Vuurstof flogiston verklaarde waarom stoffen branden

Tijdens verbranding geeft de vuurstof flogiston hitte af, meende de Duitse arts Georg Stahl.  beeld iStock

Waardoor kunnen stoffen branden? Die vraag intrigeerde de Duitse arts Georg Ernst Stahl (1660-1734) mateloos. Het viel hem op dat sommige stoffen wel vlam vatten, en andere niet. Er moet dus iets bestaan wat stoffen hun brandbaarheid geeft, bedacht Stahl.

Hij noemt dat brandbare goedje flogiston. Dat is volgens hem een substantie zonder kleur, geur, smaak of massa. Door verbranding komt flogiston los uit een stof. Daarbij komt hitte vrij, dus moet flogiston de eigenschap hitte met zich meedragen.

Als bewijs voor zijn theorie voert Stahl een experiment met kwik aan. Wanneer hij kwik verwarmt tot net onder de 500 graden Celsius ontstaat er spontaan een rode neerslag. Deze substantie noemt hij ”per se”. ”Per se” brandt niet, kwik wel. Dus moeten ”per se” + flogiston samen kwik zijn, concludeert de Duitse arts.

Air vital

De flogistontheorie is een van de eerste scheikundige theorieën die echt lijken te werken; ze verklaart jarenlang bijna alle verbrandingsverschijnselen.

De Britse scheikundige Joseph Priestley (1733-1804) achterhaalt met een experiment nog een opmerkelijk gegeven over flogiston. De Brit verwarmt de rode substantie ”per se”. En hij neemt iets opmerkelijks waar. Er komt een stof vrij die kaarsen langer en feller laat branden en muizen langer laat overleven in een luchtdicht afgesloten ruimte. Hoe komt dat? Wel, concludeert Priestley, de oorzaak is dat deze lucht geen flogiston meer bevat, maar wel ”air vital”, oftewel levenslucht.

De experimenten van de Fransman Antoine Lavoisier (1743-1794) geven de theorie ten slotte de doodsteek. Wat doet de Fransman? Hij pakt er eenvoudig een weegschaal bij. Wat blijkt? Het rode ”per se” weegt meer dan kwik. Kwik moet dus het ”air vital” uit de lucht hebben opgenomen, en dat later bij verhitting weer hebben afgestaan.

Wet

Dat opmerkelijke gegeven komt bij meer stoffen voor, met name bij metalen. Een stof haalt tijdens verbranding dus een andere stof uit de lucht, ontdekt Lavoisier. Die stof uit de lucht heeft massa, en maakt het oorspronkelijke materiaal zwaarder. Exact volgens de ”wet van behoud van massa”.

De Fransman geeft die onbekende ”air vital” de wetenschappelijke naam oxygenium – zuurvormer. Hij veronderstelt namelijk –foutief– dat dit zogeheten zuurstof een onmisbaar bestanddeel is van zure stoffen.

Rariteitenkabinet

Wat heeft Lavoisier eigenlijk aangetoond? In feite wat vandaag de dag een oxidatiereactie heet: een chemische reactie met zuurstof. Kwik (Hg) reageert tijdens oxidatie met zuurstof (O2) uit de lucht en vormt kwikoxide (HgO). Met de kennis van nu is het eenvoudig te begrijpen waarom dit kwikoxide zwaarder is dan kwik. De omgekeerde ontledingsreactie (thermolyse), waarbij kwikoxide (HgO) wordt omgezet in kwik (Hg), levert dus zuurstof (O2) op, de ”air vital” van Joseph Priestley.

De flogistontheorie is bijgezet in het rariteitenkabinet van de vroege scheikunde.