Flogistons: teorija, vēsture un atspēkojums ar skābekļa atklājumu
Līdz 1772. gadam daudzi zinātnieki uzskatīja, ka vielas satur kaut ko, ko viņi sauca par flogistonu. Kad vielas sadega, flogistons izdalījās, atstājot cietus pelnus, ko sauca par kalx. Šī teorija izskaidroja, kāpēc masa pēc degvielu sadegšanas bija mazāka par sākotnējo masu.
Rūpīgi eksperimenti, kuros tika mērītas gāzu masas, parādīja, ka flogistona teorija bija nepareiza. Tā rezultātā tika atklāts skābeklis. Tomēr daži zinātnieki turpināja ticēt flogistonam. Viņi uzskatīja, ka tas izskaidro degšanas reakcijās izdalīto siltumu un gaismu. Mūsdienās mēs to uzskatām par pierādījumu enerģijas pārnesei uz apkārtējo vidi.
Kas bija flogistons un kā radās teorija
Flogistona (franču: phlogiston) ideja attīstījās 17.–18. gadsimtā, galvenokārt no Johana Jōhima Behera un Georga Ernsta Štāla darbu ietekmes. Teorija mēģināja vienkāršot degšanas un rūdīšanas procesus, pieņemot, ka visi degošie materiāli satur vieglu, nemateriālu vielu — flogistonu —, kas atbrīvojas sadegšanas laikā. Pēc šīs skaidrošanas parādījās termins “kalx” kā tas, kas paliek pēc flogistona aiziešanas.
Laika gaitā radušās pretrunas un pagaidu skaidrojumi
Flogistona teorija labi skaidroja daudzas ikdienas parādības, piemēram, koksnes vai ogļu sadegšanu, kur paliek vieglas pelnu atliekas un ķermeņa masa kopumā pazemina. Tomēr ar metāliem bija problēmas — metāla pārveidošanās par kalx bieži deva masu pieaugumu. Lai to izskaidrotu, flogistona atbalstītāji dažkārt pieņēma, ka flogistons ir ar negatīvu masu vai ka kalx ir metāls bez flogistona, kas reaģējot ar kaut ko gaisā, maina masu. Šādi pagaidu paskaidrojumi bija pietiekami, lai teorija saglabātos ilgāku laiku, taču tie arvien vairāk neatbilda mērījumiem.
Eksperimenti un skābekļa atklāšana
18. gadsimta otrajā pusē ķīmiķi sāka veikt precīzākus kvantitatīvus mērījumus, īpaši gaisu un citādu gāzu masu un tilpumu. Joseph Priestley un Carl Wilhelm Scheele neatkarīgi izolēja to gāzi, ko vēlāk Lavoazjē nosauca par skābekli, bet Lavoazjē bija tas, kurš ar rūpīgiem svariem un kontrolētiem eksperimentiem parādīja, ka daudziem pelniem pēc “sadegšanas” patiesībā pieaug masa, jo vielas ķīmiski apvienojas ar skābekli gaisā. Lavoazjē radikāli pārskatīja degšanas skaidrojumu: tā vietā, lai flogistons izdalītos, vielas reaģē ar skābekli.
Kāpēc flogistona teorija bija nepareiza
Galvenais iemesls, kāpēc flogistona teorija kļuva par novecojušu, ir kvantitatīvo datu un masas saglabāšanās principa uzkrāšanās. Mērījumi parādīja, ka ķīmiskajās reakcijās masa tiek saglabāta un ka dažu reakciju gadījumā produkti pat palielinās masas ziņā, jo tiek piesaistītas gāzes no apkārtējās vides. Turklāt modernā ķīmija uzskata degšanu par oksidēšanās procesu (elektronu pāreju), kam līdzi nāk enerģijas atbrīvošana — siltums un gaisma — tajā brīdī, kad ķīmiskā saite tiek pārveidota un daļa ķīmiskās enerģijas pārvēršas terminālā enerģijā.
Flogistona teorijas loma ķīmijas vēsturē un mūsdienu skatījums
Pat ja flogistona ideja izrādījās nepareiza, tā spēlēja nozīmīgu lomu zinātnes attīstībā. Teorija deva motivāciju eksperimentiem, sarunām un precizētiem mērījumiem, kas galu galā noveda pie mūsdienu ķīmijas pamatiem. Lavoazjē un citi pētīja reakciju masas un enerģijas plūsmas, formulēja skaidrāku degšanas un oksidēšanās konceptu, kā arī palīdzēja nostiprināt masu saglabāšanas principu.
Šodien degšana skaidrojama kā oksidēšanas reakcija, kurā atsevišķas vielas saista skābekļa atomus (vai zaudē elektronus), un šīs reakcijas ir eksotermiskas — tātad tās izdala siltumu un gaismu kā enerģijas pārneses formu uz apkārtējo vidi. Flogistona ideja paliek svarīgs piemērs tam, kā zinātnē teorijas tiek testētas, atjauninātas vai noraidītas, pamatojoties uz pierādījumiem.
