An einem Herbsttag im Jahr 1772 konnten Pariser, die in der Nähe des Louvre, im Garten der Infantin am Seine-Ufer entlang spazierten, ein seltsames Gebilde in Form einer hölzernen Plattform auf sechs Rädern sehen, das einem flachen Karren ähnelte. Darauf wurde riesiges Glas installiert. Die beiden größten Linsen, die einen Radius von acht Fuß hatten, wurden zu einer Lupe zusammengefügt, die die Sonnenstrahlen sammelte und auf eine zweite, kleinere Linse und dann auf die Tischoberfläche richtete. Auf der Plattform standen die Wissenschaftler mit Perücken und schwarzen Brillen, die an dem Experiment beteiligt waren, und ihre Assistenten huschten wie Seeleute auf dem Deck umher, richteten diese gesamte komplexe Struktur auf die Sonne aus und hielten die über dem Himmel schwebende Leuchte ständig „mit vorgehaltener Waffe“ fest.
Zu den Menschen, die diese Anlage – den „Teilchenbeschleuniger“ des 18. Jahrhunderts – nutzten, gehörte Antoine Laurent Lavoisier. Damals interessierte ihn, was passiert, wenn ein Diamant verbrannt wird.
Es war schon lange bekannt, dass Diamanten brannten, und örtliche Juweliere baten die Französische Akademie der Wissenschaften, zu untersuchen, ob dabei ein Risiko bestehe. Lavoisier selbst interessierte sich für eine etwas andere Frage: das chemische Wesen der Verbrennung. Das Schöne am „Feuerglas“ war, dass es durch die Konzentration der Sonnenstrahlen auf einen Punkt im Inneren des Behälters alles erhitzte, was an diesem Punkt platziert werden konnte. Der Rauch aus dem Gefäß könnte durch ein Rohr in ein Gefäß mit Wasser geleitet werden, die darin enthaltenen Partikel könnten ausgefällt werden, anschließend könnte das Wasser verdampft und der Rückstand analysiert werden.
Leider scheiterte das Experiment: Durch die starke Erhitzung platzte das Glas ständig. Lavoisier verzweifelte jedoch nicht – er hatte andere Ideen. Er schlug der Akademie der Wissenschaften ein Programm vor, um „die in der Materie enthaltene Luft“ und ihren Zusammenhang mit Verbrennungsprozessen zu untersuchen.
Newton gelang es, die Entwicklung der Physik auf den richtigen Weg zu lenken, aber in der Chemie lief es damals sehr schlecht – sie war immer noch ein Gefangener der Alchemie. „Henna, gelöst in einem gut verdünnten Salpeterspiritus, ergibt eine farblose Lösung“, schrieb Newton. „Aber wenn man es in gutes Vitriolöl gibt und schüttelt, bis es sich auflöst, wird die Mischung zuerst gelb und dann dunkelrot.“ Auf den Seiten dieses „Kochbuchs“ standen weder Maßangaben noch Mengenangaben. „Wenn der Salzgeist in frischen Urin gegeben wird, vermischen sich beide Lösungen leicht und ruhig“, bemerkte er, „aber wenn dieselbe Lösung auf verdampften Urin getropft wird, folgt ein Zischen und Sieden, und die flüchtigen und sauren Salze werden es tun.“ nach einiger Zeit im dritten gerinnen.“ eine Substanz, die in der Natur Ammoniak ähnelt. Und wenn Sie einen Sud aus Veilchen verdünnen und ihn in einer kleinen Menge frischem Urin auflösen, dann nehmen ein paar Tropfen fermentierter Urin eine hellgrüne Farbe an.“
Sehr weit entfernt von der modernen Wissenschaft. Es gibt vieles in der Alchemie, sogar in Newtons eigenen Schriften, das der Magie ähnelt. In einem seiner Tagebücher kopierte er gewissenhaft mehrere Absätze aus dem Buch des Alchemisten George Starkey, der sich Philalethes nannte.
Die Passage beginnt: „In [Saturn] ist die unsterbliche Seele verborgen.“ Saturn bedeutete normalerweise Blei, da jedes Element mit einem Planeten verbunden war. In diesem Fall handelte es sich jedoch um ein silbriges Metall namens Antimon. „Unsterblicher Geist“ ist ein Gas, das das Erz abgibt, wenn es auf extreme Temperaturen erhitzt wird. „Mars ist durch Bande der Liebe mit Saturn verbunden (das bedeutete, dass dem Antimon Eisen hinzugefügt wurde), das in sich große Macht verschlingt, dessen Geist den Körper des Saturns teilt, und aus beiden zusammen fließt wunderbares helles Wasser, in dem die Sonne untergeht , sein Licht freisetzend.“ . Die Sonne ist Gold, das in diesem Fall in Quecksilber, oft Amalgam genannt, getaucht ist. „Venus, der hellste Stern, liegt in der Umarmung von [Mars].“ Venus war der Name des Kupfers, das zu diesem Zeitpunkt der Mischung zugesetzt wurde. Dieses metallurgische Rezept ist höchstwahrscheinlich eine Beschreibung der frühen Stadien der Gewinnung des „Steins der Weisen“, den alle Alchemisten anstrebten, da man glaubte, mit seiner Hilfe unedle Elemente in Gold umwandeln zu können.
Lavoisier und seine Zeitgenossen konnten über diese mystischen Zaubersprüche hinausgehen, doch die Chemiker glaubten schon damals an die alchemistische Vorstellung, dass das Verhalten von Stoffen durch drei Prinzipien bestimmt wird: Quecksilber (das sich verflüssigt), Salz (das eindickt) und Schwefel (das macht den Stoff brennbar). Der „schwefelhaltige Geist“, auch Terra Pingua („fettige“ oder „ölige“ Erde) genannt, beschäftigte viele. Zu Beginn des 18. Jahrhunderts begann der deutsche Chemiker Georg Ernst Stahl, es Phlogiston zu nennen (von griechisch phlog – verwandt mit Feuer).
Es wurde angenommen, dass Gegenstände brennen, weil sie viel Phlogiston enthalten. Wenn Gegenstände durch Feuer verzehrt werden, geben sie diese brennbare Substanz an die Luft ab. Wenn Sie ein Stück Holz anzünden, hört es erst dann auf zu brennen und hinterlässt nur einen Haufen Asche, wenn es sein gesamtes Phlogiston verbraucht hat. Daher wurde angenommen, dass der Baum aus Esche und Phlogiston besteht. Ebenso nach der Kalzinierung, d.h. Wenn das Metall extremer Hitze ausgesetzt wird, hinterlässt es eine weiße, spröde Substanz, die als Zunder bezeichnet wird. Daher besteht das Metall aus Phlogiston und Zunder. Der Rostvorgang ist ein langsamer Brennvorgang, ähnlich wie das Atmen, d.h. Reaktionen, die auftreten, wenn Phlogiston in die Luft freigesetzt wird.
Auch der umgekehrte Vorgang wurde in Betracht gezogen. Es wurde angenommen, dass die Ablagerungen einem aus der Erde gewonnenen Erz ähnelten, das dann durch Erhitzen neben Holzkohle einer Reduktion oder „Regeneration“ unterzogen wurde. Die Holzkohle gab Phlogiston ab, das zusammen mit dem Zunder den Glanz des Metalls wiederherstellte.
An sich ist die Verwendung einer hypothetischen Substanz, die nicht gemessen, aber angenommen werden kann, nichts Falsches. Heutzutage operieren Kosmologen auch mit dem Konzept der „dunklen Materie“, die existieren muss, damit Galaxien nicht auseinanderfliegen, wenn sie unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft rotieren, und dass antigravitative „dunkle Energie“ hinter der Expansion des Universums steckt.
Mit Hilfe von Phlogiston konnten Wissenschaftler Verbrennung, Kalzinierung, Reduktion und sogar Atmung logisch erklären. Die Chemie bekam plötzlich eine Bedeutung.
