Концепция флогистона

Для ответа на этот вопрос шведский химик аптекарь К. Шееле в то же время использовал качественные методы доказательства, установив идентичность выделяющихся “земель” и материала  сосуда. Лавуазье, как и Ломоносов, учитывал существовавшие с древности  наблюдения о сохранении веса веществ  и систематически изучал весовые  соотношения веществ, участвующих  в химической реакции. Он обратил  внимание на то, что, например, при горении  серы или при образовании ржавчины на железе происходит увеличение веса исходных веществ. Это противоречило  теории флогистона, согласно которой  при горении должен был выделяться гипотетический флогистон. Лавуазье счел ошибочным объяснение, согласно которому флогистон обладал отрицательным  весом, и окончательно отказался  от этой идеи.

Другие химики, например М.В. Ломоносов или Дж. Мэйоу, пытались объяснить окисление элементов  и образование оксидов металлов (или, как тогда говорили, “известей”) как процесс, при котором частицы воздуха соединяются с каким-либо веществом. Этот воздух может быть “оттянут обратно” путем восстановления.

В 1772 г. Лавуазье собрал этот воздух, но не смог установить его природу. Первым об открытии кислорода сообщил  Пристли. В 1775 г. Ему удалось доказать, что именно кислород соединяется  с металлом и вновь выделяется из него при его восстановлении, как, например, при образовании “извести”  ртути и ее восстановлении. Систематическим  взвешиванием было установлено, что  вес металла, участвующего в этих превращениях, не изменяется.

Сегодня этот факт, казалось бы, убедительно доказывает справедливость предположений Лавуазье, а тогда  большинство химиков отнеслись  к нему скептически. Одной из причин такого отношения было то, что Лавуазье не мог объяснить процесс горения  водорода. В 1783 г. он узнал, что, используя  электрическую дугу, Кавендиш доказал  образование воды при сжигании смеси  водорода и кислорода в закрытом сосуде. Повторив этот опыт, Лавуазье нашел, что вес воды соответствует весу исходных веществ. Затем он провел эксперимент, в котором пропускал водяной  пар через железные стружки, помещенные в сильно нагреваемую медную трубку. Кислород соединялся с железными  стружками, а водород собирался  на конце трубки.

Таким образом, воспользовавшись превращениями веществ, Лавуазье сумел  объяснить процесс горения и  качественно, и количественно, и  для этого ему уже не нужна  была теория флогистона. Пристли же и Шееле, которые, открыв кислород, фактически создали основные предпосылки для  появления кислородной теории Лавуазье, сами твердо придерживались позиций  теории флогистона.

Кавендиш, Пристли, Шееле  и некоторые другие химики полагали, что расхождения между результатами опытов и положениями теории флогистона удастся устранить путем создания дополнительных гипотез. Надежность и полнота опытных данных, ясность аргументации и простота изложения способствовали быстрому распространению системы Лавуазье в Англии, Голландии, Германии, Швеции, Италии. В Германии представления Лавуазье были изложены в двух работах д-ра Гиртаннера “Новая химическая номенклатура на немецком языке” (1791 г.) и “Основы антифлогистонной химии” (1792 г.). Благодаря Гиртаннеру впервые появились немецкие обозначения веществ, соответствующие новой номенклатуре, например кислорода, водорода, азота. Работавший в Берлине Гермбштедт опубликовал в 1792 г. учебник Лавуазье в переводе на немецкий язык, а М. Клапрот после того, как он повторил опыты Лавуазье, признал, новое учение; взгляды Лавуазье разделял и знаменитый естествоиспытатель А. Гумбольдт.

В 1790-х годах в Германии не раз публиковались работы Лавуазье. Большинство известных химиков  Англии, Голландии, Швеции, талии разделяли  взгляды Лавуазье. Нередко в историко-научной  литературе можно прочесть, что для  признания теории Лавуазье химикам  понадобилось достаточно много времени. Однако по сравнению с 200 годами непризнания  астрономами взглядов Коперника 10-15-летний период дискуссий в химии не так  уж велик.

