istoria studiului combustiei

combustia, focul și flacăra au fost observate și speculate din cele mai vechi timpuri. Fiecare civilizație a avut propria explicație pentru ei. Grecii au interpretat arderea în termeni de doctrine filosofice, dintre care una a fost că un anumit “principiu inflamabil” era conținut în toate corpurile combustibile și acest principiu a scăpat atunci când corpul a fost ars pentru a reacționa cu aerul. O generalizare a conceptului a fost asigurată de teoria flogisticului, formulată în secolul al 17-lea. Tratat la început ca o calitate pur metafizică, flogistonul a fost conceput ulterior ca o substanță materială având greutate și, uneori, greutate negativă. Inadecvarea teoriei flogisticului a devenit evidentă abia la sfârșitul secolului al 18-lea, când s-a dovedit incapabilă să explice o serie de fapte noi despre combustie care au fost observate pentru prima dată ca urmare a creșterii preciziei în experimentele de laborator.

filosoful natural englez Sir Francis Bacon a observat în 1620 că o flacără de lumânare are o structură cam în același timp în care Robert Fludd, un mistic englez, a descris un experiment privind arderea într-un recipient închis în care a stabilit că o cantitate de aer a fost consumată prin aceasta. Un fizician German, Otto von Guericke, folosind o pompă de aer pe care o inventase în 1650, a demonstrat că o lumânare nu ar arde într-un recipient din care fusese pompat aerul. Robert Hooke, un om de știință englez, în 1665 a sugerat că aerul avea o componentă activă care, la încălzire, combinată cu substanțe combustibile, dând naștere la flacără. O altă idee a atribuit temperatura ridicată a flăcării mișcării rapide a particulelor active de aer și s-a aflat că sulful amestecat cu nitrul poate arde în absența aerului (nitrul este un compus de oxigen care eliberează oxigen sulfului).

prima aproximare a adevăratei naturi a arderii a fost postulată de chimistul francez Antoine-Laurent Lavoisier: el a descoperit în 1772 că produsele de sulf sau fosfor ars—de fapt cenușa lor—au depășit substanțele inițiale și a postulat că greutatea crescută se datorează combinării lor cu aerul. Interesant este că se știa deja că metalele transformate prin căldură în cenușă metalică cântăreau mai puțin decât cenușa metalică, dar teoria era că, în anumite cazuri, flogistonul din metale avea o greutate negativă și, la scăparea în timpul arderii, lăsa cenușa metalului mai grea decât fusese cu flogistonul din el. Mai târziu, Lavoisier a concluzionat că aerul “fix” care se combinase cu sulful era identic cu un gaz obținut de chimistul englez Joseph Priestley la încălzirea cenușii metalice a mercurului; adică “cenușa” obținută la arderea mercurului putea fi făcută pentru a elibera gazul cu care se combinase metalul. Acest gaz a fost, de asemenea, identic cu cel descris de chimistul suedez Carl Wilhelm Scheele ca o fracțiune activă de aer care a susținut arderea. Lavoisier a numit gazul ” oxigen.”

teoria lui Lavoisier conform căreia arderea a fost o reacție între substanța arzătoare și gazul oxigen, prezent doar într-o măsură limitată în atmosferă, s-a bazat pe principii științifice, dintre care cea mai importantă a fost legea conservării materiei (după teoria relativității lui Einstein, a materiei și a energiei): cantitatea totală de materie din univers este constantă. Chiar și filozofii antici au ghicit această lege, și a fost fundamentată în secolul al 17-lea. Lavoisier a clarificat, de asemenea, conceptul de “element” într-o generalizare modernă, că era o substanță care nu putea fi descompusă, iar acest lucru și-a susținut teoria. Curând după aceea, studiile de gaze ale chimistului englez John Dalton și primul tabel de greutăți atomice pe care Dalton l-a compilat, precum și multe gaze noi descoperite de alți oameni de știință, au fost importante în susținerea nu numai a teoriei combustiei lui Lavoisier, ci și a întregului său nou sistem de chimie bazat pe măsurători exacte. Descoperirile de azot și hidrogen din a doua jumătate a secolului al 18-lea, adăugate la descoperirile anterioare de dioxid de carbon și monoxid de carbon, și descoperirea că compoziția aerului este remarcabil de constantă, deși este un amestec, toate au susținut teoria lui Lavoisier. Explicația corectă a arderii, poate cea mai veche reacție chimică recunoscută, se spune de obicei că a fost o piatră de temelie în dezvoltarea științei moderne.

din 1815 până în 1819 chimistul englez Sir Humphry Davy a experimentat arderea, inclusiv măsurători ale temperaturilor flăcării, investigații ale efectului asupra flăcărilor gazelor rarefiate și diluare cu diferite gaze; el a descoperit, de asemenea, arderea catalitică—oxidarea combustibililor pe o suprafață catalitică însoțită de eliberarea căldurii, dar fără flacără.

în ciuda acestor descoperiri, teoria materialistă a arderii nu avea un concept clar de energie și, prin urmare, de rolul critic pe care îl joacă considerațiile energetice într-o explicație exactă a arderii. Experimentele chimistului englez de origine americană Sir Benjamin Thompson cu căldură din 1798 au dezvăluit dovezi pentru conceptul de căldură ca mișcare a particulelor. Dezvoltarea unei teorii cinetice a gazelor, bazată pe premisa că căldura rezultă din mișcarea moleculelor și atomilor, a termodinamicii și a termochimiei, toate în secolul 19, a elucidat în cele din urmă aspectele energetice ale arderii.

investigarea vitezelor de ardere, experimentele privind ordinea evenimentelor în arderea amestecurilor de gaze și studiul descompunerii moleculelor de gaz prin căldură (disociere termică), în ultima jumătate a secolului al 19-lea, au jucat un rol vital în rafinarea teoriilor privind mecanismul de ardere. Studiile luminii emise de flăcări au condus la analiza sa în spectroscop, un dispozitiv care separă un amestec de unde luminoase în undele componente și la analiza spectrală în general, inclusiv teorii ale spectrelor Atomice și moleculare, care la rândul lor au contribuit la înțelegerea naturii flăcărilor. Arzătorul Bunsen a avut, de asemenea, o importanță în studiul structurii flăcării. Progresul în industrie a fost un stimulent puternic în căutarea clarificării fenomenelor de flacără. Pericolele de explozie din minele de cărbune au atras atenția asupra propagării flăcării încă din 1815, când Davy și-a inventat lampa de siguranță. În 1881 a fost descoperită detonarea, iar acest lucru a condus la începutul secolului 20 la o teorie de detonare bazată pe presupunerea că un gaz se comportă ca un fluid în anumite condiții. După anii 1930, cinetica chimică a devenit o parte indispensabilă a teoriei propagării flăcării.