Visão Geral
No início do século XVIII, a teoria do fogo de Phlogiston dominava. No final do século XVIII, no entanto, a teoria de Phlogiston tinha sido derrubada pelo novo conceito de combustão de oxigênio. A derrubada da teoria do fogo de Phlogiston é frequentemente apresentada como um exemplo brilhante do triunfo da ciência boa sobre a má, mas a saga é um dos muitos falsos começos, falsas experiências e falsas suposições. Personalidades, influências sociais e culturais, e a nova ênfase na análise experimental e causas naturais combinadas para desafiar e substituir a teoria de Phlogiston.
Contexto
Os filósofos gregos consideravam o fogo como um dos elementos básicos da natureza, oferecendo uma série de diferentes interpretações. Heraclito de Éfeso (cerca de 535-475 a.c.) fez do fogo a força universal da criação. Aristóteles (384-322 a.c.) chamou o fogo como um dos grandes princípios de todas as coisas. Platão (427-347 a.c.), o professor de Aristóteles, sugeriu que objetos queimáveis continham dentro deles algum princípio inflamável, uma substância que os fazia queimar, mas foram as idéias de Aristóteles que dominaram o pensamento medieval europeu.
Aristóteles fazia parte de um sistema de quatro elementos consistindo de ar, terra, fogo e água. Uma substância como a madeira era composta por uma combinação dos quatro elementos. Quando ela queimava a chama era o elemento de fuga do fogo, qualquer vapor era ar, qualquer água de umidade, e a cinza que restava era terra.
O Renascimento do século XVI redescobriu as obras de Platão, como parte de um movimento intelectual mais amplo de redescoberta do clássico. A noção de Platão de um princípio queimável dentro de uma substância encaixava bem com as idéias alquímicas da época. O conceito de Platão foi modificado e os alquimistas passaram a considerar o enxofre, ou “algum vago espírito de enxofre”, como o princípio inflamável. O enxofre queimava quase completamente, portanto o enxofre era visto como o próprio fogo, ou algo intimamente relacionado ao fogo. Foi construído um novo sistema de elementos, com substâncias explicadas por uma combinação de enxofre, mercúrio e sal. Assim, a madeira queimada porque continha enxofre, emitiu chamas porque continha mercúrio e deixou cinzas porque continha sal.
Em meados do século XVII as observações, experiências e filosofia de Johann Joachim Becher (1635-1682) e seu aluno Georg Ernst Stahl (1660-1734) levaram-nos a sugerir uma nova interpretação do enxofre. Eles propuseram que o enxofre era na verdade feito de uma combinação de ácido sulfúrico mais uma nova substância que eles chamavam de phlogiston. O clogistão (pronunciado FLO-jis-ton) era na verdade o princípio do fogo, não do enxofre, e Stahl sugeriu que o clogistão era liberado por todas as substâncias quando queimavam. Assim, à medida que a madeira queima, liberta o clogistão no ar, deixando cinzas para trás. As cinzas eram, portanto, madeira menos o clogistão. O enxofre e materiais como carvão e gordura queimavam bem porque continham uma grande quantidade de clogistão.
Impacto
A teoria do clogistão rapidamente se tornou popular, e era muito robusta, explicando uma grande variedade de fenômenos. Explicava a ferrugem dos metais. Como o metal enferrujado, ele emitia o clogistão para o ar, assim um metal era uma combinação da sua ferrugem e do clogistão. A respiração dos animais também podia ser explicada. Como os alimentos eram “queimados” dentro do corpo, o clogistão era liberado e expelido para fora do corpo pelos pulmões. O clogistão era o “poder motor do fogo”, a base da cor, o princípio da inflamabilidade, indestrutível, e uma “matéria extremamente sutil”. Podia facilmente ser usado para explicar os resultados observados em experiências. Por exemplo, os experimentos mostraram que se você queimasse um pau de madeira em um espaço confinado, como um pote, após um curto período de tempo a combustão pararia. Isto foi explicado sugerindo que o ar só poderia conter uma certa quantidade de clogistão, e uma vez atingido o seu limite, então não poderia haver mais combustão.
