К концу 17 века в химии был накоплен большой массив данных, который успешно применялся в металлургии, фармации, в гончарном деле.
Однако теоретические представления существенно отставали от экспериментальных результатов. Возрождение атомистики в трудах Пьера Гассанди и Т. Бойля не привело к существенным сдвигам в мировоззрении химиков и учение об элементах-стихиях сосуществовала с атомистическими воззрениями.
Определение понятия химия в учебниках химии в XVII - XVIII вв.
Процесс превращения химии в самостоятельную науку теснейшим образом связан с определением предмета химии и ее задач. Впервые отношение к химии как к науке сформулировал Т Бойль в своем труде, изданном анонимно, «Химик - скептик». Но еще за год до выхода из печати «Химика - скептика» вышел двухтомный учебник Николя Лефевра «Курс химии». Автор впервые обосновывает утверждение, что химия - это наука. По мнению Лефевра можно выделить:
- философскую химию
- врачебную химию
- фармацевтическую химию
Первая химия - это созерцание и познание природы, познание причин химических явлений и объяснение происходящих явлений, связанных с изменением, превращением вещества.
Второй и третий вид химии, казалось бы, совпадают. Что же заставило Лефевра разделить их? Дело в том, что в представлении Лефевра цель - причина большего может быть достигнута путем развития медицины в двух направлениях. С одной стороны, наблюдения и опыт ведут к формированию медицинской науки, теории медицины, а с другой, эта теория формируется под воздействием медицинской практики. Практическая химия в приложении к медицине должна заниматься изучением выделений и отправлений животных. Таковы задачи иатрохимии в представлении Лефевра. Но медицинская практика требует нахождения методов получения лекарств - это задача фармацевтической химии.
Н. Лефевр четко отделил задачи физики и химии. Он отметил, что химик всегда ставит перед собой задачу получения составных частей сложного тела. Эту же задачу определил и Ф. Бойль, определив «элемент» как предел делимости. Такой же точки зрения на предмет изучения химии придерживался и иатрохимик И. Ван Гельмонт.
Однако следует отметить, что в философской химии Н. Лефевр остался на позициях Аристотеля. Это неудивительно, ведь натурфилософские представления поддерживались католической церковью и были приняты большинством университетских профессоров.
«Курс химии» Н. Лефевра отражает эклектические представления того времени. Новый методологический подход к химии еще только формировался. Химия оставалась еще «научным искусством». И именно как искусство трактовали химию Я. Барнер, Н. Летери. Один из основоположников первой теории в химии - теории флогистона, Г. Шталь также считал химию искусством «разложения тел смешанных на их составные части, а также искусством составных частей в тела».
Г. Шталю вторит голландский ученый Г. Бургаве, который определил химию как «искусство каким образом производить химические операции, посредством которых при помощи соответствующих инструментов можно открывать или обнаруживать чувствительные тела и собирать их в сосуды с етем, чтобы познать отдельные полученные продукты и причины действий, а также применение этих продуктов в различных искусствах» как видно из этого определения, Г. Бургаве в «Элементах химии», откуда взята эта цитата, стремится придать химии статус самостоятельной науки и отделить ее от медицины, с которой химия была тесно связана со времен Парацельса.
В рассматриваемый исторический период имелись и другие определения химии и подразделение в зависимости от задач. Так, еще немецкий алхимик Г Кунрай ввел термин «физико-химический». В 1701 году Г. Горис выделил 4 раздела химии:
- физическая
- медицинская
- пробирная
- златоделательная
«Физическая химия» в то время была синонимом «философская химия», т. е химия, в которую включались теоретические аспекты этой зарождающейся науки. То есть, физическая химия была противопоставлением прикладной химии. В этом смысле и иатрохимия была философской химией по отношению к фармацевтической.
Однако такие представления на цели и задачи физической химии были лишь в начале 18 века. Уже в 1729 году Г. Тейхмейер подчеркивает отличие физической химии от философской. Он дал следующее определение физической химии: «Физическая, или чисто умозрительная, вернее созерцательная химия - та, в которой естествоиспытатель изучает частью начал тел, частью соотношения и сочетания начал по степени прочности, постоянства и летучести и таким образом строит себе теории».
В «элементах математической химии» М. В. Ломоносов определил химию, как науку «об изменениях, происходящих в смешанном теле, поскольку оно смешанное». Как и его зарубежные коллеги, М. В. Ломоносов разделил химию на теоретическую и практическую, но определял химию как науку.
Отвергнув взгляд на химию как на искусство разделения и соединения веществ, Ломоносов сформулировал новые задачи перед этой наукой.
По его мнению, задачей химии является выявление причин химических превращений строгими научными методами, одни истины выявлять из других и в этом случае «химия сама по себе будет наукой».
Однако эта концепция не получила распространения в 18 веке. И более того, возродившаяся атомистика была отброшена назад и первая химическая теория, лишенная мистицизма алхимиков и иатрохимиков строилась на аристотелевых представлениях о природе вещества и на традициях алхимиков. Этой первой теорией было учение о флогистоне.
Учение о флогистоне.
На первой лекции мы с вами отметили, что первой химической лабораторией был костер. Воздействие огня на различные тела позволило создать целый ряд ремесел. Более того, огонь издавна рассматривался как основной «анализатор» сложных тел. Достаточно вспомнить иатрохимика Ван-Гельмонда, который открыл «лесной дух» и высказал предположение о сохранении массы при взаимодействии и разложении веществ.
Неудивительно, поэтому, что процессы горения, природа процессов окисления и восстановления особенно привлекала химиков в конце 17 - начале 18 века.
Одной из попыток объяснить эти процессы была флогистонская теория, разработанная упомянутым выше Георгом Эрнстом Шталем.
