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WICHTIGSTEN WISSENSCHAFTLICHEN ENTDECKUNGEN
Verbrennungstheorie. Geschichte und Wesen der wissenschaftlichen Entdeckung
Verzeichnis / Die wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen In der zweiten Hälfte des XNUMX. Jahrhunderts erlebte die Chemie einen Aufschwung – Entdeckungen strömten nach der anderen. Zu dieser Zeit traten eine Reihe brillanter Experimentatoren in den Vordergrund – Priestley, Black, Scheele, Cavendish und andere. In den Werken von Black, Cavendish und insbesondere Priestley eröffnet sich den Wissenschaftlern eine neue Welt – die bislang völlig unbekannte Region der Gase. Forschungsmethoden werden ständig verbessert. Black, Cronstedt, Bergman und andere entwickeln qualitative Analysen. Dadurch konnte eine Vielzahl neuer Elemente und Verbindungen entdeckt werden. An der Wende vom 1659. zum 1734. Jahrhundert stellte der deutsche Chemiker Georg Ernst Stahl (XNUMX–XNUMX) die sogenannte Phlogiston-Theorie vor – im Wesentlichen die erste chemische Theorie. Obwohl es sich als falsch herausstellte, ermöglichte es eine Systematisierung der Verbrennungs- und Röstprozesse (Kalzinierung) von Metallen und eine Erklärung dieser Prozesse aus einer einheitlichen Sicht. Steel glaubte, dass verschiedene Stoffe und Metalle in ihrer Zusammensetzung ein besonderes „Brennbarkeitsprinzip“ enthalten – Phlogiston. Beim Kalzinieren verloren die Metalle Phlogiston und verwandelten sich in Oxide, d. h. die Oxidationsprozesse bestanden im Verlust von Phlogiston durch die oxidierenden Substanzen. Im Gegenteil, im Zuge von Reduktionsprozessen nahmen die Oxide Phlogiston auf und wurden wieder zu Metallen. Die Kritik an der Phlogistonlehre trug wesentlich zur Entwicklung des chemischen Denkens bei. Die Hauptphänomene der Chemie – die Prozesse der Verbrennung und Oxidation im Allgemeinen, die Zusammensetzung der Luft, die Rolle des Sauerstoffs, die Struktur der Hauptgruppen chemischer Verbindungen (Oxide, Säuren, Salze usw.) – sind jedoch noch nicht bekannt erklärt worden. Im Gegenteil: Fakten häuften sich und Ideen gerieten in Verwirrung. Ziemlich plausibel in der Darstellung von Stahl, verwandelt sich die Phlogiston-Doktrin bei seinen Anhängern in eine Art Phlogiston: Dies ist nicht mehr eine Theorie, es sind Dutzende von Theorien, verwirrend, widersprüchlich und mit jedem Autor unterschiedlich. Mitte des XNUMX. Jahrhunderts trat die sogenannte pneumatische Chemie in den Vordergrund, die Gase aus chemischer Sicht untersuchte. Eine ihrer herausragenden Leistungen war die Entdeckung des Sauerstoffs. Das Verständnis seiner Natur als eigenständiges gasförmiges chemisches Element ermöglichte es dem Franzosen Antoine Lavoisier entlarven das Konzept von Phlogiston und formulieren die Sauerstofftheorie der Verbrennung. Zusammen mit großen Errungenschaften in der chemischen Analytik markierte dieses Ereignis den Beginn der ersten chemischen Revolution. Antoine Laurent Lavoisier (1743–1794) wurde am 28. August 1743 als Sohn eines Anwalts geboren. Seine frühe Ausbildung erhielt er am Mazarin College. Antoine war ein ausgezeichneter Schüler. Nach seinem College-Abschluss trat er in die juristische Fakultät ein. Im Jahr 1763 erhielt Antoine einen Bachelor-Abschluss, im nächsten Jahr eine Lizenz in Rechtswissenschaften. Doch die Rechtswissenschaften konnten