Перша хімічна теорія

Якби ідеї Гука, Мейоу у свій час отримали відпо відне теоретичне обгрунтування, то удосконалення хімічних знань могло б піти в іншому напрямку. Але історія зробила інакше. До ХVІІ ст. західні алхіміки і ятрохіміки робили спроби пояснити процеси, які виникають при горінні, випалі металів і диханні. Але суть цих процесів залишалась нерозгаданою і незрозумілою для експериментальних досліджень. Саме ці процеси стали відправним пунктом для створення єдиної теорії, що охопила усі явища, які відносяться до перетворення матерії, і в історію увійшла під ім’ям теорії флогістону (флогістон − той, що спалахується). Вона з′явилась на рубежі ХVІІ−ХVІІІ ст.ст. Майже 100 років вона володіла розумом переважної більшості дослідників. Врешті-решт теорія виявилась помилковою. Термін “флогістон” вже вживався лікарями для вказівки на особливий стан органів дихання, що запалюється. Гельмонт використав його, не надаючи йому особливого значення. Початок цієї історії розпочинається з кінця ХVІІ ст., коли увагу хіміків привернув процес горіння і кальцінації металів. Хіміки ХVІІІ ст. вважали своїм головним завданням ізолювати гіпотетичний флогістон і довести його існування. Пояснення явищ горіння могли базуватись у той час, як вже відзначалось, на уяві про горіння як розпад речовин. У свою чергу ці уявлення випливали з загально визнаних на той час учень про першоначала тіл Аристотеля або трьох начал алхіміків. Нові уявлення про елементи, що висловлені Бойлем, до початку ХVІІІ ст. не отримали визнання і подальшого розвитку. Тривалі спостереження вказували, що при кальцинації металів утворюється схожий на попіл продукт -«вапно» металів. Крім того, з того ж металу виділяються якісь газоподібні продукти, подібні диму при горінні органічних тіл. Яка природа цих летючих продуктів, залишалось відкритим. Гельмонт встановив утворення при горінні «лісного газу». Теоретичні погляди І.Бехера (1635−1682 рр.) були відсталими і неясними, викладки повні суперечностей. У 1667 р. він видав книгу «Підземна фізика». Тут відображені ідеї автора про складові першоначала складних тіл. Першоначалами усіх мінеральних, рослинних і тваринних тіл він вважав землю і воду. Причому, розрізнював три види землі: «перша земля» − плавка і кам′яниста; «друга земля» − жирна; «третя земля» − летка.

Це не що інше, як модифіковані начала алхіміків. На думку Бехера, горіння − процес розпаду тіл, що горять. Їх горючість пов′язана з наявністю у складі тіл «другої землі». Причиною горіння може бути і сірка, яка міститься в тілах. Звичайну сірку він вважав сладним тілом, яке складається з кислоти і «другої землі». Усі кислоти і солі, стверджував Бехер, утворені з елементарних земель шляхом сполучення їх з водою. Основою всіх кислот є деяка «першоначальна» кислота. Усі ці погляди Бехера склали основу теорії, що розробив німецький хімік Георг Ернст Шталь (1659−1734 рр.), який є засновником теорії флогістону − складової частини усіх тіл, яка виділяється при їх горінні. Головна його робота «Основи догматичної і експериментальної хімії». За основу елементарних складових частин тіл він приймав першоначала алхіміків. Стверджував, що розпадаючись вони стають неподільними.

