Lavoisier - odkrywca tlenu

Na początku XVII wieku nauka w dzisiejszym znaczeniu tego słowa właściwie nie istniała. Chyba tylko astronomowie i nawigatorzy stosowali naukowe metody obserwacji i wykonywania obliczeń. Jednym z pierwszych skrupulatnie zaplanowanych i systematycznie przedstawionych badań była obserwacja ruchu ciał niebieskich prowadzona przez Galileusza (1564-1642). Eksperymentowali także alchemicy, mający na koncie sporo ważnych odkryć w dziedzinie chemii. Jednak ich działania były zwykle przypadkowe i oparte na fałszywych teoriach, a zrozumienie zasad kierujących obserwowanym zjawiskiem było niemożliwe.

Robert Boyle

Anglik Robert Boyle (1627-1691) spędził cały 1641 rok we Florencji, studiując prace Galileusza. Po powrocie do ojczyzny postanowił poświęcić się nauce eksperymentalnej. Jego najsłynniejsza książka, Chemik sceptyk z 1661 roku, poddawała surowej krytyce "eksperymenty, w których pospolici alchemicy usiłowali pokazać, że ich sól, siarka i rtęć stanowią w istocie pierwotną postać materii".

Boyle'a uważa się dziś za jednego z twórców współczesnej chemii. To on odróżnił związki chemiczne od mieszanin i przedstawił pogląd, że związki chemiczne składają się w istocie z czegoś, co nazwał "korpuskułami" różnych substancji. Próbował również opisać chemię procesu spalania. Boyle w swych eksperymentach musiał się mocno ograniczyć z powodu permanentnego niedostatku przyrządów umożliwiających wykonywanie dokładnych pomiarów.

Rozwój badań prowadzonych przez następców Boyle'a wstrzymywała w XVIII wieku tzw. teoria flogistonu opracowana przez Niemca Georga Stahla (1660-1734). Próbował tłumaczyć, co się dzieje podczas spalania substancji. Jednocześnie jednak urządzenia pomiarowe stawały się w tym czasie coraz precyzyjniejsze, co w szczególności dotyczyło wag. Właśnie one umożliwiły Lavoisierowi ostatecznie wykazanie błędności teorii flogistonu i rozpoczęcie badań, które miały w efekcie umożliwić odkrycie rzeczywistej istoty materii.

Antoine Lavoisier

Antoine Lavoisier urodził się w Paryżu 26 sierpnia 1743 roku. Kształcił się w College Mazarin, gdzie studiował astronomię, botanikę, chemię i matematykę. W 1768 roku został członkiem Francuskiej Akademii Nauk, a w 1785 roku jej przewodniczącym. Ojciec Lavoisiera był zamożnym człowiekiem, miał więc szerokie kontakty w elitach władzy. Zapewnił synowi wysokie dochody, umożliwiając mu objęcie posady poborcy podatkowego. W 1775 roku Lavoisier z racji wiedzy specjalistycznej został ustanowiony nadzorcą manufaktury prochu strzelniczego. Gdy założył firmę, by wdrażać odkrycia naukowe w rolnictwie, został mianowany sekretarzem komitetu rolnictwa (1785).

Pierwsze badania naukowe Lavoisiera dotyczyły składu gipsu (siarczan wapnia). W liście do Akademii Nauk z 1 listopada 1772 roku pisze, że fosfor i siarka po spaleniu zwiększają masę, gdyż pochłaniają w procesie spalania "powietrze". Natomiast glejta ołowiowa (tlenek ołowiu) wygrzewany w węglu drzewnym jest redukowany do metalicznego ołowiu oddając "powietrze".

W tym samym roku Szwed Karl Scheele (1742-1786), jeden z czołowych zwolenników teorii flogistonu, stanął przed zagadką otrzymawszy, jak sam to określił, "ogniste powietrze" (lub "powietrze pozbawione flogistonu"). Gaz ten podtrzymywał spalanie, podczas gdy inne składniki powietrza - nie. W tym czasie podobny eksperyment przeprowadził Anglik Joseph Priestley (1773-1804). Wykazał on, że rośliny wytwarzają gaz niezbędny zwierzętom do życia. W 1774 roku uzyskał ten gaz, ogrzewając czerwoną rudę rtęci (tlenek rtęci). Tak samo jak Scheele uważał on, że jest to "powietrze pozbawione flogistonu".

