Kopi fra DBC Webarkiv
Kopi af:
Store opdagelser: Lavoisiers kemiske revolution
Dette materiale er lagret i henhold til aftale mellem DBC og udgiveren.
www.dbc.dk
e-mail: dbc@dbc.dk
Store opdagelser: Lavoisiers kemiske revolution
Af: Helge Kragh, professor, Inst. for Fysik og Astronomi, Videnskabsstudier, Aarhus Universitet 13. februar 2014 kl. 09:55
Den franske naturforsker Antoine-Laurent Lavoisier (1743- 1794) er en af de få, der har stået fadder til en ny form for videnskab. Han grundlagde ikke kemien, men tilskrives ofte faderskabet til den såkaldte kemiske revolution, der i 1775-1790 gjorde kemien til en moderne videnskab.
Der var naturligvis andre aktører i den kemiske revolution, men Lavoisier var på mange måder dens chefarkitekt og bygherre med blandt andet forklaring af forbrændingsprocessen, opstilling af loven om materiens konstans og en ny definition af grundstoffer.
Den nye kemi blev grundlaget for en hurtig og frugtbar udvikling, der førte op til vores nuværende kemiske forståelse.
Den skelsættende lærebog, Lavoisier skrev i 1789 under titlen Traité élémentaire de chimie
(Elementær Afhandling om Kemien), var moderne i den forstand, at den kan forstås og værdsættes af en kemiker i det 21. århundrede.
Derimod vil en lærebog fra 1760’erne være nærmest uforståelig, med et sprog og begrebsapparat der må forekomme at stamme fra en anden verden, ofte uoversætteligt til vores kemiske verden.
Lærebogen fra 1789 var eksperimentelt baseret og indeholdt nytænkning om blandt andet
grundstoffernes art, vand som en kemisk forbindelse, forbrændingsprocesser og naturen af syrer og baser. Disse og andre fænomener blev forklaret ud fra begreber, der havde rod i laboratoriet.
Lavoisier offer for den franske guillotinerne
Lavoisier levede i en urolig tid, hvor den kemiske revolution ikke var den eneste eller vigtigste revolutionære omvæltning. Der var andre og mindre fredelige revolutioner i Frankrig, hvor den store revolution i Paris tog sin start samme år, som Lavoisier udgav sin lærebog i kemi.
Revolutionen udartede snart til et terrorregime, hvor guillotinerne i Paris kom på overarbejde. Lavoisier selv blev et af ofrene. Han blev anklaget for økonomisk kriminalitet, nemlig for at have snydt med skatteopkrævninger på tobak, og selv om der aldrig blev ført bevis i sagen, adskilte guillotinen den 8.
maj 1794 – eller 22. floreal i år 2 efter den revolutionære kalender – hans hoved og krop under den parisiske pøbels jubel.
'Revolutionen har ikke brug for videnskabsmænd', skal dommeren have sagt ifølge en ofte citeret historie. Dagen efter henrettelsen kommenterede den fremragende matematiker Joseph Louis Lagrange (1736-1813) bittert: 'Det tog dem kun et øjeblik at hugge hans hoved af, og det vil tage mere end hundrede år, før der kommer et nyt som det.'
Tog livet af flogistonteorien
Ved midten af 1700-tallet var kemien domineret af den såkaldte flogistonteori som den foretrukne forståelsesramme for kemiske fænomener.
Teorien hvilede på antagelsen om, at en forbrændingsproces afgiver et princip eller en substans, flogiston, fra det brændbare stof til den omgivende atmosfære. Når svovlpulver brænder, vil det ikke optage et stof, men derimod afgive et, og dermed selv blive omdannet til et mere elementært stof.
Tilsvarende, når kul brænder, vil det afgive sin flogiston til luften og blive omdannet til det simplere 'kulsyre' (som vi i dag kalder kuldioxid). Flogiston er imidlertid et fantom, en spøgelsessubstans, der aldrig har eksisteret uden for kemikernes hjerner.
Ikke desto mindre var flogistonteorien en stærk og progressiv teori med stor forklaringskraft, idet den gav en tilfredsstillende forklaring ikke blot på forbrændingsprocesser men også på eksempelvis stoffers sure og basiske egenskaber, mineralers farver, planters vækst og en lang række andre forhold.