Г. Э. Шталь родился в Аисбахе 21 октября 1652 года. Проявляя с детства интерес к химии и медицине, он выбрал эти специальности для углубленного изучения. В 1715 году, получив назначение королевским лейб-медиком, он переезжает в Берлин и трудится при дворе прусского короля Фридриха Вильгельмя I. Благодаря его усилиям в Берлине появилась медико-хирургическая коллегия, которая готовила военных врачей. Кафедру химии в этой коллегии возглавлял сам Г. Э. Шталь, где плодотворно трудился вплоть до своей кончины в 1734 году.
В основу теории флогистона было положено представление И Бехаре (1635-1682) о жирной земле, наделяющей тела свойствами горючести.
Бехер переработал концепцию Аристотеля и Парацелься об элементах - качествах и оставил только два из них - землю и воду. Однако эти элементы качества он наделил рядом начал. Земля по Бехеру состояла из 3 начал: земли стекловидной (песок, камень, горные породы), земли воспламеняемой и земли ртутной (ртуть, металлы)
Земля стекловидная олицетворяла принцип сухости, твердости и прозрачности. Земля ртутная была олицетворением принципа летучести и тяжести. Земля же воспламеняемая олицетворяла принцип горючести. Этот принцип горючести и был назван позднее в работах Шталя флогистоном. Отметим, что согласно Бехеру горючесть тел связана не только с наличием в них земли воспламеняемой или жирной, но и с присутствием серы и частиц соли. Соединение всех трех земель по мнению Бехера приводило к образованию металлов. По сути дела, учение Бехера является видоизменением учений Аристотеля и Парацельса. Бехер выделял огненную материю, которая способна соединяться с телом. Однако огненная материя, также, как и огонь Аристотеля, не тождественен видимому огню, но аналогичен алхимической сере.
Развив теорию горения на базе представлений Бехера, Шталь ввел понятие о флогистоне, как об абстрактном принципе горючести. Флогистон, к представлении Шталя, становится «горючей субстанцией» только тогда, когда находится в сложном теле в сочетании с другими веществами. Присутствие флогистона в телах растительного, животного и минерального происхождения обуславливают их запахи и цвета. Этот горючий принцип растворяется в воздухе, поэтому он неуловим.
Фактически в течении всего времени своего пребывания в Берлине Г. Э. Шталь разрабатывал эту теорию. Большим числом экспериментов он доказал восстановительную способность флогистона.
При нагревании металлы теряли флогистон и превращались в извести (оксиды), которые легко восстанавливались при нагревании с жирными землями. Поскольку еще в древности огню присваивали разрушительные свойства, то химики - флогистики считали извести - простыми веществами, а сами металлы - сложными, поскольку это результат присоединения флогистона к извести.
Теория флогистона была первой теорией, объясняющей с единой позиции большинство химических процессов. Она ослепляла своих адептов и никто не хотел замечать вопиющих противоречий между флогистической теорией и фактами. В 1728 году Г. Штабель в курсе «Догматико-экспериментальная химия» отметил, что объяснение увеличения веса окалин при их разложении присоединением флогистона неверны. Прибавление материи должно увеличивать вес, а уменьшение - уменьшать.
В учебнике «элементы химии» Г. Бургаве исключает понятие флогистона. Он проводит наблюдение горения в закрытом пространстве и наблюдает за поведением птицы под стеклянным колпаком. Это дало ему основание полагать, что в составе воздуха есть что-то, что поддерживает дыхание и горение.
Г. Бургави был исключительно одаренным систематиком, поэтому его «Элементы химии» долгое время был основным источником и лучшим практическим пособием по химии. Гораздо менее известен он как химик-практик. Однако его практические работы представляли определенный интерес для своего времени. Бургаве нагревал ртуть в закрытом сосуде и доказал, что с ней ничего не произошло, опровергнув, таким образом, мнение алхимиков о том, что ртуть можно превращать в твердое тело без добавления какого-либо вещества. Опытным путем он доказал, что растворение азотокислого свинца в воде не приводит к образованию ртути, как полагали алхимики.
Однако, возражения против теории флогистона большинства химиков 18 века не были услышаны. Появлялись новые трактовки флогистона, новые объяснения явлений, связанных с потерей веса при присоединении флогистона. Сама теория продолжала жить и завоевывать все большее число сторонников. Практически все химики Германии были флогистиками. Во Франции Э. Жоффруа-старший, ученый, предложивший первую таблицу химического сродства был флогистиком. Флогистики были и А. Дюатель де Монсо и П. Макер и учитель великого А. Лавуазье, блестящий лектор Руель.
Конечно, химия в это время двигалась вперед. Г. Руэль развил интересные представления о солях как соединениях кислот и оснований и классифицировать соли как нейтральные, кислые и щелочные. В представлении о флогистоне Г. Руэль тоже внес свою лепту. Он рассматривал флогистон не столько как элемент, а как некий инструмент огня уровня составления материи.
Иначе говоря, в представлении Г. Руэля «флогистон» - это вещественные частицы огня, которые скрепляют частицы тел, превращая одни в другие.
Сторонниками этой теории были и шведские ученые Бергман и его ученик К. Шееле. Оба обогатили химию открытием большого количества новых веществ и экспериментальных методов.
Унаследовал у своего учителя Вульфа эту теорию и М. В. Ломоносов. Он рассматривал флогистон как материальное вещество, состоящее из корпускул: «Если корпускулы флогистона движутся одни, то дают безвредный огонь, что доказывает зажженный винный спирт и самые чистые эфирные масла.»
В 1751 году Ломоносов писал, что при растворении неблагородных металлов в кислотах выделяетcя «горючий пар, который представляет собой нечто иное, чем флогистон»ю эту же точку зрения на природу флогистона высказывал и Г.Кавендыш, который впервые наблюдал образование «горючего газа» водорода при разложении воды. Однако следует отметить, что их работы долгое время были практически недоступны.
Увеличение веса металла при кальцинировании требовало объяснения, поэтому сторонники теории флогистона прибегли к различного рода гипотезам, не согласующимся с фактами.
