Подпериод антифлогистона.

Введение.

2.Подпериод флогистона.

 

В семнадцатом столетии началось бурное развитие механики, которое оказалось плодотворным и для химии. У химиков возродился интерес к процессу горения. Почему одни предметы горят, а другие не горят? Что представляет собой процесс горения?

В 1669 году немецкий химик Иоганн Бехер (1635–1682), попытался дать рациональное объяснение явлению горючести. Бехер считает, что в природе существуют три различные земли: первая – плавкая или стекловидная, вторая – жирная или горючая и третья – жидкая. Жирная земля, по Бехеру, являющаяся носителем горючести, напоминает серу прежних химиков. Представления Бехеры были развиты основоположником теории флогистона - немецким врачом и химиком Георгом Шталем (1659–1734). Шталь вместо понятия «жирная земля» ввел понятие «флогистона» (1723) – от греческого «флогистос» - горючий, воспламеняющийся.

Теория флогистона основана на убеждении, что все горючие вещества богаты особым горючим веществом – флогистоном и чем больше флогистона содержит данное тело, тем более оно способно к горению. То, что остается после завершения процесса горения, флогистона не содержит и потому гореть не может. Шталь утверждает, что ржавление металлов подобно горению дерева. Металлы, по его мнению, тоже содержат флогистон, но, теряя его, превращаются в известь, ржавчину или окалину. Однако, если к этим остаткам опять добавить флогистон, то вновь можно получить металлы. При нагревании этих веществ с углем металл «возрождается».

Так впервые была сформулирована теория, описывающая
процессы горения. Ее особенности и новизна состояли в том, что одновременно рассматривались во взаимосвязи процессы окисления и восстановления. Теория флогистона имела целый ряд несомненных достоинств:

- она просто и адекватно описывает экспериментальные факты, касающиеся процессов горения;

- теория внутренне непротиворечива, т.е. ни одно из следствий не находится в противоречии с основными положениями;

- теория флогистона целиком основана на экспериментальных фактах;

- теория флогистона обладала предсказательной способностью.

Флогистонная теория – первая истинно научная теория химии – послужила мощным стимулом для развития количественного анализа сложных тел, без которого было бы абсолютно невозможным экспериментальное подтверждение идей о химических элементах. Эта теория способствовала дальнейшей активизации исследований, целью которых было подтверждение правильности флогистонной теории. Одними из первых преступили к работе Джозеф Блэк (1728-1799), Даниил Резерфорд (1749-1819), Генри Кавендиш (1731-1810), Джозеф Пристли (1733-1804) и Карл Вильгельм Шееле (1742-1786), которые явились создателями целой системы количественных методов в химии, и работами которых, как это ни парадоксально, была опровергнута теория флогистона.

Работы Блэка в области химии не столь многочисленны, но они послужили началом исследований для целой плеяды химиков.
Свою диссертацию Блэк посвятил выяснению природы «едких» и «мягких» щелочей, а также свойствам «воздуха», который выделялся при действии кислот на «мягкие» щелочи. В духе бытовавших представлений Блэк полагал, что «едкость» щелочей связана с присутствием в них разных количеств «огненной материи». Ученый, однако, убедился в ином: прокаливание известняка сопровождается выделением значительного количества «воздуха». Поскольку он легко поглощался («фиксировался») едкими щелочами, Блэк назвал его «фиксируемым». Это означало не что иное, как открытие углекислого газа (1754). Того самого «лесного духа», выделение которого наблюдал при сжигании древесного угля в 1620 г. голландец Ян Ван Гельмонт. Оставив оксид кальция на воздухе Блэк заметил, что он превращается в карбонат, -значит в воздухе есть небольшое количество углекислого газа. Значит воздух непростое вещество, а смесь по крайней мере двух веществ.

Ученик Блэка Даниэль Резерфорд стал проводить другие опыты. Он держал мышь в ограниченном объеме, пока она не погибла, потом свечу, пока не погасла. Потом пропустил воздух через раствор, способный абсорбировать углекислый газ. В оставшемся воздухе мышь погибала. И Резерфорд и Блэк объяснили это с позиции теории флогистона. Пока мыши дышали и свеча горела выделялся флогистон и поступал в воздух. Когда из воздуха убрали углекислый газ, он содержал так много флогистона, что был как бы пропитан им. Этот воздух больше не мог принять флогистона, поэтому свеча не горела. Д.Резерфорд назвал его «постоянным или удушливым воздухом», а позже Антуан Лоран Лавуазье азотом («а» — по-гречески отрицание, «зое»— жизнь) .

