Теория флогистона и ее опровержение

В 1783 г. он узнал, что, используя электрическую дугу, Кавендиш доказал образование воды при сжигании смеси водорода и  кислорода в закрытом сосуде. Повторив этот опыт, Лавуазье нашел, что вес  воды соответствует весу исходных веществ. Затем он провел эксперимент, в котором  пропускал водяной пар через  железные стружки, помещенные в сильно нагреваемую медную трубку. Кислород соединялся с железными стружками, а водород собирался на конце  трубки. Таким образом, воспользовавшись превращениями веществ, Лавуазье сумел  объяснить процесс горения и  качественно, и количественно, и  для этого ему уже не нужна  была теория флогистона.

Пристли же и Шееле, которые, открыв кислород, фактически создали основные предпосылки для  появления кислородной теории Лавуазье, сами твердо придерживались позиций  теории флогистона. Кавендиш, Пристли, Шееле и некоторые другие химики полагали, что расхождения между  результатами опытов и положениями теории флогистона удастся устранить путем создания дополнительных гипотез. Надежность и полнота опытных данных, ясность аргументации и простота изложения способствовали быстрому распространению системы Лавуазье в Англии, Голландии, Германии, Швеции, Италии. В Германии представления Лавуазье были изложены в двух работах дра Гиртаннера "Новая химическая номенклатура на немецком языке" (1791 г.) и "Основы антифлогистонной химии" (1792 г.). Благодаря Гиртаннеру впервые появились немецкие обозначения веществ, соответствующие новой номенклатуре, например кислорода, водорода, азота. Работавший в Берлине Гермбштедт опубликовал в 1792 г. учебник Лавуазье в переводе на немецкий язык, а М.Клапрот после того, как он повторил опыты Лавуазье, признал, новое учение; взгляды Лавуазье разделял и знаменитый естествоиспытатель А.Гумбольдт⁹.

В 1790х годах  в Германии не раз публиковались  работы Лавуазье. Большинство известных  химиков Англии, Голландии, Швеции, талии разделяли взгляды Лавуазье. Нередко в историконаучной литературе можно прочесть, что для признания  теории Лавуазье химикам понадобилось достаточно много времени. Однако по сравнению с 200 годами непризнания  астрономами взглядов Коперника 1015летний период дискуссий в химии не так  уж велик. В последней трети XVIII в. одной из важнейших была проблема, которая многие века интересовала ученых: химики хотели понять, почему и в  каких соотношениях соединяются  вещества друг с другом. К этой проблеме проявляли интерес еще греческие  философы, а во времена Возрождения  ученые выдвигали идею о сродстве веществ и даже строили ряды веществ  по сродству.

Парацельс писал, что ртуть образует с металлами  амальгамы, причем для разных металлов с различной скоростью ив такой  последовательности: быстрее всего  с золотом, затем ссеребром, свинцом, оловом, медью и, наконец, медленнее  всего с железом. Парацельс считал, что причиной этого ряда химического  сродства является не только "ненависть" и "любовь" веществ друг к другу. В соответствии с его представлениями  металлы содержат серу, и, чем меньше ее содержание, тем чище металлы, ачистотавеществ  в значительной мере определяет их сродство друг к другу. Г.Шталь объяснял ряд осаждения металлов как результат  различного содержания в них флогистона. До последней трети XVIII в. многочисленные исследования были направлены на то, чтобы  расположить вещества по величине их "сродства", и многие химики составляли соответствующие таблицы.

Для объяснения различного химического сродства веществ  выдвигались и атомистические представления, а после того, как в конце XVIII - начале XIX вв. Ученые стали понимать влияние электричества на протекание некоторых химических процессов, для  этой же цели пытались использовать и  представления об электричестве. Основываясь  на них, Берцелиус создал дуалистическую теорию состава веществ, в соответствии с, например, соли состоят из положительно и отрицательно заряженных "оснований" и "кислот": при электролизе  они притягиваются к противоположно заряженным электродам и могут распадаться  при этом на элементы вследствие нейтрализации  зарядов.

Со второй половины XVIII в. особенно много внимания ученые стали уделять вопросу: в  каких количественных соотношениях взаимодействуют друг с другом вещества в химических реакциях? Уже давно  было известно, что кислоты и основания  могут нейтрализовать друг друга. Предпринимались  также попытки установить содержание кислот и оснований в солях. Т.Бергман  и Р.Кирван нашли, что, например, в  реакции двойного обмена между химически  нейтральными сульфатом калия и  нитратом натрия образуются новые соли - сульфат натрия и нитрат калия, которые тоже являются химически  нейтральными. Но ни один из исследователей не сделал из этого наблюдения общего вывода.

