Prezentare generală
La începutul secolului al XVIII-lea a dominat teoria flogistică a focului. Cu toate acestea, până la sfârșitul secolului al XVIII-lea, teoria lui Phlogiston a fost răsturnată de noul concept al combustiei oxigenului. Răsturnarea teoriei flogistonului asupra focului este adesea prezentată ca un exemplu strălucitor al triumfului științei bune asupra celei rele, însă saga este una cu multe începuturi false, experimente false și ipoteze false. Personalitățile, influențele sociale și culturale, precum și noul accent pus pe analiza experimentală și pe cauzele naturale s-au combinat pentru a contesta și a înlocui teoria Phlogistonului.
Context
Filosofii greci au considerat focul ca fiind unul dintre elementele de bază ale naturii, oferind o serie de interpretări diferite. Heraclit din Efes (aproximativ 535-475 î.Hr.) a făcut din foc forța universală a creației. Aristotel (384-322 î.Hr.) a numit focul unul dintre marile principii ale tuturor lucrurilor. Platon (427-347 î.Hr.), învățătorul lui Aristotel, a sugerat că obiectele combustibile conțineau în ele un principiu inflamabil, o substanță care le făcea să ardă, dar ideile lui Aristotel au fost cele care au dominat gândirea europeană medievală.
Focul lui Aristotel făcea parte dintr-un sistem cu patru elemente, format din aer, pământ, foc și apă. O substanță precum lemnul era alcătuită dintr-o combinație a celor patru elemente. Când ardea, flacăra era elementul focului care scăpa, orice vapori erau aerul, orice umezeală era apa, iar cenușa care rămânea era pământul.
Renasterea din secolul al XVI-lea a redescoperit operele lui Platon, ca parte a unei mișcări intelectuale mai largi de redescoperire a trecutului clasic. Noțiunea lui Platon despre un principiu inflamabil în cadrul unei substanțe se potrivea bine cu ideile alchimice ale perioadei. Conceptul lui Platon a fost modificat și alchimiștii au ajuns să considere sulful, sau „un vag spirit vag de sulf”, ca fiind principiul inflamabil. Sulful ardea aproape în întregime, prin urmare, sulful era văzut ca fiind focul însuși, sau ceva strâns legat de foc. A fost construit un nou sistem de elemente, cu substanțe explicate printr-o combinație de sulf, mercur și sare. Astfel, lemnul ardea deoarece conținea sulf, emana flăcări deoarece conținea mercur și lăsa cenușă deoarece conținea sare.
La mijlocul secolului al XVII-lea, observațiile, experimentele și filosofia lui Johann Joachim Becher (1635-1682) și a elevului său Georg Ernst Stahl (1660-1734) i-au determinat pe aceștia să sugereze o nouă interpretare a sulfului. Ei au propus că sulful era de fapt obținut dintr-o combinație de acid sulfuric plus o nouă substanță pe care au numit-o flogiston. Phlogiston (pronunțat FLO-jis-ton) era de fapt principiul focului, nu al sulfului, iar Stahl a sugerat că phlogiston era eliberat de toate substanțele atunci când acestea ardeau. Prin urmare, atunci când arde, lemnul eliberează flogiston în aer, lăsând în urmă cenușă. Prin urmare, cenușa era lemnul minus flogistonul. Sulful și materiale precum cărbunele și grăsimea ardeau bine deoarece conțineau o mare cantitate de flogiston.
Impact
Teoria flogistonului a devenit rapid populară și era foarte robustă, explicând o mare varietate de fenomene. Ea explica ruginirea metalelor. Pe măsură ce metalul ruginea, el degaja flogiston în aer, astfel că un metal era o combinație între rugina sa și flogiston. Respirația animalelor putea fi, de asemenea, explicată. Pe măsură ce hrana era „arsă” în interiorul corpului, flogistonul era eliberat și expulzat în afara corpului prin plămâni. Phlogistonul era „forța motrice a focului”, fundamentul culorii, principiul inflamabilității, indestructibil și o „materie extrem de subtilă”. Putea fi folosit cu ușurință pentru a explica rezultatele observate în experimente. De exemplu, experimentele au arătat că, dacă ardeai un băț de lemn într-un spațiu restrâns, cum ar fi un borcan, după o perioadă scurtă de timp arderea se oprea. Acest lucru a fost explicat sugerând că aerul nu putea conține decât o anumită cantitate de flogiston și, odată ce își atingea limita, atunci nu mai putea avea loc combustia.