Flogistonteorien var en god, men aldeles forkert teori, og det var Lavoisier, der tog livet af den. Han behøvede ingen guillotine, men kunne nøjes med sit laboratorium.
Opvarming af salte afgiver 'deflogisticeret luft'
Allerede i 1770’erne havde Lavoisier og andre kemikere vist, at svovl og fosfor ved forbrænding får en vægtforøgelse. Det ligner umiddelbart et dræbende argument mod flogistonteorien, hvor man jo må forvente et lettere og ikke tungere forbrændingsprodukt.
Sagen var dog mere speget, for tilhængerne af den gamle teori kunne forklare den iagttagne
vægtforøgelse ved for eksempel at antage, at flogiston var lettere end luft. Og netop på den tid stod gasser eller luftarter i kemiens fokus.
Ved opvarmning af visse salte (metaloxider som for eksempel blyoxid, PbO2) blev der afgivet en gas, som ifølge flogistonteoriens tilhængere var 'deflogisticeret luft', det vil sige luft uden indhold af flogiston. Lavoisier, der var begyndt at tvivle på eksistensen af flogiston, opfattede først gassen som 'vital luft' på grund af dens rolle i respirationen: Fjernede man den vitale luft, ville man ikke kunne ånde.
Atmosfærisk luft, foreslog han, bestod af en vital luft blandet med en 'dårlig luft' (nitrogen eller kvælstof). Han kunne derefter konkludere, at den vitale luft var et nyt grundstof, hvad han kaldte oxygen og som på dansk blev omtalt som 'surstof'.
I 1814 opfandt H.C. Ørsted (1777-1851) det alternative danske navn ilt, som vi stadig, på godt og ondt, slæber rundt med.
Oxygen som nyt grundstof
Ilt, eller oxygen, var i øvrigt allerede i starten af 1770’erne påvist af den svenske kemiker Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), men han opfattede ikke sin 'ildluft' som et nyt grundstof. Det gjorde den engelske præst og naturforsker Joseph Priestley (1733-1804) heller ikke, da han i 1774 fremstillede
'deflogisticeret luft' ved at opvarme kvilsølvoxid (HgO) med et kraftigt brændeglas. Lavoisier, derimod, turde tage skridtet ud.
Indførelsen af det nye grundstof oxygen betød afskaffelsen af flogiston. Lavoisier kunne forklare forbrændingsprocessen som en optagelse af oxygen fra luften, i senere notation for eksempel S + O2 ? SO2 og C + O2 ? CO2.
Denne erkendelse fulgte i kølvandet på hans ligeledes nye forståelse af vand, der siden antikken havde været opfattet som et simpelt 'element', et slags grundstof.
Nu, 2000 år senere, degraderede han vand til at være et sammensat stof, en kemisk forbindelse mellem hydrogen og oxygen.
Oxygen forklarer flere fænomener
Lavoisier var en fremragende eksperimentator, der med sine avancerede og ofte meget dyre apparater satte nye standarder for den eksperimentelle kemi.
I sit laboratorium var han i stand til at spalte vand til to gasser, en 'brændbar luft' (hydrogen eller brint) og den nye vitale luft alias oxygen eller ilt. Tilsvarende var han i stand til at syntetisere vand ud fra en reaktion mellem de to gasser. Lettere anakronistisk kan processerne skrives 2 H2O ? 2 H2 + O2 og 2 H2 + O2 ? 2 H2O.
For Lavoisier og hans tilhængere i Paris var sagen nu klar: Ikke blot kunne alle de kemiske fænomener, der tidligere var forklaret ud fra flogiston, nu bedre forklares ud fra oxygen, den nye teori kunne også forklare flere fænomener. Konklusion: Flogiston var unødvendig, et pseudobegreb uden virkelig eksistens.
Ifølge Lavoisier havde begrebet om flogiston engang været videnskabeligt nyttigt, men det var degenereret til et så upræcist og elastisk begreb, at det havde mistet sin videnskabelige karakter.