В последней трети XVIII в. одной  из важнейших была проблема, которая  многие века интересовала ученых: химики хотели понять, почему и в каких  соотношениях соединяются вещества друг с другом. К этой проблеме проявляли  интерес еще греческие философы, а во времена Возрождения ученые выдвигали идею о сродстве веществ  и даже строили ряды веществ по сродству. Парацельс писал, что ртуть  образует с металлами амальгамы, причем для разных металлов с различной  скоростью ив такой последовательности: быстрее всего с золотом, затем  с серебром, свинцом, оловом, медью  и, наконец, медленнее всего с  железом. Парацельс считал, что причиной этого ряда химического сродства является не только “ненависть” и  “любовь” веществ друг к другу. В соответствии с его представлениями металлы содержат серу, и, чем меньше ее содержание, тем чище металлы, а чистота веществ в значительной мере определяет их сродство друг к другу. Г. Шталь объяснял ряд осаждения металлов как результат различного содержания в них флогистона. До последней трети XVIII в. многочисленные исследования были направлены на то, чтобы расположить вещества по величине их “сродства”, и многие химики составляли соответствующие таблицы. Для объяснения различного химического сродства веществ выдвигались и атомистические представления, а после того, как в конце XVIII - начале XIX вв. Ученые стали понимать влияние электричества на протекание некоторых химических процессов, для этой же цели пытались использовать и представления об электричестве.

Основываясь на них, Берцелиус  создал дуалистическую теорию состава  веществ, в соответствии с, например, соли состоят из положительно и отрицательно заряженных “оснований” и “кислот”: при электролизе они притягиваются  к противоположно заряженным электродам и могут распадаться при этом на элементы вследствие нейтрализации  зарядов. Со второй половины XVIII в. особенно много внимания ученые стали уделять  вопросу: в каких количественных соотношениях взаимодействуют друг с другом вещества в химических реакциях? Уже давно было известно, что кислоты  и основания могут нейтрализовать друг друга. Предпринимались также  попытки установить содержание кислот и оснований в солях. Т. Бергман  и Р. Кирван нашли, что, например, в  реакции двойного обмена между химически  нейтральными сульфатом калия и  нитратом натрия образуются новые соли - сульфат натрия и нитрат калия, которые тоже являются химически  нейтральными. Но ни один из исследователей не сделал из этого наблюдения общего вывода. В 1767 г. Кавендиш обнаружил, что  количество азотной и серной кислот, нейтрализующие одинаковые количества карбоната калия, нейтрализуют также  одинаковое количество карбоната кальция. И.Рихтер первым сформулировал закон эквивалентов, объяснение которому было найдено позднее с позиций атомистической теории Дальтона.

Рихтер установил, что  раствор, получающийся при смешивании растворов двух химически нейтральных  солей, тоже нейтрален. Он провел многочисленные определения количеств оснований  и кислот, которые, соединяясь, дают химически нейтральные соли. Рихтер сделал следующий вывод: если одно и  то же количество какой-либо кислоты  нейтрализуется различными, строго определенными  количествами разных оснований, то эти  количества оснований эквивалентны и нейтрализуются одним и тем  же количеством другой кислоты. Выражаясь  современным языком, если к раствору сульфата калия, например, добавить раствор  нитрата бария до полного осаждения  сульфата бария, то раствор, содержащий нитрат калия, тоже будет нейтрален:

K2SO4 + Ba(NO3)2 = 2KNO3 + BaSO4.

Следовательно, при образовании  нейтральной соли эквивалентны друг другу следующие количества: 2K, 1Ba, 1SO4 и 2NO3. Полинг обобщил и сформулировал  в современном виде этот закон  соединительных весов”: “Весовые количества двух элементов (или их целочисленные  кратные), которые, реагируют с одним  и тем же количеством третьего элемента, реагируют друг с другом в тех же количествах”. Вначалеработы  Рихтера почти не привлекли внимания исследователей, поскольку он пользовался  еще терминологией флогистонной теории. Кроме того, полученные ученым ряды эквива-лентных весов были недостаточно наглядны, а предложенный им выбор  относительных количеств оснований  не имел серьезных доказательств. Положение  исправил Э.Фишер, который среди  эквивалентных весов Рихтер выбрал в качестве эталона эк-вивалент серной кислоты, приняв его равным 100, и составил, исходя из этого, таблицу “относительных весов” (эквивалентов) соединений. Но о таблице эквивалентов Фишера стало  известно лишь благодаря Бертолле, который, критикуя Фишера, привел эти данные в своей книге “Опыт химической статики” (1803 г.). Бертолле сомневался, что состав химических соединений постоянен. Он имел на это основание. Вещества, которые в начале XIX в. считались чистыми, на самом деле были либо смесями, либо равновесными системами различных веществ, а количественный состав химических соединений во многом зависел от количеств веществ, участвующих в реакциях их образования.