seine grenzenlose und unstillbare Neugier nicht befriedigen. Ohne sein Jurastudium abzubrechen, studierte er Mathematik und Astronomie bei Lacaille, einem damals sehr berühmten Astronomen, der am Mazarin College ein kleines Observatorium besaß; Botanik – vom großen Bernard Jussier, mit dem er Herbarien zusammenstellte; Mineralogie – von Guetard, der die erste mineralogische Karte Frankreichs erstellte; Chemie - bei Ruel. Die ersten Werke Lavoisiers entstanden unter dem Einfluss seines Lehrers und Freundes Guetard. Gaetar unternahm zahlreiche Ausflüge; Lavoisier war ab 1763 drei Jahre lang sein Mitarbeiter. Das Ergebnis dieser Exkursion war sein erstes Werk – „Untersuchung verschiedener Gipsarten“. Nach fünfjähriger Zusammenarbeit mit Guetard wurde Lavoisier 1768 im Alter von 25 Jahren zum Mitglied der Akademie der Wissenschaften gewählt. Im Leben hielt sich Lavoisier an eine strenge Ordnung. Er machte es sich zur Regel, sechs Stunden am Tag Naturwissenschaften zu studieren: von sechs bis neun Uhr morgens und von sieben bis zehn Uhr abends. Der Rest des Tages war aufgeteilt in Berufe, akademische Angelegenheiten, Arbeit in verschiedenen Kommissionen und so weiter. Ein Tag in der Woche war ausschließlich der Wissenschaft gewidmet. Am Morgen schloss sich Lavoisier mit seinen Mitarbeitern im Labor ein; hier wiederholten sie Experimente, diskutierten chemische Fragen, stritten über das neue System. Hier konnte man die ruhmreichsten Wissenschaftler dieser Zeit sehen - Laplace, Monge, Lagrange, Giton Morvo, Macker. Lavoisiers Labor wurde zum Zentrum der zeitgenössischen Wissenschaft. Er gab Unsummen für den Kauf und Einbau von Instrumenten aus und stellte in dieser Hinsicht das genaue Gegenteil einiger seiner Zeitgenossen dar. Damals war das Grundgesetz der Chemie, die Richtschnur der chemischen Forschung, noch nicht gefunden; eine Forschungsmethode schaffen, die sich aus diesem Grundgesetz ergibt; die Hauptkategorien chemischer Phänomene zu erklären und schließlich die bestehenden phantastischen Theorien zu entlarven. Diese Aufgabe wurde von Lavoisier übernommen und ausgeführt. Experimentelles Talent reichte nicht aus, um es auszuführen. Es war erforderlich, einen goldenen Kopf an den goldenen Händen zu befestigen. Solch eine glückliche Vereinigung repräsentierte Lavoisier. In der wissenschaftlichen Tätigkeit fällt Lavoisier ein streng logischer Kurs auf. Zunächst entwickelt er eine Forschungsmethode. Dann setzt der Wissenschaftler das Experiment. Also destillierte er 101 Tage lang Wasser in einem geschlossenen Apparat. Das Wasser verdunstete, kühlte ab, kehrte zum Empfänger zurück, verdunstete erneut und so weiter. Das Ergebnis war eine beträchtliche Menge an Sediment. Wo kommt er her? Das Gesamtgewicht der Apparatur hat sich am Ende des Experiments nicht verändert: Dies bedeutet, dass keine Substanz von außen hinzugefügt wurde. Im Zuge dieser Arbeit ist Lavoisier von der Allmacht seiner Methode – der Methode der quantitativen Forschung – überzeugt. Nachdem er die Methode perfekt beherrscht, geht Lavoisier zu seiner Hauptaufgabe über. Seine Arbeiten, die die moderne Chemie begründeten, umfassen den Zeitraum von 1772 bis 1789. Ausgangspunkt seiner Forschungen war die Tatsache einer Gewichtszunahme von Körpern bei der Verbrennung. 