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LE PRINCIPALI SCOPERTE SCIENTIFICHE
Teoria della combustione. Storia ed essenza della scoperta scientifica
Elenco / Le scoperte scientifiche più importanti Nella seconda metà del XVIII secolo la chimica era in ascesa: le scoperte si susseguivano dopo le scoperte. In questo momento vennero alla ribalta numerosi brillanti sperimentatori: Priestley, Black, Scheele, Cavendish e altri. Nelle opere di Black, Cavendish e soprattutto Priestley, un nuovo mondo si apre agli scienziati: la regione dei gas, fino ad ora completamente sconosciuta. I metodi di ricerca vengono costantemente migliorati. Black, Cronstedt, Bergman e altri sviluppano un'analisi qualitativa. Di conseguenza, è stato possibile scoprire una massa di nuovi elementi e composti. A cavallo tra il XVII e il XVIII secolo, il chimico tedesco Georg Ernst Stahl (1659–1734) propose la cosiddetta teoria del flogisto, essenzialmente la prima teoria chimica. Sebbene si sia rivelato errato, ha permesso di sistematizzare i processi di combustione e tostatura (calcinazione) dei metalli, spiegando questi processi da un punto di vista unificato. L'acciaio credeva che varie sostanze e metalli contenessero nella loro composizione uno speciale "principio di combustibilità": il flogisto. Quando calcinavano, i metalli perdevano il flogisto, trasformandosi in ossidi, cioè i processi di ossidazione consistevano nella perdita di flogisto da parte delle sostanze ossidate. Al contrario, nel corso dei processi di riduzione, gli ossidi acquisirono flogisto, diventando nuovamente metalli. La critica alla dottrina del flogisto contribuì notevolmente allo sviluppo del pensiero chimico. Tuttavia, i principali fenomeni della chimica - i processi di combustione e ossidazione in generale, la composizione dell'aria, il ruolo dell'ossigeno, la struttura dei principali gruppi di composti chimici (ossidi, acidi, sali, ecc.) - non sono ancora stati stato spiegato. Al contrario, i fatti si accumulavano e le idee si confondevano. Piuttosto plausibile nella presentazione di Stahl, la dottrina del flogisto si trasforma in una sorta di flogisto tra i suoi seguaci: questa non è più una teoria, si tratta di dozzine di teorie, confuse, contraddittorie, che cambiano con ogni autore. A metà del XNUMX° secolo, venne alla ribalta la cosiddetta chimica pneumatica, che studiava i gas da un punto di vista chimico. Uno dei suoi risultati eccezionali è stata la scoperta dell'ossigeno. Comprendere la sua natura di elemento chimico gassoso indipendente ha permesso al francese Antoine Lavoisier sfatare il concetto di flogisto e formulare la teoria della combustione dell'ossigeno. Insieme a importanti risultati nell'analisi chimica, questo evento ha segnato l'inizio della prima rivoluzione chimica. Antoine Laurent Lavoisier (1743–1794) nacque da un avvocato il 28 agosto 1743. Ha ricevuto la sua prima educazione al Mazarin College. Antoine era uno studente eccellente. Dopo aver lasciato il college, è entrato alla Facoltà di Giurisprudenza. Nel 1763, Antoine ricevette una laurea e l'anno successivo una licenza in giurisprudenza. Ma le scienze giuridiche non potevano soddisfare la sua sconfinata e insaziabile curiosità. Senza abbandonare gli studi di giurisprudenza, studiò matematica e astronomia con Lacaille, astronomo molto famoso a quel tempo, che aveva un piccolo osservatorio al Collegio Mazzarino; botanica - con il grande Bernard Jussier, con il quale compilò erbari; mineralogia - da Guetard, che compilò la prima mappa mineralogica della Francia; chimica - a Ruel. Le prime opere di Lavoisier furono realizzate sotto l'influenza del suo maestro e amico Guetard. Gaetar ha intrapreso numerose escursioni; Lavoisier fu suo collaboratore per tre anni, a partire dal 1763. Il frutto di questa escursione è stato il suo primo lavoro: "Investigazione su vari tipi di gesso". Dopo cinque anni di collaborazione con Guetard, nel 1768, quando Lavoisier aveva 25 anni, fu eletto membro dell'Accademia delle Scienze. Nella vita, Lavoisier ha aderito a un ordine rigoroso. Si impose di studiare scienze per sei ore al giorno: dalle sei alle nove del mattino e dalle sette alle dieci di sera. Il resto della giornata è stato diviso tra occupazioni, affari