Первая опубликованная в 1766 г. работа Кавендиша посвящена «горючему воздуху» (водороду). Прежде всего он увеличивает количество способов получения «горючего воздуха». Кавендиш определил, какой объем «горючего воздуха» выделяется при растворении в кислоте одного и того же количества разных металлов, при какой пропорции смешения «горючего воздуха» с обыкновенным получается взрыв наибольшей силы и, наконец, каков удельный вес «горючего воздуха». Тем не менее самые трудные вопросы, связанные с «горючим воздухом», оставались невыясненными. Откуда берется «горючий воздух» – из металла или кислоты? Куда он девается или, лучше сказать, во что превращается при горении и взрыве? Понять, что "горючий воздух" - это самостоятельный химический элемент, Кавендиш так и не смог.

4.Кислородная теория горения.

Нефлогистонные представления о горении и дыхании зародились даже несколько ранее флогистонной теории. Жан Рей (1583-1645) в 1630 г. высказывал предположение, что увеличение массы металла при обжиге обусловлено присоединением воздуха. Дальнейшее развитие эти взгляды получают в книге "О селитре и воздушном спирте селитры", которую написал в 1669 г. английский химик Джон Мейоу (1645-1679). Мейоу пытается доказать, что в воздухе содержится особый газ (spiritus nitroaëreus), поддерживающий горение и необходимый для дыхания.

Открытие кислорода было сделано независимо друг от друга почти одновременно несколькими учёными.

Карл Вильгельм Шееле получил кислород в 1771 г., назвав его "огненным воздухом"; однако результаты опытов Шееле были опубликованы лишь в 1777 г. По мнению Шееле, "огненный воздух" представлял собой "кислую тонкую материю, соединённую с флогистоном".

Джозеф Пристли выделил кислород в 1774 г. нагреванием оксида ртути. Пристли считал, что полученный им газ представляет собой воздух, абсолютно лишённый флогистона, вследствие чего в этом "дефлогистированном воздухе" горение идёт лучше, чем в обычном. Большое значение для создания кислородной теории горения имели, кроме того, открытие водорода Кавендишем в 1766 г. и азота Резерфордом в 1772 г. (следует отметить, что Кавендиш принял водород за чистый флогистон).

Значение сделанного Шееле и Пристли открытия смог правильно оценить французский химик Антуан Лоран Лавуазье (1743-1794). В 1777 г. Лавуазье формулирует основные положения кислородной теории горения. --Горение есть процесс соединения тел с кислородом с одновременным выделением тепла и света. Получающееся при этом продукты –не простые вещества, а сложные, состоящие из тела и кислорода. При горении вес вещества увеличивается. Дыхание тождественно горению, только идет оно медленнее и образующееся при этом тепло идет на поддержание постоянной температуры тела.

1778 Лавуазье формулирует закон сохранения массы: масса никогда не создается и не уничтожается, а лишь переходит от одного вещества к другому. В 1783 Лавуазье, повторив опыты Кавендиша по сжиганию «горючего» воздуха (водорода), сделал вывод, что «вода не есть вовсе простое тело», а является соединением водорода и кислорода.

Новая кислородная теория горения (термин кислород – oxygenium – появляется в 1777 г. в работе Лавуазье "Общее рассмотрение природы кислот и принципов их соединения") имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с флогистонной. Она более проста, чем флогистонная, не содержит в себе "противоестественных" предположений и, главное, не основывается на существовании субстанций, не выделенных экспериментально. Вследствие этого кислородная теория горения довольно быстро получает широкое признание среди естествоиспытателей (хотя полемика между Лавуазье и флогистиками длится почти два десятилетия).

 

5. Химическая революция.

Значение кислородной теории оказалось значительно бóльшим, чем просто объяснение явлений горения и дыхания. Отказ от теории флогистона требовал пересмотра всех основных принципов и понятий химии, изменения терминологии и номенклатуры веществ. Поэтому с кислородной теории начинается переломный этап в развитии химии, названный "химической революцией". В 1785-1787 гг. четыре выдающихся французских химика – Антуан Лоран Лавуазье, Клод Луи Бертолле (1748-1822), Луи Бернар Гитон де Морво (1737-1816) и Антуан Франсуа де Фуркруа (1755-1809) – по поручению Парижской академии наук разрабатывают новую систему химической номенклатуры. Логика новой номенклатуры предполагает построение названия вещества по названиям тех элементов, из которых вещество состоит. Основные принципы этой номенклатуры используются до настоящего времени. В 1789 г. Лавуазье издаёт свой знаменитый учебник "Элементарный курс химии", целиком основанный на кислородной теории горения и новой химической номенклатуре. Появление этого курса собственно и ознаменовало, по мнению Лавуазье, химическую революцию. В "Элементарном курсе химии" Лавуазье приводит первый в истории новой химии список химических элементов, разделённых на несколько типов. В книге имеется 3 части:

1) сведения о газах, их разложении и соединении, образование кислородных соединений; 2)описаны простые вещества (элементы) их всего 33, включая теплород и свет;3)систематизированы химические операции и химическая аппаратура.