При горенето химичното вещество реагира бързо с кислород, като произвежда топлина и светлина. Типични продукти на реакцията на горене са CO2, H2O, N2 и оксиди на всеки друг елемент, присъстващ в оригиналната проба.
Типичен пример за горене е окисляването на метан според процеса
Реакциите на горене често протичат чрез образуването на свободни радикали, електронно възбудени молекули или йони, които излъчват флуоресценция, придавайки цвят на пламъка, или също чрез образуване на малки твърди частици (например въглерод), чието нажежаване може да се наблюдава.
Изгарянето е много важен процес в живота ни, тъй като горивата се използват като източник на енергия, бензин, газ и т.н., в транспортни средства, автомобили, самолети или в домове или индустрии. Въпреки че днес процесът на горене е добре разбран, този процес е бил една от големите загадки от древността до края на 18 век, когато Лавоазие (1743 ? - 1794) успява да изясни химическата му природа.
Според гръцката мисъл, всичко, което може да изгори, съдържа това, което те наричат огнен елемент. Германският химик и физик Георг Ърнест Щал (1660-1734), който, вземайки идея от J. J. Becher, предлага през 1702 г. името флогистон (от гръцки phlogistos, което означава запалим), за да характеризира принципа на запалимост.
Теорията за изгарянето на Щал твърди, че колкото повече флогистон има едно вещество, толкова по-горимо е то. Така например хартията изгаря, защото съдържа флогистон, но нейната пепел, лишена от споменатото вещество, не може да изгори. В тази схема изгарянето на вещество означава загуба на флогистон, който се прехвърля във въздуха. Колкото повече флогистон имаше едно вещество, толкова по-добре изгаряше.
Теорията на флогистона придобива привърженици и към средата на 18-ти век е широко приета от химиците, но въпреки това имаше трудност, която както Стал, така и учениците му не можеха да обяснят. При изгарянето на дървесината с последваща загуба на флогистон се получава пепел с по-малко тегло от това; Обаче калцинирането - днес бихме могли да кажем окисляването - на металите, водещи до образуването на съответната вар, което Щал по същия начин интерпретира като загуба на флогистон - доведе до увеличаване на теглото. Имаше ли тогава два вида флогистон: този на дървесината и сродни вещества, чието тегло беше положително, и този на металите, чието тегло беше отрицателно? Както ще видим по-късно, именно Лавоазие, бащата на съвременната химия, доказа, че теорията за флогистона не е вярна и че флогистон не съществува.
Развитието на пневматичната химия през 18 век дава възможност да се провери валидността на теорията на флогистона чрез изследване на газовете, произведени при горенето. От особено значение бяха експериментите на Джоузеф Пристли, който наблюдава, че живакът при нагряване във въздух образува калциниран тухленочервен цвят, днес бихме го нарекли живачен оксид HgO. Пристли нагрява този калциниран, като концентрира върху него слънчевите лъчи през леща, оригиналното вещество, получено чрез нагряване на ярки топчета живак и газ със специални свойства. Самият той потвърди, че една свещ гори в споменатия газ с по-жив пламък с повече блясък и топлина, отколкото в други ефири и дори се опита да го вдиша и установи, че това създава приятно усещане. Какво обяснение даде Пристли на своя експеримент? За съжаление Пристли погрешно интерпретира експериментите си, използвайки теорията на флогистона, в която вярва.
Тъй като обектите изгарят по-лесно в този нов газ, те би трябвало да освобождават флогистон много по-лесно в синусите си, което може да се дължи единствено на това, че този въздух не съдържа никакво количество флогистон, като по този начин проявява голяма склонност да го приеме. По тази причина Пристли нарече този нов газ? до няколко години по-късно Лавоазие му дава името кислород. Грешката на Пристли беше да приеме, че нормалният въздух е просто съединение, а не смес, и да се обърне към теорията на флогистона, за да обясни експеримента си.