Teoria flogistonului a avut un mare succes și a fost atât de largă în domeniul său de aplicare și acceptare încât a devenit una dintre primele ipoteze unificatoare ale științelor chimice. Cu toate acestea, oamenii de știință au început să aibă probleme în explicarea unor noi rezultate experimentale. Unul dintre motive a fost că teoria încerca să explice prea multe lucruri. Cu cât teoria era mai mult modificată de susținătorii ei pentru a explica un anumit comportament observat, cu atât mai greu le era să explice altele.
Întreaga metodă de investigare a naturii era în schimbare. Încrederea în trecut era spulberată de noile descoperiri și invenții. Provocările la adresa științei antice au apărut în același timp cu provocările la adresa religiei, economiei, structurilor sociale și guvernelor tradiționale. Secolul al XVIII-lea a fost o perioadă de revoluții, inclusiv Revoluția Americană, Revoluția Franceză și, între acestea, o revoluție în științele chimice.
Pe măsură ce teoria flogistonului s-a dezvoltat, natura și proprietățile substanței misterioase au început să fie descrise în moduri diferite. În timp ce Stahl considerase flogistonul ca fiind un principiu vag, adepții teoriei sale au început să atribuie flogistonului proprietăți fizice precum greutatea. La început, acest lucru părea doar să întărească logica teoriei. Atunci când lemnul arde, lasă în urmă o substanță mai ușoară, cenușa. Prin urmare, greutatea care lipsește este flogistonul scăpat. Când un metal precum fierul ruginește, rugina pare mai ușoară, deci, încă o dată, greutatea lipsă era flogistonul scăpat.
Acum însă, experimentatorii atenți au observat că, deși rugina metalelor părea mai ușoară, sau cel puțin mai puțin densă, decât metalul din care provenea, de fapt rugina cântărea mai mult. Acest lucru a dus la mai multe tatonări ale teoriei. Unii susținători au sugerat că flogistonul avea o greutate negativă și, prin urmare, atunci când părăsea o substanță, făcea ca rezultatul să fie mai greu. Teoria flogistonului a început să devină greoaie și prea complicată. Explicațiile privind proprietățile sale au început să fie contradictorii. Pentru a explica anumite proprietăți, uneori trebuia să nu aibă greutate, alteori să aibă greutate pozitivă, iar alteori negativă.
Probleme suplimentare pentru teoria flogistonului au rezultat din noile experimente și cercetări efectuate asupra gazelor. Un grup internațional de experimentatori a început să lucreze asupra gazelor, să facă schimb de cercetări și să publice și să traducă rezultatele experimentale, fiecare aducând propria perspectivă și propriile ipoteze asupra rezultatelor pe care le observa.
În Anglia anilor 1770, Joseph Preistley (1733-1804) a fost un susținător dedicat al flogistonului, dar a fost și un experimentator atent. El a izolat un nou gaz prin încălzirea ruginei de mercur. atunci când a fost încălzită, rugina a degajat noul gaz și a lăsat în urmă mercurul metalic. Acest nou gaz a făcut ca lucrurile să ardă mai strălucitor și mai mult decât aerul normal. Șoarecii sigilați în borcane cu acest nou gaz puteau respira mai mult timp decât în aerul normal. Preistley a căutat o explicație care să rămână în concordanță cu teoria flogistonului, așa că a speculat că acest nou gaz era deosebit de bun la absorbția flogistonului. Aerul obișnuit, a sugerat el, conținea deja o anumită cantitate de flogiston și, prin urmare, ar putea fi umplut rapid cu mai mult flogiston, făcând imposibilă combustia, ruginirea și respirația. Acest nou aer, pe care Priestley l-a numit aer deflogisticat, era complet lipsit de flogiston, așa că avea nevoie de mult mai mult timp pentru a se umple.
În Franța, Antoine Lavoisier (1743-1794) a efectuat experimente similare cu aceleași substanțe. El a obținut aceleași rezultate ca Priestley, dar căuta o nouă explicație a combustiei, așa că și-a privit rezultatele dintr-o perspectivă diferită. Lavoisier a sugerat că, mai degrabă decât să se degajeze flogiston atunci când un metal ruginește sau o substanță arde, o explicație mai simplă era că noul gaz al lui Priestley, pe care l-a numit oxigen, era absorbit din aer.
