(του καθηγ. Χάρη Βάρβογλη, ΒΗΜΑ, 12/12/2010)
Στις αρχές του 18ου αιώνα ο γερμανός χημικός Σταλ υπέθετε την ύπαρξη ενός ρευστού, του φλογιστού, το οποίο αποβάλλεται υπό μορφή φλόγας όταν καίγεται ένα σώμα. Στα τέλη του ίδιου αιώνα ο Γάλλος χημικός Λαβουαζιέ έδειξε με ένα πείραμα εκπληκτικής απλότητας αλλά και αξιοπρόσεκτης δεξιοτεχνίας ότι τέτοιο ρευστό δεν υπάρχει και ότι κατά την καύση δεν αποβάλλεται κάποιο στοιχείο αλλά προσλαμβάνεται οξυγόνο.
Το φλογιστόν του Σταλ
Σύμφωνα με τον Αριστοτέλη, η φωτιά μετά το χώμα, το νερό και τον αέρα, ήταν το τέταρτο βασικό στοιχείο της φύσης. Ολα τα σώματα, ξύλα, πέτρες, μέταλλα, αποτελούνται από μείγμα των τεσσάρων αυτών στοιχείων σε διαφορετικές αναλογίες. Την ιδέα αυτή ανέπτυξε σε μια ολοκληρωμένη θεωρία ο Γερμανός χημικός Γκέοργκ Σταλ (Georg Εrnst Stahl). Σύμφωνα με αυτόν, το φλογιστόν είναι μια αβαρής ουσία που περιέχεται σε όλα τα εύφλεκτα σώματα, όπως π.χ. το ξύλο και το κάρβουνο, αλλά και γενικά σε όλα τα σώματα που μπορεί να οξειδωθούν, όπως για παράδειγμα τα μέταλλα.
Αν τα σώματα αυτά θερμανθούν, το φλογιστόν διαφεύγει και απομένει η υπόλοιπη ύλη που συναποτελούσε το σώμα, δηλαδή η στάχτη στην περίπτωση του ξύλου ή το οξείδιο στην περίπτωση του μετάλλου. Αν θερμάνουμε το οξείδιο μαζί με κάρβουνο, μέρος του φλογιστού που περιέχεται στο κάρβουνο απορροφάται από το οξείδιο, οπότε προκύπτει και πάλι το καθαρό μέταλλο.
Ο ευκολότερος τρόπος για να ελεγχθεί αυτή η υπόθεση είναι η μέτρηση της μάζας ενός σώματος με και χωρίς το φλογιστόν. Στην περίπτωση των μετάλλων, για παράδειγμα, η οξείδωση μιας ποσότητας μετάλλου θα έπρεπε να δώσει ίση ποσότητα οξειδίου. Ο Γάλλος χημικός Λαβουαζιέ (Αntoine Laurent Lavoisier) απέδειξε ότι το οξείδιο έχει μεγαλύτερη μάζα από το μέταλλο, οπότε η μόνη περίπτωση να ισχύει η υπόθεση του φλογιστού ήταν αυτό να έχει αρνητική μάζα. Επειδή αρνητική μάζα είναι κάτι μη συμβατό με την υπόλοιπη Φυσική, η υπόθεση του φλογιστού εγκαταλείφθηκε.
Όταν μίλησε ο κώδων!
Στα πειράματά του ο Λαβουαζιέ ζύγιζε τις ουσίες που ήθελε να κάψει, συνήθως φωσφόρο ή θειάφι, με ακρίβεια χιλιοστού του γραμμαρίου, με τη βοήθεια μιας ζυγαριάς ακριβείας που είχε κατασκευάσει ο ίδιος. Στη συνέχεια κάλυπτε τις ουσίες αεροστεγώς με έναν γυάλινο κώδωνα και τις θέρμαινε με τη βοήθεια του ηλιακού φωτός, το οποίο συγκέντρωνε πάνω τους χρησιμοποιώντας κοίλα κάτοπτρα. Τέλος, ζύγιζε τα προϊόντα της καύσης ή της οξείδωσης και συνέκρινε το βάρος τους με το βάρος των αρχικών ουσιών.
Με τον τρόπο αυτόν διαπίστωσε ότι το βάρος των προϊόντων ήταν μεγαλύτερο από το βάρος των πρώτων υλών, αλλά η διαφορά αυτή ήταν ίση με τη μείωση του βάρους του αέρα που βρισκόταν κάτω από τον κώδωνα! Ετσι το συνολικό βάρος της διάταξης παρέμενε σταθερό. Κατέληξε λοιπόν στο συμπέρασμα ότι ο φωσφόρος και το θείο δεν έχαναν φλογιστόν, όταν καίγονταν, αλλά αντίθετα απορροφούσαν ένα μέρος του αέρα. Σήμερα ξέρουμε ότι αυτό το μέρος του ατμοσφαιρικού αέρα είναι το οξυγόνο.
