Teoria flogistonu

Johann Joachim Becher, urodzony się w Spirze w 1635 r. przez pewien czas przebywał w Anglii, gdzie podobno zmarł w roku 1682. Opublikował w 1669 r. Pchysicae Subterraneae (Fizyka podziemna), w której stwierdza, że składnikami ciał są powietrze, woda i trzy ziemie, w szczególności metale składają się z trzech składowych substancji, „ziemi”: stałej (terra lapidea); palnej czyli tłustej (terra pinguis) oraz lotnej czyli rtęciowej (terra fluida czyli mercurialis). Koncepcją tą niewiele odbiegł od twierdzeń Paracelsusa, który jako składowe materii widział rtęć (element lotny), siarkę (element palny) oraz zasadę jako element stały (to co zostawało po spaleniu). Największą uwagę czytelników przyciągnęła terra pinguis. Ciała takie jak drewno, łatwopalne, miały jej dużo, dlatego miały palić się łatwo i płomieniem. Metale jako zawierające mniej terra pinguis paliły się niezauważalnie.

Georg Ernst Stahl, urodzony w Anspach w 1660 r., studiował medycynę i wykładał chemię w Jenie, a w roku 1687 został nadwornym lekarzem księcia Saksonii-Weimarii. W 1694 r. został profesorem medycyny i chemii na nowym uniwersytecie w Halle, ale w 1716 r. wyjechał, aby zostać lekarzem króla Prus w Berlinie, gdzie zmarł w roku 1734 r. Jego teksty są często niejasne, niektóre pisane mieszaniną łaciny i niemieckiego, przeplatane alchemicznymi symbolami wzbogaconymi literami łacińskimi. Chociaż w młodości Stahl wierzył w alchemię, to później ostrzegał przed oszustami, a jako dowód, że metale nie przekształcają się w złoto pozostając w ziemi, wspomina o brytyjskiej cynie, która wciąż jest taka sama, jak w przypadku jej wykorzystywania przez Fenicjan: „szczególny rodzaj zepsutego jajka, którego nie da się gotować na twardo”.

W 1703 roku traktat Bechera został ponownie opublikowany, z długim komentarzem, napisanym przez Stahla, który w swoich wykładach i podręczniku (Fundamenta Ckymiae, 1723) popularyzował poglądy Bechera w nieco innej, „ulepszonej” formie. Bechera terra pinguis została przemianowana na flogiston (który Stahl pisze po grecku, flogiston), słowo, którego w tym samym znaczeniu używał wcześniej van Helmont. Zgodnie z definicją jest to „materia i zasada ognia, a nie sam ogień”, która ucieka z płonących ciał szybkim ruchem wirowym i jest zawarta we wszystkich ciałach palnych, a także w metalach (które mogą zostać spalone tworząc wapno). Spalone ciało materialne można przywrócić do pierwotnej postaci, dostarczając flogiston z dowolnego zawierającego go materiału, takiego jak olej, wosk, węgiel drzewny lub sadza (która jest prawie czystym flogistonem). Cynk po podgrzaniu do temperatury czerwonego żaru pali się jaskrawym płomieniem, co wynika z ucieczki flogistonu (f). Białą pozostałością po spaleniu cynku jest wapno. Po odgrzaniu wapna do czerwoności, za pomocą węgla drzewnego (bogatego w flogiston) cynk ulega odtworzeniu. Stąd wapno cynkowe + f  = cynk. Podobnie dzieje się z innymi metalami. Spalony fosfor wytwarza substancję kwaśną, wydzielając duże ilości ciepła i światła. Stąd fosfor = kwas + f. Jeśli kwas zostanie podgrzany węglem drzewnym, flogiston zostanie wchłonięty i odtworzony zostanie fosfor.

W 1697 roku Stahl podał następujący „dowód”, że siarka jest związkiem kwasu siarkowego(VI) (pierwiastek) i flogistonu. Siarka pali się płomieniem (z powodu ucieczki flogistonu) i tworzy kwas siarkowy(VI) (Stahl zwrócił uwagę na pośrednie tworzenie się kwasu siarkowego(IV)) czyli: siarka = kwas siarkowy(VI) + Φ. Gdybyśmy mogli usunąć flogiston z kwasu siarkowego(VI), powinniśmy otrzymać siarkę. Jednak aby zapobiec ulatnianiu się kwasu podczas ogrzewania, jest on najpierw „utrwalany” za pomocą potażu, a sól (siarczan(VI) potasu) jest ogrzewana węglem drzewnym (bogatym w flogiston). Powstaje ciemnobrązowa masa, identyczna z „wątroba siarczana” (siarczki i polisiarczki, tiosiarczany alkaliczne) uzyskaną przez stopienie potażu z siarką:

(kwas siarkowy + potaż) + Φ= wątroba siarczana;

siarka + potaż = wątroba siarczana.

