Phlogiston theorie
Empedocles had de klassieke theorie geformuleerd dat er vier elementen waren: water, aarde, vuur en lucht en Aristoteles versterkte dit idee door ze te karakteriseren als vochtig, droog, warm en koud. Vuur werd dus beschouwd als een substantie en verbranding werd gezien als een proces van ontbinding dat alleen van toepassing was op verbindingen. De ervaring had geleerd dat verbranding niet altijd gepaard ging met een verlies van materiaal en er was een betere theorie nodig om dit te verklaren.
Johann Joachim BecherEdit
In 1667 publiceerde Johann Joachim Becher zijn boek Physica subterranea, dat het eerste voorbeeld bevatte van wat de phlogiston theorie zou worden. In zijn boek schrapte Becher vuur en lucht uit het klassieke elementenmodel en verving ze door drie vormen van aarde: terra lapidea, terra fluida, en terra pinguis. Terra pinguis was het element dat olieachtige, zwavelachtige, of brandbare eigenschappen bezat. Becher geloofde dat terra pinguis een sleuteleigenschap was van verbranding en vrijkwam bij verbranding van brandbare stoffen. Becher had niet veel te maken met de flogistontheorie zoals wij die nu kennen, maar hij had een grote invloed op zijn leerling Stahl. Becher’s belangrijkste bijdrage was het begin van de theorie zelf, hoezeer deze na hem ook is veranderd. Becher’s idee was dat brandbare stoffen een ontvlambare materie bevatten, het terra pinguis.
Georg Ernst StahlEdit
In 1703 stelde Georg Ernst Stahl, hoogleraar in de medicijnen en scheikunde te Halle, een variant van de theorie voor waarin hij Becher’s terra pinguis omdoopte tot phlogiston, en het was in deze vorm dat de theorie waarschijnlijk zijn grootste invloed heeft gehad. De term “phlogiston” zelf heeft Stahl niet uitgevonden. Er zijn aanwijzingen dat het woord al in 1606 werd gebruikt, en wel op een manier die sterk leek op wat Stahl ermee bedoelde. De term is afgeleid van een Grieks woord dat “ontvlammen” betekent. De volgende paragraaf beschrijft Stahl’s opvatting van flogiston:
Voor Stahl waren metalen verbindingen die flogiston bevatten in combinatie met metaaloxiden (calces); bij ontsteking werd het flogiston uit het metaal bevrijd en bleef het oxide achter. Wanneer het oxide werd verhit met een stof rijk aan flogiston, zoals houtskool, nam de calx weer flogiston op en regenereerde het metaal. Phlogiston was een bepaalde stof, dezelfde in al zijn combinaties.
Stahl’s eerste definitie van phlogiston verscheen in zijn Zymotechnia fundamentalis, gepubliceerd in 1697. Zijn meest geciteerde definitie is te vinden in de verhandeling over scheikunde Fundamenta chymiae in 1723. Volgens Stahl was flogiston een stof die men niet in een fles kon stoppen, maar die men toch kon overbrengen. Hout was voor hem slechts een combinatie van as en flogiston, en het maken van een metaal was zo eenvoudig als het verkrijgen van een metalen calx en het toevoegen van flogiston. Roet was bijna zuivere flogon, en daarom transformeert het verhitten ervan met een metaalkaliber het kaliber in het metaal, en Stahl probeerde te bewijzen dat de flogon in roet en zwavel identiek waren door sulfaten om te zetten in zwavellever met behulp van houtskool. Hij hield geen rekening met de toen bekende gewichtstoename bij verbranding van tin en lood.