accademici, lavoro in varie commissioni e così via. Un giorno alla settimana era dedicato esclusivamente alla scienza. Al mattino Lavoisier si chiudeva nel laboratorio con i suoi collaboratori; qui hanno ripetuto esperimenti, discusso questioni chimiche, discusso del nuovo sistema. Qui si potevano vedere gli scienziati più gloriosi di quel tempo - Laplace, Monge, Lagrange, Giton Morvo, Macker. Il laboratorio di Lavoisier divenne il centro della scienza contemporanea. Spese ingenti somme per l'acquisto e l'installazione di strumenti, rappresentando in questo senso l'esatto opposto di alcuni suoi contemporanei. A quel tempo, la legge fondamentale della chimica, la regola guida della ricerca chimica, doveva ancora essere trovata; creare un metodo di ricerca che segua da questa legge fondamentale; per spiegare le principali categorie di fenomeni chimici e, infine, per sfatare le teorie fantastiche esistenti. Questo compito è stato intrapreso e svolto da Lavoisier. Non bastava il talento sperimentale per realizzarlo. Era necessario attaccare una testa d'oro alle mani d'oro. Tale felice unione rappresentava Lavoisier. Nell'attività scientifica, Lavoisier è colpito dal suo corso strettamente logico. In primo luogo, sviluppa un metodo di ricerca. Quindi lo scienziato mette l'esperimento. Quindi, per 101 giorni ha distillato l'acqua in un apparato chiuso. L'acqua evaporava, si raffreddava, tornava al ricevitore, evaporava di nuovo e così via. Il risultato fu una notevole quantità di sedimento. Da dove viene? Il peso totale dell'apparecchio alla fine dell'esperimento non è cambiato: significa che non è stata aggiunta alcuna sostanza dall'esterno. Nel corso di questo lavoro, Lavoisier è convinto dell'onnipotenza del suo metodo: il metodo della ricerca quantitativa. Dopo aver imparato il metodo alla perfezione, Lavoisier procede al suo compito principale. Le sue opere, che hanno creato la chimica moderna, coprono il periodo dal 1772 al 1789. Il punto di partenza della sua ricerca è stato il fatto di un aumento del peso dei corpi durante la combustione. Nel 1772 presentò all'Accademia una breve nota, nella quale riportava il risultato dei suoi esperimenti, da cui risultava che quando si bruciano zolfo e fosforo, aumentano di peso a causa dell'aria, in altre parole si combinano con parte del aria. Questo fatto è la principale, capitale scoperta del fenomeno, che è servita da chiave per spiegare tutte le altre. Nessuno lo ha capito, e al lettore moderno a prima vista può sembrare che si tratti di un unico fenomeno poco importante ... Ma questo non è vero. Spiegare il fatto della combustione significava spiegare l'intero mondo dei fenomeni di ossidazione che si verificano sempre e ovunque nell'aria, nella terra, negli organismi - in tutta la natura morta e vivente, in innumerevoli variazioni e forme diverse. Circa sessanta memorie furono dedicate alla delucidazione di varie questioni legate a questo punto di partenza. In essi la nuova scienza si sviluppa come una palla. I fenomeni di combustione portano naturalmente Lavoisier, da un lato, allo studio della composizione dell'aria, e, dall'altro, allo studio di altre forme di ossidazione; alla formazione di vari ossidi e acidi e alla comprensione della loro composizione; al processo della respirazione, e quindi allo studio dei corpi organici e alla scoperta dell'analisi organica, ecc. Il compito immediato di Lavoisier era la teoria della combustione e la relativa questione della composizione dell'aria. Nel 1774 presentò all'Accademia un libro di memorie sulla calcinazione dello stagno, in cui formulò e dimostrò le sue opinioni sulla combustione. Lo stagno veniva calcinato in una storta chiusa e trasformato in "terra" (ossido). Il peso totale è rimasto invariato, quindi l'aumento del peso dello stagno non è potuto avvenire a causa dell'aggiunta di "materia infuocata", penetrante, come si credeva Boyleattraverso le pareti della nave. Il peso del metallo è aumentato. Questo aumento è pari al peso di quella parte d'aria scomparsa durante la calcinazione. Si scopre che il metallo, trasformandosi in terra, si combina con l'aria. Questa è la fine del processo di ossidazione: qui non sono coinvolti flogisti, "materie infuocate". In un dato volume