Складову частину горючих тіл він називав «жирною землею». На його думку, усi пальнi речовини (дерево, мастила) i неблагородні метали (мідь, залізо, свинець, олово) складаються з флогiстону, − невагомої і неуловимої речовини, що виділяється при спаленнi i випалi та золи («окалина» і «вапно»). При цьому він підкреслював, що флогістон створює вихроподібні рухи, сполучаючись з повітрям. Це і є, на його думку, вогонь. Флогістон, який виділився, розсіюється у повітрі так, що його вже неможливо відділити від останнього. Тільки рослини здатні витягувати флогістон з повітря. Через них він попадає і у тваринні організми. Найбільш чистий флогістон міститься у речовинах, які згоряють без залишку. У них він приймає «матеріальну (речовинну) форму». Але, будучи у сполуці з іншими речовинами, флогістон сам собою не може бути вивчений. Він «абстрактний». Наявність флогістону в різних речовинах Шталь пояснював їх колір, запах та інші властивості. Пояснення Шталем явищ окислення і відновлення металів - це не що інше, як «киснева теорія», що поставлена на голову. Дійсно, виражаючи, наприклад, процес кальцінації металів рівнянням, маємо: Метал − флогістон − металеве вапно (оксид). Відповідно до кисневої теорії це ж рівняння має такий вигляд: метал + кисень = оксид металу (вапно флогістиків). За усіх недоліків і помилкових концепцій теорія флогістона вiдіграла і позитивну роль у розвитку хімії. Вона надала можливість розглядати і пояснювати цілком різні явища з єдиної точки зору. Досліди, що спрямовувались теорією флогістону, не пройшли безслідно для хімії, тому що експериментальні дані набуваються

назавжди і є прикладом для нових теорій. Це вчення вперше узагальнило численнi реакціїокислення, що стало важливим кроком у прогресi науки. Безперечно, теорія флогістону була помилковою. Але ж флогістика все ж таки була першою більш або менш влучною спробою пояснити явища горіння і окислення, яка пов′язувала ці процеси з відновленням. Саме перевірка фактів, зібраних за її допомогою, і дала можливість Лавуазьє встановити правильнішу уяву про природу окислювальних процесів. Наприкiнцi ХVІІІ ст. гiпотеза Бехера і Шталя про флогiстон була спростована працями французького вченого. Лавуазьє встановив роль кисню в процесах горіння. Але до Лавуазьє велику роботу в цьому напрямку проробив італійський фізик А.Вольта. Для розвитку хімії важливе значення мали його дослідження болотного газу. У 1776 р. він вперше описав цей газ як речовину, яка при горінні створює вуглекислоту. Вона відрізняється від газів розкладу рослинних масел кількістю повітря, що необхідне для горіння. В історію науки ХVІІІ ст. увійшов і флогістик Генрі Кавендіш (1731−1810 рр.). Він найбільший представник пневматичної хімії. Його девіз проголошував: «Усе визначається мірою і числом». Французький фізик Жан Батист Біо в некролозі назвав його «самим багатим з учених і, ймовірно, самим ученим з багатих». Та обставина, що він був переконаним прихильником теорії флогістону, часто заважала йому правильно інтерпретувати зроблені ним відкриття. У 1766 р., коли йому виповнилось 35 років, він опублікував першу роботу: «Досліди з штучним повітрям». Мова у ній йшла про «горюче повітря». У сучасному розумінні це − водень. Відомо, що до Кавендіша відкриття першої газоподібної речовини, якою є водень, «горюче повітря», спостерігали і Бойль, і французький хімік Нікола Лемері, і Михайло Ломоносов. Але вони обмежились лише констатацією факту. Кавендіш же описав своєрідні властивості водню як індивідуальної речовини. Діючи розведеними соляною і

сірчаною кислотами на залізо, цинк, олово, він кожного разу впевнювався, що виділяється один і той же газ. Кавендіш був впевнений, що «горюче повітря» (водень) і є флогістон, який випаровується з металів при їх обробці кислотами. Адже газ відрізняється надзвичайною легкістю. А вчення про флогістон містило ідею про від′ємну вагу цієї субстанції.

