Flogistontheorie
De flogistontheorie of phlogistontheorie is een ontkrachte theorie uit de 17e eeuw. De theorie gaat over het ontstaan van verbranding (oftewel vuur). Volgens de theorie was een stof genaamd flogiston hiervoor verantwoordelijk. Bepaalde materialen zouden flogiston bevatten. Flogiston was niet ruikbaar of zichtbaar en had de functie om hitte over te dragen. Bij verbranding zou flogiston uit de stof vrijkomen.
Tegenwoordig weten we dat de flogiston niet bestaat, maar tijdens de 17e en 18e eeuw werd de theorie over het algemeen aanvaard. Uiteindelijk wist de Franse scheikundige Antoine Lavoisier de flogistontheorie te ontkrachten. Hij ontdekte namelijk dat zuurstof hiervoor belangrijk was. Zijn ontdekking leidde tot de ontdekking van zuurstof en de formulering van de wet van behoud van massa.
Wat is flogiston?
Volgens de theorie was flogiston een stofje wat in bepaalde brandbare materialen zou voorkomen, zoals papier, hout en metaal. Deze materialen werden geflogistoneerd genoemd. Flogiston was niet waarneembaar. Je kon het dus niet ruiken, proeven of zien. De functie van flogiston was het dragen van hitte. Tijdens de verbranding de flogiston vrij uit het materiaal en werd opgenomen in de lucht. Het uitgebrande materiaal was vervolgens vrij van flogiston, oftewel gedeflogistoneerd.
Net als bij stikstof en water was er een kringloop voor flogiston. Eenmaal in de lucht kwam de flogiston via neerslag weer terug op aarde, waar het werd opgenomen door planten, dieren en andere materialen. Wanneer er te veel flogiston in de lucht, zou er volgens de theorie zelfs bliksem kunnen ontstaan.
Hoewel we nu weten dat flogiston niet bestaat, geloofden de meeste wetenschappers in 17e en 18e eeuw dat dit bestond.
Ontstaan van de theorie
De scheikunde in de 17e en 18e eeuw zag er dan ook heel anders uit dan tegenwoordig. Scheikundigen hielden zich namelijk nog steeds bezig met alchemie en baseerden zich op teksten van Griekse filosofen, zoals Aristoteles. Volgens Aristoteles bestond alles uit een samenstelling van vier elementen (aarde, water, lucht en vuur). De scheikundigen probeerden dit model uit te breiden of verder te verdelen, waardoor het geloof in flogiston ontstond.
De Duitse scheikundige Johann Joachim Becher legde de basis voor de flogistontheorie. Volgens hem waren lucht en vuur geen elementen. Hij verwijderde hen uit het systeem en verving hen door drie nieuwe elementen; terra lapidea, terra fluida en terra pinguis. Becher geloofde dat terra pinguis een stofje was dat in brandbare materialen zat. Tijdens de verbranding verdween dit stofje uit het materiaal. Georg Ernst Stahl gebruikte Bechers idee en noemde het flogiston. Vervolgens formuleerde hij de flogistontheorie. De meeste andere scheikundigen namen deze theorie aan en probeerden hem zelfs uit te breiden.
Kritiek en problemen
Dit betekende overigens niet dat er geen kritiek op de flogistontheorie was. Er waren zelfs veel problemen met de theorie. Het belangrijkste probleem was namelijk de verbranding van metalen. Volgens de theorie zouden metalen lichter worden als ze verbrand werden. De flogiston verdween namelijk uit het materiaal, waardoor er minder massa was. Bij experimenten gebeurde echter het tegenovergestelde; de materialen werden juist zwaarder tijdens de verbranding. Tegenwoordig weten we dat dit komt doordat zuurstofatomen zich aan het gesmolten metaal hechten, maar toentertijd wist men niet van het bestaan van zuurstof. Lucht werd als één element gezien, terwijl het eigenlijk uit meerdere gassen bestaat.
Dit probleem betekende niet het einde van de theorie. Sterker nog, wetenschappers wilden dit verschijnsel juist verklaren aan de hand van de theorie. Zo had flogiston volgens Robert Boyle een negatief gewicht, waardoor dingen juist zwaarder werden als de flogiston verdween. Louis-Bernard Guyton de Morveau stelde dat flogiston juist lichter dan lucht was. Toch lukte het niemand om dit aan de hand van de flogistontheorie te verklaren.
Ontkrachting
Ook de Britse scheikundige Joseph Priestley deed experimenten. Hij stak kaarsen aan onder een afgesloten stolp en ontdekte dat de vlam na een tijdje uitging. Hij herhaalde de experimenten maar dan met een muis erbij en ontdekte dat de muis overleed wanneer de vlam uitging. Dit komt doordat de zuurstof opraakt; zowel de muis als de vlam hebben dit nodig om te overleven. Priestley dacht echter dat hij gedeflogistoneerde lucht (lucht zonder flogiston) ontdekt had en schreef hoeveel beter deze lucht was dan normale lucht.
Priestley was een verdediger van de flogistontheorie. Hoewel hij in feite zuurstof ontdekt had, dacht hij niet veel van deze ontdekking. In 1774 ontmoette Priestley zijn goede vriend en wetenschapper Antoine Lavoisier in Parijs. Hij vertelde over zijn experimenten aan Lavoisier. In die tijd deed Lavoisier ook onderzoek naar verbranding, aangezien hij de opdracht had gekregen om de formule voor buskruit te verbeteren. Lavoisier twijfelde aan de flogistontheorie, maar kon het laatste stapje niet zetten tot dat Priestley kwam.
Lavoisier herhaalde Priestley’s experimenten en wist zo zuurstof te isoleren. Dit leidde de ontdekking van het element zuurstof en het einde van de flogistontheorie. Lavoisier publiceerde zijn bevindingen een jaar later, waardoor iedereen zijn verbrandingstheorie begon te geloven. Priestley zelf bleef echter tot aan zijn dood de flogistontheorie verdedigen.
Wet van behoud van massa
Het ontkrachten van de flogistontheorie zorgde ervoor dat Lavoisier de wet van behoud van massa (of de wet van Lavoisier) kon formuleren. Volgens de wet gaat erbij een chemische reactie (in een afgesloten ruimte) geen massa verloren. De massa vóór en ná de reactie is precies hetzelfde. De theorie kan het beste uitgelegd worden aan het volgens voorbeeld: Bij het maken van limonade mix je water met siroop. Het gewicht van het water én de siroop samen is precies hetzelfde voor het mixen als na het mixen. Het mixen van de limonade stelt in dit voorbeeld de chemische reactie voor.
Deze theorie werd later in de atoomfysica gebruikt om te bewijzen dat erbij een chemische reactie geen nieuwe atomen ontstaan of atomen worden vernietigd.
Bronnen
- Het artikel op Wikipedia
- (en) Phlogiston: When Science Was Wrong About Fire (5 maart 2019) via YouTube-kanaal "Technicality".