Теория флогистона просуществовала практически сто лет, хотя противоречия ее с фактами было очевидно. По мнению А. Л. Лавуазье эта теория была столь живуча потому, что на ее основе были сделаны 2 великих открытия. Первое, металлы - тела горючие. Образование окалины является процессом горения. Второе открытие состояло, по мнению Лавуазье, в том, что свойство гореть или способность к воспламенению может передаваться от одного тела к другому. При кальцинировании металлы теряют свою горючесть, а соприкасаясь с углем и другими жирными землями способны гореть, т.е. окисляться у металлов восстанавливается. Металлы возвращают свое свойство горючести, забирая его у горючего вещества.
Период господства теории флогистона условно можно разделить на 3 основных периода.
1 период (конец XVII в - 30-е годы XVIII в). это время победоносного шествия теории флогистона по Европе и безоговорочного восприятия ее практически всеми крупными химиками того времени.
С 1730-1779 г велись упорные поиски флогистона и выявлялись факты вопиющего противоречия теории фактам.
В 70-х годах XVIII в начался заключительный этап теории флогистона - период крушения. Этот этап характеризуется яростной борьбой сторонников теории и новой теории горения, кислородной теории.
Таким образом, первая теория в химии возникла в рамках старых представлений о строении материи. В основу были положены учения Аристотеля о горении. Это и неудивительно, если учесть, что мировоззрение ученых того времени формировалось на работах Аристотеля и его последователей - алхимиков и иатрохимиков. Химики того времени еще окончательно не освободились от алхимических воззрений и взгляды иатрохимиков господствовали в среде химиков того времени. Поэтому значение теории флогистона в истории химии двояко. С одной стороны, она способствовала накоплению большого массива эмпирического материала, который появился в связи с поисками этого флогистона.
Но с другой стороны, она препятствовала поиску правильного, научного, адекватного описания наблюдаемых фактов. Накопление фактов, противоречащих теории флогистона, явилось, в конце концов, сдерживающим фактором, в развитии химии в конце XVIII века.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Теория "флогистона", ее значение для развития органической химии
Со второй половины XVI века начинается новый период развития химии. Передовые ученые того времени приходят к выводу, что химию следует изучать как самостоятельную область естествознания, независимо от применения ее для целей алхимии или врачевания. Химию следует считать не служанкой какого-нибудь искусства или профессии, а существенной частью великого учения о природе; только при этом условии химия как наука может достигнуть значительных успехов. В этот период постепенно начинают устанавливаться первые представления о химически чистом, или индивидуальном, веществе, о сложных веществах и их составных частях и о химических элементах как о пределе разложения всех веществ.
Накопление сведений о веществах и их взаимных отношениях дало возможность сделать два важных обобщения:
1. О постоянстве многих свойств у определенного, или «чистого», вещества: нечистота есть следствие примеси других веществ, а не результат влияния невещественных свойств.
2. О родственных отношениях между определенными веществами: данное вещество может быть получено лишь из некоторых (а не из всех) веществ, и, наоборот, эти последние могут быть получены из данного вещества.
Все это позволило знаменитому английскому ученому, физику и химику Роберту Бойлю (1627--1691) высказать впервые идею об элементах как о пределе разложения веществ («The Sceptical Chymist», 1661). Отказавшись от идеи гипотетических «философских» элементов как носителей качеств веществ, он пришел к твердому убеждению, что необходимо обращать внимание главным образом на те составные части веществ, которые можно фактически выделить и которые, следовательно, реально существуют. Если эти составные части невозможно разложить далее, то их следует называть элементами. Таким образом, число элементов не может быть дано a priori, а может быть установлено только опытом.
Однако взгляды Бойля завоевывали признание химиков медленно и постепенно, и указанные выше выводы сделались господствующими только к началу XVIII века. Для окончательного установления понятия об элементах как о конечных продуктах разложения веществ понадобилось еще около ста лет. Недоставало еще критерия для суждения о том, какие изменения веществ следует признать соединением и какие разложением; поэтому сложные вещества можно было считать простыми, и наоборот.
С конца XVII и почти до конца XVIII века в умах химиков безраздельно господствовала флогистонная теория, выдвинутая с целью объяснения процессов горения и вообще окисления, а также процессов восстановления. Гипотеза флогистона была первой теорией в химии и позволила обобщить множество реакций. Это было заметным шагом на пути становления химии как науки. В 70x годах XVIII века теория флогистона была опровергнута трудами Антуана Лавуазье, благодаря которым ее сменила другая -- кислородная теория горения.
Георг Эрнст Шталь (Stahl, Georg Ernst) (1659-1734), немецкий врач и химик, создатель теории флогистона. Родился 21 октября 1659 в Ансбахе. В 1673-1679 изучал медицину и химию в Йенском университете, стал там же приват-доцентом, затем профессором медицины. С 1687 - придворный врач герцога Заксен-Веймарского Иоганна Эрнста. В 1694 был избран профессором медицины только что открывшегося университета в Галле. Преподавал основы медицины и работал в клинике, проводил обширные теоретические и экспериментальные исследования в области химии. В 1715 был приглашен в Берлин на должность придворного врача прусского короля Фридриха Вильгельма I. Стал президентом Медицинской коллегии - высшего медицинского учреждения Пруссии. Благодаря его усилиям в Берлине была основана Медико-хирургическая коллегия для подготовки военных врачей.
В историю химии Шталь вошел как автор теории флогистона (от греч. флогистос, воспламеняющийся). Сам термин встречается еще у Аристотеля, а затем у ряда врачей и химиков Средневековья, но первый набросок учения об одном из «начал» макрокосма, «горючей земле», дал предшественник Шталя Иоганн Бехер.
Идеи Шталя были изложены в многочисленных трудах - Основания зимотехники, или общая теория брожения (Zimotechnica fundamentalis seu Fermentationis theoria generalis, 1697), Бехеров пример (дополнение к Подземной физике Бехера) (Specimen Becherianum, 1723), Основания догматической и экспериментальной химии (Fundamenta Chymiae dogmaticae et experimentalis, 1723). Шталю принадлежат также работы по горному делу, металлургии, пробирному искусству.
