フロギストン説

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フロギストン説は、現在は廃れてしまった科学理論で、可燃物の中に含まれ、燃焼時に放出されるフロギストン（/ f l ɒ ˈ dʒ ɪ s t ən , f l oʊ -, - ɒ n / ）^{[1] [2]}と呼ばれる火のような元素の存在を仮定した。この名前は古代ギリシャ語の φλογιστόν phlogistón（燃える）に由来し、φλόξ phlóx（炎）から来ている。フロギストン物質という考え方は、1667年にヨハン・ヨアヒム・ベッヒャーによって初めて提唱され、後に1703年にゲオルク・エルンスト・シュタールによってより正式にまとめられた。フロギストン説は、現在では総称して酸化として知られている燃焼や錆びなどの化学反応を説明しようとした。この理論は、同時に起こる重量増加によって疑問視され、 1770年代のアントワーヌ・ラボアジエの実験や他の科学者の実験の後、18世紀末までに放棄されました。フロギストン理論は、最終的にジョセフ・プリーストリーとアントワーヌ・ラボアジエによる酸素の特定 (  1771年頃) と命名 (1777年)につながる実験につながりました。

フロギストン理論によれば、燃える物質にはフロギストンが含まれており、燃焼すると脱フロギストン化して貯蔵されたフロギストンが放出され、それが空気に吸収される。成長する植物はこのフロギストンを吸収するため、空気は自然発火せず、植物も燃える。燃焼を説明するこの方法は、アントワーヌ・ラボアジエの酸素理論とは逆である。

一般的に、空気中で燃える物質はフロギストンを豊富に含んでいると言われており、密閉された空間で燃焼がすぐに止まるという事実は、空気が吸収できるフロギストンの量が限られていることの明確な証拠とみなされていた。空気が完全にフロギストン化すると、いかなる物質の燃焼も促進できなくなり、空気中で加熱された金属は炭酸カルシウムを生成しなくなり、フロギストン化した空気は生命を維持できなくなる。呼吸によってフロギストンが体外に排出されると考えられていた。^[3]

ジョセフ・ブラックのスコットランド人弟子ダニエル・ラザフォードは1772年に窒素を発見し、2人はその理論を使って彼の研究結果を説明した。燃焼後に残った空気の残留物は、実際には窒素と二酸化炭素の混合物であり、フロギストンをすべて吸収したため、フロギストン化空気と呼ばれることもあった。逆に、ジョセフ・プリーストリーが酸素を発見したとき、彼はそれが脱フロギストン化空気であり、より多くのフロギストンと結合して通常の空気よりも長く燃焼を維持できると信じた。^[4]

エンペドクレスは、水、土、火、空気の4つの要素があるという古典的な理論を定式化し、アリストテレスは、それらを湿った、乾燥した、熱い、冷たいと特徴づけることでこの考えを強化しました。したがって、火は物質として考えられ、燃焼は化合物にのみ適用される分解プロセスと見なされました。経験から、燃焼は必ずしも物質の損失を伴うわけではないことがわかっており、これを説明するより良い理論が必要でした。^[5]

1667年、ヨハン・ヨアヒム・ベッヒャーは著書『地下の物理学』を出版した。この本には、フロギストン説となる理論の最初の例が含まれていた。ベッヒャーは著書で、古典的な元素モデルから火と空気を排除し、代わりに3つの土の形態、すなわちテラ・ラピデア、テラ・フルイダ、テラ・ピンギスを提唱した。^{[6] [7]} テラ・ピンギスは、油性、硫黄性、または可燃性の特性を与える元素であった。^{[8]ベッヒャーは、}テラ・ピンギスは燃焼の重要な特徴であり、可燃性物質が燃焼したときに放出されると考えていた。 ^[6]ベッヒャーは、現在知られているフロギストン説とはあまり関係がないが、弟子のシュタールに大きな影響を与えた。ベッヒャーの主な貢献は理論自体の始まりであったが、彼の後に理論の多くは変更された。^[9]ベッヒャーの考えは、可燃性物質には引火性物質であるテラ・ピングイスが含まれているというものでした。^[10]

1703年、ハレ大学の医学・化学教授ゲオルク・エルンスト・シュタールは、ベッヒャーの「地層」を「フロギストン」と改名する異形説を提唱し、この形でこの説はおそらく最も大きな影響力を持った。^[11]「フロギストン」という用語自体はシュタールが考案したものではない。この言葉は1606年にはすでに使われていたという証拠があり、シュタールが使用していたのと非常によく似た意味で使われていた。^[9]この用語は「炎上する」を意味するギリシャ語に由来している。次の段落はシュタールのフロギストンに対する見解を述べている。

