Флогистон¶

Флогистон — это гипотетическое вещество, которое, согласно теории, господствовавшей в химии в XVIII веке, выделялось из горючих тел в процессе горения и обжига металлов. Теория флогистона стала первой крупной научной концепцией, объясняющей процессы горения и окисления, и предшествовала кислородной теории, разработанной Антуаном Лавуазье.

¶История возникновения и развития теории

¶Предпосылки появления

В XVII веке алхимики и ранние химики столкнулись с проблемой объяснения процессов горения. Было известно, что при горении дров, угля или свечи масса остатка (золы, пепла) значительно меньше исходной массы. При обжиге металлов, наоборот, образовывалась окалина (оксид), масса которой превышала массу исходного металла. Эти наблюдения требовали единого объяснения.

¶Формулировка теории

Теория флогистона была впервые систематически изложена немецким химиком и врачом Георгом Эрнстом Шталем в 1703 году. Шталь развил идеи своего учителя Иоганна Иоахима Бехера, который в 1669 году ввел понятие «горючей земли» (terra pinguis). По Шталю, все горючие тела содержат флогистон — невесомую, неосязаемую субстанцию, которая выделяется при горении. Процесс горения представлялся как разложение тела на флогистон и «дефлогистированный» остаток (например, золу или окалину).

¶Распространение и развитие

Теория быстро завоевала признание среди европейских химиков, так как она давала простое и интуитивно понятное объяснение многим явлениям:

• Горение: тело теряет флогистон, и процесс прекращается, когда флогистон израсходован или когда окружающая среда (воздух) насыщена им.
• Обжиг металлов: металл теряет флогистон и превращается в «землю» (окалину). Чтобы получить металл обратно, нужно было нагреть окалину с углем (богатым флогистоном), который, по теории, передавал флогистон окалине, восстанавливая металл.
• Дыхание: считалось, что животные при дыхании извлекают из воздуха флогистон, который накапливается в организме и выделяется в процессе жизнедеятельности.

Крупнейшие химики XVIII века, включая Генри Кавендиша, Джозефа Пристли и Карла Вильгельма Шееле, работали в рамках флогистонной теории. Пристли, открывший кислород в 1774 году, назвал его «дефлогистированным воздухом», полагая, что этот газ особенно эффективно поглощает флогистон. Шееле, также получивший кислород, называл его «огненным воздухом».

¶Основные положения и противоречия

¶Ключевые постулаты

1. Флогистон — материальная субстанция, но невесомая (или имеющая отрицательную массу).
2. Все горючие тела содержат флогистон.
3. Горение — это процесс выделения флогистона.
4. Воздух необходим для горения, так как он поглощает выделяющийся флогистон.
5. Металлы — это соединения «земли» (окалины) с флогистоном.

¶Противоречия и кризис теории

Несмотря на успехи, теория флогистона сталкивалась с рядом неразрешимых проблем:

• Изменение массы: при обжиге металлов масса увеличивалась, хотя по теории металл терял флогистон. Сторонники теории объясняли это тем, что флогистон имеет отрицательную массу (левитацию), то есть его удаление делает тело тяжелее. Это объяснение было формальным и не имело экспериментальных подтверждений.
• Природа флогистона: не удавалось выделить флогистон в чистом виде. Его свойства постоянно менялись в зависимости от контекста (например, водород иногда отождествляли с флогистоном, но это не объясняло другие процессы).
• Неоднозначность состава воздуха: Пристли и Шееле открыли кислород, но не смогли правильно интерпретировать его роль, оставаясь в рамках флогистонной парадигмы.

¶Крушение теории: кислородная теория Лавуазье

¶Эксперименты Антуана Лавуазье

Французский химик Антуан Лавуазье в 1770-х годах провел серию точных количественных экспериментов, которые опровергли теорию флогистона. Он использовал герметичные сосуды и точные весы, что позволило ему измерить массу всех участников реакции.

Ключевые опыты:

1. Обжиг металлов в закрытом сосуде: Лавуазье нагревал олово и свинец в запаянной реторте. После обжига масса сосуда оставалась неизменной, а масса металла увеличивалась. При вскрытии сосуда в него с шумом врывался воздух, и масса сосуда возрастала ровно настолько, насколько увеличилась масса металла. Это доказывало, что увеличение массы металла происходит за счет поглощения части воздуха.
2. Разложение оксида ртути: Лавуазье нагревал оксид ртути (II) и получил ртуть и газ, который он назвал «кислородом». Этот газ поддерживал горение и дыхание лучше обычного воздуха.
3. Синтез воды: Лавуазье совместно с Пьером-Симоном Лапласом доказал, что вода состоит из водорода и кислорода.

¶Формулировка кислородной теории

В 1777 году Лавуазье представил свою кислородную теорию горения:

• Горение — это химическая реакция соединения горючего тела с кислородом воздуха.
• Кислород — элемент, который входит в состав воздуха и участвует в реакциях окисления.
• Металлы при обжиге соединяются с кислородом, образуя оксиды (окалину), что объясняет увеличение их массы.
• Водород (который ранее отождествляли с флогистоном) — это отдельный элемент, а не флогистон.

¶Принятие новой теории

Лавуазье опубликовал свои результаты в 1789 году в книге «Элементарный курс химии», которая стала первым учебником современной химии. Несмотря на сопротивление сторонников флогистона (особенно в Германии и Англии), к концу XVIII века кислородная теория была полностью принята научным сообществом. Последним крупным защитником флогистонной теории был Джозеф Пристли, который умер в 1804 году, так и не признав правоту Лавуазье.

¶Значение теории флогистона

¶Роль в истории науки

Несмотря на ошибочность, теория флогистона сыграла важную роль в развитии химии:

• Систематизация знаний: она впервые объединила разрозненные факты о горении, обжиге и дыхании в единую систему.
• Стимулирование экспериментов: стремление подтвердить или опровергнуть теорию привело к открытию многих газов (кислород, водород, азот, углекислый газ).
• Развитие количественных методов: Лавуазье, опровергая флогистон, разработал методологию точных измерений, которая стала основой современной химии.
• Формирование понятия элемента: теория флогистона способствовала отказу от алхимических представлений и переходу к химическим элементам как простым веществам.

¶Критика и оценка

Современные историки науки рассматривают теорию флогистона как классический пример «научной революции» по Томасу Куну. Она была внутренне непротиворечивой, но не могла объяснить новые экспериментальные данные. Крушение теории произошло не из-за отсутствия фактов, а из-за появления альтернативной парадигмы (кислородной теории), которая объясняла те же явления проще и точнее.

¶Интересные факты

• Термин «флогистон» происходит от греческого φλογιστός (phlogistós) — «воспламеняемый», «горючий».
• Некоторые сторонники флогистона, пытаясь спасти теорию, предполагали, что флогистон — это «светород» или «теплород» (гипотетические невесомые жидкости), что еще больше запутывало картину.
• В России теория флогистона была распространена в XVIII веке благодаря работам Михаила Васильевича Ломоносова, который, однако, критиковал ее за отсутствие количественных оснований и в 1756 году провел собственные опыты по обжигу металлов, предвосхитившие выводы Лавуазье.
• В некоторых учебниках XIX века флогистон упоминался как «исторический курьез», но в XX веке историки науки признали его важную роль в становлении химии.

¶Источники

• Лавуазье, А. Элементарный курс химии. — 1789.
• Кун, Т. Структура научных революций. — 1962.
• Джуа, М. История химии. — 1966.
• Фигуровский, Н. А. Очерк общей истории химии. — 1969.
• Ломоносов, М. В. Полное собрание сочинений. Т. 1. — 1950.