Phlogiston

Flogiston (z řeckého φλογιστός phlogistós , spálil ‚) je hypotetický látka zavedena od Georg Stahl , který se předpokládá na přelomu 17. a 18. století, aby unikl ze všech hořlavých orgánů, pokud jsou spáleny a pronikají jim při zahřátí. Flogistonová teorie byla důležitá pro interpretaci redukčních a oxidačních procesů a odlišného potenciálu různých sloučenin (v moderním pohledu jejich redox potenciál ) a byla úspěšná z pohledu současníků. První vyvrácení se objevilo v 70. letech 20. století a začala být podrobněji popsána a kvantifikována role kyslíku ve spalovacích procesech. Teorie flogistonu, která převládala v chemickém učení od roku 1700 do roku 1775, byla proto dlouho považována za vědeckou chybu a považována za zastaralé vědecké paradigma své doby.

Teorie flogistonu

Johann Joachim Becher (1635–1682). Měděná rytina, pravděpodobně vyrobena kolem roku 1675

Georg Ernst Stahl (1659–1734), mědiryt

Ve své teorii flogistonu vycházel Stahl z práce chemika Johanna Joachima Bechera (1635–1682), který zase vycházel z učení lékaře a přírodovědce Daniela Sennerta (1572–1637). V Becherově díle Physica Subterranea (1669) existují dva skutečné prvky, voda a země, přičemž druhý je skutečným principem práce. Rozděluje je na

• terra fluida nebo rtuťnatá zemina, která dodává látkám tekutost, jemnost, těkavost a kovové vlastnosti,
• terra pinguis nebo mastná zemina; to odpovídá olejové kapalině alchymistů , která dává látkám olejové, sirné a hořlavé vlastnosti a
• terra lapidea nebo zemina podobná sklu, která stojí na principu tavitelnosti a která se v praxi vyskytuje například se zbytky strusky ve sklárnách a hutích.

Poté vzduch nehrál žádnou roli při tvorbě minerálů. Tyto tři zeminy se na podobnou roli tři Paracelsian alchemical zásady: terra fluida pro rtuť (Mercurius, princip volatility) se terra pinguis pro síru (zásada hořlavostí síry ) a terra lapidea pro soli (zásada byla pevnost ). Stahl ( Zymotechnica fundamentalis 1697) nyní nahradil princip síry flogistonem: Všechna hořlavá tělesa by obsahovala flogiston a při spalování se rozložil na flogiston, který je těkavý a uniká, a zbývající část bez flogistonu a nehořlavá část, popel. Oxidace čistých kovů (tvorba tzv. Kovového vodního kamene), fermentace organických látek, hniloba rostlin a zvířat byla podle Stahla vysvětlena únikem flogistonu. Lékárníci pozorovali, že uhlí nebo síra hořely bez zanechání zbytků. Podle toho, co se tehdy myslelo, tyto látky obsahovaly velké množství flogistonu. Další látky, jako jsou kovy, měď, cín a zinek, byly přeměněny na zemité, slané látky. To vedlo k závěru, že tyto látky obsahovaly méně flogistonu. V závislosti na rychlosti a síle přeměny na slané látky byly kovy různé ušlechtilé kvality. Pouze zlato a částečně stříbro zůstaly beze změny, když byly použity všechny chemikálie, proto obsahovaly malý nebo žádný flogiston, byly ušlechtilé a neměnné z hlediska tehdejších chemiků . Flogiston mohl být přiváděn zpět do kovu zahříváním dřevěným uhlím , kovy byly oživeny phlogistonem (z dnešního pohledu sníženo).