Несъответствията в теорията на флогистона и многобройните открития, базирани на газови експерименти, бяха правилно обяснени и обединени в нова глобална визия за феномена на изгаряне благодарение на работата на Антоан Лоран Лавоазие. Няма съмнение, че успехът на Лавоазие се дължи на големите му интелектуални дарби, но особено на неговите умения и експериментална строгост, базирани на прецизното измерване на експериментални данни.
Благодарение на приноса на Лавоазие беше установено, че измерванията, взети стриктно и систематично, а не отпечатъци от очите или други сетива, са правилният метод за обяснение на химичните промени. Използвайки тази процедура, Лавуазие обяснява феномена на изгарянето, големия проблем на химията от 18 век.
Типичен експеримент, проведен от Лавоазие, се състои от нагряване на метали (например олово) във въздуха, но в затворен съд. Лавуазие наблюдава, че на повърхността на метала се образува слой калциниране, докато в даден момент образуването на споменатото калциниране спира.
Според защитниците на теорията за флогистона процесът на формиране на? Калциниран? това означава, че въздухът е поел максималното количество флогистон от метала, което може да задържа. Тъй като беше известно, че калцинираният тежи повече от оригиналния метал, Лавоазие претегля експерименталното оборудване, където е извършил нагряването на метала, като наблюдава, че целият контейнер тежи еднакво преди и след нагряване.
За Лавоазие беше ясно, че ако металът е наддал и общото тегло не се е променило, въздухът ще трябва да е загубил количество тегло, еквивалентно на натрупаното от метала. По този начин той отвори контейнера и забеляза, че въздухът влезе в него, тъй като загубата на въздух по време на процеса на калциниране на метала създаде определен вакуум, по-ниско налягане в сравнение с атмосферното налягане. За Лавоазие беше ясно, че калцинирането на метал не се състои в загуба на флогистона му, а в печалба на част от въздуха, в който той се нагрява.
През 1974 г. Пристли посети Париж и информира Лавоазие за своите открития и експерименти. Лавоазие със своите експерименти показа, че интерпретацията, дадена от Пристли, е грешна. За разлика от Пристли, който вярваше, че атмосферният въздух е просто и елементарно вещество, за Лавуазие въздухът е смес от два газа в съотношение 1 към 4, единият дишащ, който поддържа дишането и горенето, а другият ? мефитен? неспособен да поддържа тези процеси и който е не друг, а азотен газ. За Лавоазие само една пета от въздуха е дефлорираният въздух на Пристли. Само тази част от въздуха се комбинира с материалите по време на горивния процес.
Ключовият експеримент на Лавоазие, представен през 1777 г. във Френската академия на науките, се състоеше на първо място в внимателно нагряване на чист живак в обикновен въздух и образуване на калциниран живак - виж фигура 1, показващ, че този калциниран живак е просто комбинация от живак с около 1/12 от теглото му на въздух. В този процес, според Лавуазие, живакът е абсорбирал най-добрата и дишаща част от въздуха, оставяйки мефитната или недишащата част. Второ ? и това беше ключова част от експеримента - Лавуазие възстановява въздуха, "погълнат" от живака, чрез нагряване на калцинирания и го връща в мефитния остатък, получавайки практически първоначалното количество на използвания въздух и със същото свойства на общия въздух.
Лавоазие нарича този жив въздух „дефлогизираният въздух“? от Priestley, кислород, получен от гръцки, което означава производител на киселина, тъй като Лавоазие смята, че този елемент е необходимо съединение на всички киселини, което по-късно е доказано, че не е вярно.
Във всеки случай и независимо от естеството на киселините, изключителният принос на Лавоазие бе недвусмислено да установи, че принципът на изгаряне на дадено вещество се състои от химическа реакция на споменатото вещество и кислород.
Библиография
Антоан Лоран дьо Лавоазие. Елементарен трактат по химия (изд. И преводач Ramón Gago Bohorguez). Преглед. Барселона 2007. Вижте особено глава III от работата.