Έδειξε τον ρόλο του οξυγόνου
Για να αποδείξει πέρα από κάθε αμφιβολία αυτό το συμπέρασμα, ο Λαβουαζιέ εκτέλεσε ένα πιο πολύπλοκο πείραμα. Τοποθέτησε σε μια συσκευή παρόμοια με αυτήν των προηγούμενων πειραμάτων μια ποσότητα υδραργύρου και τη θέρμανε. Διαπίστωσε ότι ο αέρας στο δοχείο μειώθηκε ενώ στην επιφάνεια του υδραργύρου εμφανίστηκε μια κόκκινη ουσία, η οποία σήμερα γνωρίζουμε ότι είναι οξείδιο του υδραργύρου, (ΗgΟ). Παράλληλα διαπίστωσε ότι ο αέρας που είχε απομείνει στη συσκευή δεν ευνοούσε την καύση αλλά δεν ήταν και διοξείδιο του άνθρακα. Σήμερα γνωρίζουμε ότι ήταν άζωτο, το οποίο απομένει από τον ατμοσφαιρικό αέρα αν αφαιρέσουμε το οξυγόνο.
Στη συνέχεια πήρε την κόκκινη ουσία, τη ζύγισε μαζί με τον υδράργυρο που είχε απομείνει, την τοποθέτησε σε μια άλλη συσκευή αυτής της μορφής και τη θέρμανε. Το αποτέλεσμα ήταν ότι παρήχθη τόσος υδράργυρος όσος είχε χαθεί στο πρώτο σκέλος του πειράματος, καθώς και ένα αέριο σε τόση ακριβώς ποσότητα όση είχε χαθεί στην ίδια διαδικασία. Το αέριο αυτό διαπίστωσε ότι ευνοούσε την καύση, ήταν δηλαδή οξυγόνο. Ετσι αποδείχθηκε πέρα από κάθε αμφιβολία ότι αυτό που οι προγενέστεροι χημικοί αποκαλούσαν φλογιστόν δεν ήταν τίποτε άλλο παρά η απουσία οξυγόνου. Οταν ο υδράργυρος οξειδώθηκε δεν έχασε φλογιστόν αλλά προσέλαβε οξυγόνο και όταν το οξείδιο ανήχθη σε καθαρό μέταλλο δεν προσέλαβε φλογιστόν αλλά απέβαλε οξυγόνο.
Τα όργανα του εργαστηρίου του Λαβουαζιέ. Σε πρώτο πλάνο οι
γυάλινοι κώδωνες, σε δεύτερο οι ζυγαριές και σε τρίτο τα κάτοπτρα
Μετά την κατάρριψη της θεωρίας του φλογιστού του Σταλ, η φύση της θερμότητας εξακολουθούσε να διαφεύγει από την αντίληψη των επιστημόνων της εποχής. Ετσι ο Λαβουαζιέ οδηγήθηκε στην υπόθεση του θερμιδικού (calorique), ενός άλλου αβαρούς ρευστού, η παρουσία του οποίου σε ένα σώμα το κάνει να θερμαίνεται.
Σήμερα γνωρίζουμε ότι η θερμότητα ενός σώματος δεν οφείλεται στην παρουσία θερμιδικού αλλά στην άτακτη κινητική ενέργεια των ατόμων και μορίων της ύλης. Ο Λαβουαζιέ δεν μπόρεσε να ελέγξει, με τη μεθοδικότητα και την επινοητικότητα που τον διέκρινε, την αλήθεια αυτής της υπόθεσής του, επειδή καρατομήθηκε κατά την εποχή της τρομοκρατίας που ακολούθησε τη Γαλλική Επανάσταση.
Χημεία και γκιλοτίνα
Το περιστατικό αυτό αξίζει να αναφερθεί με κάποια λεπτομέρεια. Πριν από τη Γαλλική Επανάσταση ο Μαρά (Jean-Ρaul Μarat), ένας γάλλος δημοσιογράφος και επίδοξος χημικός, είχε δημοσιεύσει ένα άρθρο σχετικό με τον «ζωικό μαγνητισμό». Με βάση αυτή τη δημοσίευση είχε υποβάλει υποψηφιότητα για τη Γαλλική Ακαδημία Επιστημών. Εισηγητής για την εκλογή αυτή είχε ορισθεί ο Λαβουαζιέ, ο οποίος έκανε σκληρή κριτική στις ιδέες του νεαρού Μαρά, με αποτέλεσμα να απορριφθεί η υποψηφιότητα του τελευταίου.
Ο Μαρά δεν ξέχασε αυτό το επεισόδιο και άρχισε να πολεμάει τον Λαβουαζιέ από τις στήλες της εφημερίδας που είχε αρχίσει να εκδίδει μετά την επιτυχία της Γαλλικής Επανάστασης. Τον κατηγορούσε ότι «εμπόδιζε την ανανέωση του αέρα στο Παρίσι» και ότι «νόθευε τον καπνό που αγόραζαν οι γάλλοι πολίτες». Οι κατηγορίες ήταν προφανώς γελοίες, αυτό όμως δεν εμπόδισε το επαναστατικό δικαστήριο να καταδικάσει τον Λαβουζιέ, έπειτα από σύντομη διαδικασία, σε αποκεφαλισμό. Ενας μάλιστα από τους δικαστές είπε ότι «η Δημοκρατία δεν έχει ανάγκη από επιστήμονες».
Ύστερα από ενάμιση χρόνο η γαλλική κυβέρνηση αποκατέστησε τη μνήμη του μεγάλου επιστήμονα, ανακαλώντας όλες τις κατηγορίες. Οπως όμως είχε πει ο μεγάλος γαλλο-ιταλός μαθηματικός Λαγκράνζ (Joseph Louis Lagrange) «χρειάστηκε μόλις μια στιγμή για να του κόψουν το κεφάλι, αλλά η Γαλλία δεν θα μπορέσει να βρει ένα άλλο της ίδιας αξίας σε έναν αιώνα».