Robert Boyle (1626-1692)

Stahl byl v zásadě fanouškem atomové vědy jako Robert Boyle . Na rozdíl od Boylea však viděl atomy přiřazené různým prvkům nebo principům. Dosud to neurčil přesně, ale zahrnul flogiston a někdy i některé zeminy (oxidy kovů). Na jedné straně jsou tyto vytvořené chemické sloučeniny, které se nazývá MIXTUM (například síra nebo kovů po oceli), látek složených z těchto mixta které se nazývají kompozitum (například rtuti sulfid), a decompositas složené z kompozitních materiálů , včetně minerálů. Vlastnosti dílů nebyly přeneseny do vlastností spojů; kovy obsahovaly flogiston, ale samy o sobě nebyly hořlavé.

Silné stránky a meze teorie

Vliv této teorie byl v 18. století velmi velký, protože s pomocí oxidačně-redukčních reakcí bylo možné systematicky zkoumat kyseliny, zásady a soli. Některé látky, jako je síra a fosfor, hořely za vzniku plynů, které se rozpustily ve vodě kyselě. Další přírodní soli ( pálené vápno , vápenné kovy, tj. Oxidy kovů ) reagovaly zásadním způsobem s vodou. Kyseliny a báze, kterou lze detekovat na lakmus . Pokud se spojily takové protichůdné látky, jako jsou kyseliny a zásady , vznikly neutrální soli. Pomocí teorie flogistonu by bylo možné lépe systematizovat kyseliny (fosfor, síra) a zásady (kovové vápna) z určitých skupin látek. Teorie flogistonu zároveň zachovala staré alchymistické představy o čtyřech prvotních prvcích (zemi, vodě, vzduchu, ohni) podle Empedokla nebo tří paracelských principů . Podle teorie čistého flogistonu - v průběhu času došlo k řadě modifikací - existovaly pouze látky, které obsahovaly hodně nebo málo flogistonu. Nebyly tam žádné prvky, jak to dnes známe, všechno byl kompozitní materiál s velkým nebo malým phlogistonem - pouze phlogiston byl základním prvkem po oceli. K tomu byly přidány alchymistické principy rtuti (kapalina, lesklý kov) a síry (hořlavé).

Robert Boyle již formuloval koncept prvku jinak ve své knize Skeptický chemik z roku 1661 v 6. oddíle své knihy a na rozdíl od teorie phlogiston vyvinul jasnější koncept chemického prvku.

Navíc v 18. století bylo možné použít flogistonovou teorii k popisu mnoha v té době známých jevů chemie . Takto tato teorie vysvětlila zjištění, že svíčky v uzavřených nádobách po chvíli zhasnou. Vzduch by pak měl být schopen absorbovat pouze určité množství flogistonu unikajícího ze svíčky. Zjištění, že část vzduchu (podle pozdějších znalostí kyslík) může vydržet spalování po delší dobu, zpočátku vysvětlil Joseph Priestley tím, že se jednalo o zbavený vzduchu , který by tak mohl absorbovat více flogistonu.

Realita Phlogistonu se zdála být v tuto chvíli prokázána; takže bylo jen málo pokusů vysvětlit procesy odlišně, protože s předpokladem flogistonu se všechno zdálo být vysvětlitelné. V tomto období vědeckého výzkumu člověk neměl právo na úplné objasnění všech podrobných znalostí a byl omezen někdy subjektivními možnostmi pozorování. Aby se pokusily o holistická vysvětlení, přírodní vědy nadále kombinovaly „morálně krásné“ se staršími ideologickými pohledy na přírodu. Dokonce i vědci jako Joseph Priestley, který poznal vnitřní rozpor s teorií phlogiston, se této teorie drželi ve svých pokusech vysvětlit.

Carl Wilhelm Scheele ve své knize Chemische Abhandlung von der Luft und dem Feuer , vydané v roce 1777, popisuje část vzduchu, která podporuje spalování, a říká mu oheň vzduch (kyslík). On také nabízí několik způsobů, ve kterých toto by mohl být oheň vzduch připravit například zahříváním boháčů ( oxid manganičitý ) s koncentrovanou kyselinou sírovou (H ₂ SO ₄ ). V souladu s dobou tyto procesy interpretoval v rámci flogistonové teorie.

