historia av studien av förbränning

förbränning, eld och flamma har observerats och spekulerats om från tidigaste tider. Varje civilisation har sin egen förklaring till dem. Grekerna tolkade förbränning i termer av filosofiska doktriner, varav en var att en viss “brandfarlig princip” fanns i alla brännbara kroppar och denna princip flydde när kroppen brändes för att reagera med luft. En generalisering av konceptet tillhandahölls av phlogiston-teorin, formulerad på 17-talet. Behandlas först som en rent metafysisk kvalitet, Phlogiston senare tänkt som en materiell substans som har vikt och, ibland, negativ vikt. Otillräckligheten i Phlogiston teorin blev uppenbart först i slutet av 18th century, när det visade sig vara oförmögen att förklara en mängd nya fakta om förbränning som observerades för första gången som ett resultat av ökad noggrannhet i laboratorieexperiment.

den engelska naturfilosofen Sir Francis Bacon observerade 1620 att en ljusflamma har en struktur ungefär samtidigt som Robert Fludd, en engelsk mystiker, beskrev ett experiment på förbränning i en sluten behållare där han bestämde att en mängd luft användes därmed. En tysk fysiker, Otto von Guericke, med en luftpump som han uppfann 1650, visade att ett ljus inte skulle brinna i en behållare från vilken luften hade pumpats. Robert Hooke, en engelsk forskare, föreslog 1665 att luft hade en aktiv komponent som vid uppvärmning kombinerades med brännbara ämnen, vilket gav upphov till flamma. En annan ide tillskrev flammens höga temperatur till den snabba rörelsen av aktiva luftpartiklar, och man lärde sig att svavel blandat med nitre kan brinna i frånvaro av luft (nitre är en förening av syre som frigör syre till svavel).

den första approximationen av förbränningens sanna natur ställdes av den franska kemisten Antoine-Laurent Lavoisier: han upptäckte 1772 att produkterna av bränt svavel eller fosfor—i själva verket deras aska—uppvägde de ursprungliga ämnena, och han postulerade att den ökade vikten berodde på att de hade kombinerats med luft. Intressant nog var det redan känt att metaller som transformerats av värme till metallaska vägde mindre än metallaska, men teorin var att i vissa fall hade phlogiston i metaller en negativ vikt och, när de flydde under förbränningen, lämnade askan av metallen tyngre än den hade varit med phlogiston i den. Senare drog Lavoisier slutsatsen att den” fasta “luften som hade kombinerats med svavel var identisk med en gas som erhölls av den engelska kemisten Joseph Priestley vid uppvärmning av kvicksilverens metallaska; det vill säga” askan ” som erhölls när kvicksilver brändes kunde göras för att frigöra gasen med vilken metallen hade kombinerats. Denna gas var också identisk med den som beskrivits av den svenska kemisten Carl Wilhelm Scheele som en aktiv fraktion av luft som upprätthöll förbränning. Lavoisier kallade gasen ” syre.”

Lavoisiers teori om att förbränning var en reaktion mellan det brinnande ämnet och gasens syre, som endast finns i begränsad utsträckning i atmosfären, baserades på vetenskapliga principer, varav den viktigaste var lagen om bevarande av materia (efter Einsteins relativitetsteori, av materia och energi): den totala mängden materia i universum är konstant. Även gamla filosofer hade gissat denna lag, och det underbyggdes i 17th century. Lavoisier klargjorde också begreppet” element ” till en modern generalisering, att det var ett ämne som inte kunde brytas ner, och detta stödde också hans teori. Strax efter var studier av gaser av den engelska kemisten John Dalton och den första tabellen över atomvikter som Dalton sammanställde, liksom många nya gaser som upptäckts av andra forskare, viktiga för att stödja inte bara Lavoisiers förbränningsteori utan hans helt nya kemisystem baserat på noggrann mätning. Upptäckten av kväve och väte i den senare hälften av 18th century, läggas till de tidigare upptäckter av koldioxid och kolmonoxid, och upptäckten att sammansättningen av luft är anmärkningsvärt konstant även om det är en blandning, alla stödde Lavoisier teori. Den rätta förklaringen av förbränning, kanske den äldsta erkända kemiska reaktionen, sägs vanligtvis ha varit en nyckelsten i utvecklingen av modern vetenskap.

från 1815 till 1819 experimenterade den engelska kemisten Sir Humphry Davy på förbränning, inklusive mätningar av flamtemperaturer, undersökningar av effekten på flammor av sällsynta gaser och utspädning med olika gaser; han upptäckte också katalytisk förbränning—oxidation av brännbara ämnen på en katalytisk yta åtföljd av frisättning av värme men utan flamma.

trots dessa upptäckter saknade den materialistiska teorin om förbränning ett tydligt energibegrepp och därför den kritiska roll som energiöverväganden spelar i en exakt förklaring av förbränning. Det var amerikanskfödd engelsk kemist Sir Benjamin Thompsons experiment med värme 1798 som avslöjade bevis för begreppet värme som en rörelse av partiklar. Utveckling av en kinetisk teori om gaser, baserat på förutsättningen att värme härrör från rörelsen av molekyler och atomer, av termodynamik, och av termokemi, allt i 19th century, slutligen belyst energi aspekter av förbränning.

undersökning av brinnande hastigheter, experiment i storleksordningen händelser vid förbränning av gasblandningar, och studie av nedbrytningen av gasmolekyler genom värme (termisk dissociation), i den sista halvan av 19th century, spelade en viktig roll i förfining av teorier om förbränningsmekanismen. Studier av ljus som avges av flammor ledde till dess analys i spektroskopet, en anordning som separerar en blandning av ljusvågor i komponentvågorna, och till spektralanalys i allmänhet, inklusive teorier om Atom-och molekylspektra, vilket i sin tur bidrog till en förståelse för flammans natur. Bunsenbrännaren var också av betydelse i studien av flamstruktur. Framsteg inom industrin var en kraftfull stimulans i sökandet efter förtydligande av flamfenomen. Explosionsrisker i kolgruvor hade uppmärksammat flamförökning så långt tillbaka som 1815, när Davy uppfann sin säkerhetslampa. År 1881 upptäcktes detonation, och detta ledde i början av 20-talet till en detonationsteori baserad på antagandet att en gas beter sig som en vätska under vissa förhållanden. Efter 1930-talet blev kemisk kinetik en oumbärlig del av flamförökningsteorin.