Теория флогистона: 18 век
Два природных процесса, горения и ржавления, особенно интригуют химиков 17 и 18 веков. Концепция выдвинута в 1667 году в Германии в книге Иоганна Иоахима Бехера. объясняя такие изменения как высвобождение определенного вещества, присутствующего во всех материалах, которые способны к изменениям такого рода. Теория была разработана Джорджем Эрнстом Шталем, который в 1702 году произнес работу Бехера, которая дала загадочное вещество имя ему флогистон - от греческого флогизина , чтобы зажечься .
Шталь прав в своей связи между горением и ржавлением, поскольку каждый из них зависит от окисления (химическая реакция с кислородом). Но экспериментальные данные сразу же дают камнем преткновения для теории флогистонов.
Если флогистон - это вещество, высвобождаемое как при сжигании, так и в ржавчине, то образовавшаяся зола и ржавчина должны весить либо те же, что или меньше, чем вес, потерянный первоначальным объектом (много споров относительно веса или невесомости флогистона). Но эксперименты показывают, что богатая кислородом ржавчина тяжелее, чем просто железо, тогда как зола намного легче, чем сгоревший органический материал. Однако этого недостаточно, чтобы большинство ученых не верили в существование флогистона, пока Лавуазье и открытие кислорода, наконец, не опровергли это.
Демоны в руде: 1742-1751
С середины 18-го века происходит быстрое ускорение открытия новых элементов, так как химики улучшают свои аналитические методы в лаборатории. Эти вещества сначала не признаются элементами (концепция, прочно утвердится в XIX веке), но в каждом случае очевидно, что ранее неопознанный материал был изолирован.
Два из первых в этой серии открытий проходят в Швеции. Оба включают анализ знакомых металлических руд, и оба приобретают свои имена из суеверий немецких шахтеров.
Горняки в горах Гарца часто были расстроены веществом, которое, как представляется, является медной рудой, но которое при нагревании не дает ни одного ожидаемого металла. Хуже того, он выделяет вредные пары. Горняки обвиняют это в влиянии духа, озорного кобольда , и имя привязывается к этому виду руды.
Единственное, что можно найти в такой руде после обжига, заключается в изготовлении стекла, к которому он добавляет красивый синий цвет. Примерно в 1735 году Георг Брандт может продемонстрировать в своей шведской лаборатории, что синий происходит от ранее неизвестного металла. Озорной дух был идентифицирован, и Брандт дает свое название новому веществу - как кобальт.
Подобного демона обвиняют горняки в Саксонии в отношении другой руды, которая дает хрупкое вещество вместо меди. По-немецки никель является карликовым нарушителем спокойствия, и шахтеры называют неутешительную руду Kupfernickel (медный шрам). Примесь в руде этого типа анализируется в Швеции в 1751 году Акселем Кронштедтом. Он идентифицирует свои компоненты как мышьяк и ранее неизвестный твердый белый металл, совершенно отличный от меди. Следуя примеру Брандта, он почитает оскорбительного демона в названии нового вещества и называет его никелем.
Несколько других новых металлических элементов добыты в последующие десятилетия. Но основное внимание в исследованиях теперь падает на газы.
Джозеф Блэк и фиксированный воздух: 1754-1756
Джозеф Блэк представляет свою докторскую диссертацию в университет Эдинбурга в 1754 году и публикует ее в расширенной форме через два года в качестве эксперимента по магнезии Альба, некоторые другие алкалиновые вещества . Эксперименты, которые он описывает, представляют собой классически полную серию сложных превращений кальция, углерода и кислорода, хотя пока невозможно выразить свои результаты в этих терминах.
Блэк заметил, что если он нагревает мел (карбонат кальция), он получает негашеную извести (окись кальция) и газ, присутствие которых он может определить по своему весу. Не желая размышлять о своей идентичности, он называет это неподвижным воздухом -
потому что он существует в твердой форме до освобождения.
В качестве следующего этапа Блэк демонстрирует, что он может изменить процесс. Смешивая воду с негашеной извести, он получает вещество (гашеную известь), которое снова заберет фиксированный воздух, оставив его с его первоначальным количеством мела и воды.
В других экспериментах он показал, что этот же неизвестный газ, его неподвижный воздух, образуется в результате сжигания древесного угля, брожения и дыхания. Он демонстрирует этот последний момент своим ученикам, дыша через трубку в банку известняка (прозрачный раствор гашеной извести). Жидкость становится мутной, в ней образуются мелкие мелки.
Фиксированный воздух Блэка- это газовый сильвестр, о существовании которого постулировал ван Хельмонт столетием ранее. Его состав как двуокись углерода не обнаружен до 1780-х годов, когда Лавуазье достигает его путем сжигания углерода в кислороде.
Доказательство Блэка о том, что такой газ существует, побуждает к энергичному поиску других. Водород идентифицирован Кавендишем в 1766 году, а кислород почти одновременно Шееле и Пристли в 1770-х годах. Тем временем Блэк наблюдал еще один важный научный принцип - скрытую теплоту .