シュタールにとって、金属は金属酸化物（石灰）と組み合わされたフロギストンを含む化合物であり、点火するとフロギストンが金属から解放され、酸化物が残る。酸化物が木炭などのフロギストンを豊富に含む物質とともに加熱されると、石灰が再びフロギストンを吸収し、金属が再生する。フロギストンは特定の物質であり、その組み合わせはすべて同じであった。^[10]

シュタールによるフロギストンの最初の定義は、1697年に出版されたZymotechnia fundamentalisの中で初めて登場しました。最も引用されている定義は、1723年の化学論文Fundamenta chymiae^{にあります。 [9]}シュタールによると、フロギストンは瓶に入れることはできないが、それでも移動させることはできる物質でした。彼にとって、木は灰とフロギストンの組み合わせにすぎず、金属を作ることは金属灰を手に入れてフロギストンを加えるのと同じくらい簡単だったのです。^[10] すすはほぼ純粋なフロギストンであったため、金属灰と一緒に加熱すると金属灰が金属に変化します。シュタールは、木炭を使って硫酸塩を硫黄肝に変換することで、すすと硫黄に含まれるフロギストンが同一であることを証明しようとしました。彼は、当時知られていたスズと鉛の燃焼による重量増加を考慮していませんでした。^[12]

シュタールの教え子の一人の弟子であるヨハン・ハインリヒ・ポットは、この理論を拡張し、一般の聴衆にとってはるかに理解しやすいものにしようと試みた。彼はフロギストンを光や火と比較し、これら3つは性質が広く理解されているが定義が容易ではない物質であると述べた。彼は、フロギストンは粒子ではなく物質に浸透する本質として考えるべきだと考え、1ポンドの物質からフロギストンの粒子を簡単に取り出すことはできないと主張した。^[9]ポットはまた、特定の物質が燃焼すると、逃げるフロギストンの質量が失われるのではなく、質量が増加するという事実を観察した。彼によると、フロギストンは基本的な火の原理であり、それだけでは得られない。炎はフロギストンと水の混合物であると考えられていたが、フロギストンと土の混合物は適切に燃えない。フロギストンは宇宙のあらゆるものに浸透しており、酸と組み合わせると熱として放出される可能性がある。ポットは以下の特性を提案した。

1. フロギストンの形状は、その軸の周りの円運動で構成されています。
2. 均質であれば、火災で消費または消散することはありません。
3. ほとんどの物体で膨張が起こる理由は不明ですが、偶然ではありません。膨張は物体の組織の緻密さ、またはその構成の親密さに比例します。
4. 焼成中の重量の増加は、長い時間が経過した後にのみ明らかになります。これは、鉛の場合のように物体の粒子がよりコンパクトになり、体積が減少して密度が増加するか、または粉末酸化亜鉛の場合のように空気の小さな重い粒子が物質内に閉じ込められるかのいずれかによるものです。
5. 空気は物体のフロギストンを引き寄せます。
6. フロギストンは、活動を開始すると、自然界のすべての無生物の主要な活性成分となります。
7. それは色の基本です。
8. 発酵の主成分である。^[9]

ポットの定式化は、新しい理論をほとんど提案せず、単にさらなる詳細を提供し、既存の理論を一般の人々にとってより理解しやすいものにしただけであった。

ヨハン・ユンカーもまた、フロギストンの非常に完全な描写をしました。シュタールの著作を読んだとき、彼はフロギストンが実際には非常に物質的であると想定しました。したがって、フロギストンには軽さという性質があり、フロギストンが含まれた化合物はフロギストンがない場合よりもずっと軽くなっているという結論に達しました。彼はまた、物質を密閉されたフラスコに入れて燃焼させることで、燃焼には空気が必要であることを示しました。^[9]

ギヨーム＝フランソワ・ルーエルはフロギストン理論をフランスに持ち込み、そこで非常に影響力のある科学者、教師となり、この理論を急速に普及させた。彼の弟子の多くは、ラボアジエを含め、非常に影響力のある科学者となった。^[10]フランス人はフロギストンを、あらゆる分析では消えてしまうが、あらゆる物体に存在する非常に微妙な原理とみなした。基本的に彼らはシュタールの理論をそのまま踏襲した。^[9]