Dies löste jedoch nicht alle Probleme: Der nach der Kalzinierung verbleibende Zunder wog mehr als das ursprüngliche Metall. Wie konnte es passieren, dass Phlogiston schwerer wurde, nachdem es die Substanz verlassen hatte? Wie die „dunkle Energie“ ein Vierteljahrtausend später wurde Phlogiston, in den Worten des französischen Philosophen Condorcet, „von Kräften angetrieben, die der Schwerkraft entgegengesetzt waren“. Um dieser Idee mehr Poesie zu verleihen, erklärte ein Chemiker, dass Phlogiston „den Molekülen der Erde Flügel verleiht“.
Lavoisier war wie die damaligen Wissenschaftler davon überzeugt, dass Phlogiston einer der Hauptbestandteile der Materie sei. Doch als er begann, mit Diamanten zu experimentieren, begann er sich zu fragen: Könnte etwas weniger als Null wiegen?
Seine Mutter starb, als er noch ein Junge war, und hinterließ ihm ein Erbe, das ausreichte, um in ein lukratives Unternehmen namens „Main Farming“ einzusteigen. Die französische Regierung schloss mit diesem Konsortium von Privatpersonen eine Vereinbarung zur Erhebung von Steuern, an denen Landwirte wie Lavoisier einen gewissen Anteil hatten. Diese Tätigkeit lenkte ihn ständig von der Forschung ab, verschaffte ihm jedoch Einnahmen, die es ihm nach einiger Zeit ermöglichten, Eigentümer eines der besten Labors Europas zu werden. Zu den ersten Experimenten im Jahr 1769 gehörte ein Experiment, mit dem Lavoisier beschloss, die damals vorherrschende Idee zu testen, dass Wasser in Erde umgewandelt werden könne.
Die Beweise waren ziemlich überzeugend: Wasser, das in einer Bratpfanne verdunstet, hinterlässt feste Rückstände. Doch Lavoisier beschloss, der Sache auf den Grund zu gehen, indem er ein Sublimationsgefäß namens Pelikan verwendete. Das Gefäß hatte einen großen runden Behälter am Boden und eine kleine obere Kammer und war mit zwei gebogenen Röhren (ein bisschen wie der Schnabel eines Pelikans) ausgestattet, durch die der Dampf wieder nach unten zurückkehrte. Für Alchemisten symbolisierte der Pelikan das Opferblut Christi, daher glaubte man, dass das Pelikangefäß die Kraft der Transformation besitzt. Darüber hinaus würde das im Pelikan kochende Wasser kontinuierlich verdampfen und kondensieren, sodass keine Substanz – ob fest, flüssig oder gasförmig – das System verlassen könnte.
Nachdem er hundert Tage lang reines Wasser destilliert hatte, entdeckte Lavoisier, dass tatsächlich Sedimente vorhanden waren. Aber er vermutete, woher es kam. Nachdem er den leeren Pelikan gewogen hatte, stellte er fest, dass das Schiff leichter geworden war. Nachdem er das Sediment getrocknet und gewogen hatte, stellte Lavoisier fest, dass das Gewicht des Sediments ziemlich genau der Gewichtsabnahme des Gefäßes entsprach, und diese Tatsache führte ihn zu der Annahme, dass die Quelle des Sediments das Glas des Gefäßes war.
Zwei Jahre später, 1771, wurde Lavoisier 28 Jahre alt. Im selben Jahr heiratete er. Seine Auserwählte war Marie-Anne Pierrette Polze, die dreizehnjährige Tochter eines anderen Steuerbauern. (Dieses ziemlich hübsche Mädchen war zu diesem Zeitpunkt bereits verlobt, und ihr zweiter potenzieller Bräutigam war fünfzig Jahre alt.) Maria Anna gefielen die wissenschaftlichen Studien ihres Mannes so gut, dass sie sich schnell die Chemie aneignete und ihr auf jede erdenkliche Weise half: Sie machte sich Notizen und übersetzte englische wissenschaftliche Literatur ins Französische und fertigte die komplexesten Zeichnungen eines Experiments an, das sich als so elegant erwies, dass es wie der Stein der Weisen dazu bestimmt war, Alchemie in Chemie zu verwandeln.
Die Chemiker der Generation, zu der Lavoisier gehörte, wussten bereits, dass es, wie der Engländer Joseph Priestley es formulieren konnte, „mehrere Arten von Luft“ gibt. Mephitische („stinkende“ oder „abgestandene“) Luft führt dazu, dass die Flamme erlischt und die darin befindliche Maus erstickt. Diese Luft trübt Kalkwasser (Kalziumhydroxid) und bildet einen weißen Niederschlag (Kalziumcarbonat). Allerdings fühlten sich die Pflanzen in dieser Luft wohl und machten sie nach einiger Zeit wieder atmungsaktiv.
Ein weiteres erstickendes Gas entstand, als eine Kerze einige Zeit in einem geschlossenen Behälter brannte. Dieses Gas löste kein Kalkwasser aus, und da es eindeutig mit dem Verbrennungsprozess in Zusammenhang stand, wurde es Phlogiston-Luft oder Stickstoff (vom griechischen Wort „leblos“) genannt. Am geheimnisvollsten war das flüchtige Gas, das freigesetzt wurde, wenn Eisenspäne in verdünnter Schwefelsäure gelöst wurden. Sie war so brennbar, dass man sie „brennbare Luft“ nannte. Wenn man mit dieser Luft einen Ballon aufbläst, steigt er hoch über den Boden.
Es stellte sich die Frage, ob es sich bei den neuen Lufttypen um chemische Elemente oder, wie Priestley vermutete, um Modifikationen „normaler“ Luft handelte, die durch Zugabe oder Entfernung von Phlogiston erhalten wurden.
Lavoisier konnte seine Skepsis kaum unterdrücken und wiederholte einige Experimente seiner Kollegen. Er bestätigte, dass bei der Verbrennung von Phosphor zur Herstellung von Phosphorsäure oder bei der Verbrennung von Schwefel zur Herstellung von Schwefelsäure Stoffe entstehen, die schwerer sind als die verwendeten Stoffe, d. h. wie bei der Kalzinierung von Metallen. Aber warum kommt es zu dieser Veränderung? Es schien ihm, als hätte er die Antwort auf diese Frage gefunden. Als er mit einer Lupe Zinn in einem verschlossenen Glasgefäß erhitzte, stellte er fest, dass die gesamte Anlage vor und nach dem Experiment das gleiche Gewicht hatte. Als er das Gefäß langsam öffnete, hörte er, wie die Luft mit einem Geräusch hineinströmte, woraufhin das Gewicht wieder zunahm. Vielleicht brennen Gegenstände nicht, weil sie Phlogiston abgeben, sondern weil sie einen Teil der Luft absorbieren?
Wenn dies der Fall ist, dann ist die Wiederherstellung, d. h. Beim Schmelzen von Erz zu reinem Metall wird Luft freigesetzt. Er maß eine bestimmte Menge Bleischuppen, Litharge genannt, ab und legte sie auf eine kleine erhöhte Oberfläche in einem Gefäß mit Wasser neben ein Stück Holzkohle. Er bedeckte alles mit einer Glasglocke und begann, die Waage mit einer Lupe zu erhitzen. Anhand der Wasserverdrängung konnte er vermuten, dass Gas freigesetzt wurde. Er sammelte sorgfältig das freigesetzte Gas und stellte fest, dass dieses Gas die Flamme löschte und Kalkwasser ausfiel. Es scheint, dass die „abgestandene“ Luft ein Produkt der Erholung war, aber war das alles?