Spalování organických látek (bez tehdy neznámých plynných reakčních produktů) obvykle vede ke ztrátě hmotnosti. Podle teorie phlogiston by měl být flogiston dříve absorbovaný rostlinami znovu uvolněn. Stejná vysvětlení jsou možná i pro některé nekovy - například fosfor nebo síru. U kovů se vyskytly problémy, protože tyto obecně pevné oxidy se tvoří, a proto jsou při hoření obtížnější. Pokusy provedené Boylem však byly vyvráceny skutečností, že na nich záleželo pouze na konkrétní hmotnosti a ne na absolutní hmotnosti. Kromě toho byly v 18. století experimentální možnosti omezené, takže mnoho chemiků uvádělo úbytek hmotnosti v důsledku nepozorovaného odpařování části oxidu. Redukce oxidů kovů uhlím na kovy byla vysvětlena bez rozporů absorpcí flogistonu z uhlí.

V průběhu objevu plynných sloučenin as použitím přesnějších měřicích metod byly stále jasnější problémy a chyby této teorie. Zejména neexistovalo přesvědčivé vysvětlení přírůstku hmotnosti při spalování kovů. V zájmu záchrany teorie se navrhovatelé pokusili připisovat flogistonu vlastnosti, jako je záporná hmota (podle jednoho z posledních obhájců doktríny Friedricha Albrechta Carla Greena ) (srovnej také zákon hromadné akce ). Dalším velkým problémem bylo, že nebylo možné detekovat phlogiston přímo. V dalším vývoji chemie v 18. století byl vodík objevený v té době částečně zaměňován za flogiston, mimo jiné jeho objevitelem Henrym Cavendishem , nebo elektřinou ( Giambatista Beccaria ), na základě jeho pozorování redukce kovového vápna elektrickým proudem výboje.

Teorie byla nakonec vyvrácena až v roce 1785 Antoinem Lavoisierem , který dokázal, že všechny jevy spalování lze vysvětlit jeho oxidační teorií a plynným kyslíkem bez použití mimořádných předpokladů . Poslední silnou hypotézu flogistonové teorie, vysvětlení vzniku vodíku, když kovy reagují s kyselinami, by mohl vyvrátit , protože věděl, že voda je kombinací kyslíku a vodíku. Lavoisier organizoval systematickou kampaň proti doktríně phlogiston, kterou programově kritizoval ve svých Reflexions sur la phlogistique z roku 1786 i ve své učebnici chemie. Lavoisierova výuka také začala být známá jako protizánětlivá chemie , slovo, které vytvořil Richard Kirwan v roce 1787, jeden z posledních velkých flogistonistů (nakonec se vzdal spolu s dalšími známými flogistonisty jako Joseph Black ).

Poslední možné pokusy vysvětlit flogiston jako „tepelnou látku“ (kterou Lavoisier také považoval za skutečnou bez ohledu na flogistonovou teorii) by mohl vyvrátit v roce 1798 Benjamin Thompson ve prospěch teorie pohybu částic. Běžel tupými ocelovými vrtačkami v kanónech. Potrubí se stále zahřívalo a údajně existující flogiston byl odváděn vodou. Teplo proto nemohlo být produkováno vyčerpatelnou látkou přítomnou v potrubích.

Důležité důsledky této teorie

Ačkoli teorie zvrátila situaci podle dnešních znalostí, s touto interpretací by bylo možné mnohem lépe vysvětlit a systematizovat to období dějin vědy.

• Teorie flogistonu dokázala učinit oxidační a redukční procesy dostatečně srozumitelnými.
• Vyzvala nás, abychom shromáždili a prozkoumali „jemně distribuovaný“ flogiston a porozuměli vlastnostem plynu.
• Tato teorie umožnila systematizovat skupiny látek, které tvoří kyseliny a zásady.

