Những kiến thức tổng hợp Hóa học

160 trang ngocly 1970

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Những kiến thức tổng hợp Hóa học", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

nhung_kien_thuc_tong_hop_hoa_hoc.doc

Nội dung text: Những kiến thức tổng hợp Hóa học

NHỮNG KIẾN THỨC TỔNG HỢP HÓA HỌC
Con người là sự tổng hoà các mối quan hệ trong xã hội, nhưng cũng là sự tổng hoà của những nguyên tử hợp thành. Hoá học là một chuyên ngành có bề dầy lịch sử, cũng là một nghành khoa học có nhiều ứng dụng trong cuộc sống con người. Trong rất nhiều lần lang thang trên mạng, tôi nhận thấy có nhiều bài bài viết về hoá học rất hay từ những trang web: www.hoahocvietnam.com; www.h2vn.com; www.hoahocphothong.com Những kiến thức này rất có ícj cho những người đang dạy hoá, cũng như đang học môn hoá và cũng là những kiến thức cho những học sinh hướng nghiệp, có thể định hứơng cho tương lai của mình Tôi đã tập hợp thành ebooks điện tử với tựa đề là “ Những kiến thức tổng hợp hoá học” nhằm mừng ngày nhà giáo Việt Nam 20-11-2007. Nội dung cuốn sách này gồm: - Lịch sử hình thành hoá học - Gần 100 bài viết về Công nghệ hoá và những ứng dụng của hoá học trong cuộc sống đời thường - Một số bài viết về các nhà hoá học - Một số kinh nghiệm trong việc giải bài toán hoá học - Những phần mềm sử dụng trong việc soạn và giảng hoá học . Dự kiến trong lần biên soạn thứ 2, tôi sẽ đưa vào lý thuyết và bài tập hoá học cấp 3. Trong quá trình biên soạn, chắc chắn có nhiều thiếu sót về nội dung, mặt kỹ thuật trình bày, do thời gian có hạn, việc tập hợp tài liệu cũng còn có nhiều sự hạn chế.Rất mong sự giúp đỡ thêm của các đồng nghiệp để hoàn thiện cuốn sách điện tử này ngày càng tốt hơn. Thời gian bắt đầu biên tập: 18-11-2007 Thời gian hoàn thành: 19-11-2007 Mọi sự liên hệ xin gửi về: TrankimloanHMD@yahoo.com.vn Xin chân trọng cám ơn. 2
Lời nói đầu Mục đích yêu cầu của sách Lịch sử Hóa học là nghiên cứu và trình bài quá trình tích lũy các kiến thức hóa học trong lịch sử tiến lên của loài người. Nói cụ thể hơn đó là nghiên cứu và trình bài sự tiến hóa các tư tưởng hóa học, các thành công lớn trong công nghiệp hóa học. Đối với sinh viên học môn hóa học, sau khi nghiên cứu sách Lịch sử Hóa học, họ sẽ nhận thấy các kiến thức hóa học của mình được bổ sung và hệ thống hóa sâu sắc về bề rộng, bề sâu rõ rang và lí thú hơn, về nhiều phát minh hóa học, sẽ rút ra được nhiều kinh nghiệm thành công và thất bại cho cách suy nghĩ, cách làm việc của mình trong nghiên cứu khoa học nói chung, trong nghiên cứu hóa học nói riêng. Sách Lịch sử Hóa học có một ý nghĩ không nhỏ về giáo dục tư tưởng chủ nghĩa Mác – Lênin, ví dụ như khi xem xét sự phát triển các sự kiện của hóa học trong mối quan hệ với xã hội, với các ngành khoa học khác. Sách Lịch sử Hóa học còn nêu lên gương những nhà hóa học tên tuổi, những gương lao động nghiêm túc bậc thầy trong nghiên cứu hóa học, giúp có được những hiểu biết rộng rãi để đánh giá đúng nhiều vấn đề, nhiều nhân vật, và biết được cần phải có sự kế thừa liên tục trong nghiên cứu khoa học từ thế hệ này đến thế hệ khác thì ngành hóa học mới có thể hình thành. Ngoài ra sách Lịch sử Hóa học còn giúp cho giáo viên đại học cũng như trung học có đủ tư liệu để tổ chức những buổi nói chuyện ngoại khóa gây cho học sinh nhiều hứng thú khi học hóa học. Công việc soạn sách Lịch sử Hóa học có những khó khăn nhất định do những đặc điểm của nó. Hóa học nằm trong số các khoa học tự nhiên trẻ nhất, trẻ hơn nhiều so với thiên văn học, toán học, vật lí Trong khi các khoa học kia do nhiều mục đích yêu cầu được xác định sớm, phát triển theo phương hướng khá ổn định và thuận lợi, thì hóa học không có được cái may 3