Создателями теории флогистона считаются немецкие химики Иоганн Иоахим Бехер и Георг Эрнст Шталь. Бехер в книге "Подземная физика" (1669) изложил свои очень эклектичные взгляды на составные части тел. Таковыми, по его мнению, являются три вида земли: первая - плавкая и каменистая (terra lapidea), вторая - жирная и горючая (terra pinguis) и третья - летучая (terra fluida s. mercurialis). Горючесть тел, по мнению Бехера, обусловлена наличием в их составе второй, жирной, земли. Система Бехера очень похожа на алхимическое учение о трёх принципах, в котором горючесть обусловлена наличием серы; однако Бехер считает, что сера является сложным телом, образованным кислотой и terra pinguis. По сути, теория Бехера представляла собой одну из первых попыток предложить нечто новое взамен алхимического учения о трёх принципах. Увеличение массы металла при обжиге Бехер традиционно объяснял присоединением "огненной материи". Эти взгляды Бехера послужили предпосылкой к созданию теории флогистона, предложенной Шталем в 1703 г., хотя и имеют с ней очень мало общего. Тем не менее, сам Шталь всегда утверждал, что авторство теории принадлежит Бехеру.
Суть теории флогистона можно изложить в следующих основных положениях:
1. Существует материальная субстанция, содержащаяся во всех горючих телах - флогистон (от греческого цлпгйуфпж - горючий).
2. Горение представляет собой разложение тела с выделением флогистона, который необратимо рассеивается в воздухе. Вихреобразные движения флогистона, выделяющегося из горящего тела, и представляют собой видимый огонь. Извлекать флогистон из воздуха способны лишь растения.
3. Флогистон всегда находится в сочетании с другими веществами и не может быть выделен в чистом виде; наиболее богаты флогистоном вещества, сгорающие без остатка.
4. Флогистон обладает отрицательной массой.
Теория Шталя, подобно всем предшествующим, также исходила из представлений, будто свойства вещества определяются наличием в них особого носителя этих свойств. Положение флогистонной теории об отрицательной массе флогистона (значительно более позднее и признававшееся не всеми сторонниками теории) было призвано объяснить тот факт, что масса окалины (или всех продуктов горения, включая газообразные) больше массы обожжённого металла.
Процесс обжига металла в рамках теории флогистона можно отобразить следующим подобием химического уравнения:
Металл = Окалина + Флогистон
Для получения металла из окалины (или из руды), согласно теории, можно использовать любое тело, богатое флогистоном (т.е. сгорающее без остатка) - древесный или каменный уголь, жир, растительное масло и т.п.:
Окалина + Тело, богатое флогистоном = Металл
Необходимо подчеркнуть, что эксперимент может только подтвердить справедливость этого предположения; это являлось хорошим аргументом в пользу теории Шталя. Флогистонная теория со временем была распространена на любые процессы горения. Тождество флогистона во всех горючих телах было обосновано Шталем экспериментально: уголь одинаково восстанавливает и серную кислоту в серу, и земли в металлы. Дыхание и ржавление железа, по мнению последователей Шталя, представляют собой тот же процесс разложения содержащих флогистон тел, но протекающий медленнее, чем горение.
Первая теория научной химии - теория флогистона - в значительной степени основывалась на традиционных представлениях о составе веществ и об элементах как носителях определённых свойств. Тем не менее, именно она стала в XVIII веке главным условием и основной движущей силой развития учения об элементах. Энгельс оценивает теорию флогистона следующим образом: «Химия... освободилась от алхимии посредством теории флогистона». Именно во время почти столетнего существования флогистонной теории завершилось начатое Бойлем превращение алхимии в химию.
Флогистонная теория горения была создана для описания процессов обжига металлов, изучение которых являлось одной из важнейших задач химии конца XVIII века. Металлургия в это время столкнулась с двумя проблемами, разрешение которых было невозможно без проведения серьёзных научных исследований - большие потери при выплавке металлов и топливный кризис, вызванный почти полным уничтожением лесов в Европе.
Основой для теории флогистона послужили традиционные представления о горении как о разложении тела. Феноменологическая картина обжига металлов была хорошо известна: металл превращается в окалину, масса которой больше массы исходного металла (Бирингуччо ещё в 1540 г. показал, что вес свинца увеличивается после прокаливания); кроме того, при горении имеет место выделение газообразных продуктов неизвестной природы. Целью химической теории стало рациональное объяснение этого феномена, которое можно было бы использовать для решения конкретных технических задач. Последнему условию не отвечали ни представления Аристотеля, ни алхимические взгляды на горение.
Теория флогистона позволила, дать приемлемое объяснение процессам выплавки металлов из руды, состоящее в следующем. Руда, содержание флогистона в которой мало, нагревается с древесным углем, который очень богат флогистоном; флогистон при этом переходит из угля в руду, и образуются богатый флогистоном металл и бедная флогистоном зола.
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 т.н. 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.
Следует отметить, что в исторической литературе имеются серьёзные разногласия в оценке роли теории флогистона - от резко негативной до положительной. Однако нельзя не признать, что 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.
Знаменитые химики того времени Михаил Ломоносов, Карл Шееле, Джозеф Пристли, Генри Кавендиш искали способы выделения флогистона из различных веществ, но так и не смогла его обнаружить. Ломоносов, например, допускал, что флогистон - материальное тело, состоящее из мельчайших частиц (корпускул).
Всюду и везде химики того времени искали следы таинственного флогистона.
Если сгорал уголь, химик говорил: -- Весь флогистон из угля ушел в воздух. Осталась одна зола. Когда фосфор, вспыхнув ярким пламенем, превращался в сухую фосфорную кислоту, то это объяснялось так же: фосфор, мол, распался на свои составные части -- на флогистон и фосфорную кислоту. Даже когда раскаленный или влажный металл ржавел -- и тут химик видел козни флогистона: -- Ушел флогистон, и от блестящего металла осталась ржавчина, или окалина.