1772 reichte er der Akademie eine kurze Notiz ein, in der er über das Ergebnis seiner Experimente berichtete, die zeigten, dass Schwefel und Phosphor beim Verbrennen durch Luft an Gewicht zunehmen, sich also mit einem Teil des Schwefels verbinden Luft. Diese Tatsache ist die wichtigste Entdeckung des Phänomens, die als Schlüssel zur Erklärung aller anderen diente. Niemand hat das verstanden, und auf den ersten Blick mag es für den modernen Leser so aussehen, als handele es sich um ein einziges, unwichtiges Phänomen ... Aber das stimmt nicht. Die Tatsache der Verbrennung zu erklären bedeutete, die ganze Welt der Oxidationsphänomene zu erklären, die immer und überall in der Luft, der Erde, den Organismen – in der gesamten toten und lebenden Natur, in unzähligen Variationen und vielfältigen Formen auftreten. Etwa sechzig Memoiren widmeten sich der Klärung verschiedener Fragen, die mit diesem Ausgangspunkt verbunden waren. In ihnen entwickelt sich die neue Wissenschaft wie eine Kugel. Verbrennungsphänomene führen Lavoisier natürlich einerseits zum Studium der Zusammensetzung der Luft und andererseits zum Studium anderer Formen der Oxidation; zur Bildung verschiedener Oxide und Säuren und zum Verständnis ihrer Zusammensetzung; zum Prozess der Atmung und damit zum Studium organischer Körper und der Entdeckung der organischen Analyse usw. Lavoisiers unmittelbare Aufgabe war die Theorie der Verbrennung und die damit verbundene Frage nach der Zusammensetzung der Luft. Im Jahr 1774 legte er der Akademie eine Abhandlung über die Kalzinierung von Zinn vor, in der er seine Ansichten zur Verbrennung formulierte und bewies. Zinn wurde in einer geschlossenen Retorte kalziniert und in „Erde“ (Oxid) umgewandelt. Das Gesamtgewicht blieb unverändert – daher konnte die Gewichtszunahme des Zinns nicht wie angenommen durch die Zugabe von „feuriger“, durchdringender Materie erfolgen Jungedurch die Gefäßwände. Das Gewicht des Metalls hat zugenommen. Dieser Anstieg entspricht dem Gewicht des Teils der Luft, der während der Kalzinierung verschwunden ist. Es stellt sich heraus, dass sich das Metall, das sich in Erde verwandelt, mit Luft verbindet. Dies ist das Ende des Oxidationsprozesses: Hier sind keine Phlogistone, „feurige Stoffe“, beteiligt. In einem gegebenen Luftvolumen kann nur eine bestimmte Menge Metall verbrennen und eine bestimmte Menge Luft verschwindet. Daraus folgt die Idee ihrer Komplexität: „Wie Sie sehen, ist ein Teil der Luft in der Lage, in Verbindung mit Metallen Erden zu bilden, der andere hingegen nicht; dieser Umstand lässt mich annehmen, dass Luft kein einfacher Stoff ist, wie bisher angenommen, sondern aus ganz unterschiedlichen Stoffen besteht. Im folgenden Jahr, 1775, legte Lavoisier der Akademie eine Abhandlung vor, in der die Zusammensetzung der Luft zum ersten Mal genau geklärt wurde. Luft besteht aus zwei Gasen, „reiner Luft“, die in der Lage ist, Verbrennung und Atmung zu intensivieren, Metalle zu oxidieren, und „mephitischer Luft“, die diese Eigenschaften nicht hat. Die Namen Sauerstoff und Stickstoff wurden später gegeben. Lassen Sie uns in den Verlauf von Lavoisiers Argumentation eintauchen. Das Metall nimmt an Gewicht zu – das bedeutet, dass sich ihm eine Substanz angeschlossen hat. Wo ist es hergekommen? Wir bestimmen das Gewicht anderer an der Reaktion beteiligter Körper und sehen, dass die Luft um den gleichen Betrag an Gewicht abgenommen hat, wie das Gewicht