I en artikel fra 1785 beskrev han det sarkastisk som 'en veritabel Proteus, som ændrer sin form hele tiden'. (Proteus, en skikkelse fra den græske mytologi, var en havmand med særlige evner til at forvandle sig).
Lavoisier nyfortolker grundstofbegrebet
Den kemiske revolution førte ikke blot til en ny opfattelse af forbrændingsprocesser og vands natur, men også til en ny forståelse af det centrale begreb om grundstoffer.
I sin lærebog fra 1789 angav Lavoisier en liste over, hvad han kaldte 'simple substanser', svarende til
vores grundstoffer. Vi finder her velkendte grundstoffer som metallerne sølv, kobolt, jern og kviksølv, samt ikke-metaller som svovl, fosfor og kulstof.
Som noget dengang helt nyt optræder hydrogen (brint), oxygen (ilt) og 'azote' (nitrogen eller kvælstof).
Lavoisiers opfattelse af eller definition på et grundstof var praktisk snarere end filosofisk, idet han betragtede et stof som et grundstof, såfremt det ikke kunne nedbrydes til simplere stoffer gennem kemiske processer.
På denne måde gjorde han spørgsmålet om, hvorvidt et stof nu også virkelig var et grundstof, til et spørgsmål, der kun kunne afgøres i kemikerens laboratorium. Og netop den nyfortolkning af grundstofbegrebet viste sig at være særdeles nyttig. Den pegede fremad.
Insisterede på at al syre indeholdt oxygen
Naturligvis var der dog også dele af Lavoisiers kemi, der afspejlede tidens anderledes naturopfattelse, og som på ingen måde var 'moderne'. I dag bliver de fleste nok overrasket over at møde 'lys' og 'varmestof' i Lavoisiers tabel over grundstoffer, ligesom det kan undre, at Lavoisier insisterede på, at alle syrer indeholder oxygen.
Men det gjorde han, og faktisk ligger det i selve ordet oxygen, der er afledt af det græske 'oxys', der betyder sur. Det er ikke noget tilfælde, at oxygen eller ilt hedder 'syre' på svensk og 'Sauerstoff' på tysk.
I dag ved vi, at det karakteristiske grundstof for en syre ikke er oxygen, men derimod hydrogen.
Den kemiske revolution sejrer
Da Lavoisier blev guillotineret i 1794, havde den kemiske revolution i det store og hele sejret. Sejren kom nu ikke straks som et resultat af Lavoisiers eksperimenter og nyfortolkninger.
Der måtte kæmpes for sejren, og kampen blev ført med både videnskabelige og retoriske argumenter.
Flere af flogistonteoriens tilhængere, som den fremtrædende skotske kemiker Joseph Black (1728- 1799), blev dog overbevist af den eksperimentelle evidens, der efterhånden hobede sig op til fordel for den nye oxygen-baserede teori.
Derimod nægtede Priestley at anerkende Lavoisiers kemi. Til sin død i 1804 forblev han tro mod flogiston.
Kemien er en fransk videnskab
I udbredelsen af Lavoisiers tanker spillede hans lærebog en stor rolle, både i sin oprindelige franske version og i oversættelser. Men det var i Lavoisiers eget hjemland, at den tidligst slog igennem:
'Kemien er en fransk videnskab', pralede patriotiske franskmænd i det 19. århundrede.
I andre lande gik det langsommere, og især tyske kemikere var i lang tid skeptiske, men også her (og i øvrigt også i Danmark) sejrede teorien i 1790’erne.
Hvis en kemiker i slutningen af dette årti stadig talte flogistonteoriens sprog, ikke accepterede
forbrænding som en oxidationsproces og fastholdt vand som et grundstof, måtte han – og det var selvsagt en han, ikke en hun – finde sig i at blive betragtet som reaktionær og uden en fremtid inden for den kemiske videnskab.
Og på længere sigt var forståelsen og udnyttelsen af forbrændingsprocesser med til at indvarsle den moderne verden og forvandle menneskers levevis med dampmaskiner, forbrændings- og raketmotorer, kedler og reaktorer.
URL: http://videnskab.dk/miljo-naturvidenskab/store-opdagelser-lavoisiers-kemiske-revolution
© Ophavsretten tilhører Videnskab.dk
