Historia badania spalania

spalanie, ogień i płomień były obserwowane i spekulowane od najwcześniejszych czasów. Każda cywilizacja ma dla nich własne wytłumaczenie. Grecy interpretowali spalanie w kategoriach doktryn filozoficznych, z których jedną było to, że pewna “łatwopalna zasada” była zawarta we wszystkich palnych ciałach i zasada ta uciekła, gdy ciało zostało spalone, aby zareagować z powietrzem. Uogólnieniem tego pojęcia była teoria flogistona, sformułowana w XVII wieku. Traktowany początkowo jako cecha czysto metafizyczna, Flogiston został później pomyślany jako substancja materialna o masie, a czasami o masie ujemnej. Nieadekwatność teorii flogistonu stała się widoczna dopiero pod koniec XVIII wieku, kiedy okazało się, że nie jest w stanie wyjaśnić wielu nowych faktów na temat spalania, które były obserwowane po raz pierwszy w wyniku rosnącej dokładności w eksperymentach laboratoryjnych.

angielski filozof przyrody Sir Francis Bacon zaobserwował w 1620 roku, że płomień świecy ma strukturę mniej więcej w tym samym czasie, co Angielski mistyk Robert Fludd, opisał eksperyment spalania w zamkniętym pojemniku, w którym ustalił, że ilość powietrza została zużyta w ten sposób. Niemiecki fizyk, Otto von Guericke, używając pompy powietrza, którą wynalazł w 1650 roku, wykazał, że świeca nie pali się w pojemniku, z którego powietrze było pompowane. Robert Hooke, angielski naukowiec, w 1665 zasugerował, że powietrze ma aktywny składnik, który po ogrzaniu łączy się z substancjami palnymi, dając początek płomieniu. Inny pomysł przypisał wysoką temperaturę płomienia szybkiemu ruchowi aktywnych cząstek powietrza i dowiedziono się, że siarka zmieszana z nitrem może spalić się pod nieobecność powietrza (NITR jest związkiem tlenu, który uwalnia tlen do siarki).

pierwsze przybliżenie prawdziwej natury spalania postawił francuski chemik Antoine-Laurent Lavoisier: odkrył w 1772 roku, że produkty spalonej siarki lub fosforu—w efekcie ich popioły-przewyższają początkowe substancje i postulował, że zwiększona waga wynika z ich połączenia z powietrzem. Co ciekawe, wiadomo było już, że metale przekształcone przez ciepło w popiół metaliczny ważyły mniej niż popiół metaliczny, ale teoria była taka, że w niektórych przypadkach Flogiston w metalach miał ujemną wagę i po ucieczce podczas spalania pozostawiał popiół metalu cięższy niż był z flogistonem w nim. Później Lavoisier doszedł do wniosku, że” stałe “powietrze, które połączyło się z siarką, było identyczne z gazem otrzymanym przez angielskiego chemika Josepha Priestleya podczas podgrzewania metalicznego popiołu rtęci; to znaczy, że” popioły ” uzyskane podczas spalania rtęci mogą być wykonane w celu uwolnienia gazu, z którym Metal się połączył. Gaz ten był również identyczny z tym, który opisał Szwedzki chemik Carl Wilhelm Scheele jako aktywną frakcję powietrza, która podtrzymywała spalanie. Lavoisier nazwał Gaz ” tlenem.”

teoria Lavoisiera, że spalanie było reakcją pomiędzy palącą się substancją a gazowym tlenem, obecnym tylko w ograniczonym stopniu w atmosferze, opierała się na zasadach naukowych, z których najważniejszą było prawo zachowania materii (po teorii względności Einsteina, materii i energii): całkowita ilość materii we wszechświecie jest stała. Nawet starożytni filozofowie domyślili się tego prawa i zostało ono potwierdzone w XVII wieku. Lavoisier wyjaśnił również pojęcie “pierwiastka” we współczesne uogólnienie, że jest to substancja, której nie można rozbić, a to również poparło jego teorię. Wkrótce potem badania gazów przeprowadzone przez angielskiego chemika Johna Daltona i pierwsza tabela mas atomowych opracowana przez Daltona, a także wiele nowych gazów odkrytych przez innych naukowców, były ważne dla wsparcia nie tylko teorii spalania Lavoisiera, ale całego nowego systemu chemii opartego na dokładnych pomiarach. Odkrycia azotu i wodoru w drugiej połowie XVIII wieku, dodane do wcześniejszych odkryć dwutlenku węgla i tlenku węgla oraz odkrycie, że skład powietrza jest niezwykle stały, chociaż jest mieszaniną, wszystkie poparły teorię Lavoisiera. Właściwe Wyjaśnienie spalania, być może najstarsza uznana reakcja chemiczna, zwykle mówi się, że były kamieniem węgielnym w rozwoju współczesnej nauki.

od 1815 do 1819 angielski chemik Sir Humphry Davy eksperymentował na spalaniu, w tym pomiary temperatury płomienia, badania wpływu na płomienie rozrzedzonych gazów i rozcieńczania różnymi gazami; odkrył również spalanie katalityczne—utlenianie substancji palnych na powierzchni katalitycznej wraz z uwalnianiem ciepła, ale bez płomienia.

pomimo tych odkryć, materialistycznej teorii spalania brakowało jasnego pojęcia energii, a tym samym krytycznej roli, jaką względy energetyczne odgrywają w dokładnym wyjaśnieniu spalania. To właśnie eksperymenty Sir Benjamina Thompsona z ciepłem w 1798 roku, amerykańskiego chemika, ujawniły dowody na koncepcję ciepła jako ruchu cząstek. Rozwój kinetycznej teorii gazów, opartej na założeniu, że ciepło pochodzi z ruchu cząsteczek i atomów, termodynamiki i termochemii, wszystko w XIX wieku, ostatecznie wyjaśniło aspekty energetyczne spalania.

badania prędkości spalania, eksperymenty nad kolejnością zdarzeń w spalaniu mieszanin gazowych i badanie rozkładu cząsteczek gazu przez ciepło (dysocjacja termiczna), w ostatniej połowie XIX wieku, odegrały istotną rolę w udoskonalaniu teorii dotyczących mechanizmu spalania. Badania światła emitowanego przez płomienie doprowadziły do jego analizy w spektroskopie, urządzeniu, które oddziela mieszaninę fal świetlnych na fale składowe, oraz do analizy spektralnej ogólnie, w tym teorii widm atomowych i molekularnych, które z kolei przyczyniły się do zrozumienia natury płomieni. Palnik Bunsena miał również znaczenie w badaniach struktury płomienia. Postęp w przemyśle był silnym bodźcem w poszukiwaniu wyjaśnienia zjawisk płomieniowych. Zagrożenia wybuchem w kopalniach węgla zwróciły uwagę na rozprzestrzenianie się płomienia już w 1815 roku, kiedy Davy wynalazł swoją lampę bezpieczeństwa. W 1881 roku odkryto detonację, co doprowadziło na początku XX wieku do teorii detonacji opartej na założeniu, że gaz zachowuje się jak płyn w pewnych warunkach. Po 1930 roku Kinetyka chemiczna stała się nieodzowną częścią teorii propagacji płomienia.