• Vědci, kteří studovali flogiston
• 

  Franz Carl Achard (1753-1821)

• 

  Henry Cavendish (1731–1810) s obrázkem svého podpisu. Titulní stránka z The Life of the Hon. Henry Cavendish .

• 

  Friedrich Albrecht Carl Gren (1760–1798)

• 

  Teorie oxidace Antoina Laurenta de Lavoisiera (1743–1794) nahradila teorii phlogiston.

• 

  Joseph Priestley (1733-1804)

• 

  Carl Wilhelm Scheele (1742–1786) popsal požární vzduch nebo později kyslík z let 1771–1772

• 

  Alessandro Volta (1745-1827)

Nahrazení oxidační teorií

Teorie flogistonu byla na konci 18. století nahrazena teorií oxidace chemika Antoina Lavoisiera . Nejprve se vyvíjí mimo jiné také Lavoisier, kalorická teorie ; je to také zastaralá teorie tepla . Postulovala kalorickou látku, která byla neviditelná, neměla váhu a zůstávala mezi molekulami a pronikla přes hranice těla . „Kalorická látka“ sama o sobě vyvinula odpudivou sílu, což vysvětlovalo, že hledá rovnováhu mezi vysokou a nízkou koncentrací, tj. H. proudit z teplejšího do chladnějšího těla.

To bylo představeno Lavoisierem v roce 1783 , navazující na dílo Josepha Blacka . Georg Ernst Stahl a jeho následní představitelé teorie phlogiston, d. H. všichni flogistonisté viděli ve flogistonu látku, která by se při hoření uvolnila. Transformace kovů zahříváním na vzduchu byla známá také jako kalcifikace ; říkalo se, že kov ztrácí flogiston. Naopak, když se ruda zahřívá uhlím , flogiston by byl pohlcen druhým, za vzniku lesklého kovu .

Jako skeptik se Lavoisier v průběhu experimentů přesvědčil, že látky při hoření váží kyslík (oxidace). Opravou teorie na základě výsledků jeho experimentů, které se staly přesnějšími, byl schopen rozšířit nyní uznávanou interpretaci reality, na rozdíl od převládajícího názoru. Z tohoto změněného chápání lze nakonec odvodit další zákony, například zákon konstantních rozměrů formulovaný Josephem Louisem Proustem (1797) nebo Daltonův zákon uznaný Johnem Daltonem v roce 1805 .

Joseph Louis Proust (1754–1826) tažený Ambroise Tardieuem (1788–1841) kolem roku 1795

John Dalton (1766-1844)

Stahlova flogistonová teorie byla inovací pro rozvoj znalostí. Pochopil, že hoření látky spočívalo v reakci mezi dvěma materiálně odlišnými látkami (moderně: v chemickém procesu) a prostřednictvím experimentů, které zavedl, také rozpoznal jejich reverzibilitu nebo vzájemnost současně. Jedna látka A uvolňuje flogiston, druhá látka B jej absorbuje (spalování, moderně řečeno: oxidace). Na druhou stranu může látka B uvolnit absorbovaný flogiston zpět do látky A (redukce). Stahl objevil vzájemnou závislost těchto procesů spalování (oxidace) a redukce.

Následující zastánci flogistonové teorie odporovali této teorii tím, že zanedbávali plynné reaktanty těchto reverzibilních procesů.

Pozorovaný jev, který souvisel se zvýšením hmotnosti kovů během spalování, byl nakonec Lavoisierem potvrzen a vysvětlen v řadě různých experimentů. Když Joseph Priestley objevil v roce 1774 plyn, který byl schopen udržet hoření nad všemi ostatními, kritika flogistonové teorie nepřímo získala další podporu. Lavoisier ukázal, že Priestleyův plyn byl jedním z prvků ve vzduchu, a nazval jej Oxygène (kyslík). Od této chvíle byl význam vzduchu během spalování jasný. Při spalování se flogiston nevydává, ale absorbuje se vzduch nebo spíše jeho složky. Spalování nebylo rozkladem, ale kombinací, při které dochází k fixaci určitého prvku vzduchu s hořlavým tělesem . Tím se zvyšuje jeho hmotnost při spalování (oxiduje) a přírůstek hmotnosti se přesně rovná hmotnosti plynného tělesa, které vstoupilo.

