Je li kisik otkrio Englez Priestley, Šveđanin Scheele ili Francuz Lavoisier? Ili ga zapravo nijedan od te trojice nije otkrio, pa ni ovaj posljednji, Lavoisier, koga se smatra ocem kemije jer je upravo tumačenjem gorenja kao spajanja s kisikom postavio temelje suvremene kemije i tako je zauvijek izveo iz magluština alkemije. Povijest kisika jako je duga – završit će se konstatacijom da se elementarna tvar koju zovemo kisik sastoji od molekula formule O₂ tek u drugoj polovici 19. stoljeća. Sve je to u suprotnosti s tako čestom predodžbom da se do znanstvenih otkrića dolazi iznenadno, u času genijalne inspiracije – Arhimedovim skokom iz kade ili padom jabuke Newtonu na glavu, na primjer. Ništa od toga. Razvoj znanosti je kao i razvoj čovjeka, a konačno i svakog živog bića: sve ima svoj početak, zrelost i svršetak. Tako je i s otkrićem kisika – koje i nije bilo otkriće jer se ništa nije „otkrilo“. Opet nas riječi zavode u bludnju.

Sve je počelo u 17. stoljeću kada je njemački kemičar Johann Joachim Becher 1669. godine postavio teoriju gorenja ili, točnije, opću teoriju prirode tvari. Prema njemu, Becheru, tvari se sastoje od tri počela, tri „zemlje“. Prva je zemlja bila kamena (terra lapidea), druga zemlja je bila masna (terra pinguis), a treća tekuća ili živina (terra fluida seu mercurialis). Najviše nas zanima ona druga, masna zemlja jer nju – kaže Becher – sadrže sve tvari koje gore, misleći pritom prije svega na sumpor i tvari biljnog i životinjskog porijekla. Tu je izvornu zamisao do punog sjaja doveo 1697. njegov sunarodnjak Georg Ernst Stahl postavivši teoriju flogistona. Poslije Stahla mnogi su se kemičari bavili flogistonom, pripisivali mu svakojaka svojstva, no osnovno se značenje zadržalo. Tvari pri gorenju nešto otpuštaju, a to nešto je flogiston. Kada se metalni oksid reducira ugljikom (npr. ZnO + C → Zn + CO), vidimo da (cinkov) oksid otpušta kisik i predaje ga ugljiku. Posve drugačije je taj proces vidio Stahl. Za njega metalni oksid (vapno, calx) prima flogiston od ugljika i pritom prelazi u metal (vapno + flogiston = metal). Kada metal gori (2 Zn + O₂ → 2 ZnO), on otpušta flogiston i predaje ga – čemu? Kako metal gori u zraku, očito ga predaje zraku uslijed čega se zrak flogistonira, zasićuje flogistonom. Postoji dakle flogistonirani i deflogistonirani zrak, ili – točnije – zrak s više ili manje flogistona.

I sada u priču ulazi engleski kemičar Joseph Priestley sa svojim pokusom sa živom. Živa se naime grijanjem u zraku oksidira (2 Hg + O₂ → 2 HgO) da bi se pri višoj temperaturi raspala na živu i kisik (2 HgO → 2 Hg + O₂). Kako je Priestley protumačio taj pokus? Pri nižoj temperaturi živa otpušta flogiston, a dobiveni produkt (mercurius calcinatus per se) ga pri višoj temperaturi veže. Ono što uz kalciniranu živu ostaje pod staklenim zvonom je zagušljiv, flogistonirani zrak, a ono što ostaje nakon žarenja „živinog vapna“ je deflogistonirani zrak. Sve je to Priestley opisao, uz mnoge druge pokuse, u knjizi „Experiments and Observations on Different Kinds of Air (Pokusi i opažanja na različitim vrstama zraka)“ koja je izišla ispod tiskarske preše 1775. godine.

