant. The Overthrow of the Phlogiston Theory-The Chemical Revolution of 1775-1789. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1956.
Lavoisier, Antoine. Essays Physical and Chemical. Thomas Henry, trans. 2. udgave. London: Cass, 1970.
White, John Henry. The History of The Phlogiston Theory. London: E. Arnold, 1932, genoptrykt af AMS Press (New York), 1973.
Internetsider
Selected Classic Papers from the History of Chemistry. http://maple.lemoyne.edu/~giunta/papers.html. Indeholder flere artikler af Lavoisier.