架空の物質「フロギストン」に学ぶ科学史

　毎年理科の中学入試問題を見ていると１校程度は「フロギストン」について取り上げていて、今年の入試でも見かけました。2000年代に高校の指導要領改訂で科学史を中心に扱う「理科基礎」という科目ができました。化学の歴史の１つとしてフロギストンが登場、それに伴って中学入試問題でも取り上げられるようになったと記憶しています。今回は入試でも取り上げられることがあるフロギストンについて紹介します。

　中学受験の有無によらず、目に見えない空気があり、空気はおよそ8割の窒素と2割の酸素、1%に満たないアルゴンや二酸化炭素などでできていることは小学生で学習します。当たり前のようにみにつけるこれらの知識ですが、目にみえないものがどうやってわかったのか、その歴史をみていくのも興味深いものです。謎につつまれた化学反応の１つが「燃焼」です。密閉されたびんの中に火のついたろうそくを入れると、ろうそくが燃え尽きる前に火がきえてしまいます。火が消える前とあとでびんの中の空気に何か違いがあるのか。見燃えた後のけむりのようなものがただよっているのはわかりますが、見ているだけではその中に何がどうなっているのかはわかりません。

　フロギストンという名前をつけたのは17世紀後半、シュタールというドイツの科学者です。
燃えるものの中には燃える「もと」が含まれていて、それに「フロギストン」と命名しました。
あらゆるものにはフロギストンがたくさん含まれていて、燃えることによってフロギストンが空気中に出ていく、フロギストンが出終わったら火が消えるという説です。密閉容器の中にろうそくが燃え尽きずに残っていても火が消えてしまうのは、容器内にフロギストンがいっぱいになり、これ以上出ることができなくなったから。容器から出したろうそくはフロギストンの少ない空気に触れるため再び燃焼することができると説明できます。湿度100%の中では空気中に水蒸気が満たされていてこれ以上蒸発することはない、という話に似ています。

　もっともらしい説明ですが、「フロギストン」は架空の物質で、実在しません。
それどころか、大きな間違いを含んでいて当時の科学者からも賛否両論あったようです。フロギストンによって説明できない現象は金属の燃焼です。鉄が燃焼すると酸化鉄に、マグネシウムが燃焼すると酸化マグネシウムになるなど、金属が燃焼したあとは結合した酸素の分だけ重くなります。一定の比で結びつくことから中学入試でもかなり出題されている定番の計算問題です。燃えるとフロギストンが出るだけ軽くなるという説明では、金属の燃焼を説明することはできません。その矛盾をつきとめて18世紀に燃えるためには空気中の「酸素」が必要であることが解明されていきます。

　当時正しいと思われてきたことが研究の中で正しくないことがわかることは「天動説」など多くあります。知識として覚えるだけでなく、どうやってそれが解明されてきたのかをみていくと、また新しい理科の魅力を感じることができます。

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