概要
18世紀初頭には、火のフロギストン説が主流であった。 しかし、18世紀の終わりには、フロギストン説は酸素の燃焼という新しい概念によって覆された。 フロギストン説の崩壊は、科学が悪に勝利した輝かしい例として紹介されることが多いが、この物語は、多くの誤ったスタート、誤った実験、誤った仮説の一つである。
背景
ギリシャの哲学者たちは、火を自然の基本要素の1つと考え、さまざまな解釈をしていた。 エフェソスのヘラクレイトス（535-475 b.c.頃）は、火を創造の万有引力としました。 アリストテレス（384-322 b.c.）は、火を万物の大原則のひとつと呼んだ。 アリストテレスの師であるプラトン（427-347 b.c.）は、燃えやすいものは燃えやすい原理、つまり燃える物質を含んでいるとしたが、中世ヨーロッパの思想を支配したのはアリストテレスの考えであった。 木のような物質は、この4つの元素の組み合わせでできていた。
16世紀のルネサンスでは、古典的な過去を再発見する幅広い知的運動の一環として、プラトンの著作が再発見された。 プラトンが提唱した物質中の可燃性原理の概念は、この時代の錬金術の考え方によく合っていた。 プラトンの概念は修正され、錬金術師たちは硫黄、あるいは「硫黄の曖昧な精神」を可燃性の原理と見なすようになった。 硫黄はほとんど完全に燃えるので、硫黄は火そのもの、あるいは火と密接な関係にあるものと見なされた。 そして、硫黄、水銀、塩の組み合わせで物質を説明する、新しい元素体系が構築されたのである。 17世紀半ば、ヨハン・ヨアヒム・ベッヒャー（1635-1682）とその弟子ゲオルグ・エルンスト・スタール（1660-1734）の観察、実験、哲学によって、彼らは硫黄の新しい解釈を提案することになった。 彼らは、硫黄は実は硫酸とフロギストンと呼ばれる新物質が結合してできたものだと提唱した。 フロギストン（FLO-jis-tonと発音）は、実は硫黄ではなく火の原理であり、シュタールは、フロギストンはすべての物質が燃えるときに放出するものであると提案した。 したがって、木が燃えるとフロギストンが空気中に放出され、灰が残る。 従って、灰は木材からフロギストンを除いたものである。 硫黄や木炭、脂肪などの物質がよく燃えるのは、フロギストンを大量に含んでいるからである
影響
フロギストン説は急速に普及し、非常に強固でさまざまな現象を説明することができた。 金属の錆びを説明した。 金属が錆びると空気中にフロギストンを放出するので、金属はその錆とフロギストンが結合したものである。 また、動物の呼吸も説明できる。 食べ物が体内で「燃焼」すると、フロギストンが放出され、肺によって体外に排出されるのである。 フロギストンは、「火の原動力」「色の基礎」「発火性の原理」「破壊されない」「極めて微細な物質」であった。 実験で観察された結果を説明するのに容易に使うことができた。 例えば、壷のような狭い場所で木の棒を燃やすと、しばらくして燃焼が止まるという実験結果がある。 これは、空気にはある量のフロギストンしか含まれず、それが限界に達すると、それ以上燃焼が起こらなくなることを示唆して説明された
フロギストンの理論は非常に成功し、その範囲は非常に広く、化学科学の最初の統一仮説の1つになったほど受け入れられた。 しかし、科学者たちは、いくつかの新しい実験結果の説明に問題を抱え始めた。 その理由の1つは、理論があまりにも多くのことを説明しようとしすぎたことである。 理論が、観察されたある特定の行動を説明するために支持者によって修正されればされるほど、他の行動を説明することが難しくなったのだ。 過去への信頼は、新しい発見や発明によって打ち砕かれた。 古代の科学に対する挑戦は、伝統的な宗教、経済、社会構造、政府に対する挑戦と同時に起こりました。 18世紀は、アメリカ革命、フランス革命などの革命の時代であり、その間に化学科学の革命が起こったのである
フロギストン理論の発展とともに、この謎の物質の性質と特性がさまざまに説明されはじめた。 シュタールがフロギストンを漠然とした原理として考えていたのに対し、彼の理論の信奉者はフロギストンに重さなどの物理的性質を付与するようになった。 これは、当初は理論の論理性を補強するものに過ぎなかった。 木が燃えると、灰という軽い物質が残る。 だから、重さが足りないのは、逃げたフロギストンである。 鉄などの金属が錆びると、錆は軽く見えるので、やはり足りない重さは逃げたフロギストンである。
