History of the study of combustion

Combustion, fire, and flame have been observed and speculated about from earliest times. Cada civilização teve sua própria explicação para eles. Os gregos interpretaram a combustão em termos de doutrinas filosóficas, uma das quais era que um certo “princípio inflamável” estava contido em todos os corpos combustíveis e este princípio escapou quando o corpo foi queimado para reagir com ar. Uma generalização do conceito foi fornecida pela teoria de phlogiston, formulada no século XVII. Tratado inicialmente como uma qualidade puramente metafísica, phlogiston foi mais tarde concebido como uma substância material com peso e, às vezes, peso negativo. A inadequação da teoria de phlogiston tornou-se aparente apenas no final do século XVIII, quando provou ser incapaz de explicar uma série de novos fatos sobre combustão que estavam sendo observados pela primeira vez como resultado da precisão crescente em experimentos laboratoriais.

O filósofo natural inglês Sir Francis Bacon observou em 1620, que a chama de uma vela tem uma estrutura ao mesmo tempo em que Robert Fludd, um místico inglês, descreveu um experimento no combustão em um recipiente fechado no qual ele determinou que uma quantidade de ar que foi utilizado assim. Um físico alemão, Otto von Guericke, usando uma bomba de ar que ele tinha inventado em 1650, demonstrou que uma vela não queimaria em um recipiente a partir do qual o ar tinha sido bombeado. Robert Hooke, um cientista inglês, em 1665 sugeriu que o ar tinha um componente ativo que, ao aquecer, combinado com substâncias combustíveis, dando origem a chamas. Outra ideia atribuiu a alta temperatura da chama ao movimento rápido de partículas de ar ativas, e foi aprendido que o enxofre misturado com nitre pode queimar na ausência de ar (nitre é um composto de oxigênio que libera oxigênio para o enxofre).

a primeira aproximação da verdadeira natureza da combustão foi postulada pelo químico francês Antoine-Laurent Lavoisier: ele descobriu em 1772 que os produtos de enxofre queimado ou fósforo—com efeito suas cinzas—superavam as substâncias iniciais, e ele postulou que o aumento de peso era devido a sua combinação com o ar. Curiosamente, já se sabia que os metais transformados pelo calor em cinzas metálicas pesavam menos do que as cinzas metálicas, mas a teoria era que, em certos casos, o phlogiston em metais tinha um peso negativo e, ao escapar durante a combustão, deixou as cinzas do metal mais pesadas do que tinha sido com o phlogiston nele. Mais tarde, Lavoisier concluiu que o ar” fixo “que tinha combinado com o enxofre era idêntico a um gás obtido pelo químico Inglês Joseph Priestley sobre o aquecimento da cinza metálica de mercúrio; ou seja, as” cinzas ” obtidas quando Mercúrio foi queimado poderiam ser feitas para liberar o gás com o qual o metal tinha combinado. Este gás também foi idêntico ao descrito pelo químico sueco Carl Wilhelm Scheele como uma fração ativa do ar que se manteve em combustão. Lavoisier chamou o gás de “oxigênio.”

Lavoisier a teoria de que a combustão era uma reação entre a queima da substância e o gás oxigênio, presente apenas de forma limitada, na atmosfera, foi baseado em princípios científicos, dos quais o mais importante foi a lei da conservação da matéria (depois de Einstein da teoria da relatividade, da matéria e da energia): a quantidade total de matéria no universo é constante. Até os antigos filósofos tinham adivinhado esta lei, e ela foi fundamentada no século XVII. Lavoisier também esclareceu o conceito de “elemento” em uma generalização moderna, que era uma substância que não podia ser quebrada, e isso também apoiou sua teoria. Logo depois, estudos de gases pelo químico Inglês John Dalton, e a primeira tabela de pesos atômicos que Dalton compilou, bem como muitos novos gases descobertos por outros cientistas, foram importantes em apoiar não só a teoria de combustão de Lavoisier, mas todo o seu novo sistema de química baseado em medição precisa. As descobertas de nitrogênio e hidrogênio, na segunda metade do século 18, adicionado ao anterior descobertas de dióxido de carbono e monóxido de carbono, e a descoberta de que a composição do ar é notavelmente constante, que é uma mistura de todas as edições de Lavoisier teoria. A explicação adequada da combustão, talvez a mais antiga reação química reconhecida, é geralmente dita ter sido uma pedra angular no desenvolvimento da ciência moderna.

de 1815 a 1819 o químico Inglês Sir Humphry Davy experimentou na combustão, incluindo medições das temperaturas das chamas, investigações do efeito nas chamas de gases rarefeitos, e diluição com vários gases; ele também descobriu a combustão catalítica-a oxidação de combustíveis em uma superfície catalítica acompanhada pela liberação de calor, mas sem chama.

apesar destas descobertas, a teoria materialista da combustão carecia de um conceito claro de energia e, portanto, do papel crítico que as considerações energéticas desempenham numa explicação precisa da combustão. Foi experimentos do químico Inglês Sir Benjamin Thompson com o heat em 1798 que revelaram evidências para o conceito de calor como um movimento de partículas. Desenvolvimento de uma teoria cinética dos gases, baseada na premissa de que o calor resulta do movimento das moléculas e átomos, da termodinâmica e da termoquímica, tudo no século XIX, finalmente elucidou os aspectos energéticos da combustão.

Investigação de queima de velocidades, de experiências sobre a ordem dos eventos na combustão de misturas de gás, e o estudo da quebra de moléculas de gás pelo calor (térmica dissociação), na última metade do século 19, desempenhou um papel vital para o refinamento de teorias sobre o mecanismo de combustão. Estudos da luz emitida pelas chamas levaram à sua análise no espectroscópio, um dispositivo que separa uma mistura de ondas de luz nas ondas componentes, e à análise espectral em geral, incluindo teorias de espectros atômicos e moleculares, que por sua vez contribuiu para uma compreensão da natureza das chamas. O queimador Bunsen também foi importante no estudo da estrutura das chamas. O progresso na indústria foi um poderoso estímulo na busca da clarificação dos fenômenos de chama. Perigos de explosão em minas de carvão tinha chamado a atenção para a propagação da chama desde 1815, quando Davy inventou sua lâmpada de segurança. Em 1881, a detonação foi descoberta, e isso levou no início do século XX a uma teoria da detonação baseada na suposição de que um gás se comporta como um fluido sob certas condições. Após a década de 1930, a cinética química tornou-se uma parte indispensável da teoria da propagação da chama.