Es stellte sich heraus, dass die Antwort in einer rötlichen Substanz namens Mercurius calcinatus oder Quecksilberschuppe lag, die von Pariser Apothekern als Heilmittel gegen Syphilis zu einem Preis von 18 Livres oder mehr pro Unze verkauft wurde, d. h. 1.000 US-Dollar zu heutigen Preisen. Alle Experimente mit dieser Substanz waren nicht weniger extravagant als Experimente mit brennenden Diamanten. Wie jeder andere Zunder konnte er durch Kalzinieren von reinem Metall über einer hohen Flamme gewonnen werden. Bei weiterer Erhitzung verwandelte sich die resultierende Substanz jedoch wieder in Quecksilber. Mit anderen Worten: Mercurius calcinatus könnte auch ohne den Einsatz von Holzkohle wiederhergestellt werden. Aber was war dann die Quelle von Phlogiston? Im Jahr 1774 bestätigten Lavoisier und mehrere seiner Kollegen an der Französischen Akademie der Wissenschaften, dass Quecksilberablagerungen tatsächlich „ohne zusätzliche Substanzen“ reduziert werden konnten, wobei etwa ein Zwölftel seines Gewichts verloren ging.
Priestley experimentierte auch mit dieser Substanz, indem er sie mit einer Lupe erhitzte und die freigesetzten Gase auffing. „Was mich so beeindruckt hat, dass es nicht einmal genug Worte gibt, um die Gefühle auszudrücken, die mich überwältigten“, schrieb er später, „ist, dass die Kerze in dieser Luft mit einer ziemlich starken Flamme brannte … Ich konnte keine Erklärung dafür finden.“ dieses Phänomen." Nachdem er herausgefunden hatte, dass sich die Labormaus im magischen Gas wohl fühlte, beschloss er, es selbst einzuatmen. „Mir kam es so vor, als ob ich nach einiger Zeit eine außergewöhnliche Leichtigkeit und Freiheit in meiner Brust verspürte. Wer hätte gedacht, dass diese saubere Luft irgendwann zu einem modischen Luxusartikel werden würde. Inzwischen hatten nur zwei Mäuse und ich selbst das Vergnügen, es zu inhalieren.“
Priestley beschloss, das Gas, in dem man gut atmen und leicht verbrennen kann, „dephlogistisch“ zu nennen, d. h. Luft in ihrer reinsten Form. Er war mit dieser Argumentation nicht der Einzige. In Schweden untersuchte auch ein Apotheker namens Karl Wilhelm Scheele die Eigenschaften von „Feuerluft“.
Zu diesem Zeitpunkt hatte Lavoisier das bei der Reduktion von Mercurius calcinatus freigesetzte Gas bereits als „äußerst vorteilhaft für die Atmung“ oder „lebende“ Luft bezeichnet. Wie Priestley glaubte er, dass dieses Gas Luft in ihrer ursprünglichen Form darstellte. Allerdings stieß Lavoisier hier auf eine Schwierigkeit. Als er versuchte, Quecksilberablagerungen mithilfe von Holzkohle zu reduzieren, d. h. Auf altbewährte Weise wurde das gleiche Gas freigesetzt wie bei der Litharge-Restaurierung – es löschte die Kerzenflamme und löste Kalkwasser aus. Warum entstand durch die Reduzierung der Quecksilberablagerungen ohne Holzkohle „lebende“ Luft, während bei der Verwendung von Holzkohle eine erstickende „abgestandene“ Luft entstand?
Es gab nur einen Weg, alles zu klären. Lavoisier nahm ein Gefäß aus dem Regal, das als Flachkolben bezeichnet wurde. Sein unterer Teil war rund, und Lavoisier erhitzte den hohen Hals und bog ihn so, dass er sich zunächst nach unten und dann wieder nach oben wölbte.
Während das Schiff in seinem Experiment von 1769 einem Pelikan ähnelte, sah das aktuelle wie ein Flamingo aus. Lavoisier goss vier Unzen reines Quecksilber in die runde untere Kammer des Gefäßes (in der Abbildung mit A gekennzeichnet). Das Gefäß wurde so auf dem Ofen installiert, dass sich sein Hals in einem offenen, ebenfalls mit Quecksilber gefüllten Behälter befand, und dann in eine Glasglocke gehoben. Dieser Teil des Aufbaus wurde verwendet, um die Luftmenge zu bestimmen, die während des Experiments verbraucht werden würde. Nachdem er den Füllstand (LL) mit einem Papierstreifen markiert hatte, zündete er den Ofen an und brachte das Quecksilber in Kammer A fast zum Sieden.
Wir können davon ausgehen, dass am ersten Tag nichts Besonderes passiert ist. Eine kleine Menge Quecksilber verdampfte und setzte sich an den Wänden des Flachkolbens ab. Die daraus resultierenden Kugeln waren schwer genug, um wieder nach unten zu fließen. Doch am zweiten Tag begannen sich auf der Oberfläche der Quecksilberwaage rote Punkte zu bilden. In den nächsten Tagen vergrößerte sich die rote Kruste, bis sie ihre maximale Größe erreichte. Am zwölften Tag brach Lavoisier das Experiment ab und führte einige Messungen durch.
Zu diesem Zeitpunkt überstieg der Quecksilbergehalt in der Glasglocke den Ausgangswert um die Luftmenge, die zur Bildung von Ablagerungen verbraucht wurde. Unter Berücksichtigung von Temperatur- und Druckänderungen im Labor berechnete Lavoisier, dass die Luftmenge um etwa ein Sechstel ihres ursprünglichen Volumens abgenommen hatte, d. h. von 820 bis 700 Kubikzentimeter. Darüber hinaus hat sich die Beschaffenheit des Gases verändert. Als eine Maus in den Behälter mit der restlichen Luft gesetzt wurde, begann sie sofort zu ersticken, und „die in dieser Luft platzierte Kerze erlosch sofort, als ob sie ins Wasser gelegt worden wäre.“ Da das Gas jedoch keine Sedimentation im Kalkwasser verursachte, könnte es eher auf Stickstoff als auf „abgenutzte Luft“ zurückzuführen sein.
Aber was hat Quecksilber bei der Verbrennung aus der Luft gewonnen? Nachdem er den roten Belag entfernt hatte, der sich auf dem Metall gebildet hatte, begann Lavoisier, es in einer Retorte zu erhitzen, bis es wieder zu Quecksilber wurde, wobei 100 bis 150 Kubikzentimeter Gas freigesetzt wurden – etwa die gleiche Menge wie beim Kalzinieren absorbiertes Quecksilber. Die in dieses Gas gesteckte Kerze „brannte wunderbar“, und die Holzkohle glimmte nicht, sondern „glühte in einem so hellen Licht, dass die Augen es kaum ertragen konnten.“
Dies war ein Wendepunkt. Beim Verbrennen absorbierte Quecksilber „lebende“ Luft aus der Atmosphäre und hinterließ Stickstoff. Die Reduzierung von Quecksilber führte wiederum zur Freisetzung „lebendiger“ Luft. So gelang es Lavoisier, die beiden Hauptbestandteile der atmosphärischen Luft zu trennen.
Natürlich mischte er acht Teile „lebende“ Luft und zweiundvierzig Teile Stickstoff und zeigte, dass das resultierende Gas alle Eigenschaften gewöhnlicher Luft aufwies. Analyse und Synthese: „Hier liegt der überzeugendste Beweis, den es in der Chemie gibt: Luft rekombiniert, wenn sie zersetzt wird.“
Im Jahr 1777 berichtete Lavoisier den Mitgliedern der Akademie der Wissenschaften über die Ergebnisse seiner Forschung. Phlogiston erwies sich als Fiktion. Zur Verbrennung und Kalzinierung kam es, als die Substanz „lebende“ Luft absorbierte, die er wegen ihrer Rolle bei der Bildung von Säuren Sauerstoff nannte. (Oxy bedeutet auf Griechisch „scharf“.) Durch die Aufnahme von Sauerstoff aus der Luft verbleibt nur nicht atembarer Stickstoff in der Luft.