ジョヴァンニ・アントニオ・ジョベルトは、イタリアでラヴォアジエの研究を紹介した。ジョベルトは、フロギストン説を反駁した研究で、1792年にマントヴァ文学アカデミーの賞を獲得した。 1792年3月18日、トリノ王立科学アカデミーで「水の性質に関するフロギストン説とニューマティスト説の化学的検討」と題する論文を発表した。これは、イタリアで発表されたラヴォアジエの水の組成理論の最も独創的な擁護と考えられている。^[14]

結局、定量的な実験によって、金属によっては燃焼後にフロギストンを失ったはずなのに重量が増加するという事実など、いくつかの問題が明らかになった。ロバート・ボイル[15]のようなフロギストン支持者の中には、フロギストンは^負の質量を持つと結論付けてこれを説明した者もいたが、ルイ・ベルナール・ギトン・ド・モルヴォーのような者は、フロギストンは空気より軽いというより一般的な議論を展開した。しかし、アルキメデスの原理、マグネシウムとその燃焼生成物の密度に基づいたより詳細な分析により、空気より軽いだけでは重量増加を説明できないことが示された。^[要出典]シュタール自身は、燃える金属が重量を増やす問題については触れなかったが、彼の学派に追随した人々がこの問題に取り組んだ。^[9]

18世紀には、金属が酸化されると重量が増加することが明らかになり、フロギストンは物質というよりは原理として見られるようになっていった。 ^[16] 18世紀末までに、フロギストンという用語をまだ使用していた少数の化学者にとって、フロギストンの概念は水素と結びついていた。例えば、ジョセフ・プリーストリーは、鉄に対する蒸気の反応について言及した際、鉄が酸素と結合して酸化鉄カルクス（酸化鉄）を形成した後、重量が増加することを十分に認めながらも、「鉄は可燃性の空気（水素）の基礎も失う。これがフロギストンという名前が付けられた物質または原理である」と述べた。^{[17]酸素を}酸化原理と説明したラヴォアジエ（古代ギリシャ語のoksús「鋭い」、genos「誕生」に由来し、酸の形成における酸素の想定される役割を指している）に従って、プリーストリーはフロギストンをアルカリ原理と説明した。^[18]

フロギストン説は、1770年代にアントワーヌ・ロラン・ド・ラボアジエが燃焼には重さのあるガス（具体的には酸素）が必要であり、密閉容器の重さを量ることで測定できることを示すまで、有力な説であり続けた。^{[19]ラボアジエと、それより前のロシアの科学者}ミハイル・ロモノーソフによる密閉容器の使用は、燃焼ガスの重さを隠していた浮力を否定し、質量保存の原理を生み出した。これらの観察は質量パラドックスを解決し、新しい酸素燃焼説の土台を築いた。^[20]イギリスの化学者エリザベス・フルハムは、多くの酸化反応は水がある場合にのみ起こり、それらには水が直接関与し、水は再生されて反応の最後には検出できることを実験で実証した。彼女は自身の実験に基づき、ラボアジエの結論の一部と、彼が批判したフロギストン説論者の結論に同意できなかった。この主題に関する彼女の本は、フランス革命中にラヴォアジエが農民総長の地位にあったために処刑された直後に出版された。^{[21] [22]}

スタールのフロギストン理論を支持する経験豊富な化学者たちは、ラボアジエや新しい化学者たちが提起した挑戦に応えようとした。そうすることでフロギストン理論はより複雑になり、多くのことを想定するようになり、理論全体の衰退につながった。^[20]多くの人々が、ラボアジエの実験と理論が合うようにフロギストン理論を作り直そうとした。ピエール・マッカーは何度も理論を言い換え、フロギストン理論は破滅する運命にあると考えていたと言われているにもかかわらず、フロギ​​ストン理論を支持し、理論が機能するように努めた。^[23]

• 熱量理論 – 熱の流れに関する時代遅れの科学理論
• 空気化学 – 燃焼反応における空気中のガスの役割に関する最初の研究
• 電気陰性度 – 原子が共有電子対を引き寄せる傾向
• エネルギー主義 – エネルギーはあらゆる物理的変化の基本的な要素であるという考え方
• 抗炎症薬 – 局所鎮痛薬リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ

• フロギストン説に関する引用（Wikiquote）