Продовжуючи дослідження, Кавендіш впевнився: газ за вагою і його щільність відносно повітря становить 009 (сучасне значення - 007). З′явилось нове пояснення: «горюче повітря» є сполукою флогістону з водою. Усе наведене є прикладом того, як флогістонна теорія Шталя

стала перешкодою на шляху правильного трактування одного з самих знаменитих відкрить - виявлення самого легкого хімічного елемента, який через 100 років «очолив» періодичну систему Д.І.Мендєєва. 70−і роки ХVІІІ cт. − це епоха тріумфу пневматичної хімії. У цей період відкриті основні гази атмосфери - азот і кисень. Незалежно від Даніеля Резерфорда Кавендіш у 1772 р. виділив «мефітичне повітря» (азот). Але цей результат не був оголошений. Він провів детальне дослідження властивостей цього газу. Істотний внесок Кавендіша у вивчення вогневого повітря (кисню). Ним його виявлено незалежно від Карла Шеєле і Джозефа Прістлі у 1773−1774 рр.. Для аналізу повітря Кавендіш використав власне сконструйований у 1773 р. спеціальний прилад − евдіометр (від грецького «еудіс» - «чисте», «ясне» - про повітря). У 1785 р. вчений задався питанням: чи не міститься в атмосфері, крім азоту, кисню і вуглекислого газу, ще який-небудь невідомий «різновид повітря»? Протягом двох тижнів Кавендіш пропускав електричний розряд через повітря, збагачене киснем. Оксиди, які при цьому утворювались, поглинались розчином КОН. Вилучивши потім залишок кисню, дослідник виявив цікавий факт: у розчині незмінною залишалась бульбочка повітря, яка складала приблизно 1/125 початкового об′єму газової суміші. Ні електричний розряд, ні хімічні реагенти на неї не діяли. Що це? Кавендіш відповіді не знайшов. І лише у 1894 р. його співвітчизники Уільям Рамзай і Джон Уільям Релєй відкрили аргон. Описали його властивості. Це відкриття здійснено поділом на фракції рідкого повітря. До кінця свого життя Кавендіш залишався вірним теорії флогістона. При поясненнях він використовував її, незважаючи на те, що багато його власних дослідів суперечили цій теорії. Таким чином, експериментальні дослідження Кавендіша багато в чому сприяли виникненню пневматичної хімії (від грецького слова - «пневма» - вітер, подих), тобто хімії газів. Створена камера Стефена Гейлса надала можливість досліджувати гази. Ще декілька досягнень ХVІІІ ст. До його кінця список хімічних елементів поповнили нікель, фтор, хлор, марганець, барій, молібден, вольфрам, теллур, уран, цирконій, стронцій, титан, іттрій, хром, берілій. Відкриті і деякі важливі неорганічні сполуки: сірчаний газ, сірководень, ряд оксидів азоту, оксид вуглецю, деякі солі. До кінця ХVІІІ ст. чіткі контури набули два важливих розділи хімії − неорганічна і аналітична хімія. З природних продуктів удалось виділити декілька десятків органічних сполук (головним чином, кислот). Були розроблені прийоми аналізу органічних речовин. Це сприяло виникненню органічної хімії. З′явились перші дослідження в галузі термохімії і електрохімії. Формування хімії як самостійної науки вступило у завершальну стадію. Однією з передумов хімічної революції стало широке застосування методу кількісних вимірів. Теоретичну основу кількісний метод отримав у законі збереження маси речовини у хімічних реакціях. Його сутність у 1760 р. чітко виразив російський вчений Михайло Ломоносов. Наприкінці ХVІІІ ст. в розвитку хімії спостерігається бурхливий прогрес. Промислове виробництво, промислова революція в Англії, соціальні процеси у Франції та інші вимагали розв′язання хіміко-технічних проблем, пошуків нових видів сировини, металевих руд, джерел енергії. Їх відкриття, у свою чергу, вимагало хіміко-аналітичних досліджень. Це привело до розвитку методів аналітичного аналіза. Його результатами було швидке розповсюдження фактичного матеріалу. Згодом це привело до «хімічної революції» ХVІІІ ст.