A teoria do clogistão foi muito bem sucedida, e foi tão ampla no seu alcance e aceitação que se tornou uma das primeiras hipóteses unificadoras das ciências químicas. No entanto, os cientistas começaram a ter problemas para explicar alguns novos resultados experimentais. Uma das razões foi que a teoria tentou explicar demasiadas coisas. Quanto mais a teoria era modificada pelos seus defensores para explicar um determinado comportamento observado, mais dificuldade tinham em explicar outros.
O método inteiro de investigação da natureza estava mudando. A dependência do passado foi abalada por novas descobertas e invenções. Os desafios à ciência antiga ocorreram ao mesmo tempo em que foram apresentados desafios à religião tradicional, à economia, às estruturas sociais e aos governos. O século XVIII foi um período de revoluções, incluindo a Revolução Americana, a Revolução Francesa, e entre estas uma revolução nas ciências químicas.
Como a teoria do clogistão se desenvolveu, a natureza e as propriedades da substância misteriosa começaram a ser descritas de diferentes maneiras. Enquanto Stahl tinha considerado o clogistão como um princípio vago, os seguidores de sua teoria começaram a atribuir propriedades físicas como o peso ao phlogistão. No início, isto parecia apenas fortalecer a lógica da teoria. Quando a madeira queima, deixa uma substância mais leve, cinzas, para trás. Portanto, o peso em falta é o phlogiston escapado. Quando um metal como o ferro enferruja, a ferrugem aparece mais leve, então mais uma vez o peso que faltava era o clogistão fugitivo.
No entanto, experimentadores cuidadosos notaram que enquanto a ferrugem dos metais parecia mais leve, ou pelo menos menos menos menos densa, do que o metal de onde tinha vindo, na verdade a ferrugem pesava mais. Isto resultou em mais remendos com a teoria. Alguns apoiantes sugeriram que o phlogiston tinha um peso negativo, e assim, quando deixou uma substância, tornou o resultado mais pesado. A teoria do phlogiston começou a tornar-se pesada e excessivamente complicada. As explicações das suas propriedades começaram a ser contraditórias. Para explicar certas propriedades, às vezes ele não tinha que ter peso, às vezes peso positivo e às vezes negativo.
Outros problemas para a teoria do phlogistão resultaram de novas experiências e pesquisas conduzidas sobre gases. Um grupo internacional de experimentadores começou a trabalhar com gases, trocando pesquisas e publicando e traduzindo resultados experimentais, cada um trazendo sua própria perspectiva e suposições aos resultados observados.
Na Inglaterra durante os anos 1770 Joseph Preistley (1733-1804) era um dedicado apoiador do clogistão, mas ele também era um experimentador cuidadoso. Ele isolou um novo gás aquecendo a ferrugem do mercúrio. Quando aquecido, a ferrugem liberou o novo gás e deixou para trás o metal mercúrio. Este novo gás fazia com que as coisas queimassem mais brilhantemente e por mais tempo do que o ar normal. Os ratos selados em frascos com este novo gás podiam respirar durante mais tempo do que no ar normal. Preistley procurou uma explicação que permanecesse consistente com a teoria do phlogiston, então ele especulou que este novo gás era particularmente bom em absorver o phlogiston. O ar comum, sugeriu ele, já continha algum clogistão, e assim poderia ser rapidamente preenchido com mais clogistão, tornando impossível a combustão, a ferrugem e a respiração. Este novo ar, que Priestley chamou de ar deshlog sofisticado, estava completamente livre de clogistão, então levou muito mais tempo para encher.
Em França Antoine Lavoisier (1743-1794) realizou experiências semelhantes com as mesmas substâncias. Ele obteve os mesmos resultados que Priestley, mas ele estava procurando uma nova explicação da combustão, então ele viu seus resultados de uma perspectiva diferente. Lavoisier sugeriu que, ao invés de o clogistão ser libertado quando um metal enferrujado, ou uma substância queimada, uma explicação mais simples era que o novo gás de Priestley, que ele chamou de oxigênio, estava sendo absorvido do ar.
