化学革命

化学の歴史において、化学革命は第一次化学革命とも呼ばれ、 17世紀から18世紀にかけて化学を再定式化したものであり、質量保存の法則と酸素燃焼理論に至った。

19世紀から20世紀にかけて、この変革はフランスの化学者アントワーヌ・ラボアジエ（「近代化学の父」）の功績とされた。^{[2]しかし、}初期近代化学の歴史に関する最近の研究では、化学革命は2世紀にわたって現れた化学理論と実践の漸進的な変化から成ると考えられている。^{[3] [4]} いわゆる科学革命は16世紀から17世紀に起こったが、化学革命は17世紀から18世紀に起こった。^[5]

第一次化学革命にはいくつかの要因が絡んでいた。まず、錬金術から生まれた重量分析の形態と、医療や産業の分野で開発された新しい種類の機器があった。こうした背景から、化学者たちは古代ギリシャ人がすでに提示していた仮説にますます異議を唱えるようになった。たとえば、化学者たちは、すべての構造はギリシャ人の4元素や中世錬金術師の8元素以上のもので構成されていると主張し始めた。アイルランドの錬金術師ロバート・ボイルは、擬ゲーバーに遡る錬金術の粒子理論と実験方法に大きく依存する機械的粒子哲学によって化学革命の基礎を築いた。^{[6] [7]}

ヤン・バプティスト・ファン・ヘルモントなどの化学者による初期の研究は、空気が単一の元素として存在するという理論上の信念を、空気が異なる種類のガスの混合物として存在するという理論上の信念へと変えるのに役立ちました。^[8]ファン・ヘルモントのデータ分析はまた、彼が17世紀に質量保存の法則を大まかに理解していたことを示唆しています。^{[8]さらに、17世紀初頭の}ジャン・レイによるスズや鉛などの金属と空気と水の存在下でのそれらの酸化に関する研究は、酸化プロセスにおける酸素の寄与と存在を正確に特定するのに役立ちました。^[9]

その他の要因としては、新しい実験技術と、18世紀半ばのジョセフ・ブラックによる「固定空気」（二酸化炭素）の発見が挙げられる。この発見は、「空気」が1つの物質だけから成り立っているのではないことを経験的に証明し、「ガス」を重要な実験物質として確立したため、特に重要であった。18世紀末に近づくと、ヘンリー・キャベンディッシュとジョセフ・プリーストリーの実験により、空気は元素ではなく、複数の異なるガスから成り立っていることがさらに証明された。ラボアジエはまた、化学物質の名前を、19世紀の科学者にとってより魅力的な新しい命名言語に翻訳した。このような変化は、産業革命によって化学の学習と実践に対する一般の関心が高まった雰囲気の中で起こった。化学命名法を再発明するという課題を説明する際、ラボアジエは、次のようなかなり誇張した主張をすることで、化学の新たな中心性を利用しようとした。^[10]

私たちは徹底的に掃除しなければなりません。なぜなら、彼らは彼ら特有の謎めいた言語を使っており、その言語は一般に、熟練者にはある意味を示し、一般の人々には別の意味を示し、同時に、どちらの人にとっても合理的に理解できるものは何も含んでいないからです。

アントワーヌ・ラボアジエが「近代化学の父」と呼ばれ、化学革命の始まりとなった理由の多くは、彼が化学を数学化し、他の「より正確な科学」で利用されている実験方法を使用するよう化学に促した能力にあった。^[11]ラボアジエは、研究において綿密なバランスシートを維持し、化学種の変換を通じて物質の総量が保存されることを示すことで化学の分野を変えた。ラボアジエは実験で温度と気圧の測定に機器を使用し、反応中の熱変化を測定する機器である熱量計の発明でピエール・シモン・ド・ラプラスと協力した。 ^[11]

ラヴォアジエは、フロギストン説を否定し、自身の燃焼理論を実践しようとして、複数の装置を利用した。その中には、水を流して分解するように設計された赤熱した鉄の銃身や、片方の端に空気槽、温度計、気圧計を組み込んだ改造装置などがある。測定の精度は、水を化合物とする彼の理論に説得力のある反論をするために必要であり、彼自身が設計した計測機器が彼の研究に導入された。