Никто не мог объяснить толком, что такое флогистон. Иные думали, что это нечто вроде газа, а другие говорили, что флогистон нельзя ни увидеть, ни получить отдельно, так как самостоятельно он существовать не может, а всегда связан с каким-нибудь другим веществом.
Некоторые ученые одно время утверждали, будто им удалось выделить флогистон в чистом виде. Но потом они сами же усомнились в этом и заявили: «Пожалуй, то, что мы приняли за чистый флогистон, вовсе и не флогистон».
Не знали, есть ли у него вес, как у всякого другого тела, или он невесом. Флогистон казался неуловимым и бесплотным, как призрак. Но все химики того времени упорно верили в его существование.
Откуда же возникла эта странная вера? Всякому, кто наблюдал за огнем, бросалось в глаза, что горящее вещество разрушается и исчезает. Из зажженного тела словно что-то выделяется и уходит с пламенем, а на его месте остаются зола, пепел, окалина или кислота. (Теперь мы называем подобный продукт горения ангидридом кислоты). Горение, казалось, уничтожает вещество, выгоняя из него нечто призрачное, неуловимое -- «душу огня». Вот и было решено, что горение есть распад сложного горючего вещества на особый огненный элемент -- флогистон -- и другие составные части.
В период развития теории флогистона впервые было замечено различие в свойствах типичных сложных и изменчивых органических веществ и типичных простых и устойчивых минеральных веществ, какими являются металлы, окислы, кислоты, минеральные соли и т. п. Однако соответственно установившемуся в то время делению вещественного мира на три царства природы -- минеральное, растительное и животное, вещества также стали делить по происхождению на вещества минеральные, растительные и животные. Химики еще не решались объединить понятия о веществах растительного и животного происхождения в одно общее понятие органических веществ.
Деление на растительные, животные я минеральные вещества впервые появляется в 1675 г. в курсе химии Лемери. Другие химики того времени пытаются обосновать это деление и отыскать причину различия веществ разного происхождения. Так, Бехер полагал, что «элементы в различных царствах природы одни и те же, но в растительных и животных веществах они соединены более сложным, а в минеральных -- более простым способом». Другой автор флогистонной теории, Шталь, объясняет различие свойств различным составом: «в минеральных веществах, -- говорит он, -- преобладает землистое, а в растительных и животных -- водное и горючее начало».
Химия органических веществ за период господства теории флогистона не сделала заметных успехов ни в теоретическом, ни в практическом отношении. Органические вещества исследовали только для нужд фармации или с целью усовершенствования технических процессов, например процесса крашения.
Несмотря на то, что теория флогистона неверно истолковывала факты, она, особенно в первое время, оказалась полезной для развития химии. На ее основе удалось установить родственные отношения громадного числа вещестз и, используя ее как руководящую нить для химического исследования, правильно предсказать многие химические отношения веществ.
Экспериментальное исследование химических реакций в этот период впервые стало на твердую почву.
Уже к середине XVIII века вследствие накопления фактического материала теория флогистона начинает задерживать развитие химии как науки, препятствуя объяснению новых данных. Так, например, в Петербурге в 1785 г. Т.Е. Ловиц открыл явление адсорбции веществ углем из растворов, но, находясь под влиянием теории флогистона, не смог правильно объяснить это явление, хотя и сделал из него важные практические выводы.
Первым аргументом против теории флогистона явилось открытие в 1748 г. гениальным русским ученым М.В. Ломоносовым закона сохранения вещества. В письме к Л. Эйлеру от 5 июля 1748 г. Ломоносов писал: «...все изменения, совершающиеся в природе, происходят таким образом, что сколько к чему прибавилось, столько же отнимается от другого. Так, сколько к одному телу прибавится вещества, столько же отнимется от другого...» Этот закон был установлен Ломоносовым на основании блестящих экспериментальных работ, среди которых особого внимания заслуживают его опыты окисления металлов при нагревании в запаянных сосудах. Взвешивая прибор на точных весах до и после опыта, Ломоносов приходит к выводу, что после происшедшей химической реакции окисления металла вес прибора не изменяется. Своими опытами Ломоносов опроверг результаты аналогичных опытов Р. Бойля. Ошибка последнего заключалась в том, что он по окончании опыта вскрывал запаянный сосуд; в реторту врывался воздух, и вес прибора увеличивался. Это и привело Бойля к неправильному выводу осуществовании весомой «материи огня».
Работы Ломоносова, однако, не были оценены современниками, и лишь более чем сто лет спустя вызвали удивление и восхищение всего ученого мира.
Окончательное крушение теории флогистона произошло в результате открытия кислорода и выяснения его роли в процессах окисления. Кислород был открыт в 1774 г. Шееле и, независимо от него, Пристли. Однако эти выдающиеся экспериментаторы оба были убежденнейшими сторонниками теории флогистона (в их время уже опровергнутой) и поэтому отказались не в состоянии сделать какие-либо действительно научные выводы из своего открытия. Полученный ими кислород они считали лишь «дефлогистированным», или «огненным», воздухом, в котором горение происходит более интенсивно, чем в обычном воздухе. Ни Шееле, ни Пристли не смогли понять огромного значения открытой ими важнейшей роли кислорода в химических процессах, несмотря на то, что в их руках имелись убедительные факты. Даже после того как Лавуазье дал правильное объяснение явлений горения и вообще окисления, они продолжали слепо отстаивать свою неверную точку зрения. Ф. Энгельс в предисловии ко второму тому «Капитала» К. Маркса писал по поводу этого исторического факта следующее: «Пристли и Шееле описали кислород, но они не знали, что оказалось у них в руках. Они «оставались в плену» флогистонных «категорий, которые они нашли у своих предшественников». Элемент, которому суждено было ниспровергнуть все флогистонные воззрения и революционизировать химию, пропадал в их руках совершенно бесплодно... Лавуазье, руководствуясь этим новым фактом, вновь подверг исследованию всю флогистонную химию и впервые открыл, что новая разновидность воздуха была новым химическим элементом, что при горении не таинственный флогистон выделяется из горящего тела, а этот новый элемент соединяется с телом... И если даже Лавуазье и не дал описания кислорода, как он утверждал впоследствии, одновременно с другими и независимо от них, то все же по существу дела открыл кислород он, а не те двое, которые только описали его, даже не догадываясь о том, чтоименно они описывали».