Das Gas, das als „abgestandene“ Luft bezeichnet wurde, entstand, als sich der bei der Reduktion freigesetzte Sauerstoff mit etwas in der Holzkohle verband und so das entstand, was wir heute Kohlendioxid nennen.
Jahr für Jahr beschwerten sich Lavoisiers Kollegen, insbesondere Priestley, darüber, dass er sich angeblich den Vorrang in Experimenten anmaßte, die sie auch durchführten. Priestley speiste einmal im Haus des Ehepaars Lavoisier und erzählte ihnen von seiner phlogistonarmen Luft und den Schweden Der Apotheker Scheele schickte Lavoisier einen Brief, in dem er von Ihren Erfahrungen berichtete. Trotz alledem glaubten sie weiterhin, dass Sauerstoff Luft ohne Phlogiston sei.
In dem 2001 uraufgeführten Stück „Oxygen“ schufen die beiden Chemiker Carl Djerassi und Roald Hoffman eine Handlung, in der der schwedische König die drei Wissenschaftler nach Stockholm einlud, um zu entscheiden, wer von ihnen als Entdecker des Sauerstoffs gelten sollte. Scheele war der erste, der das Gas isolierte, und Priestley war der erste, der eine Veröffentlichung veröffentlichte, die seine Existenz nahelegte, aber nur Lavoisier verstand, was sie entdeckt hatten.
Er schaute viel tiefer und formulierte das Gesetz der Massenerhaltung. Durch eine chemische Reaktion verändert der Stoff – in diesem Fall brennendes Quecksilber und Luft – seine Form. Aber Masse wird weder geschaffen noch zerstört. Da viele Stoffe in die Reaktion eingehen, sollte die gleiche Menge herauskommen. Wie ein Steuereintreiber sagen würde: Der Saldo muss sowieso ausgeglichen sein.
Im Jahr 1794, während des revolutionären Terrors, wurden Lavoisier und Marie-Annes Vater zusammen mit anderen Steuerpächtern als „Volksfeinde“ anerkannt. Sie wurden auf einem Karren zum Platz der Revolution gebracht, wo bereits Holzbühnen errichtet worden waren, deren Aussehen bis ins Detail der Plattform ähnelte, auf der Lavoisier Diamanten verbrannte. Nur statt riesiger Linsen gab es eine weitere Errungenschaft französischer Technologie – die Guillotine.
Kürzlich tauchte im Internet die Meldung auf, dass es Lavoisier während der Hinrichtung gelungen sei, sein letztes Experiment durchzuführen. Tatsache ist, dass sie in Frankreich mit der Guillotine begannen, weil sie dachten, es sei die humanste Form der Hinrichtung – sie bringe den sofortigen und schmerzlosen Tod. Und nun hatte Lavoisier die Gelegenheit herauszufinden, ob dem so war. In dem Moment, als die Klinge der Guillotine seinen Hals berührte, begann er mit den Augen zu blinzeln und tat es, so oft er konnte. In der Menge befand sich ein Assistent, der zählen musste, wie oft er blinzeln konnte. Es ist möglich, dass diese Geschichte eine Fiktion ist, aber sie entspricht ganz dem Geiste von Lavoisier.
Diese Worte werden im Stück von Marie-Anne Lavoisier gesprochen.
Kohlenstoff (englisch Carbon, französisch Carbone, deutsch Kohlenstoff) in Form von Kohle, Ruß und Ruß ist der Menschheit seit jeher bekannt; Vor etwa 100.000 Jahren, als unsere Vorfahren das Feuer beherrschten, hatten sie täglich mit Kohle und Ruß zu kämpfen. Wahrscheinlich lernten die Menschen schon sehr früh allotrope Modifikationen des Kohlenstoffs kennen – Diamant und Graphit sowie fossile Kohle. Es ist nicht verwunderlich, dass die Verbrennung kohlenstoffhaltiger Stoffe einer der ersten chemischen Prozesse war, die den Menschen interessierten. Da die brennende Substanz beim Verzehr durch Feuer verschwand, wurde die Verbrennung als Zersetzungsprozess der Substanz betrachtet und Kohle (oder Kohlenstoff) daher nicht als Element betrachtet. Das Element war Feuer – ein Phänomen, das mit der Verbrennung einhergeht; In alten Lehren über die Elemente erscheint Feuer meist als eines der Elemente. An der Wende vom 17. zum 18. Jahrhundert. Es entstand die Phlogiston-Theorie, aufgestellt von Becher und Stahl. Diese Theorie erkannte das Vorhandensein einer besonderen elementaren Substanz in jedem brennbaren Körper an – einer schwerelosen Flüssigkeit – Phlogiston, die während des Verbrennungsprozesses verdampft. Da bei der Verbrennung einer großen Menge Kohle nur wenig Asche zurückbleibt, gingen die Phlogistiker davon aus, dass Kohle fast reines Phlogiston sei. Dies erklärt insbesondere die „phlogistisierende“ Wirkung der Kohle – ihre Fähigkeit, Metalle aus „Kalk“ und Erzen wiederherzustellen. Spätere Phlogistiker, Réaumur, Bergman und andere begannen bereits zu verstehen, dass Kohle ein elementarer Stoff ist. „Saubere Kohle“ wurde jedoch erstmals von Lavoisier als solche erkannt, der den Verbrennungsprozess von Kohle und anderen Substanzen in Luft und Sauerstoff untersuchte. Im Buch „Method of Chemical Nomenclature“ (1787) von Guiton de Morveau, Lavoisier, Berthollet und Fourcroix tauchte der Name „Kohlenstoff“ (carbone) anstelle der französischen „reinen Kohle“ (charbone pur) auf. Unter dem gleichen Namen erscheint Kohlenstoff in der „Tabelle der einfachen Körper“ in Lavoisiers „Elementary Textbook of Chemistry“. Im Jahr 1791 gelang es dem englischen Chemiker Tennant als erster, freien Kohlenstoff zu gewinnen; Er leitete Phosphordampf über kalzinierte Kreide, wodurch sich Calciumphosphat und Kohlenstoff bildeten. Es ist seit langem bekannt, dass Diamant bei starker Erhitzung rückstandslos verbrennt. Bereits 1751 stimmte der französische König Franz I. zu, Diamanten und Rubine für Verbrennungsexperimente zur Verfügung zu stellen, woraufhin diese Experimente sogar in Mode kamen. Es stellte sich heraus, dass nur Diamant brennt und Rubin (Aluminiumoxid mit einer Beimischung von Chrom) einer längeren Erwärmung im Fokus der Zündlinse unbeschadet standhält. Lavoisier führte ein neues Experiment zum Verbrennen von Diamanten mit einer großen Brandmaschine durch und kam zu dem Schluss, dass Diamant kristalliner Kohlenstoff ist. Das zweite Allotrop von Kohlenstoff – Graphit galt in der alchemistischen Zeit als modifizierter Bleiglanz und wurde Plumbago genannt; Erst 1740 entdeckte Pott, dass Graphit keinerlei Bleiverunreinigungen enthielt. Scheele untersuchte Graphit (1779) und betrachtete ihn als Phlogistiker als eine besondere Art von Schwefelkörper, eine besondere Mineralkohle, die gebundene „Luftsäure“ (CO 2) und eine große Menge Phlogiston enthielt.
Zwanzig Jahre später verwandelte Guiton de Morveau Diamanten durch vorsichtiges Erhitzen in Graphit und dann in Kohlensäure.