ラヴォアジエは、研究のために正確な測定を行っていたにもかかわらず、研究において多くの反対に直面した。キールやプリーストリーなどのフロギストン理論の支持者は、事実の証明は生の現象にのみ適用でき、これらの事実の解釈は理論の正確さを意味するものではないと主張した。彼らは、ラヴォアジエは観察された現象に秩序を押し付けようとしているが、水の組成とフロギストンの不在を決定的に証明するには、妥当性の二次的な情報源が必要であると述べた。^[11]

革命の後半は、1789 年に出版されたラボアジエの『化学原論』によって促進された。この著書とそれに続く他の著書を皮切りに、ラボアジエは他の研究者の研究成果を統合し、「酸素」という用語を生み出した。アントワーヌ・ラボアジエは、著書だけでなく、化学の実践方法においても化学革命を体現した。ラボアジエの研究は、重量の体系的な測定と、精度と正確さへの強いこだわりが特徴であった。^[12]質量保存の法則はラボアジエによって発見されたとされているが、この主張は科学者マルセラン・ベルトロによって反駁されている。^[13]

質量保存の法則のより早い使用はヘンリー・ゲルラックによって示唆されており、科学者ヤン・バプティスト・ファン・ヘルモントが16世紀と17世紀に暗黙のうちにこの方法論を自分の研究に適用していたことを指摘している。質量保存の法則とその使用に関するより早い言及は、1630年にジャン・レイによってなされた。 ^[13]質量保存の法則はラヴォアジエによって明示的に発見されたわけではないが、当時のほとんどの科学者が利用できるものよりも幅広い材料を使った彼の研究により、彼の研究は原理とその基礎の境界を大きく広げることができた。^[13]

ラヴォアジエは、燃焼と呼吸を理解する方法と、水を成分に分解してその組成を証明する方法も化学にもたらした。彼は燃焼の理論を説明し、熱量に関する見解でフロギストン説に異議を唱えた。この大綱には「新しい化学」という概念が取り入れられ、彼の結論に至った実験と推論が説明されている。科学革命の頂点であったニュートンのプリンキピアと同様に、ラヴォアジエの大綱は化学革命の頂点と見ることができる。

ラヴォアジエの研究はすぐには受け入れられず、勢いを増すまでには数十年を要した。^{[14]この移行は、}ジョン・ドルトンの原子量理論に基づいて化合物を記述する簡略化された速記法を考案したイェンス・ヤコブ・ベルセリウス の研究によって促進された 。多くの人々は、ラヴォアジエと彼によるフロギストン理論の打倒を伝統的な化学革命とみなしており、ラヴォアジエが革命の始まりを示し、ジョン・ドルトンがその頂点を示した。

アントワーヌ・ラボアジエは、ルイ・ベルナール・ギトン・ド・モルヴォー、クロード・ルイ・ベルトレ、アントワーヌ・フランソワ・ド・フルクロワと共同で、1787年に『化学命名法』を出版した。 ^[15]この著作は、ラボアジエが作り上げていた「新しい化学」の用語集を確立したもので、標準化された用語集、新元素の確立、実験作業に重点が置かれていた。 『化学命名法』は、出版当時はより単純な複合部分に分解できなかった物質である55の元素を確立した。^[16]この分野に新しい用語を導入することで、ラボアジエは他の化学者に彼の理論と実践を採用して彼の用語を使用し、化学の最新情報を維持するよう促した。

ラヴォアジエに最も影響を与えた人物の一人は、コンディヤック神父のエティエンヌ・ボネである。コンディヤックの科学的研究へのアプローチは、ラヴォアジエの『哲学論』におけるアプローチの基礎であり、人間は集めた証拠を使って世界の精神的表現を創造できることを証明することであった。ラヴォアジエは『哲学論』の序文で次のように述べている。

幾何学、そして実際あらゆる知識の分野で広く認められている格言は、研究を進めるにあたっては既知の事実から未知の事実へと進むべきである、というものである。...このようにして、一連の感覚、観察、分析から、一連のアイデアが次々と生まれ、それらが互いに結びつくので、注意深い観察者は、人類の知識全体の秩序とつながりをある時点までさかのぼることができる。^[17]

ラヴォアジエは明らかにコンディヤックの考えと結びつき、化学の分野を改革しようとした。 『化学の理論』における彼の目標は、化学の分野を仮定ではなく直接的な経験と観察に結び付けることである。彼の研究は化学の考え方の基盤となる新たな基盤を定義し、化学の将来の方向性を定めた。^[18]

