Файл: Представление о горении и дыхании в эпоху Нового времени. Кислородная теория горения.doc
Добавлен: 07.12.2023
Просмотров: 68
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Таким образом, были окончательно разъяснены процессы обжигания металлов и вместе с тем доказано, что воздух — не элемент, но содержит около 4/5 азота, 1/5 кислорода. А затем Лавуазье же доказал, что горение есть, вообще, соединение горящего или обжигаемого вещества с кислородом воздуха.
Итак, в 1774 году Лавуазье публикует работу «Об обжиге олова в закрытых сосудах». Именно в этой работе впервые был приведен количественный состав атмосферы и дано простое и однозначное объяснение роли кислорода в процессе окисления и горения. В эти же годы он дает определение процессу дыхания, как разновидности окисления.
В 1777 году появляется статья в популярном научном журнале «О горении вообще», в 1783 году – работа, которая окончательно разбивает старые представления, «Размышления о флогистоне» [4].
Среди ученых, живших и работавших до начала XX века, наибольший вклад в развитие науки о горении внесли П. Бертело, Р. Бунзен, Р. Бэкон, А. Лавуазье, М. В. Ломоносов, В. А. Михельсон, М. Фарадей, С. Чепмен и другие.
2. Кислородная теория горения и химическая революция
2.1. Особенности кислородной теории горения
Нефлогистонные представления о горении и дыхании зародились даже несколько ранее флогистонной теории. Жан Рей (1583-1645), которому наука обязана постулатом «все тела тяжелы», в 1630 г. высказывал предположение, что увеличение массы металла при обжиге обусловлено присоединением воздуха. В 1665 г. Роберт Гук (1635-1703) в работе «Микрография» также предположил наличие в воздухе особого вещества, подобного веществу, содержащемуся в связанном состоянии в селитре.
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 nitroaёreus), поддерживающий горение и необходимый для дыхания; обосновывает он это предположение знаменитыми опытами с горящей свечой под колоколом. Однако выделить этот spiritus nitroaёreus в свободном состоянии удалось лишь более чем через сто лет. 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» [4].
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 Г. Кавендишем в 1766 г. и азота Д. Резерфордом в 1772 г. (следует отметить, что Кавендиш принял водород за чистый флогистон).
Значение сделанных Кавендишем, Шееле и Пристли открытий смог
правильно оценить великий французский химик Антуан Лоран Лавуазье (1743-1794). В 1774 г. Лавуазье публикует «Небольшие работы по физике и химии», где высказывает предположение о том, что при горении происходит присоединение к телам части атмосферного воздуха. После того, как Пристли в 1774 г. посетил Париж и сообщил об открытии «дефлогистированного воздуха», Лавуазье повторяет его опыты и в 1775 г. публикует работу «О природе вещества, соединяющегося с металлами при их прокаливании и увеличивающего их вес» (впрочем, Лавуазье
приписывает приоритет открытия кислорода себе).
Наконец, в 1777 г. Лавуазье формулирует основные положения кислородной теории горения:
1. Тела горят только в «чистом воздухе».
2. «Чистый воздух» поглощается при горении, и увеличение массы
сгоревшего тела равно уменьшению массы воздуха.
3. Металлы при прокаливании превращаются в «земли». Сера или фосфор, соединяясь с «чистым воздухом», превращаются в кислоты [4].
Примечательно, что в своей работе «О горении вообще», излагая теорию, прямо противоположную теории флогистона, Лавуазье тем не менее отзывается о последней следующим образом: «Различные явления обжигания металлов и горения очень удачно объясняются гипотезой Шталя... но приходится допускать существование в горючих телах огненной материи» [5].
Новая кислородная теория горения (термин кислород - oxygenium -
появляется в 1877 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 о наличии у тел отрицательной массы, 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).
2.2. Химическая революция
Значение кислородной теории оказалось значительно большим, 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 (1789 - год начала Французской революции, одной из жертв которой станет в 1794 г. и Лавуазье). В «Элементарном курсе химии» Лавуазье приводит первый в истории новой химии список химических элементов (таблицу простых тел).
Касательно земель Лавуазье на основании их абсолютной инертности к кислороду высказывает предположение о том, что земли представляют собой оксиды неизвестных элементов, впоследствии полностью подтвердившееся. Особую группу для земель в своей таблице элементов Лавуазье выделил, поскольку строго придерживался определения элемента, данного Бойлем: «Если мы... свяжем с названием элементов... представление о последнем пределе, достигаемым анализом, то все вещества, которые мы ещё не смогли никаким способом разложить, являются для нас элементами. ...Мы не можем уверять, что считаемое нами сегодня простым является таковым в действительности». Данную концепцию элементов принято называть эмпирико-аналитической, поскольку Лавуазье избрал критерием определения элемента опыт и только опыт, категорически отвергая любые неэмпирические рассуждения об атомах и молекулах, само существование которых невозможно подтвердить опытным путём. Эту концепцию Лавуазье предельно ясно сформулировал в предисловии к своему учебнику: «Я не считал возможным уклониться от требований строгого закона - не заключать ничего сверх того, что даёт непосредственно опыт и не стараться спешными заключениями восполнять молчание фактов» [5].