mắn đó. Các hoạt động hóa học trong giai đoạn đầu tiên qua cả ngàn năm được tiến hành không mục đích yêu cầu rõ rệt mà lại còn bị lợi dụng để phục vụ những mục đích tôn giáo và chính trị. Cho mãi đến thế kỉ 17 hóa học thực sự vươn lên thành một khoa học độc lập. Lịch sử hóa học bắt đầu từ thời điểm nào? Sự phân chia Lịch sử Hóa học thành thời kì như thế nào? Sự trình bày như thế nào cho hợp lý qua các thời gian ngắn dài rất khác nhau Chúng ta không thể nghiên cứu Lịch sử Hóa học như một đối tượng cô lập, mà phải xem xét trong bối cảnh lịch sử có các ngành hoạt động xã hội khác như về chính trị, kinh tế, văn hóa Chúng tôi nhận thức được rằng vấn đề chủ yếu cần được giải quyết ngay từ đầu là sự phân chia đúng các thời kì của lịch sử hóa học để tạo điều kiện thuận lợi cho sự trình bày cũng như sự tiếp thu nội dung. Sự phát triển của hóa học ngày càng phức tạp vì hóa học đã có đầy đủ cơ sở hiện đại về cả lý luận và thực nghiệm chặt chẽ, cả hai kết hợp dần dần tự phân hóa thành một số phân ngành cơ bản rồi chuyên ngành đi sâu. Khi hóa học được nghiên cứu kết hợp với các khoa học khác có liên quan như vật lý, sinh học, thì bắt đầu xuất hiện một số khoa học liên ngành như hóa lý, sinh hóa, địa hóa Đồng thời báo và tạp chí hóa học cũng ra đời với số lượng và chất lượng mỗi ngày càng tăng rất nhanh. Như vậy nổi lên một vấn đề rất quan trọng là lựa chọn và trình bày các thông tin như thế nào để nhận thấy được có một sự phát triển liên tục của hóa học, đồng thời nắm được một số vấn đề lớn, trọng tâm của mỗi thời kì, triánh tản mạn. Chúng tôi chủ trương tinh giản các thông tin, và trình bày có hệ thống, có trọng tâm, trọng điểm, nhằm đảm bảo sự tiếp thu và nhớ dễ dàng. Đặc biệt chúng tôi bắt buộc phải tinh giản rất nhiều ở thế kỉ 20 mà hóa học trong thời kì này lại phát triển như vũ bão và muôn hình muôn vẻ. Chúng tôi lấy nguyên tử làm “trung tâm” và chọn các vấn đề chủ yếu có liên quan đến nguyên tử (ví dụ electron, hạt nhân nguyên tử ) rồi chi tiết hóa từng vấn đề đó tùy theo mức độ phát triển của khoa học trng từng thời kì (ví dụ thành phần hạt nhân nguyên tử, vỏ electron của nguyên tử, liên kết hóa học, đồng vị). Chúng tôi cố gắng viết Lịch sử Hóa học như thế nào để đạt được mục đích như lời phát biểu của viện sĩ P.I Van Đen: “Nếu hông hiểu đựơc quá khứ, chúng ta sẽ không hiểu được hiện tại; và chỉ khi hiểu tường tận quá khứ và hiện tại, chúng ta mới có thể dự đóan được tương lai”. 4
Chúng tôi rất biết ơn giáo sư Nguyễn Thạc Cát, đã để công đọc toàn bộ bản thảo, đã góp cho chúng tôi một số ý kiến lớn quý bào nhằm nâng cao them chất lượng của sách một cách rõ ràng. Chúng tôi chân thành cảm ơn các bạn Nguyễn Duy Ái, Trần Ngọc Mai, Trần Văn Nhân, Phan Tống Sơn. 5