Der internationale Name Carboneum stammt aus dem Lateinischen. carbo (Kohle). Dieses Wort ist sehr alten Ursprungs. Es wird mit cremare – brennen – verglichen; root sag, cal, russisch gar, gal, gol, Sanskrit sta bedeutet kochen, kochen. Das Wort „Carbo“ ist mit den Namen von Kohlenstoff in anderen europäischen Sprachen verbunden (Kohlenstoff, Charbone usw.). Der deutsche Kohlenstoff kommt von Kohle – Kohle (altdeutsch kolo, schwedisch kylla – erhitzen). Das altrussische Ugorati oder Ugarati (brennen, versengen) hat die Wurzel gar oder Berge mit einem möglichen Übergang zu gol; Kohle im altrussischen Jugal oder Kohle gleicher Herkunft. Das Wort Diamant (Diamante) kommt aus dem Altgriechischen – unzerstörbar, unnachgiebig, hart, und Graphit aus dem Griechischen – ich schreibe.
Zu Beginn des 19. Jahrhunderts. das alte Wort Kohle wurde in der russischen chemischen Literatur manchmal durch das Wort „Karbonat“ ersetzt (Scherer, 1807; Severgin, 1815); Seit 1824 führte Solowjew den Namen Kohlenstoff ein.
An einem Herbsttag im Jahr 1772 konnten Pariser, die in der Nähe des Louvre, im Garten der Infantin am Seine-Ufer entlang spazierten, ein seltsames Gebilde in Form einer hölzernen Plattform auf sechs Rädern sehen, das einem flachen Karren ähnelte. Darauf wurde riesiges Glas installiert. Die beiden größten Linsen, die einen Radius von acht Fuß hatten, wurden zu einer Lupe zusammengefügt, die die Sonnenstrahlen sammelte und auf eine zweite, kleinere Linse und dann auf die Tischoberfläche richtete. Auf der Plattform standen die Wissenschaftler mit Perücken und schwarzen Brillen, die an dem Experiment beteiligt waren, und ihre Assistenten huschten wie Seeleute auf dem Deck umher, richteten diese gesamte komplexe Struktur auf die Sonne aus und hielten die über dem Himmel schwebende Leuchte ständig „mit vorgehaltener Waffe“ fest.
Zu den Menschen, die diese Anlage, einen „Teilchenbeschleuniger“ aus dem 18. Jahrhundert, nutzten, gehörte Antoine Laurent Lavoisier. Damals interessierte ihn, was passiert, wenn ein Diamant verbrannt wird.
Es war schon lange bekannt, dass Diamanten brannten, und örtliche Juweliere baten die Französische Akademie der Wissenschaften, zu untersuchen, ob dabei ein Risiko bestehe. Lavoisier selbst interessierte sich für eine etwas andere Frage: das chemische Wesen der Verbrennung. Das Schöne am „Feuerglas“ war, dass es durch die Konzentration der Sonnenstrahlen auf einen Punkt im Inneren des Behälters alles erhitzte, was an diesem Punkt platziert werden konnte. Der Rauch aus dem Gefäß könnte durch ein Rohr in ein Gefäß mit Wasser geleitet werden, die darin enthaltenen Partikel könnten ausgefällt werden, anschließend könnte das Wasser verdampft und der Rückstand analysiert werden.
Leider scheiterte das Experiment: Durch die starke Erhitzung platzte das Glas ständig. Lavoisier verzweifelte jedoch nicht – er hatte andere Ideen. Er schlug der Akademie der Wissenschaften ein Programm vor, um „die in der Materie enthaltene Luft“ und ihren Zusammenhang mit Verbrennungsprozessen zu untersuchen.
Newton gelang es, die Entwicklung der Physik auf den richtigen Weg zu lenken, aber in der Chemie lief es damals sehr schlecht – sie war immer noch ein Gefangener der Alchemie. „Henna, gelöst in gut refluxiertem Salpetergeist, ergibt eine farblose Lösung“, schrieb Newton. „Aber wenn man es in gutes Vitriolöl gibt und schüttelt, bis es sich auflöst, wird die Mischung zuerst gelb und dann dunkelrot.“ Auf den Seiten dieses „Kochbuchs“ standen weder Maßangaben noch Mengenangaben. „Wenn der Salzgeist in frischen Urin gegeben wird, vermischen sich beide Lösungen leicht und ruhig“, bemerkte er, „aber wenn dieselbe Lösung auf verdampften Urin getropft wird, folgt ein Zischen und Sieden, und die flüchtigen und sauren Salze werden es tun.“ nach einiger Zeit zu einem Drittel gerinnen.“ eine Substanz, die in der Natur Ammoniak ähnelt. Und wenn Sie einen Sud aus Veilchen verdünnen und ihn in einer kleinen Menge frischem Urin auflösen, dann nehmen ein paar Tropfen fermentierter Urin eine hellgrüne Farbe an.“
Sehr weit entfernt von der modernen Wissenschaft. Es gibt vieles in der Alchemie, sogar in Newtons eigenen Schriften, das der Magie ähnelt. In einem seiner Tagebücher kopierte er gewissenhaft mehrere Absätze aus dem Buch des Alchemisten George Starkey, der sich Philalethes nannte.
Die Passage beginnt: „In [Saturn] ist die unsterbliche Seele verborgen.“ Saturn bedeutete normalerweise Blei, da jedes Element mit einem Planeten verbunden war. In diesem Fall handelte es sich jedoch um ein silbriges Metall namens Antimon. „Unsterblicher Geist“ ist ein Gas, das das Erz abgibt, wenn es auf extreme Temperaturen erhitzt wird. „Mars ist durch Bande der Liebe mit Saturn verbunden (das bedeutete, dass dem Antimon Eisen hinzugefügt wurde), das in sich große Macht verschlingt, dessen Geist den Körper des Saturns teilt, und aus beiden zusammen fließt wunderbares helles Wasser, in dem die Sonne untergeht , sein Licht freisetzend.“ . Die Sonne ist Gold, das in diesem Fall in Quecksilber, oft Amalgam genannt, getaucht ist. „Venus, der hellste Stern, liegt in der Umarmung von [Mars].“ Venus war der Name des Kupfers, das zu diesem Zeitpunkt der Mischung zugesetzt wurde. Dieses metallurgische Rezept ist höchstwahrscheinlich eine Beschreibung der frühen Stadien der Gewinnung des „Steins der Weisen“, den alle Alchemisten anstrebten, da man glaubte, mit seiner Hilfe unedle Elemente in Gold umwandeln zu können.
Lavoisier und seine Zeitgenossen konnten über diese mystischen Zaubersprüche hinausgehen, doch die Chemiker glaubten schon damals an die alchemistische Vorstellung, dass das Verhalten von Stoffen durch drei Prinzipien bestimmt wird: Quecksilber (das sich verflüssigt), Salz (das eindickt) und Schwefel (das macht den Stoff brennbar). Der „schwefelhaltige Geist“, auch Terra Pingua („fettige“ oder „ölige“ Erde) genannt, beschäftigte viele. Zu Beginn des 18. Jahrhunderts begann der deutsche Chemiker Georg Ernst Stahl, es Phlogiston zu nennen (von griechisch phlog – verwandt mit Feuer).
Es wurde angenommen, dass Gegenstände brennen, weil sie viel Phlogiston enthalten. Wenn Gegenstände durch Feuer verzehrt werden, geben sie diese brennbare Substanz an die Luft ab. Wenn Sie ein Stück Holz anzünden, hört es erst dann auf zu brennen und hinterlässt nur einen Haufen Asche, wenn es sein gesamtes Phlogiston verbraucht hat. Daher wurde angenommen, dass der Baum aus Esche und Phlogiston besteht. Ebenso nach der Kalzinierung, d.h. Wenn das Metall extremer Hitze ausgesetzt wird, hinterlässt es eine weiße, spröde Substanz, die als Zunder bezeichnet wird. Daher besteht das Metall aus Phlogiston und Zunder. Der Rostvorgang ist ein langsamer Brennvorgang, ähnlich wie das Atmen, d.h. Reaktionen, die auftreten, wenn Phlogiston in die Luft freigesetzt wird.