Таким образом, заслуга окончательного ниспровержения теории флогистона принадлежит Лавуазье, который, применяя, как и Ломоносов, строго количественный метод исследования, в своих опытах (1772--1777) доказал, что процесс горения представляет собой не разложение вещества, а реакцию соединения вещества с кислородом. Говоря образно, Лавуазье поставил химию с головы на ноги.
теория флогистон влияние развитие химия
Литература
А. Азимов. Краткая история химии. Развитие идей и представлений в химии. М.: Мир, 1983. 187 стр.
А.Н. Шамин. История биологической химии. Формирование биохимии. М.: Наука, 1983. 262 стр.
В.А. Волков, Е.В. Вонский, Г.И. Кузнецова Выдающиеся химики мира. М.: Высшая школа, 1991. 656 стр.
П.М. Зоркий Критический взгляд на основные понятия химии. Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева, 1996, том 40, N3, стр.5-25.
Раков Э.Г. Вещества и люди: заметки и очерки о химии. М. «Академкнига», 2003, 318 с.
Ю.И. Соловьев История химии (Развитие химии с древнейших времен до конца XIX в. М.: Просвещение, 1983.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Теория флогистона и система Лавуазье. Творец теории флогистона - Георг Шталь. Он считал, что флогистон содержится во всех горючих и способных к окислению веществах. Периодический закон. Дмитрий Иванович Менделеев.
реферат , добавлен 05.04.2004
Теория флогистона и система Лавуазье. Периодический закон. История современной химии как закономерный процесс смены способов решения ее основной проблемы. Различные подходы к самоорганизации вещества. Общая теория химической эволюции и биогенеза Руденко.
курсовая работа , добавлен 28.02.2011
Происхождение термина "химия". Основные периоды развития химической науки. Типы наивысшего развития алхимии. Период зарождения научной химии. Открытие основных законов химии. Системный подход в химии. Современный период развития химической науки.
реферат , добавлен 11.03.2009
Процесс зарождения и формирования химии как науки. Химические элементы древности. Главные тайны "трансмутации". От алхимии к научной химии. Теория горения Лавуазье. Развитие корпускулярной теории. Революция в химии. Победа атомно-молекулярного учения.
реферат , добавлен 20.05.2014
История химии как науки. Родоночальники российской химии. М.В.Ломоносов. Математическая химия. Атомная теория - основа химической науки. Атомная теория просто и естественно объясняла любое химическое превращение.
реферат , добавлен 02.12.2002
Краткий исторический обзор развития органической химии. Первые теоретические воззрения. Теория строения А.М. Бутлерова. Способы изображения органических молекул. Типы углеродного скелета. Изомерия, гомология, изология. Классы органических соединений.
контрольная работа , добавлен 05.08.2013
Основные направления научных достижений Д.И. Менделеева. Его значение в истории мировой науки, в области физической химии. Изучение упругости газов, химической теории растворов, создание периодического закона. Создание учебника-монографии "Основы химии".
реферат , добавлен 19.03.2011
Основные этапы развития химии. Алхимия как феномен средневековой культуры. Возникновение и развитие научной химии. Истоки химии. Лавуазье: революция в химии. Победа атомно-молекулярного учения. Зарождение современной химии и ее проблемы в XXI веке.
реферат , добавлен 20.11.2006
Зарождение химии в Древнем Египте. Учение Аристотеля об атомах как идейная основа эпохи алхимии. Развитие химии на Руси. Вклад Ломоносова, Бутлерова и Менделеева в развитие этой науки. Периодический закон химических элементов как стройная научная теория.
презентация , добавлен 04.10.2013
Главные положения классической теории химического строения молекулы. Характеристики, определяющие ее реакционную способность. Гомологический рад алканов. Номенклатура и изометрия углеводородов. Классификация кислородосодержащих органических соединений.
Флогистон
К числу открытий XVII в., имевших особое значение для развития химии, следует отнести открытие существования давления столба атмосферного воздуха, возможности использования этого давления и возможности создания вакуума. Некоторые исследователи стали приходить к мысли, что вакуум можно получить и без использования воздушного насоса. Предположим, вы вскипятили воду и заполнили камеру паром, затем снаружи остудили камеру холодной водой. При этом пар внутри камеры конденсируется в водяные капли, и в камере создается вакуум. Если одну из стенок такой камеры сделать подвижной, то под действием давления воздуха эта подвижная стенка будет втягиваться в камеру. Когда же в камеру попадет новая порция пара, стенка будет вновь выталкиваться, а затем при конденсации пара вновь втягиваться в камеру. Можно представить себе, что подвижная стенка - это своего рода поршень, совершающий возвратно-поступательные движения; такой поршень можно использовать, например, в насосе, работающем на паре. В 1698 г. такая паровая машина и в самом деле была создана английским горным инженером Томасом Севери (ок. 1650-1715). В этом устройстве использовался пар под большим давлением, что по тем временам было небезопасно. Примерно в то же время (1705 г.)
Томас Ньюкомен (1663-1729), работавший совместно с Севери, изобрел паровую машину, которая могла работать на паре под более низким давлением (рис. 5). Однако машина Ньюкомена не была универсальной, и ее можно было использовать практически только для поднятия воды. Конструкция машины была значительно усовершенствована шотландским механиком Джеймсом Уаттом (1736-1819), который и считается создателем универсальной паровой машины.