しかし、注意深い実験者は、金属の錆は元の金属より軽く、少なくとも密度が低く見えるが、実際には錆の重さはもっとあることに気がついた。 このため、理論にさらに手を加えることになった。 フロギストンが負の重さを持っていて、物質から離れるとその分重くなるという説を支持する人もいた。 フロギストン説は扱いにくく、複雑になりすぎた。 フロギストンの特性に関する説明は矛盾し始めた。 ある性質を説明するために、あるときは重さを持たず、あるときは正の重さを持ち、あるときは負の重さを持たなければならなかったのだ。 1770年代のイギリスでは、ジョセフ・プリストレイ（1733-1804）がフロギストンの熱心な支持者であったが、彼はまた注意深い実験者でもあった。 彼は、水銀の錆を加熱して新しいガスを単離した。錆は加熱されると新しいガスを放出し、金属の水銀が残ったままであった。 この新しいガスは、通常の空気よりも明るく、長くものを燃やすことができた。 この新しいガスの入った瓶に封じ込められたマウスは、普通の空気よりも長く呼吸することができた。 プリストレイは、フロギストン説と矛盾しない説明を求めて、この新しいガスがフロギストンを吸収するのに特に優れていると推測した。 普通の空気にはすでにフロギストンが含まれているので、すぐにフロギストンが充満してしまい、燃焼、錆び、呼吸が不可能になるのだ、と彼は考えた。 この新しい空気は、プリーストリーがデフロジスティック空気と呼んだもので、フロギストンをまったく含まないため、充満するのに非常に時間がかかった。
フランスではアントワーヌ・ラヴォアジエ（1743-1794）が同じ物質で同様の実験を行った。 彼はプリーストリーと同じ結果を得たが、燃焼の新しい説明を求めていたため、異なる視点から結果を見た。 ラヴォアジエは、金属が錆びたり物質が燃えたりするときにフロギストンが放出されるのではなく、プリーストレイが酸素と呼ぶ新しいガスが空気中から吸収されているのだと提案したのです。 金属の錆は、金属が酸素と結合して、酸化物という重い物質を生成しているのである。 これは、プラトン以来の伝統にとらわれない画期的な方法であった。 しかし、熱や火の性質を説明できないラヴワジエは、カロリックという奇妙な物質を新たに発明することになる。 カロリックは、それまで考えられていた硫黄やフロギストンと同様に、火の原理であるという点でフロギストンと多くの類似点があった。
他の金属やその錆、その他の新しい気体を用いたさらなる実験により、錆や燃焼中に何が起こるかについて、より一貫したイメージが徐々にでき始めていた。 さらに、水は水素と酸素という気体が結合したものであることがわかり、画期的な発見があった。 水素を燃やせば、水ができる。 ラヴワジエの理論は、より多くの実験が好ましい結果を出すにつれて支持を得た。
ラヴワジエの主な敵であるプリーストリーは彼より長生きしたが、ラヴワジエの「新しい化学」への傾向を覆すことはできなかった。 1796年に出版されたプリーストリーの最後の著書は、依然としてフロギストン説を強く支持していたが、他の有力な意見に屈服したことを記している。 科学における革命で、これほど偉大で、これほど急激で、これほど一般的なものはほとんどない。”
多くの歴史家がプリーストリーを時代遅れの理論の頑固で愚かな擁護者と特徴づけているが、このように短期間でラヴワジエの考えが受け入れられたことはもっと驚くべきことである。 批評家たちは、ラヴワジエの理論が不完全であり、観測されたすべての結果を説明できないことを当然に指摘した。 しかし、ラヴワジエの理論は時間とともに、その単純さを失うことなく、より強固に、より完全なものとなっていった。 また、シュタールのフロギストンを、それと同じくらい謎めいた物質であるカロリックに置き換えただけだと非難する者もいた。 しかし、カロリックはラヴワジエの考えの中心的なものではなかった。 それは、単純で、一貫性があり、負の重みや他の一見難解な概念を持ち出さず、実験的分析にしっかりと基づいていることであった。 フロギストン説を支持する者も少なくなかったが、ラヴワジエの説を支持する証拠は増え続けた。 しかし、フロギストンの最後の遺産であるラヴワジエのカロリーが説明されるのは、20世紀になってからであった。 熱はエネルギーの一形態であることが明らかになり、カロリックとフロギストンという神秘的で神話的な考え方は、もはや必要なくなったのである」
DAVID TULLOCH
Further Reading
Books
Conant, James Bryant. フロギストン説の打破-1775-1789年の化学革命。 Cambridge, MA: Harvard University Press, 1956.
Lavoisier, Antoine. エッセイ・フィジカル・アンド・ケミカル. Thomas Henry, trans. 第2版. ロンドン: Cass, 1970.
White, John Henry. フロギストン説の歴史. ロンドン: E. Arnold, 1932, reprinted by AMS Press (New York), 1973.
インターネットサイト
Selected Classic Papers from the History of Chemistry.The History of Chemistry.The History of Chemicals. http://maple.lemoyne.edu/~giunta/papers.html. Lavoisierの論文を数編収録。