Auch der umgekehrte Vorgang wurde in Betracht gezogen. Es wurde angenommen, dass die Ablagerungen einem aus der Erde gewonnenen Erz ähnelten, das dann durch Erhitzen neben Holzkohle einer Reduktion oder „Regeneration“ unterzogen wurde. Die Holzkohle gab Phlogiston ab, das zusammen mit dem Zunder den Glanz des Metalls wiederherstellte.
An sich ist die Verwendung einer hypothetischen Substanz, die nicht gemessen, aber angenommen werden kann, nichts Falsches. Heutzutage operieren Kosmologen auch mit dem Konzept der „dunklen Materie“, die existieren muss, damit Galaxien nicht auseinanderfliegen, wenn sie unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft rotieren, und dass antigravitative „dunkle Energie“ hinter der Expansion des Universums steckt.
Mit Hilfe von Phlogiston konnten Wissenschaftler Verbrennung, Kalzinierung, Reduktion und sogar Atmung logisch erklären. Die Chemie bekam plötzlich eine Bedeutung.
Dies löste jedoch nicht alle Probleme: Der nach der Kalzinierung verbleibende Zunder wog mehr als das ursprüngliche Metall. Wie konnte es passieren, dass Phlogiston schwerer wurde, nachdem es die Substanz verlassen hatte? Wie die „dunkle Energie“ ein Vierteljahrtausend später wurde Phlogiston, in den Worten des französischen Philosophen Condorcet, „von Kräften angetrieben, die der Schwerkraft entgegengesetzt waren“. Um dieser Idee mehr Poesie zu verleihen, erklärte ein Chemiker, dass Phlogiston „den Molekülen der Erde Flügel verleiht“.
Lavoisier war wie die damaligen Wissenschaftler davon überzeugt, dass Phlogiston einer der Hauptbestandteile der Materie sei. Doch als er begann, mit Diamanten zu experimentieren, begann er sich zu fragen: Könnte etwas weniger als Null wiegen?
Seine Mutter starb, als er noch ein Junge war, und hinterließ ihm ein Erbe, das ausreichte, um in ein lukratives Unternehmen namens „Main Farming“ einzusteigen. Die französische Regierung schloss mit diesem Konsortium von Privatpersonen eine Vereinbarung zur Erhebung von Steuern, an denen Landwirte wie Lavoisier einen gewissen Anteil hatten. Diese Tätigkeit lenkte ihn ständig von der Forschung ab, verschaffte ihm jedoch Einnahmen, die es ihm nach einiger Zeit ermöglichten, Eigentümer eines der besten Labors Europas zu werden. Zu den ersten Experimenten im Jahr 1769 gehörte ein Experiment, mit dem Lavoisier beschloss, die damals vorherrschende Idee zu testen, dass Wasser in Erde umgewandelt werden könne.
Die Beweise waren ziemlich überzeugend: Wasser, das in einer Bratpfanne verdunstet, hinterlässt feste Rückstände. Doch Lavoisier beschloss, der Sache auf den Grund zu gehen, indem er ein Sublimationsgefäß namens Pelikan verwendete. Das Gefäß hatte einen großen runden Behälter am Boden und eine kleine obere Kammer und war mit zwei gebogenen Röhren (ein bisschen wie der Schnabel eines Pelikans) ausgestattet, durch die der Dampf wieder nach unten zurückkehrte. Für Alchemisten symbolisierte der Pelikan das Opferblut Christi, daher glaubte man, dass das Pelikangefäß die Kraft der Transformation besitzt. Darüber hinaus würde das im Pelikan kochende Wasser kontinuierlich verdampfen und kondensieren, sodass keine Substanz – ob fest, flüssig oder gasförmig – das System verlassen könnte.
Nachdem er hundert Tage lang reines Wasser destilliert hatte, entdeckte Lavoisier, dass tatsächlich Sedimente vorhanden waren. Aber er vermutete, woher es kam. Nachdem er den leeren Pelikan gewogen hatte, stellte er fest, dass das Schiff leichter geworden war. Nachdem er das Sediment getrocknet und gewogen hatte, stellte Lavoisier fest, dass das Gewicht des Sediments ziemlich genau der Gewichtsabnahme des Gefäßes entsprach, und diese Tatsache führte ihn zu der Annahme, dass die Quelle des Sediments das Glas des Gefäßes war.
Zwei Jahre später, 1771, wurde Lavoisier 28 Jahre alt. Im selben Jahr heiratete er. Seine Auserwählte war Marie-Anne Pierrette Polze, die dreizehnjährige Tochter eines anderen Steuerbauern. (Dieses ziemlich hübsche Mädchen war zu diesem Zeitpunkt bereits verlobt, und ihr zweiter potenzieller Bräutigam war fünfzig Jahre alt.) Maria Anna gefielen die wissenschaftlichen Studien ihres Mannes so gut, dass sie sich schnell die Chemie aneignete und ihr auf jede erdenkliche Weise half: Sie machte sich Notizen und übersetzte englische wissenschaftliche Literatur ins Französische und fertigte die komplexesten Zeichnungen eines Experiments an, das sich als so elegant erwies, dass es wie der Stein der Weisen dazu bestimmt war, Alchemie in Chemie zu verwandeln.
Die Chemiker der Generation, zu der Lavoisier gehörte, wussten bereits, dass es, wie der Engländer Joseph Priestley es formulieren konnte, „mehrere Arten von Luft“ gibt. Mephitische („stinkende“ oder „abgestandene“) Luft führt dazu, dass die Flamme erlischt und die darin befindliche Maus erstickt. Diese Luft trübt Kalkwasser (Kalziumhydroxid) und bildet einen weißen Niederschlag (Kalziumcarbonat). Allerdings fühlten sich die Pflanzen in dieser Luft wohl und machten sie nach einiger Zeit wieder atmungsaktiv.
Ein weiteres erstickendes Gas entstand, als eine Kerze einige Zeit in einem geschlossenen Behälter brannte. Dieses Gas löste kein Kalkwasser aus, und da es eindeutig mit dem Verbrennungsprozess in Zusammenhang stand, wurde es Phlogiston-Luft oder Stickstoff (vom griechischen Wort „leblos“) genannt. Am geheimnisvollsten war das flüchtige Gas, das freigesetzt wurde, wenn Eisenspäne in verdünnter Schwefelsäure gelöst wurden. Sie war so brennbar, dass man sie „brennbare Luft“ nannte. Wenn man mit dieser Luft einen Ballon aufbläst, steigt er hoch über den Boden.
Es stellte sich die Frage, ob es sich bei den neuen Lufttypen um chemische Elemente oder, wie Priestley vermutete, um Modifikationen „normaler“ Luft handelte, die durch Zugabe oder Entfernung von Phlogiston erhalten wurden.
Lavoisier konnte seine Skepsis kaum unterdrücken und wiederholte einige Experimente seiner Kollegen. Er bestätigte, dass bei der Verbrennung von Phosphor zur Herstellung von Phosphorsäure oder bei der Verbrennung von Schwefel zur Herstellung von Schwefelsäure Stoffe entstehen, die schwerer sind als die verwendeten Stoffe, d. h. wie bei der Kalzinierung von Metallen. Aber warum kommt es zu dieser Veränderung? Es schien ihm, als hätte er die Antwort auf diese Frage gefunden. Als er mit einer Lupe Zinn in einem verschlossenen Glasgefäß erhitzte, stellte er fest, dass die gesamte Anlage vor und nach dem Experiment das gleiche Gewicht hatte. Als er das Gefäß langsam öffnete, hörte er, wie die Luft mit einem Geräusch hineinströmte, woraufhin das Gewicht wieder zunahm. Vielleicht brennen Gegenstände nicht, weil sie Phlogiston abgeben, sondern weil sie einen Teil der Luft absorbieren?