Рис. 5. Насосное устройство конструкции Ньюкомена, работавшее при атмосферном давлении. Впрыснутая в цилиндр вода вызывает конденсацию пара, в цилиндре создается вакуум, и поршень опускается вниз. Новая порция пара, поступающая в цилиндр из парового котла, возвращает поршень в исходное положение.
Появление паровой машины ознаменовало собой начало промышленной революции: человек получил машину, которая, казалось, могла переделать всю тяжелую работу на свете. Человек перестал зависеть от капризов силы ветра или месторасположений падающей воды, энергию которой можно было использовать для механической работы.
Не совсем обычное использование огня в паровой машине возродило у химиков интерес к процессу горения. Почему одни предметы горят, а другие не горят? Что представляет собой процесс горения? По представлениям древних греков все, что способно гореть, содержит в себе элемент огня, который в соответствующих условиях может высвобождаться. Алхимики придерживались примерно той же точки зрения, но считали, что способные к горению вещества содержат элемент «сульфур» (хотя необязательно саму серу).
В 1669 г. немецкий химик Иоганн Иоахим Бехер (1635-1682) попытался дать рационалистическое объяснение явлению горючести. Он предположил, что твердые вещества состоят из трех видов «земли», и один из этих видов, названный им «жирная земля» (terra pinguis), принял за «принцип горючести». Последователем весьма туманных представлений Бехера баль предложил схему процесса горения, объяснявшую роль флогистона.
Согласно Шталю, горючие вещества богаты флогистоном. В процессе горения флогистон улетучивается, а то, что остается после завершения процесса горения, флогистона не содержит и потому продолжать гореть не может. Шталь далее утверждал, что ржавление металлов подобно горению дерева. Металлы, по его мнению, содержат флогистон, а ржавчина (или окалина) флогистона уже не содержит. Такое понимание процесса ржавления позволило дать приемлемое объяснение и процессу превращения руд в металлы - первому теоретическому открытию в области химии. Объяснение Шталя состояло в следующем. Руда, содержание флогистона в которой мало, нагревается на древесном угле, весьма богатом флогистоном. Флогистон при этом переходит из древесного угля в руду, в результате древесный уголь превращается в золу, бедную флогистоном, а руда, бедная флогистоном, превращается в металл, богатый флогистоном.
Сам по себе воздух, по мнению Шталя, способствует горению лишь косвенно: он служит переносчиком флогистона, когда последний выходит из дерева или металла, и передает его другому веществу (если таковое существует).
Теория флогистона Шталя на первых порах встретила резкую критику. Особенно возражал против нее знаменитый голландский врач Герман Бургаве (1668-1738), который считал, что обычное горение и образование ржавчины не могут быть по сути дела одним и тем же явлением. Ведь горение сопровождается образованием пламени, а ржавление происходит без пламени. Сам Шталь объяснял это различие тем, что при горении веществ, подобных дереву, флогистон улетучивается настолько быстро, что нагревает окружающую среду и становится видимым. При ржавлении флогистон улетучивается медленно, поэтому пламя не появляется.
Несмотря на критику Бургаве, теория флогистона начала завоевывать популярность. К 1780 г. она была принята химиками почти повсеместно, так как позволила дать четкие ответы на многие вопросы. Однако один вопрос ни Шталь, ни его последователи разрешить не смогли. Дело в том, что большинство горючих веществ, например дерево, бумага, жир, при горении в значительной степени исчезали. Остававшаяся сажа или зола была намного легче, чем исходное вещество. Этого, по-видимому, и следовало ожидать, так как при горении флогистон улетучивался из вещества.
Согласно теории Шталя, в процессе ржавления металлы также теряли флогистон, тем не менее еще алхимиками в 1490 г. было установлено, что ржавый металл гораздо тяжелее нержавого. Почему вещество, теряющее флогистон, становится тяжелее? Может быть, как утверждали некоторые химики XVIII в., флогистон обладает отрицательным весом? Почему в таком случае дерево при горении уменьшается в весе? Или, может быть, существуют два вида флогистона - с положительным и с отрицательным весом?
В семнадцатом столетии началось бурное развитие механики, которое оказалось плодотворным и для химии.
Развитие механики привело к созданию паровой машины и положило начало промышленной революции. Человек получил машину, которая, казалось, может делать всю тяжелую работу на свете. Но использование огня в паровой машине возродило у химиков интерес к процессу горения. Почему одни предметы горят, а другие не горят? Что представляет собой процесс горения?
Задолго до XVIII века греческие и западные алхимики пытались ответить на эти вопросы. По представлениям древних греков все, что способно гореть, содержит в себе элемент огня, который в соответствующих условиях может высвобождаться. Алхимики придерживались примерно той же точки зрения, но считали, что способные к горению вещества содержат в себе элемент «сульфур». В 1669 году немецкий химик Иоганн Бехер попытался дать рациональное объяснение явлению горючести. Он предположил, что твердые вещества состоят из трех видов «земли», и один из этих видов, названный им «жирная земля», служит горючим веществом. Все эти объяснения не отвечали на вопрос о сущности процесса горения, но они стали отправной точкой для создания единой теории, известной под названием теории флогистона.
Основоположником теории флогистона считается немецкий врач и химик Георг Шталь, который постарался последовательно развить идеи Бехера о «жирной земле», но в отличие от Бехера Шталь вместо понятия «жирная земля» ввел понятие «флогистона» - от греческого «флогистос» - горючий, воспламеняющийся. Термин «флогистон» получил большое распространение благодаря работам самого Шталя и потому, что его теория объединила многочисленные сведения о горении и обжигании.
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 расплавление 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».
Такое понимание процесса плавления позволило дать приемлемое объяснение и процессу превращение руд в металлы - первому теоретическому открытию в области химии.