Созданная Лавуазье рациональная классификация химических соединений основывается, во-первых, на различии в элементном составе соединений и, во-вторых, на характере их свойств (кислоты, основания, соли, солеобразующие вещества, органические вещества). При этом, как и Бойль, Лавуазье считает, что свойства вещества определяются его составом. Зависимость свойств вещества от состава, описанная Лавуазье, представляет собой закономерность, отражающую взаимосвязь между качественными и количественными характеристиками вещества [6].
Важнейшим результатом исследований Лавуазье явилось формулирование им закона сохранения массы. Проанализировав результаты собственных исследований количественного состава веществ и соотношения масс реагентов и продуктов реакции, а также результаты подобных исследований других учёных, Лавуазье показал, что во всех случаях масса веществ в ходе химических реакций не изменяется: «Можно принять в качестве принципа, что во всякой операции количество материи одинаково до и после опыта, что качество и количество начал остаются теми же самыми» [7]. Следует отметить, что Лавуазье выводит закон сохранения массы опять-таки исключительно из экспериментальных данных, не используя каких-либо теоретических предпосылок, не основанных на опыте.
Химическая революция завершает период становления химии; она
знаменует собой полную рационализацию химии, окончательный отказ от
устаревших натурфилософских и алхимических представлений о природе
вещества и его свойств. После химической революции химия вступает в период количественных законов, в котором создаётся и развивается новая концепция химического элемента - атомно-теоретическая.
Заключение
Термин «флогистон» введён в 1667 году Иоганном Бехером и в 1703 году Георгом Шталем для объяснения процессов горения. Флогистон представляли как невесомый флюид, улетучивавшийся из вещества при сжигании. В то время считалось, что металл — это соединение «земли» (оксида металла) с флогистоном, и при горении металл разлагается на «землю» и флогистон, который смешивается с воздухом и не может быть отделён от него. Открытое позже увеличение массы металла при прокаливании стали объяснять отрицательной массой флогистона. Способность выделять флогистон из воздуха приписывали растениям. Это теория была предшественницей кислородной теории горения.
В середине XVIII века на авансцену вышла так называемая пневматическая химия, изучавшая газы с химической точки зрения. Одним из выдающихся ее достижений стало открытие кислорода. Понимание его природы как самостоятельного газообразного химического элемента позволило французу Антуану Лавуазье развенчать концепцию флогистона и сформулировать кислородную теорию горения. Вместе с крупными достижениями химического анализа это событие положило начало первой химической революции.
Создание кислородной теории горения, разработка точных количественных расчетов в химии, поставивших ее на научную основу
, есть результат бурного развития металлургии.
Лавуазье создает кислородную теорию горения и обжига металлов. На смену мистическому флогистону приходит первая, действительно научная, материалистическая, химическая теория.
В 1773 г. французский ученый Лавуазье экспериментально показал, что только одна пятая объема воздуха может соединяться с металлом. Таким образом была установлена кислородная теория горения.
Создание антифлогистической химии благотворно отразилось на развитии как теоретических, так и экспериментальных исследований. Лавуазье во Франции успешно продолжали развивать основные положения кислородной теории горения и дыхания, объясняя с новых позиций различные химические явления и устраняя остатки флогистических воззрений и устаревших традиционных представлений.
Список использованной литературы
1.Бабайцев А.В. История науки и техники: Конспект лекций / А.В. Бабайцев, В.О. Моргачев, В.Д. Паршин. - Рн/Д: Феникс, 2018. - 173 c.
2.Девисилов В. А. Теория горения и взрыва: учебник / В. А. Девисилов, Т. И. Дроздова, А. И. Скушникова. - М. : НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 262 с.
3.Иванов А.Б. Химия - просто. История одной науки / А.Б. Иванов. - М.: АСТ, 2017. - 240 c.
4. История науки и техники: учеб. пособие / А.В. Бармин [и др.]; под ред. В.В. Запария. – 3-е изд., испр. и доп. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2019. – 254 с.
5. Лученкова, Е.С. История науки и техники [Электронный ресурс]: учеб. пособие. – Минск: Вышэйшая школа, 2018. – 175 с.
6.Надеждин Н. Я. История науки и техники; Феникс - Москва, 2017. - 624 c.
7.Поликарпов В.С. История науки и техники: Учебное пособие / В.С. Поликарпов, Е.В. Поликарпова. - СПб.: Лань, 2019. - 272 c.