А. Лавуазье — творец химической революции и основоположник классической химии. (Дополнительный материал к главе 1)

Определения и обозначения

Флогистонная теория — представление о том, что горючие вещества содержат особое начало — флогистон, выделяющееся при горении. Она объясняла исчезновение части вещества пламенем и дымом. Это понятие нужно, чтобы понять, какие идеи господствовали в химии до работ Лавуазье.

Кислородная теория горения объясняет горение как соединение вещества с кислородом воздуха. В результате образуется новое вещество, например оксид металла. Теория важна тем, что связывает наблюдаемое горение с конкретным участником реакции.

Закон сохранения массы веществ утверждает: масса исходных веществ в химической реакции равна массе продуктов реакции. Масса не исчезает и не возникает из ничего, хотя отдельное вещество может стать легче или тяжелее. Этот закон позволяет проверять уравнения реакций и выполнять количественные расчёты.

Химическая революция — переход от прежних объяснений химических явлений к системе, основанной на опыте, измерениях и новых понятиях. Она изменила не только теорию горения, но и язык химии. Понятие помогает оценить вклад Лавуазье как создателя основ классической химии.

Как это устроено

Флогистонная теория долго казалась убедительной, потому что горючее при горении действительно изменяется: уменьшается, превращается в золу или исчезает в виде газообразных продуктов. Наблюдателю было естественно предположить, что из вещества выходит невидимое начало. Теория также давала единое объяснение горению разных материалов, поэтому её принимали без точного учёта массы.

Главное противоречие обнаружилось при прокаливании металлов. Если металл теряет флогистон, его остаток должен становиться легче, однако оксид металла часто оказывался тяжелее исходного металла. Это означало, что к металлу что-то присоединяется, а не только удаляется из него; флогистонная схема не могла убедительно объяснить такой результат.

Лавуазье исследовал горение и прокаливание в сосудах, где можно было разделить вещества и взвесить их. Он заметил, что часть воздуха расходуется, а металл или другое горящее вещество соединяется с этой частью. Так возникло объяснение: кислород поддерживает горение и входит в состав образующегося продукта, а прекращение горения связано с его расходованием.

Решающее значение имели не отдельные наблюдения, а количественные измерения. Лавуазье взвешивал сосуд, реагенты и продукты, включая газы, и сопоставлял результаты до и после реакции. Такой учёт показал сохранение общей массы и помог сформулировать закон сохранения массы; одновременно он сделал химические выводы проверяемыми и способствовал созданию новой номенклатуры.

Флогистонная и кислородная теории горения

Сначала найдите в таблице причину процесса, а затем сравните, как каждая теория объясняет изменение массы. Особенно показательна строка о прокаливании металла: она сразу показывает, какая теория согласуется с измерениями.

При анализе опыта учитывайте всю систему, а не только металл или остаток в сосуде. Воздух и образовавшиеся газы могут заметно изменить общий результат, поэтому вывод делают по суммарной массе.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Объясните, почему увеличение массы металла после прокаливания стало затруднением для флогистонной теории. Нужно сопоставить предсказание теории с результатом наблюдения.

1. Флогистонная теория считала, что при нагревании металл теряет флогистон.
2. Если из металла что-то уходит, его масса, согласно такому объяснению, должна уменьшиться.
3. Опыт показывал обратное: после прокаливания продукт становился тяжелее исходного металла.
4. Кислородная теория объясняет результат присоединением кислорода воздуха к металлу.

Ответ. Увеличение массы противоречило представлению об утрате флогистона. Оно стало понятным после вывода о присоединении кислорода.

Задача 2

Условие. В замкнутом сосуде вещество горит, затем пламя гаснет, а часть воздуха расходуется. Определите роль кислорода в реакции.

1. Замкнутая система не получает новый воздух извне, поэтому количество доступного газа ограничено.
2. Прекращение горения после расходования части воздуха показывает, что этот компонент необходим для реакции.
3. Если продукт содержит соединённую с веществом часть воздуха, можно сделать вывод о присоединении кислорода.

Ответ. Кислород поддерживает горение и расходуется, соединяясь с исходным веществом. Когда его становится недостаточно, горение прекращается.

Задача 3

Условие. В реакции участвовали 12 г вещества и 8 г кислорода. Определите массу продукта и объясните результат с позиции закона сохранения массы.

1. Сначала перечисляем все исходные вещества: вещество массой 12 г и кислород массой 8 г.
2. Складываем их массы: 12 г + 8 г = 20 г.
3. Предполагаем, что реакция прошла полностью и продукт не потерян; тогда его масса равна общей массе реагентов.

Ответ. Масса продукта равна 20 г. Закон сохранения массы требует учитывать кислород, даже если он не виден: он вошёл в состав продукта.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Считать, что Лавуазье открыл кислород. Так говорят из-за его решающей роли в объяснении горения, но кислород исследовали и другие учёные. Проверяйте формулировку: Лавуазье установил свойства и роль газа, а не был единственным первооткрывателем.

Ошибка 2. Утверждать, что при горении масса вещества всегда уменьшается. Такое впечатление возникает, если учитывать только сгорающий кусок, но продукт может присоединить кислород. Сравнивайте массу всех реагентов и продуктов.

Ошибка 3. Понимать закон сохранения массы как сохранение массы твёрдого остатка. Газы тоже участвуют в реакции и могут входить в состав продукта. Перед расчётом составьте полный список веществ в системе.

Ошибка 4. Представлять смену теории как мгновенный отказ от прежних идей. Научный переворот подготовили опыты, измерения и обсуждение противоречий. Проверяйте себя вопросом: какие наблюдения заставили учёных изменить объяснение?

Связь с другими темами

До изучения темы нужно понимать, что химическая реакция превращает исходные вещества в продукты и может включать газы. Она напрямую связана с законом сохранения массы и расчётами по уравнениям реакций. Представление о роли кислорода понадобится при изучении окислительно-восстановительных реакций и процессов горения.

Что запомнить

• Лавуазье сделал точный эксперимент и количественные измерения основой химического исследования.
• Горение он объяснял соединением вещества с кислородом.
• При прокаливании металл может увеличивать массу, присоединяя кислород.
• Масса исходных веществ в реакции равна массе продуктов реакции.
• Работы Лавуазье помогли преодолеть флогистонную теорию.
• Лавуазье способствовал созданию современной химической номенклатуры.