Wenn dies der Fall ist, dann ist die Wiederherstellung, d. h. Beim Schmelzen von Erz zu reinem Metall wird Luft freigesetzt. Er maß eine bestimmte Menge Bleischuppen, Litharge genannt, ab und legte sie auf eine kleine erhöhte Oberfläche in einem Gefäß mit Wasser neben ein Stück Holzkohle. Er bedeckte alles mit einer Glasglocke und begann, die Waage mit einer Lupe zu erhitzen. Anhand der Wasserverdrängung konnte er vermuten, dass Gas freigesetzt wurde. Er sammelte sorgfältig das freigesetzte Gas und stellte fest, dass dieses Gas die Flamme löschte und Kalkwasser ausfiel. Es scheint, dass die „abgestandene“ Luft ein Produkt der Erholung war, aber war das alles?
Es stellte sich heraus, dass die Antwort in einer rötlichen Substanz namens Mercurius calcinatus oder Quecksilberschuppe lag, die von Pariser Apothekern als Heilmittel gegen Syphilis zu einem Preis von 18 Livres oder mehr pro Unze verkauft wurde, d. h. 1.000 US-Dollar zu heutigen Preisen. Alle Experimente mit dieser Substanz waren nicht weniger extravagant als Experimente mit brennenden Diamanten. Wie jeder andere Zunder konnte er durch Kalzinieren von reinem Metall über einer hohen Flamme gewonnen werden. Bei weiterer Erhitzung verwandelte sich die resultierende Substanz jedoch wieder in Quecksilber. Mit anderen Worten: Mercurius calcinatus könnte auch ohne den Einsatz von Holzkohle wiederhergestellt werden. Aber was war dann die Quelle von Phlogiston? Im Jahr 1774 bestätigten Lavoisier und mehrere seiner Kollegen an der Französischen Akademie der Wissenschaften, dass Quecksilberablagerungen tatsächlich „ohne zusätzliche Substanzen“ reduziert werden konnten, wobei etwa ein Zwölftel seines Gewichts verloren ging.
Priestley experimentierte auch mit dieser Substanz, indem er sie mit einer Lupe erhitzte und die freigesetzten Gase auffing. „Was mich so beeindruckt hat, dass es nicht einmal genug Worte gibt, um die Gefühle auszudrücken, die mich überwältigten“, schrieb er später, „ist, dass die Kerze in dieser Luft mit einer ziemlich starken Flamme brannte … Ich konnte keine Erklärung dafür finden.“ dieses Phänomen." Nachdem er herausgefunden hatte, dass sich die Labormaus im magischen Gas wohl fühlte, beschloss er, es selbst einzuatmen. „Mir kam es so vor, als ob ich nach einiger Zeit eine außergewöhnliche Leichtigkeit und Freiheit in meiner Brust verspürte. Wer hätte gedacht, dass diese saubere Luft irgendwann zu einem modischen Luxusartikel werden würde. Inzwischen hatten nur zwei Mäuse und ich selbst das Vergnügen, es zu inhalieren.“
Priestley beschloss, das Gas, in dem man gut atmen und leicht verbrennen kann, „dephlogistisch“ zu nennen, d. h. Luft in ihrer reinsten Form. Er war mit dieser Argumentation nicht der Einzige. In Schweden untersuchte auch ein Apotheker namens Karl Wilhelm Scheele die Eigenschaften von „Feuerluft“.
Zu diesem Zeitpunkt hatte Lavoisier das bei der Reduktion von Mercurius calcinatus freigesetzte Gas bereits als „äußerst vorteilhaft für die Atmung“ oder „lebende“ Luft bezeichnet. Wie Priestley glaubte er, dass dieses Gas Luft in ihrer ursprünglichen Form darstellte. Allerdings stieß Lavoisier hier auf eine Schwierigkeit. Als er versuchte, Quecksilberablagerungen mithilfe von Holzkohle zu reduzieren, d. h. Auf altbewährte Weise wurde das gleiche Gas freigesetzt wie bei der Litharge-Restaurierung – es löschte die Kerzenflamme und löste Kalkwasser aus. Warum entstand durch die Reduzierung der Quecksilberablagerungen ohne Holzkohle „lebende“ Luft, während bei der Verwendung von Holzkohle eine erstickende „abgestandene“ Luft entstand?
Es gab nur einen Weg, alles zu klären. Lavoisier nahm ein Gefäß aus dem Regal, das als Flachkolben bezeichnet wurde. Sein unterer Teil war rund, und Lavoisier erhitzte den hohen Hals und bog ihn so, dass er sich zunächst nach unten und dann wieder nach oben wölbte.
Während das Schiff in seinem Experiment von 1769 einem Pelikan ähnelte, sah das aktuelle wie ein Flamingo aus. Lavoisier goss vier Unzen reines Quecksilber in die runde untere Kammer des Gefäßes (in der Abbildung mit A gekennzeichnet). Das Gefäß wurde so auf dem Ofen installiert, dass sich sein Hals in einem offenen, ebenfalls mit Quecksilber gefüllten Behälter befand, und dann in eine Glasglocke gehoben. Dieser Teil des Aufbaus wurde verwendet, um die Luftmenge zu bestimmen, die während des Experiments verbraucht werden würde. Nachdem er den Füllstand (LL) mit einem Papierstreifen markiert hatte, zündete er den Ofen an und brachte das Quecksilber in Kammer A fast zum Sieden.
Wir können davon ausgehen, dass am ersten Tag nichts Besonderes passiert ist. Eine kleine Menge Quecksilber verdampfte und setzte sich an den Wänden des Flachkolbens ab. Die daraus resultierenden Kugeln waren schwer genug, um wieder nach unten zu fließen. Doch am zweiten Tag begannen sich auf der Oberfläche der Quecksilberwaage rote Punkte zu bilden. In den nächsten Tagen vergrößerte sich die rote Kruste, bis sie ihre maximale Größe erreichte. Am zwölften Tag brach Lavoisier das Experiment ab und führte einige Messungen durch.
Zu diesem Zeitpunkt überstieg der Quecksilbergehalt in der Glasglocke den Ausgangswert um die Luftmenge, die zur Bildung von Ablagerungen verbraucht wurde. Unter Berücksichtigung von Temperatur- und Druckänderungen im Labor berechnete Lavoisier, dass die Luftmenge um etwa ein Sechstel ihres ursprünglichen Volumens abgenommen hatte, d. h. von 820 bis 700 Kubikzentimeter. Darüber hinaus hat sich die Beschaffenheit des Gases verändert. Als eine Maus in den Behälter mit der restlichen Luft gesetzt wurde, begann sie sofort zu ersticken, und „die in dieser Luft platzierte Kerze erlosch sofort, als ob sie ins Wasser gelegt worden wäre.“ Da das Gas jedoch keine Sedimentation im Kalkwasser verursachte, könnte es eher auf Stickstoff als auf „abgenutzte Luft“ zurückzuführen sein.
Aber was hat Quecksilber bei der Verbrennung aus der Luft gewonnen? Nachdem er den roten Belag entfernt hatte, der sich auf dem Metall gebildet hatte, begann Lavoisier, es in einer Retorte zu erhitzen, bis es wieder zu Quecksilber wurde, wobei 100 bis 150 Kubikzentimeter Gas freigesetzt wurden – etwa die gleiche Menge wie beim Kalzinieren absorbiertes Quecksilber. Die in dieses Gas gesteckte Kerze „brannte wunderbar“, und die Holzkohle glimmte nicht, sondern „glühte in einem so hellen Licht, dass die Augen es kaum ertragen konnten.“
Dies war ein Wendepunkt. Beim Verbrennen absorbierte Quecksilber „lebende“ Luft aus der Atmosphäre und hinterließ Stickstoff. Die Reduzierung von Quecksilber führte wiederum zur Freisetzung „lebendiger“ Luft. So gelang es Lavoisier, die beiden Hauptbestandteile der atmosphärischen Luft zu trennen.