В 1767 г. Кавендиш обнаружил, что количество азотной  и серной кислот, нейтрализующие одинаковые количества карбоната калия, нейтрализуют также одинаковое количество карбоната  кальция. И.Рихтер первым сформулировал  закон эквивалентов, объяснение которому было найдено позднее с позиций  атомистической теории Дальтона. Рихтер установил, что раствор, получающийся при смешивании растворов двух химически  нейтральных солей, тоже нейтрален. Он провел многочисленные определения  количеств оснований и кислот, которые, соединяясь, дают химически  нейтральные соли. Рихтер сделал следующий  вывод: если одно и то же количество какойлибо кислоты нейтрализуется различными, строго определенными количествами разных оснований, то эти количества оснований эквивалентны и нейтрализуются одним и тем же количеством  другой кислоты. Выражаясь современным  языком, если к раствору сульфата калия, например, добавить раствор нитрата  бария до полного осаждения сульфата бария, то раствор, содержащий нитрат калия, тоже будет нейтрален:

K2SO4 + Ba(NO3)2 = 2KNO3 + BaSO4. Следовательно, при образовании нейтральной соли эквивалентны друг другу следующие количества: 2K, 1Ba, 1SO4 и 2NO3. Полинг обобщил и сформулировал в современном виде этот закон соединительных весов": "Весовые количества двух элементов (или их целочисленные кратные), которые, реагируют с одним и тем же количеством третьего элемента, реагируют друг с другом в тех же количествах".

В начале работы Рихтера почти не привлекли внимания исследователей, поскольку он пользовался  еще терминологией флогистонной теории. Кроме того, полученные ученым ряды эквивалентных весов были недостаточно наглядны, а предложенный им выбор  относительных количеств оснований  не имел серьезных доказательств. Положение  исправил Э.Фишер, который среди  эквивалентных весов Рихтер выбрал в качестве эталона эквивалент серной кислоты, приняв его равным 100, и составил, исходя из этого, таблицу "относительных  весов" (эквивалентов) соединений. Но о таблице эквивалентов Фишера стало  известно лишь благодаря Бертолле, который, критикуя Фишера, привел эти  данные в своей книге "Опыт химической статики" (1803 г.). [26]

Бертолле  сомневался, что состав химических соединений постоянен. Он имел на это  основание. Вещества, которые в начале XIX в. считались чистыми, на самом  деле были либо смесями, либо равновесными системами различных веществ, а  количественный состав химических соединений во многом зависел от количеств веществ, участвующих в реакциях их образования. Некоторые историки химии считают, что, подобно Венцелю, Бертолле также  предвосхитил основные положения закона действия масс, который аналитически выражал влияние количеств взаимодействующих  на скорость превращения.

Немецкий  химик К.Венцель в 1777 г. показал, что  скорость растворения металла в  кислоте, измеряемая количеством металла, растворившегося за определенное время, пропорциональна "силе" кислоты. Бертолле сделал многое для учета  влияния масс реагентов на ход  превращения. Однако между работами Венцеля и даже Бертолле, с одной  стороны, и точной формулировкой  закона действия масс - с другой, существует качественное различие. Негативное отношение  Бертолле к закону нейтрализации  Рихтера не могло длиться долго, так как против положений Бертолле энергично выступил Пруст.

Проделав  в течение 1799 - 1807 гг. массу анализов, Пруст доказал, что Бертолле сделал свои выводы о различном составе одних и тех же веществ, анализируя смеси, а не индивидуальные вещества, что он, например, не учитывал содержания воды в некоторых оксидах. Пруст убедительно доказал постоянство состава чистых химических соединений и завершил свою борьбу против взглядов Бертолле установлением закона постоянства состава веществ: состав одних и тех же веществ независимо от способа получения одинаков (постоянен).

Периодический закон 

Рассматривая  историю химии я не могу не упяуть об открытии периодического закона. Уже  на ранних этапах развития химии было обнаружено, что различнымлементам  присущи особые свойства. Вначале  элементы разделяли всего на два  типа - металлы и неметаллы. В 1829 г. немецкий химик Иоганн Деберейнер обнаружил  существование нескольких групп  из трех элементов (триад) со сходными химическими свойствами. Деберейнер обнаружил всего 5 триад, это:

1.

Cl, Br, I

2.

S, Se, Te

3.

Ca, Cr, Ba

4.

Li, Na, K

5.

Fe, Co, Ni

Это обнаружение  свойств элементов побудило к  дальнейшим исследованиям химиков, которые пытались найти рациональные способы классификации элементов.

