historie af undersøgelsen af forbrænding

forbrænding, ild og flamme er blevet observeret og spekuleret om fra tidligste tider. Hver civilisation har haft sin egen forklaring på dem. Grækerne fortolkede forbrænding med hensyn til filosofiske doktriner, hvoraf den ene var, at et bestemt “brændbart princip” var indeholdt i alle brændbare kroppe, og dette princip undslap, da kroppen blev brændt for at reagere med luft. En generalisering af konceptet blev leveret af phlogiston-teorien, formuleret i det 17.århundrede. Behandlet først som en rent metafysisk kvalitet blev phlogiston senere opfattet som et materielt stof med vægt og undertiden negativ vægt. Utilstrækkeligheden af phlogiston-teorien blev først synlig i slutningen af det 18.århundrede, da det viste sig ude af stand til at forklare en række nye fakta om forbrænding, der blev observeret for første gang som et resultat af stigende nøjagtighed i laboratorieforsøg.

den engelske naturfilosof Sir Francis Bacon observerede i 1620, at en lysflamme har en struktur på omtrent samme tid, som Robert Fludd, en engelsk mystiker, beskrev et eksperiment med forbrænding i en lukket beholder, hvor han bestemte, at en mængde luft blev brugt op derved. En tysk fysiker, Otto von Guericke, ved hjælp af en luftpumpe, han havde opfundet i 1650, demonstrerede, at et stearinlys ikke ville brænde i en beholder, hvorfra luften var blevet pumpet. Robert Hooke, en engelsk videnskabsmand, foreslog i 1665, at luft havde en aktiv komponent, der ved opvarmning kombineret med brændbare stoffer gav anledning til flamme. En anden ide tilskrev flammens høje temperatur til den hurtige bevægelse af aktive luftpartikler, og det blev lært, at svovl blandet med nitre kan brænde i fravær af luft (nitre er en iltforbindelse, der frigiver ilt til svovlet).

den første tilnærmelse af forbrændingens sande natur blev stillet af den franske kemiker Antoine-Laurent Lavoisier: han opdagede i 1772, at produkterne af brændt svovl eller fosfor—i virkeligheden deres aske—opvejede de oprindelige stoffer, og han postulerede, at den øgede vægt skyldtes, at de havde kombineret med luft. Interessant nok var det allerede kendt, at metaller, der blev transformeret af varme til metallisk aske, vejede mindre end den metalliske aske, men teorien var, at phlogiston i metaller i visse tilfælde havde en negativ vægt og, efter at have undsluppet under forbrænding, efterlod asken af metallet tungere end det havde været med phlogiston i det. Senere konkluderede Lavoisier, at den” faste “luft, der havde kombineret med svovlet, var identisk med en gas opnået af den engelske kemiker Joseph Priestley ved opvarmning af den metalliske aske af kviksølv; det vil sige, at” asken”, der blev opnået, da kviksølv blev brændt, kunne fremstilles for at frigive den gas, som metallet havde kombineret med. Denne gas var også identisk med den, der blev beskrevet af den svenske kemiker Carl Vilhelm Scheele som en aktiv brøkdel af luft, der opretholdt forbrænding. Lavoisier kaldte gassen ” ilt.”

Lavoisiers teori om, at forbrænding var en reaktion mellem det brændende stof og gasens ilt, der kun var til stede i begrænset omfang i atmosfæren, var baseret på videnskabelige principper, hvoraf den vigtigste var Loven om bevarelse af stof (efter Einsteins relativitetsteori, af stof og energi): den samlede mængde stof i universet er konstant. Selv gamle filosoffer havde gættet denne lov, og den blev underbygget i det 17.århundrede. Lavoisier præciserede også begrebet” element ” i en moderne generalisering, at det var et stof, der ikke kunne nedbrydes, og dette understøttede også hans teori. Kort efter, undersøgelser af gasser af den engelske kemiker John Dalton, og den første tabel med atomvægte, som Dalton udarbejdede, såvel som mange nye gasser opdaget af andre forskere, var vigtige for at understøtte ikke kun Lavoisiers forbrændingsteori, men hans helt nye kemisystem baseret på nøjagtig måling. Opdagelserne af kvælstof og brint i sidste halvdel af det 18.århundrede, føjet til de tidligere opdagelser af kulilte og kulilte, og opdagelsen af, at sammensætningen af luft er bemærkelsesværdigt konstant, selvom det er en blanding, understøttede Alle Lavoisiers teori. Den korrekte forklaring på forbrænding, måske den ældste anerkendte kemiske reaktion, siges normalt at have været en hjørnesten i udviklingen af moderne videnskab.

fra 1815 til 1819 eksperimenterede den engelske kemiker Sir Humphry Davy med forbrænding, herunder målinger af flammetemperaturer, undersøgelser af effekten på flammer af sjældne gasser og fortynding med forskellige gasser; han opdagede også katalytisk forbrænding—iltning af brændbare stoffer på en katalytisk overflade ledsaget af frigivelse af varme, men uden flamme.

på trods af disse opdagelser manglede den materialistiske teori om forbrænding et klart energibegreb og derfor af den kritiske rolle, som energiovervejelser spiller i en nøjagtig forklaring af forbrænding. Det var Amerikanskfødt engelsk kemiker Sir Benjamin Thompsoneksperimenter med varme i 1798, der afslørede bevis for begrebet varme som en bevægelse af partikler. Udvikling af en kinetisk teori om gasser, baseret på den forudsætning, at varme skyldes bevægelse af molekyler og atomer, af termodynamik, og af termokemi, alt i det 19.århundrede, endelig belyst energiaspekterne ved forbrænding.

undersøgelse af brændende hastigheder, eksperimenter på rækkefølgen af begivenheder i forbrænding af gasblandinger og undersøgelse af nedbrydning af gasmolekyler ved varme (termisk dissociation) i sidste halvdel af det 19.århundrede spillede en vital rolle i forfinningen af teorier om forbrændingsmekanismen. Undersøgelser af lys udsendt af flammer førte til dets analyse i spektroskopet, en enhed, der adskiller en blanding af lysbølger i komponentbølgerne, og til spektral analyse generelt, herunder teorier om atom-og molekylære spektre, hvilket igen bidrog til en forståelse af Flammernes natur. Bunsenbrænderen var også af betydning i studiet af flammestruktur. Fremskridt i industrien var en stærk stimulans i søgen efter afklaring af flammefænomener. Eksplosionsfarer i kulminer havde henledt opmærksomheden på flammeudbredelse så langt tilbage som 1815, da Davy opfandt sin sikkerhedslampe. I 1881 blev detonation opdaget, og dette førte i begyndelsen af det 20.århundrede til en detonationsteori baseret på antagelsen om, at en gas opfører sig som en væske under visse betingelser. Efter 1930 ‘ erne blev kemisk kinetik en uundværlig del af flammeforplantningsteorien.