ハンフリー・デービーは1800年代初頭にロンドンの王立研究所で化学の教授を務めたイギリスの化学者でした。 ^[19] そこで彼は、酸素の酸性度やカロリー元素の考えなど、ラボアジエの重要な考えのいくつかに疑問を投げかける実験を行いました。^[19]デービーは、酸性度は塩酸を証拠として 用いて酸素の存在によるものではないことを証明しました。[19] 彼はまた、オキシ塩酸という化合物には酸素が含まれておらず、代わりに元素であることを証明し、それを塩素 と名付けました。 [ ^{19 ]}

デイビーは王立研究所で電池を使用して最初に塩素を単離し、続いて1813年に元素ヨウ素を単離しました。^[19] 電池を使用して、デイビーはナトリウムとカリウムの元素を単離することもできました。 ^[19] これらの実験から、デイビーは化学元素を結合させる力は本質的に電気的であるに違いないと結論付けました。^[19] デイビーはまた、熱量が非物質的な流体であるという考えに反対し、熱は運動の一種であると主張しました。^[19]

ジョン・ドルトンは、化学元素の原子論というアイデアを考案したイギリスの化学者でした。ドルトンの化学元素の原子論は、各元素にはその原子に関連し、その原子に特有の固有の原子があると仮定していました。 ^[19] これは、元素とは化学者がそれ以上単純な部分に分解できない物質であるというラヴォアジエの元素の定義に反していました。^{[19]ドルトンのアイデアは、すべての原子は同じであると信じられ、17世紀以来支持されてきた}粒子理論 の考えとも異なっていました。^[19]

この考えを裏付けるために、ダルトンは1808年に出版した著書『化学哲学の新体系』で化学物質中の原子の相対的な重さの定義に取り組んだ。 ^[19] 彼の著書には、化学結合における異なる元素の相対量に関する実験データに基づいて、ラボアジエの異なる元素の相対的な原子量を決定する計算が示されている。^[19] ダルトンは、元素は可能な限り単純な形で結合すると主張した。^[19] 水は水素と酸素の組み合わせであることが知られていたため、ダルトンは水が水素1つと酸素1つを含む2元化合物であると信じていた。^[19]

ダルトンは大気中のガスの相対量を正確に計算することができた。彼は、ラヴォアジエとデイビーが測定した窒素、酸素、炭酸（二酸化炭素）、水素ガス、水蒸気の比重を使用して、大気全体の体積に対する各ガスの重量の割合を決定した。^[20]ダルトンは、大気には75.55%の窒素ガス、23.32%の酸素ガス、1.03%の水蒸気、および0.10%の炭酸ガスが含まれていることを明らかにした。^[20]

イェンス・ヤコブ・ベルセリウスはスウェーデンの化学者で、ウプサラ大学で医学を学び、ストックホルムで化学の教授を務めた。^{[19]彼はデービーとドルトンの考えを参考にして、元素がどのように結合するかについての電気化学的見解を生み出した。ベルセリウスは、元素を、分解時に}ガルバニ電池 のどちらの極から放出されるかによって、電気陰性および電気陽性の2つのグループに分類した。^[19] 彼は、酸素が最も電気陰性でカリウムが最も電気陽性となる電荷のスケールを作成した。 [ ^19] このスケールは、一部の元素には正電荷と負電荷が関連付けられており、このスケール上の元素の位置と元素の電荷によって、その元素が他の元素とどのように結合するかが決まることを意味していた。^[19]

ベルセリウスの電気化学原子論に関する著作は、1818年に「化学比例理論と電気化学の影響に関するエッセイ」として出版された。^[19] また、酸素はO、鉄はFeといったように、元素を文字と略語で表すという新しい化学命名法を化学に導入した。元素の組み合わせはこれらの記号の並びで表され、原子の数は最初は上付き文字で表され、後に下付き文字が使われるようになった。^[19]

• ウィリアム B. ジェンセン、「論理、歴史、化学教科書: III. 化学革命は 1 つ、それとも 3 つ?」、化学教育ジャーナル、第 75 巻、第 8 号、1998 年 8 月
• ジョン・G・マケボイ（2010年）『化学革命の歴史学：科学史における解釈のパターン』ピカリング＆チャットー著。ISBN 978-1-84893-030-8。また、HYLE（International Journal for Philosophy of Chemistry）、第17巻第1号（2011年）、41～46ページに掲載されたSeymour Mauskopfによる書評も参照のこと。

• 化学 :: 化学革命 – ブリタニカ百科事典
• 化学革命に関する参考文献 2008-04-22ウェイバックマシンにアーカイブ– バレンシア大学