Tlen

Usłyszawszy o tych odkryciach Lavoisier natychmiast pojął, na czym polega spalanie: nie jest to uwalnianie flogistonu, a reakcja łączenia się spalanego materiału z nowo odkrytym gazem. Ogrzewając powoli i ostrożnie rtęć w powietrzu, otrzymał czerwoną rudę rtęci, jednocześnie obserwując wzrost masy rudy w stosunku do masy rtęci. Gaz można było następnie "odzyskać" z rudy, otrzymując wyjściową masę rtęci.

Jako że produkty spalania substancji takich jak siarka czy fosfor miały odczyn kwaśny, Lavoisier nazwał nowo odkryty gaz łacińskim słowem oxygenium (tlen), co oznacza mniej więcej "rodnik kwasów". Lavoisier myślał bowiem, jak się okazało - błędnie, że gaz ten stanowi podstawowy składnik wszystkich kwasów. W rzeczywistości większość kwasów zawiera tlen, jednak o kwasowości decyduje stężenie jonów wodorowych (ściślej mówiąc jonów hydroniowych) w roztworze wodnym. W 1783 roku Lavoisier odkrył, że produktem łączenia tlenu i wodoru (hydrogenium - "rodnik wodny") jest woda. Następnie zajął się badaniem składu alkoholi i innych związków palnych.

Istota sukcesów Lavoisiera polegała na skrupulatnych pomiarach ilości reagujących składników, co dotychczas nie interesowało chemików eksperymentatorów w takim stopniu jak fizyków. Lavoisier otrzymał pomoc od innych chemików, na przykład Claude Berthollet (1748-1822) asystował w badaniach nad spalaniem prochu strzelniczego i pomógł mu opracować nowy system nazewnictwa chemicznego ogłoszony w 1787 roku.

Ostatecznie w 1789 roku w dziele Traité Élémentaire de Chimie Lavoisier przedstawił swe poglądy i odkrycia w sposób tak logiczny i przekonujący, że zostały one prawie natychmiast zaakceptowane przez współczesnych mu chemików w całej Europie. W pracy tej przedstawił listę substancji (pierwiastków), które nie mogły być rozłożone żadną metodą chemiczną. Były tam wodór, azot, tlen, siarka, fosfor, węgiel, chlor, fluor i bor jako zasady odpowiadających im kwasów oraz metale: antymon, srebro, arsen, bizmut, kobalt, miedź, cyna, żelazo, mangan, rtęć, molibden, nikiel, złoto, platyna, ołów, wolfram oraz cynk. Ówczesne techniki analizy chemicznej były bardzo niedoskonałe i ograniczone, więc między lavoisierowskimi pierwiastkami znalazły się także minerały będące związkami chemicznymi: wapień, baryt, magnezja, krzemionka, korund. Co ciekawe, do zestawu pierwiastków francuski naukowiec włączył także światło oraz "kaloryczność" (wyimaginowany pierwiastek ciepła). W ciągu następnych dwudziestu lat, wykorzystując nowo odkryte zjawisko elektryczności, następcy Lavoisiera, Humphrey Davy (1778-1829) oraz Joseph Gay-Lussac (1778-1850) przeprowadzili udany rozkład większości minerałów, uściślając tym samym listę pierwiastków.

Rewolucja i śmierć

Tak owocny dla Lavoisiera rok 1789 był jednocześnie rokiem wybuchu rewolucji francuskiej. Lavoisier, nieźle prosperujący generalny poborca podatkowy (persona w owych czasach powszechnie znienawidzona przez ludność), został oskarżony o wymuszanie podatków i skazany przez konwent rewolucyjny. Fanatyczny rewolucjonista Jean-Paul Marat oskarżył go o próbę pozbawienia Paryżan...powietrza! Wszystko z powodu muru, którym Lavoisier proponował otoczyć miasto. W sierpniu 1792 roku Lavoisier musiał zrezygnować ze swego laboratorium. W 1794 roku natomiast została  wydana ustawa o aresztowaniu wszystkich byłych poborców podatkowych. 8 maja 1794 roku Lavoisier i 27 pozostałych zostało razem osądzonych i skazanych na śmierć. Wyroku wykonywano wówczas szybko - wszystkich zgilotynowano tego samego popołudnia na Placu Rewolucji (dziś Place de la Concorde). Ciało Lavoisiera pochowano we wspólnym grobie.