În timp ce ambele teorii explicau bine rezultatele observate, explicația lui Lavoisier avea un avantaj major față de cea a lui Priestley, ea a oferit un mecanism pentru creșterea în greutate a ruginei. Rugina unui metal era metalul combinat cu oxigenul, producând o substanță mai grea numită oxid. Aceasta a fost o abordare revoluționară a problemei, rupând cu tradițiile anterioare care se întindeau până la Platon. În timp ce simțul comun sugera că arderea sau ruginirea unui obiect are ca rezultat faptul că ceva scapă, analiza experimentală atentă a lui Lavoisier a arătat că, de fapt, oxigenul era absorbit.
Cu toate acestea, Lavoisier nu a putut explica natura căldurii și a focului și a fost nevoit să inventeze o substanță nouă și ciudată, pe care a numit-o caloric. Caloricul avea o serie de asemănări cu flogistonul, în sensul că era un principiu al focului, așa cum sulf și flogiston fuseseră considerate anterior.
Lucrări experimentale ulterioare cu alte metale, cu rugina lor și cu alte gaze noi au început încet-încet să dezvolte o imagine mai coerentă a ceea ce se întâmpla în timpul ruginii și arderii. O altă descoperire a venit odată cu realizarea faptului că apa era combinația dintre gazele hidrogen și oxigen. Dacă ardeți hidrogenul, acesta produce apă. Teoria lui Lavoisier a câștigat susținere pe măsură ce tot mai multe experimente dădeau rezultate favorabile.
Principalul adversar al lui Lavoisier, Priestley, i-a supraviețuit, dar nu a reușit să răstoarne tendința către „noua chimie” a lui Lavoisier. Ultima carte a lui Priestley, publicată în 1796, susținea în continuare cu tărie teoria flogistonului, dar conținea o notă de capitulare în fața opiniilor predominante ale altora. El a scris: „Au existat puține revoluții în știință atât de mari, atât de bruște și atât de generale ca prevalența a ceea ce se numește acum, de obicei, noul sistem de chimie, sau cel al antiflogistonilor, asupra doctrinei lui Stahl, despre care se credea la un moment dat că este cea mai mare descoperire care a fost făcută vreodată în această știință.”
În timp ce mulți istorici l-au caracterizat pe Priestly drept un apărător încăpățânat și nebun al unei teorii învechite, acceptarea ideilor lui Lavoisier într-un timp atât de scurt este mai surprinzătoare. Criticii au subliniat pe bună dreptate că teoria lui Lavoisier era incompletă și nu putea explica toate rezultatele observate. Cu toate acestea, în timp, teoria a devenit mai puternică și mai completă, fără a-și pierde simplitatea. Unii l-au acuzat că nu a făcut decât să înlocuiască flogistonul lui Stahl cu propriul caloric, o substanță cel puțin la fel de misterioasă. Dar caloricul nu era în centrul ideilor lui Lavoisier.
Noua teorie a combustiei a avut câteva puncte cheie în favoarea sa. Era simplă, coerentă, nu invoca greutăți negative sau alte concepte aparent obscure și se baza ferm pe analiza experimentală. Au rămas câțiva susținători ai flogistonului ici și colo, dar dovezile în favoarea teoriei lui Lavoisier continuau să crească. Cu toate acestea, abia în secolul al XX-lea a fost explicată ultima moștenire a flogistonului, calorica lui Lavoisier. Căldura s-a dovedit a fi o formă de energie, iar ideile misterioase și mitice ale caloricului și flogistonului nu mai erau necesare.
DAVID TULLOCH
Lecturi suplimentare
Cărți
Conant, James Bryant. The Overthrow of the Phlogiston Theory-The Chemical Revolution of 1775-1789. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1956.
Lavoisier, Antoine. Eseuri fizice și chimice. Thomas Henry, trad. Thomas Henry. Ediția a 2-a. Londra: Cass, 1970.
White, John Henry. The History of The Phlogiston Theory. Londra: E. Arnold, 1932, retipărită de AMS Press (New York), 1973.
Site internet
Selecție de lucrări clasice din istoria chimiei. http://maple.lemoyne.edu/~giunta/papers.html. Include mai multe lucrări ale lui Lavoisier.
.