Некоторые историки химии  считают, что, подобно Венцелю, Бертолле также предвосхитил основные положения  закона действия масс, который аналитически выражал влияние количеств взаимодействующих  на скорость превращения. Немецкий химик  К. Венцель в 1777 г. показал, что скорость растворения металла в кислоте, измеряемая количеством металла, растворившегося  за определенное время, пропорциональна  “силе” кислоты. Бертолле сделал многое для учета влияния масс реагентов  на ход превращения.

Однако между работами Венцеля и даже Бертолле, с одной  стороны, и точной формулировкой  закона действия масс - с другой, существует качественное различие. Негативное отношение  Бертолле к закону нейтрализации  Рихтера не могло длиться долго, так как против положений Бертолле энергично выступил Пруст. Проделав в течение 1799-1807 гг. массу анализов, Пруст доказал, что Бертолле сделал свои выводы о различном составе  одних и тех же веществ, анализируя смеси, а не индивидуальные вещества, что он, например, не учитывал содержания воды в некоторых оксидах. Пруст  убедительно доказал постоянство  состава чистых химических соединений и завершил свою борьбу против взглядов Бертолле установлением закона постоянства  состава веществ: состав одних и  тех же веществ независимо от способа  получения одинаков (постоянен).

Заключение

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.

Следует отметить, что положение  об отрицательной массе флогистона фактически сделано на основании  закона сохранения массы, который был  открыт значительно позднее. Это  предположение само по себе способствовало дальнейшей активизации количественных исследований. Ещё одним результатом  создания флогистонной теории явилось  активное изучение химиками газов вообще и газообразных продуктов горения  в частности.

К середине XVIII века одним  из важнейших разделов химии стала  так называемая пневматическая химия, основоположники которой Джозеф Блэк, Даниил Резерфорд, Генри Кавендиш, Джозеф Пристли и Карл Вильгельм Шееле явились создателями целой системы количественных методов в химии. Во второй половине XVIII века теория флогистона завоевала среди химиков практически всеобщее признание.

На основе флогистонных представлений  сформировалась номенклатура веществ; предпринимались попытки связать  такие свойства вещества, как цвет, прозрачность, щёлочность и т.п., с  содержанием в нём флогистона.

Французский химик Пьер Жозеф  Макёр, автор весьма популярного  учебника "Элементы химии" и "Химического  словаря", писал в 1778 г., что флогистонная теория "…наиболее ясна и наиболее согласна с химическими явлениями. Отличаясь от систем, порождённых  воображением без согласия с природой и разрушаемых опытом, теория Шталя - надёжнейший путеводитель в химических исследованиях. Многочисленные опыты… не только далеки от того, чтобы её опровергнуть, но, наоборот, становятся доказательствами в её пользу". По иронии судьбы, учебник и словарь Макёра появились в то время, когда век флогистонной теории подошёл к концу.

Литература

1) Ахметов Н.С. Общая  и неорганическая химия. - М.: Высшая  школа,1988.

2) Дикерсон Р., Грей Г., Грей Дж. Основные законы химии:  В 2-х т. / Перевод с английского  и предисловие Е.Л. Розенберга.-М.: Мир, 1982.

3) Некрасов Б.В. Основы  общей химии: Т. I. -М.: Химия, 1969.

4) Штрубе В. Пути развития  химии: В 2-х т. / Перевод с  немецкого А.Ш. Гладкой, под  редакцией В.А. Крицмана. - М.: Мир, 1984.