Объяснение Шталя состояло в следующем. Руда, содержание флогистона в которой мало, нагревается на древесном угле, весьма богатом флогистоном. Флогистон при этом переходит из древесного угля в руду, в результате чего древесный уголь превращается в золу, бедную флогистоном, а руда превращается в металл, богатый флогистоном.
Теория флогистона Шталя на первых порах встретила резкую критику, но при этом быстро начала завоевывать популярность и во второй половине XVII в. была принята химиками повсеместно, так как позволила дать четкие ответы на многие вопросы. Однако один вопрос ни Шталь, ни его последователи разрешить не смогли. Дело в том, что большинство горючих веществ (дерево, бумага, жир) при горении в значительной степени исчезали. Оставшиеся зола и сажа были намного легче, чем исходное вещество. Но химикам XVIII в. эта проблема не казалась важной, они еще не сознавали важность точных измерений, и изменением в весе они пренебрегали. Теория флогистона объясняла причины изменения внешнего вида и свойств веществ, а изменения веса были не важны.
Экспериментальное естествознание XVII века
В XV-XVI веках в Европе начался период быстрого роста торговли и материального производства. К XVI веку техника в Европе вышла на уровень заметно более высокий, чем в период расцвета Античного мира. При этом изменения в технических приемах опережали их теоретическое осмысление. Технические изобретения XVI века и блестящие успехи мореплавания (разрешившие, кстати, длившийся столетиями финансовый кризис, связанный с нехваткой драгоценных металлов) одновременно ставили перед наукой новые проблемы, которые существовавшая ранее наука разрешить не могла. Дальнейшее усовершенствование техники упиралось в главное противоречие эпохи – противоречие между сравнительно высоким уровнем достигнутых к этому времени технологических знаний и резким отставанием теоретического естествознания.
Развитие философии и естествознания в эпоху Возрождения привело к глубокому кризису аристотелевской картины мира и поставило задачу выработки отражающей реальные свойства действительности физической концепции, а потребности технического прогресса привели к созданию основ научного эксперимента. Быстрому развитию в Европе новых философских систем способствовала также и Реформация, начавшаяся в XVI веке.
Сочетание социально-экономических и технических факторов вызвало сдвиг в общественном сознании, усилило потребность в выработке новой философии, отрицавшей роль авторитета (как религиозных доктрин, так и античных учений) и утверждавшей приоритет научного доказательства. В начале XVII века появились крупные философские произведения, оказавшие существенное влияние на развитие естествознания. Английский философ Френсис Бэкон выдвинул тезис о том, что решающим доводом в научной дискуссии должен являться эксперимент. Вместо принятого с античных времён дедуктивного метода Бэкон предложил новую логику науки – индукцию, основанную на умозаключении от частного к общему (весьма символичными являются названия сочинений Бэкона – "Новый органон" (1620) и "Новая Атлантида", прямо противопоставляемые "Органону" и "Атлантиде" Аристотеля).
Семнадцатый век в философии ознаменовался также возрождением атомистических представлений. Математик (основатель аналитической геометрии) и философ Рене Декарт , известный также как Картезий, утверждал, что все тела состоят из корпускул различной формы и размеров; форма корпускул связана со свойствами вещества. В то же время Декарт считал, что корпускулы делимы и состоят из единой материи. Декарт отрицал представления Демокрита о неделимых атомах, движущихся в пустоте, не решаясь допустить существование пустоты. Корпускулярные идеи, весьма близкие к античным представлениям Эпикура, высказывал и французский философ Пьер Гассенди . Группы атомов, образующие соединения, Гассенди называл молекулами (от лат. moles – кучка). Корпускулярные представления Гассенди завоевали довольно широкое признание среди естествоиспытателей.
Инструментом разрешения противоречия между высоким уровнем технологии и крайне низким уровнем знаний о природе стало в XVII веке новое экспериментальное естествознание.
Огромные успехи в XVII веке были достигнуты в области физики, механики, математики и астрономии. Галилео Галилей не только основал классическую механику, но и ввёл в физику новый образ мышления, в полной мере использующий экспериментальный метод. Немецкий астроном Иоганн Кеплер в 1609 г. привёл в соответствие с астрономическими данными гелиоцентрическую систему, которую предложил в 1543 г. Николай Коперник , и которая в первоначальном виде содержала множество неточностей. Эванджелиста Торричелли , Блез Паскаль и Отто фон Герике провели в середине XVII в. свои знаменитые опыты по изучению вакуума и атмосферного давления. Герике начал также исследования в области электростатики; Христиан Гюйгенс создал волновую теорию света и разработал основные законы оптики. Исаак Ньютон открыл законы классической механики и закон всемирного тяготения. Его капитальный труд "Математические начала натуральной философии" (1687) обобщил не только собственные исследования автора, но и опыт предшественников, результатом чего явилось создание единой механической картины мира, господствовавшей вплоть до рубежа XIX и XX столетий. Все эти и многие другие блестящие открытия ознаменовали собой первую научную революцию , результатом которой стало становление нового естествознания, целиком основанного на экспериментальных данных. Основой естествознания становится принцип количественного измерения в экспериментальных исследованиях. Это находит свое выражение в изобретении разнообразных измерительных приборов – хронометров, термометров, ареометров, барометров, весов и т.д.
Новое естествознание породило и новые организационные формы – были созданы научные общества и академии наук. Ещё в 1560 г. итальянский естествоиспытатель Джиованни Баттиста делла Порта начал проводить в своём доме регулярные собрания, называемые Академией тайн природы. В XVII в. появились официально учреждённые академии с соответствующими органами и статутом: Академия естествоиспытателей (Леопольдина) в Германии (1652), Академия опыта во Флоренции (1657), Королевское общество (1662) в Лондоне, Парижская Академия точных наук (1663).
Одним из следствий произошедшей во второй половине XVII века научной революции явилось создание новой – научной – химии. Создателем научной химии традиционно считается Роберт Бойль.
Роберт Бойль и возникновение научной химии
