Флогистон и теплород

Я продолжаю тему о предрассудках.
Один из наиболее часто используемых аргументов в защиту предрассудков: «ну все же работает». Какую бы тему я ни выносил на обсуждение в своем блоге – связанную с компьютерами, фотонами, Теорией относительности – кто-нибудь из моих оппонентов обязательно использует этот аргумент.
Однако то, что еще вчера работало, сегодня может внезапно поломаться. В науке это обычно называют «сменой парадигмы». В качестве наглядного примера я решил использовать старую историю, связанную с флогистоном и теплородом.

Цитаты из Википедии:

Флюид – вещество, поведение которого при деформации может быть описано законами механики жидкостей. Термин, как правило, относится к состоянию вещества, объединяющего жидкости и газы, и эквивалентен словосочетанию «газы, плазма, изотропные жидкости и пластичные тела». 
Термин «флюид» был введён в XVII веке для обозначения гипотетических жидкостей, объясняющих некоторые физические явления. Примеры флюидов: теплород Роберта Бойля (1673 год) и флогистон Георга Шталя (1697 год).

Роберт Бойль

Флогистон в истории химии – гипотетическая «сверхтонкая материя», «огненная субстанция», якобы наполняющая все горючие вещества и высвобождающаяся из них при горении. Термин введён в 1667 году Иоганном Бехером и в 1703 году Георгом Шталем для объяснения процессов горения. Флогистон представляли как невесомый флюид, улетучивавшийся из вещества при сжигании. В то время считалось, что металл – это соединение «земли» (оксида металла) с флогистоном, и при горении металл разлагается на «землю» и флогистон, который смешивается с воздухом и не может быть отделён от него. Открытое позже увеличение массы металла при прокаливании стали объяснять отрицательной массой флогистона. Способность выделять флогистон из воздуха приписывали растениям.

Иоганн Бехер

Химики XVI и XVII веков достаточно часто упоминали о выделении газа при воздействии кислот на металлы. Первым собрал и исследовал выделяющийся газ Генри Кавендиш только в 1766 году. Будучи сторонником теории флогистона, Кавендиш сначала полагал, что этот газ, по причине его горючести и лёгкости, и есть чистый флогистон, однако, вскоре отказался от этой идеи. Уже позже, в 1783 году, Антуан Лавуазье, проведя исследование воды, доказал сложность её состава, а в 1787 году определил «горючий воздух» как новый химический элемент, который теперь известен как водород.

Антуан Лавуазье

Поскольку горение прекращается либо после сгорания горящего вещества, либо после сгорания воздуха в объёме, в котором было заключено вещество, какое-то время воздух был частью теории. Считалось, что флогистон покидает горящее тело и поглощается воздухом. В 1772 году Даниель Рутерфорд (ученик Джозефа Блэка) обнаружил азот, и использовал теорию флогистона для объяснения своего открытия. Остаток воздуха, оставленного после горения, фактически являющийся смесью азота и углекислого газа, иногда упоминался как «phlogisticated air» (флогистированный воздух).
После обнаружения кислорода его назвали «dephlogisticated air» (дефлогистированный воздух), как вещество, способное к объединению с большим количеством флогистона и способное поддерживать горение дольше, чем обычный воздух.

Гипотеза флогистона была первой теорией в химии и позволила обобщить множество реакций. Это было заметным шагом на пути становления химии как науки. В 1770-х годах теория флогистона была опровергнута благодаря работам Антуана Лавуазье, после которых её сменила другая – кислородная теория горения.
Хотя доказательства Лавуазье были абсолютно понятны, его идеи встретили упорное сопротивление среди некоторых учёных. Одним из таких являлся Ричард Кирван, который долгое время являлся одним из самых убеждённых сторонников флогистонной теории, и даже после работ Лавуазье полагал, что «воспламеняющийся воздух» (водород) представляет собой чистый флогистон, выделяемый при определённых условиях из металлов. Металлы, по мнению Кирвана, состояли из металлических известей и «воспламеняющегося воздуха». В 1787 году Кирван опубликовал «Очерк о флогистоне и о конституции кислот», в котором выступил против основных положений кислородной теории Лавуазье и отстаивал флогистические воззрения.

Ричард Кирван

Из известных учёных того времени дольше всех оставался верным теории флогистона Дж. Пристли. Он до своей смерти в 1803 году ревностно выступал в её защиту, несмотря на открытия эпохи химической революции, полностью опровергавшие эту теорию.

Теплород – по распространённым в XVIII – начале XIX века и ныне устаревшим воззрениям, – невесомый флюид, присутствующий в каждом теле и являющийся причиной тепловых явлений. Введён в 1783 году Лавуазье.
Приток теплорода в тело должен вызывать его нагрев, вытекание – охлаждение. Количество теплорода во всех тепловых процессах должно оставаться неизменным. Теория теплорода объясняла многие известные на тот момент тепловые явления и была признана большинством ученых.

В 1798 г. английский учёный Бенджамин Томсон (граф Румфорд) наблюдал за сверлением каналов в оружейных стволах. Он был поражён выделением большого количества тепловой энергии во время этой работы. Усомнившись в существовании теплорода, Румфорд решил поставить ряд специальных опытов. В одном из них в металлической болванке, помещённой под воду, высверливалось отверстие с помощью тупого сверла, приводимого в движение силой двух лошадей. Спустя два с половиной часа вода закипела. «Изумление окружающих, увидевших, что такая масса воды закипает без огня, было неописуемо» – вспоминал Румфорд. Из своих опытов он сделал вывод, что никакого теплорода не существует, а причиной выделения энергии стало движение.

Бенджамин Томпсон

В 1799 г. английский физик и химик Гемфри Дэви провёл новый эксперимент, который опровергал теорию теплорода. Опыт Дэви состоял в следующем: под колокол воздушного насоса, откуда предварительно был выкачан воздух, помещались два куска льда при температуре 0 °С. Оба куска терлись друг о друга при помощи специального часового механизма. При трении лед таял, причем температура получившейся воды оказывалась на несколько градусов выше 0 °С. С точки зрения теории теплорода этот опыт был необъяснимым, поскольку удельная теплоёмкость льда меньше, чем у воды. Отсюда Дэви заключил, что такое количество энергии могло появиться только в результате движения.

Гемфри Дэви

Объяснения привираются к результатам наблюдений. Из того, что эти объяснения правдоподобные, вовсе не следует, что они правильные.

Более ста лет успешно работали флогистон и теплород, прежде чем от них отказались.