Z tych zapisów wynika, że:

kwas siarkowy + Φ = siarka.

Flogiston był materią, czasem materią ognia, czasem suchą ziemistą substancją (sadzą), czasem zasadą tłustą (siarki, olejów, tłuszczów i żywic), a czasem niewidocznymi cząsteczkami emitowanymi przez płonącą świecę. Jest zawarty w ciałach zwierząt, roślin i minerałów i jest taki sam we wszystkich rzeczach. Można go przenosić z jednego ciała na drugie. Jest przyczyną metalicznych właściwości, barw (jak w sadzy i błękicie pruskim), zapachów (jak w związkach siarki, olejkach eterycznych itp.). Sole to związki kwasu i zasady. Zasady są różne (Stahl odróżnia potas od sody), ale wszystkie kwasy są modyfikacjami uniwersalnego kwasu, kwasu siarkowego(VI); kwas azotowy(V) jest związkiem kwasu siarkowego(VI) i flogistonu. Fermentacja to powolne spalanie. Alkohol jest związkiem wody i flogistonu; podczas spalania flogiston ucieka i pozostaje woda.

Stahl odwrócił teorię spalania i kalcynacji; dodawanie flogistonu naprawdę usuwało tlen, a usuwanie flogistonu dodawało tlenu. Zlekceważył ilościowe aspekty zmian chemicznych, zlekceważył to, co wiadomo było o gazach, i niewiele uwagi poświęcił teorii atomowej. Jego teoria kwasów była nieprawidłowa. Z drugiej strony odwrócił się od alchemii i trzech zasad alchemicznych (sól, siarka i rtęć), jego teoria połączyła dużą liczbę faktów w miarę spójny zbiór fałszywych doktryn, zasugerowała nowe eksperymenty i doprowadziła do kolejnych odkryć.

Z biegiem czasu proponowano różne modyfikacje teorii flogistonu. H. Cavendish (1766) zasugerował, że łatwopalne powietrze (wodór) jest flogistonem; A. Baumè (1777), że palna zasada składa się z materii ognia zjednoczonej z ziemią w różnych proporcjach, a kalcynowane metale tracą flogiston i pochłaniają czysty ogień lub ogień mniej naładowany zasadą ziemi. P. Macquer (1779) utożsamił flogiston z materią światła; metale i materiały palne podczas spalania tracą ją, jednocześnie łącząc się z powietrzem lub jego najczystszą częścią. Trudność polegająca na tym, że wapno staje się lżejsze, gdy zostaje zredukowane do metalu po przyjęciu flogistonu, jeśli w ogóle była rozważana, to została wyjaśniona na różne sposoby. Stahl twierdził, że dodanie flogistonu zmniejsza wagę (per accessionem enirn partium infilammabilium levius fit concretum); H. T. Scheffer (1757), że metale przybierają na wadze lub tracą na wadze, gdy flogiston jest usuwany lub dodawany do nich. J. P. Chardenon (1764) rozróżniał ciężar właściwy (gęstość) od ciężaru absolutnego (waga); związki z pierwiastkami o ciężarze mniejszym niż powietrze mają tendencję do wzrostu masy. L-B. Guyton de Morveau (1772) powiedział, że flogiston jest lżejszy od powietrza lub najrzadszego medium i zmniejsza masę ciał. J. A. Venel (około 1750 r.) przypisał ujemną wagę flogistonowi, teoria przyjęta później przez F. A. C. Grena (1786), ale ostatecznie porzucona przez niego po krytyce J. T. Meyera (1790) i J. A. E. Hindenburga (1790).

Po powstaniu tlenowej teorii spalania A. Lavoisiera podjęto próbę zachowania niektórych cech teorii flogistonu w celu wyjaśnienia ciepła i światła powstającego podczas spalania. R. Lubbock (1784), J. Gadolin (1788) i J. Richter (1791) przypuszczali, że materiał palny może zawierać bazę materialną połączoną z flogistonem (f), gazowy tlen stanowi substrat materialny połączony z materią cieplną {kalorie). Podczas spalania dwie materie bazowe łączyły się przez przyciąganie, a jednocześnie flogiston i kaloryczność połączone ze sobą w wyniku ich powinowactwa dawały ogień i światło. Dopiero po przyjęciu idei energii (około 1850 r.) przestano odczuwać potrzebę takiego wyjaśnienia efektów spalania takich jak ciepło i światło.