d'aria, solo una certa quantità di metallo può bruciare e una certa quantità di aria scompare. Da qui l'idea della sua complessità: “Come potete vedere, una parte dell'aria è capace di formare terre quando si unisce ai metalli, mentre l'altra no; questa circostanza mi fa supporre che l'aria non sia una sostanza semplice, come si pensava in precedenza, ma è costituito da sostanze molto diverse.". L'anno successivo, il 1775, Lavoisier presentò all'Accademia un libro di memorie, in cui per la prima volta veniva chiarita con precisione la composizione dell'aria. L'aria è composta da due gas, "aria pura", in grado di intensificare la combustione e la respirazione, metalli ossidanti, e "aria mefitica", che non ha queste proprietà. I nomi ossigeno e azoto furono dati in seguito. Approfondiamo il ragionamento di Lavoisier. Il metallo aumenta di peso: significa che qualche sostanza si è unita ad esso. Da dove proviene? Determiniamo il peso degli altri corpi coinvolti nella reazione e vediamo che l'aria è diminuita di peso nella stessa misura in cui è aumentato il peso del metallo; pertanto, la sostanza desiderata veniva rilasciata dall'aria. Questo è un metodo per determinare il peso. Tuttavia, per comprenderne il significato, bisogna riconoscere che tutti i corpi chimici hanno un peso, che un corpo pesante non può diventare senza peso e, infine, nessuna particella di materia può scomparire o sorgere dal nulla. Nella stessa memoria, Lavoisier ha chiarito la struttura dell'"aria permanente", come veniva allora chiamata anidride carbonica. Se l'ossido di mercurio viene riscaldato in presenza di carbone, l'ossigeno liberato si combina con il carbone, formando "aria permanente". Nel trattato Sulla combustione in generale (1777) sviluppa dettagliatamente la sua teoria. Ogni combustione è l'unione di un corpo con l'ossigeno; il suo risultato è un corpo complesso, vale a dire "metallo terra" (ossido) o acido (anidride nella terminologia moderna). La teoria della combustione ha portato alla spiegazione della composizione di vari composti chimici. Ossidi, acidi e sali sono stati a lungo distinti, ma la loro struttura è rimasta misteriosa. Il loro risultato generale può essere formulato come segue: Lavoisier fornì il primo sistema scientifico di composti chimici, stabilendo tre gruppi principali: ossidi (composti di metalli con ossigeno), acidi (composti di corpi non metallici con ossigeno) e sali (composti di ossidi e acidi). Sono passati dieci anni dal primo lavoro di Lavoisier, e quasi non ha toccato la teoria del flogisto. Se l'è cavata senza di lei. I processi di combustione, respirazione, ossidazione, composizione dell'aria, anidride carbonica e molti altri composti sono stati spiegati in modo semplice e chiaro senza principi misteriosi: collegando e separando corpi di peso reali. Ma la vecchia teoria esisteva ancora e influenzava gli scienziati. Nel 1783 Lavoisier pubblicò Meditazioni sul flogisto. Sulla base delle sue scoperte, dimostra la completa inutilità della teoria del flogisto. Senza di esso i fatti vengono spiegati in modo chiaro e semplice; con esso inizia la confusione senza fine. "I chimici hanno fatto del flogisto un principio nebuloso, per niente definito con precisione e quindi adatto a ogni sorta di spiegazioni, a volte è un principio pesante, a volte senza peso, a volte fuoco libero, a volte fuoco connesso con la terra; a volte passa attraverso i pori dei vasi ", a volte gli sono impenetrabili; spiega subito sia l'alcalinità che la non alcalinità, la trasparenza e l'ottusità, i colori e l'assenza di colori. Questo è un vero Proteo, che cambia forma ogni minuto ." "Riflessioni sul flogisto" era una sorta di marcia funebre per la vecchia teoria, poiché avrebbe potuto essere considerata a lungo sepolta. Infine, la conoscenza dell'idrogeno e del suo prodotto di ossidazione ha permesso a Lavoisier di porre le basi per la chimica organica. Ha determinato la composizione dei corpi organici e ha creato analisi organiche bruciando carbonio e idrogeno in una certa quantità di ossigeno. Secondo N. Menshutkin: "Quindi, la storia della chimica organica, così come quella inorganica, deve iniziare con Lavoisier". Autore: Samin D.K.
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