Lavoisier zkoumal změny v hmotnosti různých látek během oxidace a redukce a zjistil, že právě v tom hraje rozhodující roli právě objevený prvek kyslík . Obhájci teorie phlogiston, jako Henry Cavendish, Joseph Priestley a Carl Wilhelm Scheele, se marně snažili uchovat Stahlovu teorii tím, že ji upravili a tvrdili, že úkolem vzduchu bylo odstranit phlogiston z hořlavých těles.

Lavoisier to prokázal

• Při spalování kovů nebo síry se kombinují s kyslíkem,
• přitom se spotřebuje tolik kyslíku, kolik je obsaženo ve vytvořených oxidech,
• za účelem získání kovů z oxidů není nutné přidávat flogiston, ale spíše odstraňovat kyslík.

Podíváme-li se na kritiku flogistonové teorie pomocí pojmů dephlogisticated air Josepha Priestleyho nebo oxygène Antoina Laurenta de Lavoisiera , lze oba koncepty snadno kombinovat s moderním konceptem redoxní reakce nebo konceptem Lewisovy báze . Kyseliny jsou látky, které mohou štěpit kationty nebo přijímat anionty nebo elektrony . Jinými slovy , oxidační činidla, která jsou redukována chemickou reakcí. Přeloženo zpět do teorie flogistonu, to by odpovídalo záznamu flogistonu. Jsou tedy elektrofily a elektrochemicky odpovídají kladnému pólu ( anodě ) nebo kyslíku nebo delogenovanému vzduchu . Vzájemné předpoklady pak platí pro základy. Tady v zadním překladu to znamenalo phlogistonovou dávku.

literatura

• Gilman McCann: Chemistry Transformed: The Paradigmatic Shift from Phlogiston to Oxygen. Ablex Pub, 1978, ISBN 0-89391-004-X .
• Peter Laupheimer: Phlogiston nebo kyslík. Scientific VG, 1992, ISBN 3-8047-1212-6 .
• William H. Brock : Vieweg's History of Chemistry. Vieweg, Braunschweig 1997, ISBN 3-540-67033-5 .
• Irene Strube , Rüdiger Stolz, Horst Remane : History of Chemistry. Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin 1986, ISBN 3-326-00037-5 , s. 54 a násl.
• Günther Bugge (ed.): Kniha velkých chemiků. Svazek 1. 6. vydání (1. vydání 1929). Verlag Chemie, Weinheim 1984, ISBN 3-527-25021-2 , s. 198.
• Ursula Klein, Wolfgang Lefevre: Materiály ve vědě z osmnáctého století. MIT-Press, Cambridge 2007, ISBN 978-0-262-11306-9 .
• James Riddick Partington: Historické studie o teorii phlogiston (The Development of Science). Arno Press, New York 1981, ISBN 978-0-405-13895-9 .
• James L. Marshall, Virginia R. Marshall: Znovuobjevení prvků. Phlogiston a Lavoisier. In: Hexagon. Journal of the Chemistry, University of North Texas, Spring 2005 Issue, pp. 4–7 ( online - plný text zdarma)
• Jaime Wisnak: Phlogiston: Vzestup a pád teorie. In: Indian Journal of Chemical Technology. Svazek 11, září 2004, str. 732–743 (PDF; 87 kB)
• Arthur F. Scott: Vynález balónku a vytvoření chemie. In: Spectrum of Science. 3 (1984), str. 106-115 (PDF; 3,8 MB)
• Strube: Georg Ernst Stahl , Teubner 1984

webové odkazy

Wikislovník: Phlogiston  - vysvětlení významů, původ slov, synonyma, překlady

• Dorothea Golze: Phlogiston vs. kyslík ; 2008 (PDF; 72 kB)
• Joseph Priestley: Úvahy o nauce o Phlogistonu a rozkladu vody ; Philadelphia: Dobson, 1796 (Priestleyův historický text)