des Metalls zugenommen hat; Daher wurde die gewünschte Substanz aus der Luft freigesetzt. Dies ist eine Methode zur Gewichtsbestimmung. Um seine Bedeutung zu verstehen, muss man jedoch erkennen, dass alle chemischen Körper Gewicht haben, dass ein schwerer Körper nicht schwerelos werden kann und schließlich kein einziges Materieteilchen verschwinden oder aus dem Nichts entstehen kann. In denselben Memoiren erläuterte Lavoisier die Struktur der „permanenten Luft“, wie Kohlendioxid damals genannt wurde. Wird Quecksilberoxid in Gegenwart von Kohle erhitzt, verbindet sich der freigesetzte Sauerstoff mit der Kohle und bildet „Dauerluft“. In der Abhandlung „On Combustion in General“ (1777) entwickelt er seine Theorie im Detail. Jede Verbrennung ist die Vereinigung eines Körpers mit Sauerstoff; sein Ergebnis ist ein komplexer Körper, nämlich „Metallerde“ (Oxid) oder Säure (in moderner Terminologie Anhydrid). Die Verbrennungstheorie führte zur Erklärung der Zusammensetzung verschiedener chemischer Verbindungen. Oxide, Säuren und Salze sind seit langem bekannt, ihre Struktur blieb jedoch rätselhaft. Ihr allgemeines Ergebnis lässt sich wie folgt formulieren: Lavoisier gab das erste wissenschaftliche System chemischer Verbindungen an und etablierte drei Hauptgruppen: Oxide (Verbindungen von Metallen mit Sauerstoff), Säuren (Verbindungen nichtmetallischer Körper mit Sauerstoff) und Salze (Verbindungen von Oxiden). und Säuren). Seit der ersten Arbeit von Lavoisier sind zehn Jahre vergangen, und er hat die Theorie von Phlogiston fast nicht berührt. Er kam einfach ohne sie zurecht. Die Prozesse der Verbrennung, Atmung, Oxidation, die Zusammensetzung von Luft, Kohlendioxid und vielen anderen Verbindungen wurden ohne mysteriöse Prinzipien ganz einfach und anschaulich erklärt – durch die Verbindung und Trennung realer Gewichtskörper. Aber die alte Theorie existierte immer noch und beeinflusste die Wissenschaftler. Im Jahr 1783 veröffentlichte Lavoisier Meditations on Phlogiston. Aufgrund seiner Entdeckungen beweist er die völlige Nutzlosigkeit der Phlogiston-Theorie. Ohne sie werden die Fakten klar und einfach erklärt; mit ihr beginnt endlose Verwirrung. „Die Chemiker haben aus Phlogiston ein nebulöses Prinzip gemacht, das überhaupt nicht genau definiert und daher für allerlei Erklärungen geeignet ist, mal ist es ein gewichtiges Prinzip, mal schwereloses, mal freies Feuer, mal mit der Erde verbundenes Feuer, mal es dringt durch die Poren von Gefäßen“, manchmal sind sie für ihn undurchdringlich; er erklärt gleichzeitig sowohl Alkalität als auch Nicht-Alkalität, Transparenz und Mattheit sowie Farben und das Fehlen von Farben. Dies ist ein echter Proteus, der jede Minute seine Form ändert ." „Reflections on Phlogiston“ war eine Art Trauermarsch für die alte Theorie, hätte man sie doch längst als begraben gelten können. Schließlich ermöglichte die Kenntnis von Wasserstoff und seinem Oxidationsprodukt Lavoisier, den Grundstein für die organische Chemie zu legen. Er bestimmte die Zusammensetzung organischer Körper und erstellte die organische Analyse, indem er Kohlenstoff und Wasserstoff in einer bestimmten Menge Sauerstoff verbrannte. Laut N. Menshutkin: "Daher muss die Geschichte der organischen Chemie sowie der anorganischen mit Lavoisier beginnen." Autor: Samin D. K.
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