В 1865 г. английский химик Джон Ньюлендс (1839-1898) заинтересовался проблемой периодической повторяемости свойств элементов. Он расположил из известных элементов в порядке возрастания их атомных масс следующим образом: H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Cr Ti Mn Fe Ньюлендс заметил, что в этой последовательности восьмой элемент (фтор) напоминает первый (водород), девятый элемент напоминает второй и т.д. Тем самым через каждые восемь элементов свойства повторялись. Однако в этой системе элементов было много неверного:

1) В таблице  не нашлось места новым элементам.

2) Таблица  не открывала возможности научного  подхода к определению атомных  масс и не позволяла сделать  выбор между их вероятными  наилучшими значениями.

3) Некоторые  элементы представлялись неудачно  размещенными в таблице. Например  железо сопоставлялось с серой   и т.д. Несмотря на большое  количество недостатков, попытка  Ньюлендса явилась шагом в  правильном направлении. Мы знаем,  открытие периодического закона  принадлежит Дмитрию Ивановичу  Менделееву. Давайте рассмотрим  историюего открытия. В 1869 году Н.А.Меншуткин представил членам Русского химического общества небольшую работу Д.И.Менделеева "Соотношение свойств с атомным весом элементов". (Сам Д.И.Менделеев¹⁰ на заседании не присутствовал.)

На этом заседании  работа Д.И.Менделеева не была воспринята всерьез. Пауль Вальден писал  впоследствии: "Большие события  слишком часто встречают незначительный отклик, и тот день, который должен был стать знаменательным днем для  молодого Русского химического общества, а в действительности оказался будничным  днем". Д.И.Менделеев любил дерзкие  идеи. Обнаруженная им закономерность гласила: химические и физические свойства элементови их соединений находятся  в периодической зависимости  от атомных весов элементов. Подобно  своим предшественникам, Д.И.Менделеев  выделил наиболее типичные элементы. Однако он предположил наличие пустот в таблице и осмелился утверждать, что они должны быть заполнены  не открытыми еще элементами. В  одно и тоже время с Менделеевым  над этой же проблемой работал  Лотарь Мейер, который опубликовал  свою работу в 1870 году.[24]

Однако приоритет  в открытиипериодического заслуженно остается за Дмитрием Ивановичем Менделеевым, т.к. даже сам Л.Мейер не помышлял отрицать выдающуюся роль Д.И.Менделеева в открытии периодического закона. В своих воспоминаниях Л.Мейер  указывал, что пользовался при  написании своей работы рефератом  статьи Д.И.Менделеева.

В 1870 году Менделеев  внес в таблицу некоторые изменения: как любая закономерность, в основе которой лежит идея, новая система  оказалась жизнеспособной, поскольку  в ней предусматривалась возможность  уточнений. Как я уже говорил, гениальность теории Менделеева состояла в том, что он оставил пустоты  в своей таблице. Тем самым  он предположил (а точнее был уверен), что еще не все элементы открыты. Однако Дмитрий Иванович не остановился  на достигнутом. С помощью периодического закона он даже описал химические и  физические свойства еще не открытых химических элементов, например: галлия, германия, скандия, которые полностью  подтвердились.

После этого  большинство ученых убедилось в  правильности теории Д.И.Менделеева. В  наше время периодический закон  имеет огромное значение. С помощью  его предсказывают свойства химических соединений, продукты реакций. С помощью периодического закона и в наше время предсказывают свойства элементов - это элементы которые нельзя получить в весомых количествах.

 

Заключение

 

После работ  Лавуазье, Пруста, Ломоносова и Менделеева, уже в нашем веке было сделано  много важнейших открытий в области  химии и физики. Это работы по термодинамике, строению атома и  молекул, электрохимии, - этот список можно  продолжить до бесконечности. Однако открытия Лавуазье и Д.И.Менделеева остаются фундаментом химических знаний.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Использованная литература

 

ПО ТЕМЕ: «Формулирование научных понятий»

1. Н.Брылёв - понятие, природа, проблемы методологии.
2. Сахаров Л. С. О методах исследования понятий.
3. Виктор Франкл. Основные понятия логотерапии.

4. С.И. Самыгин – Концепции современного естествознания 2003г.

5. Кунафин М.С. Концепции современного естествознания.

6. Штофф В.А Моделирование и философия. - М., 1966

7. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. –2000 г.
8. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Курс лекций.
9. Бургин М. С., Кузнецова В. И. Введение в современную точную методологию науки.,1994.
10. Зимин А.И. концепции современного естествознания, 2009.
11. Леонард Терновский. Закон и «понятия».
12. Сайт http://www.mhg.ru/publications/
13. Сайт http://www.statsoft.ru