Individuální důkazy

1. ↑ Károly Simonyi : kulturní dějiny fyziky . Harri Deutsch, Thun, Frankfurt a. M. 1995, ISBN 3-8171-1379-X , str. 239 .  ; Reiner Ruffing: Malý lexikon vědeckých chyb. Gütersloher Verlagshaus 2011, ISBN 978-3-579-06566-3 , str. 123-125.
2. ↑ Thomas S. Kuhn : Struktura vědeckých revolucí .
3. ^ Wolf-Dieter Müller-Jahncke : Flogistonová teorie. In: Werner E. Gerabek , Bernhard D. Haage, Gundolf Keil , Wolfgang Wegner (Eds.): Enzyklopädie Medizingeschichte . De Gruyter, Berlin 2005, ISBN 3-11-015714-4 , s. 1155.
4. ^ William Hodson Brock: Viewegova historie chemie. Berlin 2000, s. 50 a násl.
5. ^ Antonio Clericuzio, Elements, Principles and Corpuscles, Springer 2000, s. 195
6. ^ Wolf-Dieter Müller-Jahncke: Flogistonová teorie. In: Encyclopedia of Medical History . De Gruyter, Berlín 2005, s. 1155.
7. ^ Strube, Georg Ernst Stahl, Teubner, s. 46
8. ↑ Günther Bugge: Kniha velkých chemiků. Verlag Chemie, Weinheim 1955, svazek I, Robert Boyle str. 184; Martin Carrier: O korpuskulární struktuře hmoty v oceli a Newton. ( Memento v originálu od 22. února 2014 do internetového archivu ) Info: archiv odkaz se automaticky vloží a dosud nebyl zkontrolován. Zkontrolujte prosím původní a archivovaný odkaz podle pokynů a poté toto oznámení odstraňte. Franz Steiner, Sudhoffs Archive Volume 70 (1. vydání), Wiesbaden 1986. @ 1@ 2Šablona: Webachiv / IABot / pub.uni-bielefeld.de
9. ↑ Günther Bugge: Kniha velkých chemiků. Verlag Chemie, Weinheim 1955, svazek I, s. 198.
10. ^ Strube, Stolz, Remane: Dějiny chemie. Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlín 1986, s. 54 a násl.
11. ↑ Od P. Köthnera: Z chemie nehmotného . Publikoval AW Zickfeldt, Osterwieck Harz 1906.
12. ↑ Florian Wodlei, Regina Kleinhappel: Přednáškový cyklus k historii a vývoji termodynamiky jako součást přednášek Teoretická hydrodynamika, Teorie dopravy. Koná se na univerzitě v Grazu v oboru teoretické fyziky v zimním semestru 2007/2008, letním semestru 2008. 2. vylepšené a přepracované vydání.
13. ^ Walter J. Moore, Dieter O. Hummel: Fyzikální chemie. Walter de Gruyter, Berlin 1986, ISBN 3-11-010979-4 , s. 135 f.
14. ↑ Christian Blöss: Entropie: Univerzální aspekty fyzikální veličiny. Knihy na vyžádání (2010), s. 34.
15. ↑ Charles Adolphe Wurtz: Historie chemických teorií od Lavoisier až do naší doby , německy vyd. Alphons Oppenheim (1817–1884), Robert Oppenheim, Berlín 1870 (pdf; 8,6 MB).
16. ^ Dorothea Golze: Phlogiston vs. kyslík , 2008 (pdf; 72 kB).
17. ↑ speciální kationty, protony nebo hydrony. Viz také výraz kyselina podle Brønsteda a Lowryho .
18. ^ Karl-Heinz Näser: Fyzikální chemie pro techniky a inženýry. 16. vydání, Lipsko 1986, s. 158.