Wczesne eksperymenty
Jeden z pierwszych znanych eksperymentów na temat zapotrzebowania na powietrze do spalania został przeprowadzony przez greckiego Filona z Bizancjum w II wieku przed naszą erą. Napisał on w swojej pracy Pneumatica, że obrócenie naczynia do góry nogami nad płonącą świecą i umieszczenie wody wokół tego naczynia oznaczało, że część wody dostała się do niego. Filozof myślał, że dzieje się tak dlatego, że powietrze zamienia się w klasyczny element ognia. To było złe. Dawno później Leonardo da Vinci słusznie stwierdził, że powietrze zostało zużyte podczas spalania, co spowodowało, że woda dostała się do wnętrza naczynia.
Pod koniec XVII wieku Robert Boyle stwierdził, że do spalania potrzebne jest powietrze. Angielski chemik John Mayow dodał do tego, pokazując, że ogień potrzebuje tylko części powietrza. Teraz nazywamy to tlenem (w postaci dioksygenu). W jednym ze swoich eksperymentów odkrył, że umieszczenie świecy w zamkniętym pojemniku spowodowało, że woda podniosła się, aby zastąpić jedną czternastą objętości powietrza w pojemniku, zanim zgasło. To samo stało się, gdy do pudełka wsadzono mysz. Odkrył, że tlen jest używany do oddychania i spalania.
Teoria Phlogiston
Robert Hooke, Ole Borch, Michaił Łomonosow i Pierre Bayen wytwarzali tlen w eksperymentach w XVII i XVIII wieku. Żaden z nich nie uważał, że jest to pierwiastek chemiczny. Było to prawdopodobnie spowodowane ideą teorii flogistonowej. Większość ludzi uważała, że to właśnie to powodowało spalanie i korozję.
J. J. Becher wymyślił to w roku 1667, a Georg Ernst Stahl dodał do tego w 1731. Teoria phlogiston'a mówiła, że wszystkie materiały palne były wykonane z dwóch części. Jedna część, nazywana phlogiston, była wydawana po spaleniu zawierającej ją substancji.
Uważa się, że bardzo łatwopalne materiały, które pozostawiają tylko niewielką ilość pozostałości, takie jak drewno czy węgiel, są wykonane z flogistonu. Rzeczy, które korodują, takie jak żelazo, miały zawierać tylko niewielką ilość. Powietrze nie było częścią tej teorii.
Odkrycie
Polski alchemik, filozof i lekarz Michael Sendivogius mówił o substancji w powietrzu, nazywając ją "pokarmem życia", a tą substancją jest tlen. Sendivogius stwierdził w latach 1598-1604, że substancja ta jest taka sama jak ta, która powstaje podczas termicznego rozkładu azotanu potasu. Niektórzy uważają, że to było odkrycie tlenu, podczas gdy inni się nie zgadzają.
Często mówi się również, że tlen został po raz pierwszy odkryty przez szwedzkiego farmaceutę Carla Wilhelma Scheele. Zrobił tlenu przez ogrzewanie tlenek rtęciowy i niektóre azotany w 1771 roku. Scheele dzwonił do gazu, który zrobił "ogień powietrza", ponieważ był to jedyny gaz znany, aby umożliwić spalanie. Swoje odkrycie opublikował w 1777 roku.
W dniu 1 sierpnia 1774 r. eksperyment przeprowadzony przez brytyjskiego duchownego Josepha Priestleya skupił światło słoneczne na tlenku rtęci w szklanej tubie. W ten sposób powstał gaz, który nazwał "dephlogisticated air". Odkrył on również, że świece paliły się jaśniej w tym gazie, a myszy żyły dłużej, oddychając nim. Kiedy oddychał gazem, powiedział (uproszczone) "Czułem się jak normalne powietrze, ale moje płuca były lżejsze i łatwe po tym". Jego ustalenia zostały opublikowane w 1775 roku. Ponieważ jego ustalenia zostały opublikowane jako pierwsze, zwykle mówi się, że jest on odkrywcą tlenu.
Francuski chemik Antoine Lavoisier powiedział później, że odkrył również tę substancję. Odwiedził go ksiądz w 1774 roku i opowiedział mu o swoim eksperymencie. Scheele wysłał również list do Lavoisiera w tym samym roku, w którym mówił o swoim odkryciu.
Wkład Lavoisier'a
Lavoisier przeprowadził pierwsze główne eksperymenty dotyczące utleniania i dał pierwsze właściwe wyjaśnienie, jak działa spalanie. Użył tych i innych eksperymentów, aby udowodnić, że teoria phlogiston jest błędna. Próbował również udowodnić, że substancja odkryta przez Priestleya i Scheele'a była pierwiastkiem chemicznym.
W jednym z eksperymentów Lavoisier stwierdził, że nie nastąpił wzrost masy, gdy cyna i powietrze były podgrzewane w zamkniętym pojemniku. Odkrył również, że powietrze wtargnęło do środka, gdy pojemnik został otwarty. Następnie stwierdził, że masa cyny zwiększyła się o tyle samo, o ile zwiększyło się w niej powietrze. Swoje ustalenia opublikował w 1777 roku. Napisał, że powietrze składa się z dwóch gazów. Jeden z nich nazywał "witalnym powietrzem" (tlen), które jest potrzebne do spalania i oddychania. Drugi nazwał "azote" (azot), co w języku greckim oznacza "bez życia". Jest to ciągle nazwa azotu w niektórych językach, w tym w języku francuskim.
Lavoisier zmienił nazwę "vital air" na "oxygène", co w języku greckim oznacza "producent z kwasów". Nazwał go tak, ponieważ uważał, że tlen jest we wszystkich kwasach, co było błędem. Wielu chemików zdało sobie sprawę, że Lavoiser pomylił się w swoim nazewnictwie, ale nazwa ta była zbyt powszechna, aby ją zmienić.
"Tlen" stał się nazwą w języku angielskim, mimo że angielscy naukowcy byli temu przeciwni.
Późniejsza historia
Teoria atomów Johna Daltona mówi, że wszystkie pierwiastki mają jeden atom, a atomy w związkach są zazwyczaj pojedyncze. Na przykład, błędnie pomyślał, że woda (H2O) ma formułę tylko HO. W 1805 roku Joseph Louis Gay-Lussac i Alexander von Humboldt pokazali, że woda składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. W 1811 roku Amedeo Avogadro poprawnie opracował, z czego powstała woda w oparciu o prawo Avogadro.
Pod koniec XIX wieku naukowcy odkryli, że powietrze może zostać przekształcone w ciecz, a zawarte w nim związki mogą być izolowane przez sprężanie i chłodzenie. Szwajcarski chemik i fizyk Raoul Pictet odkrył ciekły tlen poprzez odparowanie dwutlenku siarki w celu przekształcenia dwutlenku węgla w ciecz. Został on następnie odparowany w celu schłodzenia gazu tlenowego, aby zamienić go w ciecz. Wysłał telegram do Francuskiej Akademii Nauk 22 grudnia 1877 roku, w którym opowiedział o swoim odkryciu.