Embora ambas as teorias explicassem bem os resultados observados, a explicação de Lavoisier tinha uma grande vantagem sobre a de Priestley, ela deu um mecanismo para o ganho de peso das ferrugens. A ferrugem de um metal era o metal combinado com oxigênio, produzindo uma substância mais pesada chamada óxido. Esta foi uma abordagem revolucionária do problema, rompendo com as tradições anteriores que se estendiam até Platão. Enquanto o senso comum sugeria queimar ou enferrujar um objeto resultava em algo escapando, a análise experimental cuidadosa de Lavoisier mostrou que de fato o oxigênio estava sendo absorvido.
No entanto, Lavoisier não conseguiu explicar a natureza do calor e do fogo, e foi forçado a inventar uma nova substância estranha, que ele chamou de calórica. O calórico tinha uma série de semelhanças com o clogistão, pois era um princípio de fogo, assim como o enxofre e o clogistão tinham sido considerados anteriormente.
Outros trabalhos experimentais com outros metais, suas ferrugens e outros novos gases lentamente começaram a desenvolver uma imagem mais coerente do que ocorria durante a ferrugem e a queima. Outro avanço veio com a percepção de que a água era a combinação dos gases hidrogênio e oxigênio. Se você queima hidrogênio, ele produz água. A teoria de Lavoisier ganhou apoio à medida que mais e mais experiências deram resultados favoráveis.
O principal oponente de Lavoisier, Priestley, sobreviveu, mas não foi capaz de inverter a tendência para a ‘nova química’ de Lavoisier. O último livro de Priestley, publicado em 1796, ainda apoiava fortemente a Teoria de Phlogiston, mas continha uma nota de rendição às opiniões predominantes dos outros. Ele escreveu: “Tem havido poucas, se alguma, revoluções na ciência tão grandes, tão repentinas e tão gerais, como a prevalência do que agora é normalmente chamado de novo sistema da química, ou dos Antiphlogistons, sobre a doutrina de Stahl, que em algum momento foi considerada a maior descoberta que já foi feita na ciência.”
Embora muitos historiadores tenham caracterizado Priestly como um teimoso e tolo defensor de uma teoria ultrapassada, a aceitação das idéias de Lavoisier em tão pouco tempo é mais surpreendente. Os críticos apontaram corretamente que a teoria de Lavoisier era incompleta, e não podia explicar todos os resultados observados. No entanto, com o tempo a teoria foi ficando mais forte e mais completa, sem perder a sua simplicidade. Alguns acusaram-no de meramente substituir o clogistão de Stahl pelo seu próprio calórico, uma substância pelo menos tão misteriosa. Mas o calórico não era central nas idéias de Lavoisier.
A nova teoria da combustão tinha vários pontos-chave a seu favor. Era simples, consistente, não invocava pesos negativos ou outros conceitos aparentemente arcanos, e se baseava firmemente na análise experimental. Restaram alguns apoiadores do clogistão aqui e ali, mas as evidências para a teoria de Lavoisier continuaram crescendo. No entanto, não foi até o século XX que o último legado do clogistão, o calórico de Lavoisier, foi explicado. O calor revelou-se uma forma de energia, e as ideias misteriosas e míticas do calórico e do phlogiston já não eram mais necessárias.
DAVID TULLOCH
Outras Leituras
Livros
Conant, James Bryant. O derrube da Teoria do Clogistão – A Revolução Química de 1775-1789. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1956.
Lavoisier, Antoine. Ensaios Físicos e Químicos. Thomas Henry, trans. 2ª edição. Londres: Cass, 1970.
White, John Henry. The History of The Phlogiston Theory. Londres: E. Arnold, 1932, reimpresso pela AMS Press (Nova Iorque), 1973.
Sites da Internet
Papers clássicos seleccionados da História da Química. http://maple.lemoyne.edu/~giunta/papers.html. Inclui vários trabalhos de Lavoisier.