Povjesničari kemije se uglavnom slažu da je Priestley bio smjeli eksperimentator, ali ništa više od toga. Ako je to točno, ako je točno – grubo rečeno – da je Priestley bio diletant, onda je najveći uspjeh engleskog kemičara bio da je otputovao u Francusku da bi Lavoisieru pokazao svoj pokus sa živom. Lavoisier ga je ponovio i sasvim drugačije protumačio. „Živino vapno“ ne oduzima zraku flogiston nego se raspada na živu i plin koji je bio vezan sa živom. Taj je plin Lavoisier nazvao oxygène. Zašto baš tako? Zato što je mislio da sve kiseline moraju sadržavati to počelo, pa ga je u skladu s tim učenjem nazvao „stvaralac kiseline“ (grč. oxys = kiseo + genein = stvarati, rađati). Ono drugo, ono što zaostaje u zraku je azote ili, hrvatski, dušik. Godina je 1777.

No tu nije priči kraj. Lavoisier ipak nije kisik smatrao elementom u modernom, tj. našem smislu. U njegovoj tablici elementarnih tvari nalazi se i calorique, element topline. Kako pri gorenju nastaje toplina, plin u kojem živa gori zapravo je kisikova osnova spojena s toplinskim elementom koji on otpušta prilikom gorenja. No to nije jedina zagonetka kisika. Da se kisik u zraku ne sastoji od atoma (O) nego od dvoatomnih molekula (O₂) utvrdit će kemičari tek na Prvom međunarodnom skupu kemičara u njemačkom gradu Karlsruheu 1860. godine. Od Becherove teorije gorenja do punog znanja o procesu gorenja protekla je dakle 191 godina, gotovo dva stoljeća.

Što je u cijeloj priči najzanimljivije je da Lavoisierov pokus sa živom i drugi pokusi s gorenjem nisu jednom za uvijek pokopali flogistonsku teoriju. Priestley nije do kraja života htio prihvatiti da kisik nije „deflogistonirani zrak“, a još i dan danas ima kemičara koji vjeruju u ispravnost flogistonske teorije. Neki kažu da je flogiston zapravo toplina (calorique!) koja se oslobađa u reakciji gorenja. Drugi pak tvrde kako se pod imenom tajnovitog flogistona kriju elektroni. Reakciju gorenja cinka možemo naime shvatiti kao oksidaciju metala (Zn → Zn²⁺ + 2 e^-) i redukciju kisika (O₂ + 4 e^- → 2 O^2-), pa se doista kisik (zrak) flogistonira, ali ne flogistonom nego elektronima („električnim fluidom“, rekli bi stari). A elektroni su, kao i flogiston, neuhvatljivi. Masa elektrona je zanemariva prema masi atoma, a osim toga „električni fluid“ se ne može držati ni u jednoj boci – osim u lajdenskoj, tj. u električnom kondenzatoru.

Neki je takav tumač flogistonske teorije išao tako daleko da je napisao, u časopisu Priroda, da je „Lavoisier pogriješio“. Žustro sam mu na to odgovorio: Lavoisier ni u čemu nije pogriješio jer je postavio znanstvenu teoriju koja vrijedi još i danas. Spekulacije u stilu flogiston = elektron, ne vode nikamo. Znanstvena teorija mora prije svega biti produktivna, a to znači da mora otvoriti mogućnost novih istraživanja, novih eksperimenata i teorija. Iz Lavoisierove je teorije gorenja iznikla nova kemija, a iz flogistonske teorije nije izniklo baš ništa. Ili ipak nisam u pravu? Flogistonska teorija bila je prva znanstvena, iako pogrešna teorija gorenja. Da je nije bilo tko zna kada bi se i kako kemičari uhvatili u koštac s pitanjem što se događa kada tvari gore.

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik časopisa Priroda i urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Piše za časopis Čovjek i svemir, te mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug-online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, od kojih treba izvojiti „Kemijski leksikon u stripu“, „Metali života – metali smrti“ te „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.