Теория флогистона

Теория флогистона — это научная теория, доминировавшая в химии на протяжении большей части XVIII века, согласно которой все горючие тела содержат особое вещество — флогистон (от др.-греч. φλογιστός — «воспламеняемый», «горючий»), выделяющийся при горении и обжиге. Теория была первой крупной систематической концепцией в химии, объяснявшей процессы горения, окисления металлов и дыхания, и была опровергнута в конце XVIII века в результате работ Антуана Лавуазье, который открыл роль кислорода.

История возникновения

Предпосылки

В XVI–XVII веках алхимия и ранняя химия (ятрохимия) не имели единого объяснения для процессов горения и обжига металлов. Считалось, что при горении тела разрушаются, выделяя «огненную материю» или «серный принцип». Парацельс и Иоганн Глаубер высказывали идеи о неком «горючем начале», но систематического учения не создали.

Создание теории

Основоположником теории флогистона считается немецкий химик и врач Георг Эрнст Шталь (1660–1734). В 1703 году в своей работе «Fundamenta Chymiae» он обобщил и развил идеи своего учителя Иоганна Иоахима Бехера, который выделял «terra pinguis» (жирная земля) как носитель горючести. Шталь ввёл термин «флогистон» и сформулировал основные положения теории:

• Все горючие тела содержат флогистон.
• Горение — это процесс разложения тела с выделением флогистона в воздух.
• Металлы — это «кальцинированные» (окисленные) формы, содержащие флогистон; при обжиге они теряют флогистон и превращаются в «известь» (оксиды).
• Обратный процесс — восстановление металлов из их «извести» (например, при нагревании с углём) — происходит за счёт поглощения флогистона из угля.

Распространение

Теория Шталя быстро получила признание в Европе благодаря своей простоте и способности объяснять широкий круг явлений. Её поддерживали такие выдающиеся учёные, как Михаил Ломоносов (в ранних работах), Джозеф Пристли, Карл Вильгельм Шееле, Генри Кавендиш. В России теория флогистона преподавалась в Академическом университете и использовалась в трудах М. В. Ломоносова, который, однако, уже в 1740-х годах высказывал сомнения в её универсальности.

Основные положения и объяснения

Горение

Согласно теории, горение — это выделение флогистона из горящего тела. Воздух необходим для горения, так как он поглощает флогистон; если воздух насыщается флогистоном, горение прекращается (например, в закрытом сосуде). Это объясняло, почему свеча гаснет под колпаком.

Обжиг металлов

При нагревании металла на воздухе он теряет флогистон и превращается в «землистый» остаток — окалину (оксид). Масса металла при этом увеличивается, что было серьёзной проблемой для теории: флогистон, будучи «материей огня», должен был иметь отрицательную массу (или быть невесомым), чтобы объяснить прирост веса. Сторонники теории выдвигали гипотезы, что флогистон обладает «левитационной силой» или что он вытесняет из металла более тяжёлый воздух.

Дыхание

Дыхание животных рассматривалось как медленное горение, при котором из организма выделяется флогистон. Воздух, насыщенный флогистоном, становился «флогистированным» и непригодным для дыхания. Это согласовывалось с наблюдениями, что животные погибают в закрытом сосуде.

Восстановление металлов

Процесс восстановления металлов из их оксидов (например, получение железа из руды с помощью угля) объяснялся как передача флогистона от угля к оксиду. Уголь, богатый флогистоном, отдаёт его, и образуется металл.

Критика и опровержение

Проблема увеличения массы

Главным противоречием теории было увеличение массы металлов при обжиге. Если металл теряет флогистон, его масса должна уменьшаться, но на практике она возрастала. Сторонники теории вынуждены были приписывать флогистону отрицательную массу, что противоречило основам физики.

Опыты Лавуазье

Решающий удар по теории флогистона нанёс французский химик Антуан Лоран Лавуазье (1743–1794). В 1770-х годах он провёл серию точных количественных экспериментов:

• В 1774 году он повторил опыты Пристли по получению «дефлогистированного воздуха» (кислорода) и установил, что этот газ поддерживает горение и дыхание.
• В 1777 году он опубликовал работу «О горении вообще», где показал, что горение — это соединение вещества с кислородом, а не выделение флогистона.
• Лавуазье доказал, что увеличение массы металлов при обжиге точно равно массе поглощённого из воздуха кислорода.
• Он заменил теорию флогистона кислородной теорией горения, которая стала основой современной химии.

Роль Пристли и Шееле

Ирония истории заключается в том, что Джозеф Пристли и Карл Вильгельм Шееле, открывшие кислород (соответственно в 1774 и 1771 годах), оставались убеждёнными сторонниками теории флогистона до конца жизни. Пристли называл кислород «дефлогистированным воздухом», а Шееле — «огненным воздухом». Они не смогли отказаться от старой парадигмы.

Значение для науки

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

• Она впервые объединила разрозненные факты о горении, обжиге и дыхании в единую систему.
• Стимулировала развитие количественных методов в химии (взвешивание, измерение объёмов газов).
• Привела к открытию многих газов (кислород, водород, азот, углекислый газ), которые были получены в попытках выделить или поглотить флогистон.
• Подготовила почву для революции Лавуазье, которая заложила основы современной химической номенклатуры и атомно-молекулярного учения.

Интересные факты

• Термин «флогистон» происходит от греческого «phlogistos» — «воспламеняемый». Этот же корень дал название «флогистон» в современной физике (гипотетическая частица, связанная с теплотой).
• Михаил Ломоносов в 1748 году в письме к Леонарду Эйлеру высказал идею, что масса металлов при обжиге увеличивается за счёт «присоединения частиц воздуха», что предвосхитило открытие Лавуазье.
• В 1783 году Лавуазье и его жена Мария Анна провели публичный эксперимент, в котором сожгли алмаз в атмосфере кислорода, доказав, что он состоит из углерода, а не из флогистона.

Источники

• Лавуазье А. Л. «Трактат об элементарной химии» (1789).
• Шталь Г. Э. «Fundamenta Chymiae» (1703).
• Фигуровский Н. А. «Очерк общей истории химии. От древнейших времён до начала XIX века» (1969).
• Джуа М. «История химии» (1975).
• Партингтон Дж. Р. «A History of Chemistry» (1961–1970).