Natürlich mischte er acht Teile „lebende“ Luft und zweiundvierzig Teile Stickstoff und zeigte, dass das resultierende Gas alle Eigenschaften gewöhnlicher Luft aufwies. Analyse und Synthese: „Hier liegt der überzeugendste Beweis, den es in der Chemie gibt: Luft rekombiniert, wenn sie zersetzt wird.“
Im Jahr 1777 berichtete Lavoisier den Mitgliedern der Akademie der Wissenschaften über die Ergebnisse seiner Forschung. Phlogiston erwies sich als Fiktion. Zur Verbrennung und Kalzinierung kam es, als die Substanz „lebende“ Luft absorbierte, die er wegen ihrer Rolle bei der Bildung von Säuren Sauerstoff nannte. (Oxy bedeutet auf Griechisch „scharf“.) Durch die Aufnahme von Sauerstoff aus der Luft verbleibt nur nicht atembarer Stickstoff in der Luft.
Das Gas, das als „abgestandene“ Luft bezeichnet wurde, entstand, als sich der bei der Reduktion freigesetzte Sauerstoff mit etwas in der Holzkohle verband und so das entstand, was wir heute Kohlendioxid nennen.
Jahr für Jahr beschwerten sich Lavoisiers Kollegen, insbesondere Priestley, darüber, dass er sich angeblich den Vorrang in Experimenten anmaßte, die sie auch durchführten. Priestley speiste einmal im Haus des Ehepaars Lavoisier und erzählte ihnen von seiner phlogistonarmen Luft und den Schweden Der Apotheker Scheele schickte Lavoisier einen Brief, in dem er von Ihren Erfahrungen berichtete. Trotz alledem glaubten sie weiterhin, dass Sauerstoff Luft ohne Phlogiston sei.
In dem 2001 uraufgeführten Stück „Oxygen“ schufen die beiden Chemiker Carl Djerassi und Roald Hoffman eine Handlung, in der der schwedische König die drei Wissenschaftler nach Stockholm einlud, um zu entscheiden, wer von ihnen als Entdecker des Sauerstoffs gelten sollte. Scheele war der erste, der das Gas isolierte, und Priestley war der erste, der eine Veröffentlichung veröffentlichte, die seine Existenz nahelegte, aber nur Lavoisier verstand, was sie entdeckt hatten.
Er schaute viel tiefer und formulierte das Gesetz der Massenerhaltung. Durch eine chemische Reaktion verändert der Stoff – in diesem Fall brennendes Quecksilber und Luft – seine Form. Aber Masse wird weder geschaffen noch zerstört. Da viele Stoffe in die Reaktion eingehen, sollte die gleiche Menge herauskommen. Wie ein Steuereintreiber sagen würde: Der Saldo muss sowieso ausgeglichen sein.
Im Jahr 1794, während des revolutionären Terrors, wurden Lavoisier und Marie-Annes Vater zusammen mit anderen Steuerpächtern als „Volksfeinde“ anerkannt. Sie wurden auf einem Karren zum Platz der Revolution gebracht, wo bereits Holzbühnen errichtet worden waren, deren Aussehen bis ins Detail der Plattform ähnelte, auf der Lavoisier Diamanten verbrannte. Nur statt riesiger Linsen gab es eine weitere Errungenschaft französischer Technologie – die Guillotine.
Kürzlich tauchte im Internet die Meldung auf, dass es Lavoisier während der Hinrichtung gelungen sei, sein letztes Experiment durchzuführen. Tatsache ist, dass sie in Frankreich mit der Guillotine begannen, weil sie dachten, es sei die humanste Form der Hinrichtung – sie bringe den sofortigen und schmerzlosen Tod. Und nun hatte Lavoisier die Gelegenheit herauszufinden, ob dem so war. In dem Moment, als die Klinge der Guillotine seinen Hals berührte, begann er mit den Augen zu blinzeln und tat es, so oft er konnte. In der Menge befand sich ein Assistent, der zählen musste, wie oft er blinzeln konnte. Es ist möglich, dass diese Geschichte eine Fiktion ist, aber sie entspricht ganz dem Geiste von Lavoisier.
(c) George Johnson „Die zehn schönsten Experimente der Wissenschaft.“
Das Wort „Diamant“ stammt aus der griechischen Sprache. Es wird ins Russische als „“ übersetzt. Um diesen Stein zu beschädigen, müssen tatsächlich übermenschliche Anstrengungen unternommen werden. Es schneidet und kratzt alle uns bekannten Mineralien und bleibt dabei selbst unversehrt. Säure schadet ihm nicht. Eines Tages wurde aus Neugier in einer Schmiede ein Experiment durchgeführt: Ein Diamant wurde auf einen Amboss gelegt und mit einem Hammer geschlagen. Der eiserne Stein wäre fast in zwei Teile gespalten, aber der Stein blieb intakt.
Diamant brennt mit einer wunderschönen bläulichen Farbe.
Diamant hat von allen Feststoffen die höchste Wärmeleitfähigkeit. Es ist reibungsbeständig, auch gegenüber Metall. Dies ist das elastischste Mineral mit dem niedrigsten Kompressionsverhältnis. Eine interessante Eigenschaft von Diamant besteht darin, dass er auch unter dem Einfluss künstlicher Strahlen luminesziert. Es leuchtet in allen Farben des Regenbogens und bricht die Farben auf interessante Weise. Dieser Stein scheint mit der Farbe der Sonne gesättigt zu sein und strahlt sie dann aus. Wie Sie wissen, ist ein natürlicher Diamant nicht schön, aber es ist der Schliff, der ihm wahre Schönheit verleiht. Ein aus einem geschliffenen Diamanten hergestellter Edelstein wird Diamant genannt.
Geschichte der Experimente
Im 17. Jahrhundert gelang es Boyle in England, einen Diamanten zu brennen, indem er durch eine Linse einen Sonnenstrahl darauf richtete. In Frankreich führten Erfahrungen mit der Kalzinierung von Diamanten in einem Schmelzgefäß jedoch zu keinen Ergebnissen. Der französische Juwelier, der das Experiment durchführte, fand auf den Steinen nur eine dünne Schicht dunkler Plaque. Ende des 17. Jahrhunderts konnten die italienischen Wissenschaftler Averani und Tardgioni beim Versuch, zwei Diamanten miteinander zu verschmelzen, die Temperatur bestimmen, bei der ein Diamant brennt – von 720 bis 1000 °C.
Aufgrund seiner starken Kristallgitterstruktur schmilzt Diamant nicht. Alle Versuche, das Mineral zu schmelzen, endeten mit dem Verbrennen.
Der große französische Physiker Antoine Lavoisier ging noch einen Schritt weiter und beschloss, Diamanten in ein verschlossenes Glasgefäß zu geben und es mit Sauerstoff zu füllen. Mit einer großen Linse erhitzte er die Steine und sie verbrannten vollständig. Nachdem sie die Zusammensetzung der Luft untersucht hatten, stellten sie fest, dass sie neben Sauerstoff auch Kohlendioxid enthält, eine Verbindung aus Sauerstoff und Kohlenstoff. Somit kam die Antwort: Diamanten brennen, aber nur mit Zugang zu Sauerstoff, d.h. im Freien. Beim Verbrennen verwandelt sich Diamant in Kohlendioxid. Deshalb bleibt im Gegensatz zu Kohle nach dem Verbrennen eines Diamanten nicht einmal Asche zurück. Experimente von Wissenschaftlern haben eine weitere Eigenschaft von Diamant bestätigt: In Abwesenheit von Sauerstoff brennt Diamant nicht, sondern seine Molekülstruktur verändert sich. Bei einer Temperatur von 2000°C kann Graphit in nur 15-30 Minuten gewonnen werden.