J. H. PottEdit
Johann Heinrich Pott, een leerling van een van Stahl’s leerlingen, breidde de theorie uit en probeerde deze veel begrijpelijker te maken voor een algemeen publiek. Hij vergeleek flogiston met licht of vuur en zei dat alle drie stoffen waren waarvan de aard algemeen bekend was, maar niet gemakkelijk te definiëren. Hij was van mening dat flogiston niet als een deeltje moest worden beschouwd, maar als een essentie die stoffen doordringt, waarbij hij aanvoerde dat men in een pond van welke stof dan ook niet eenvoudig de deeltjes van flogiston eruit kon pikken. Pott merkte ook op dat wanneer bepaalde stoffen worden verbrand, zij in massa toenemen in plaats van de massa van het flogiston te verliezen wanneer het ontsnapt; volgens hem was flogiston het basisbeginsel van vuur en kon het niet uit zichzelf worden verkregen. Vlammen werden beschouwd als een mengsel van phlogiston en water, terwijl een mengsel van phlogiston en water niet goed kon branden. Phlogiston, dat alles in het universum doordringt, kon als hitte vrijkomen wanneer het met zuur werd gecombineerd. Pott stelde de volgende eigenschappen voor:
- De vorm van phlogiston bestaat uit een cirkelvormige beweging om zijn as.
- In homogene toestand kan het niet in vuur worden verteerd of verdreven.
- De reden waarom het in de meeste lichamen uitzetting veroorzaakt is onbekend, maar niet toevallig. Het is evenredig met de compactheid van de textuur van de lichamen of met de intimiteit van hun samenstelling.
- De gewichtstoename tijdens het branden is slechts duidelijk na een lange tijd, en is te wijten ofwel aan het feit dat de deeltjes van het lichaam compacter worden, het volume verminderen en daardoor de dichtheid verhogen zoals in het geval van lood; of dat kleine zware deeltjes lucht in de substantie vast komen te zitten zoals in het geval van zinkoxide in poedervorm.
- Lucht trekt het phlogiston van lichamen aan.
- Wanneer in beweging gezet, is phlogiston het voornaamste actieve principe in de natuur van alle levenloze lichamen.
- Het is de basis van kleuren.
- Het is het voornaamste agens in fermentatie.
Pott’s formuleringen stelden weinig nieuwe theorie voor; hij verschafte slechts nadere bijzonderheden en maakte de bestaande theorie toegankelijker voor de gewone man.
AnderenEdit
Johann Juncker schetste ook een zeer volledig beeld van phlogiston. Bij lezing van Stahl’s werk ging hij ervan uit dat flogiston in feite zeer materieel was. Hij kwam daarom tot de conclusie dat flogiston de eigenschap van lichtheid heeft, of dat het de verbinding waarin het zich bevindt veel lichter maakt dan het zou zijn zonder het flogiston. Hij toonde ook aan dat lucht nodig was voor de verbranding door stoffen in een afgesloten kolf te doen en te proberen ze te verbranden.
Guillaume-François Rouelle bracht de theorie van het flogiston naar Frankrijk, en hij was een zeer invloedrijk wetenschapper en leraar, zodat de theorie al heel snel vaste voet aan de grond kreeg. Veel van zijn studenten werden zelf zeer invloedrijke wetenschappers, waaronder Lavoisier. De Fransen beschouwden phlogiston als een zeer subtiel principe dat verdwijnt in alle analyses, maar toch in alle lichamen aanwezig is. In wezen volgden zij rechtstreeks de theorie van Stahl.
Giovanni Antonio Giobert introduceerde het werk van Lavoisier in Italië. Giobert won in 1792 een prijsvraag van de Academie van Letteren en Wetenschappen van Mantua voor zijn werk ter weerlegging van de phlogiston theorie. Hij presenteerde een artikel aan de Académie royale des Sciences van Turijn op 18 maart 1792, getiteld Examen chimique de la doctrine du phlogistique et de la doctrine des pneumatistes par rapport à la nature de l’eau (“Chemisch onderzoek van de leer van phlogiston en de leer van de pneumatisten met betrekking tot de aard van het water”), dat wordt beschouwd als de meest originele verdediging van Lavoisiers theorie van de watersamenstelling die in Italië is verschenen.