CHƯƠNG I: SỰ PHÂN CHIA CÁC THỜI KÌ LỚN CỦA LỊCH SỬ HÓA HỌC Sự phân chia các thời kì lớn của Lịch sử Hóa học không thật giống nhau giữa các sách, thậm chí có những sách cuối những năm 70 đầu những năm 80 còn né tránh các vấn đề này! Chúng tôi thấy cần thiết có sự phân chia này, và đã tìm ra một sự phân chia tương đối hợp lí như sau: Tuy ngày nay đã có định nghĩa rõ ràng: Hóa học là môn khoa học nghiên cứu các chất và sự biến hóa của chúng, nhưng hóa học chỉ được coi là một môn khoa học chính thức từ khi có mục đích yêu cầu xác định và có đối tượng riêng. Tính chất độc lập của hóa học chỉ mới thể hiện vào giữa thế kỷ 17 mà thôi. Tuy vậy không thể cho rằng Lịch sử Hóa học bắt đầu từ thời điểm này. Từ hang thiên niên kỷ trước công nguyên đã có nhiều “nôi” văn minh trên thế giới. Nhiều di vật cổ tìm thấy chứng minh rằng từ thời thượng cổ 7000 – 8000 năm trước công nguyên con người đã có những “hiểu biết hóa học” nhất định. Chẳng hạn như về đồ trang sức bằng vàng, bạc, gốm, thủy tinh thô sơ, sơn màu và thuốc nhuộm, tên và lưỡi giáo bằng đồng hoặc sắt , về chất này chất khác và cách chế biến sử dụng. Khảo cổ học Việt Nam cũng đã phát hiện được nhiều di vật cổ tương tự như trang sức bằng vàng, bạc, đồ gốm (gạch, ngói, chum, vại ), mũi tên, lưỡi giáo bằng đồng, sắt. Có trống đồng Ngọc Lũ của văn hóa Đông Sơn, thời Hùng Vương, đúc đẹp, tinh vi được thế giới đánh giá cao. Sự nghiên cứu kĩ cho thấy rằng suốt từ thế kỉ thứ 4 sau công nguyên đến đầu thế kỉ 16 đã có một trào lưu lớn tìm tòi nghiên cứu gọi là giả kim thuật, được xem như là thời kì “Tiền hóa học”. Hoạt động của thời kì này tuy còn thần bí, duy ý chí nhưng rõ ràng đã xây dựng được một số quy trình thực hành thủ công. Giai đoạn từ đầu thế kỉ 16 đến giữa thế kỉ 17 là thời kì chuyển tiếp với sự xuất hiện của hóa y học và hóa kỹ thuật. Rồi hóa học độc lập ra đời chập chững trưởng thành và đến cuối thế kỉ 18 mới có bộ mặt hóa học hiện đại Tổng hợp lại, chúng ta chia được lịch sử hóa học làm 5 thời kì lớn như sau: 6
1. Thời kì cổ đại: từ thượng cổ đến hết thế kỉ thứ 3 sau công nguyên. 2. Thời kì giả kim thuật: từ thế kỉ thứ 4 đến đầu thế kỉ 16. 3. Thời kì hóa y học và hóa kỹ thuật: từ đầu thế kỉ 16 đến thế kỉ 17. 4. Thời kì hóa học độc lập trở thành một khoa học: từ giữa thế kỉ 17 đến cuối thế kỉ 18. 5. Thời kì hóa học hiện đại: từ đầu thế kỉ 19 đến ngày nay 7
CHƯƠNG II: THỜI KÌ CỔ ĐẠI Một số sách Lịch sử Hóa học ngay ở những trang đầu đặt câu hỏi: Danh từ “Chimi” (hóa học) xuất hiện lúc nào? Có định nghĩa ban đầu như thế nào? Các lời giả đáp khác nhau được đưa ra, nhưng tất cả đều không dựa trên những cơ sở rõ ràng. Có lẽ đáng chú ý nhất là câu chuyện kể lại của nhà giả kim thuật có tên tuổi Zôsime (Zosime). Zôsime được coi là nhà giả kim thuật đầu tiên, sống khoảng nửa sau thế kỉ thứ 3. Ông đã kể lại rằng vào thế kỉ thứ 3 trước công nguyên, tại Memphit (Memphis) thủ đô Ai Cập cổ đại trong đền thờ thần Ai Cập Phơta (Phta) có một khu đặc biệt dành cho hoạt động của một nghệ thuật thiêng liên do các thiên thần truyền lại cho con người. Như vậy, có thể nói rằng lúc ban đầu hóa học được coi là một nghệ thuật thiêng liên do các thiên thần truyền lại cho các giáo sĩ Ai Cập cổ đại. 1. Những di vật và hiểu biết hóa học thời kì cổ đại Các giáo sĩ tôn giáo bí mật nghiên cứu điều chế nhân tạo ngọc quý, kim loại quý, vàng, bạc, thuốc nhuộm đẹp, thuốc thánh chữa bệnh, ướp xác người dùng những kí hiệu tượng trưng, khinh thường sự quan sát thiên nhiên và sự tổ chức làm thí nghiệm. Sau khi Ai Cập bị Hi Lạp xâm chiếm (năm 323 trước công nguyên) một phần “nghệ thuật thiêng liêng” bị lọt ra ngoài từ các đền thờ Phơta, Ozirit (Oziris), Jziđô (Jzido) và được phổ biến rộng ra dần Trong thành phố thì có sự hoạt động hằng ngày thiết thực phong phú, của một đội ngũ đông đảo thợ các nghề thủ công. Họ lao động cần cù đi đến sáng tạo ra nhiều sản phẩm gồm đồ mỹ nghệ bằng ngọc quý, vàng, bạc, đồ gốm, đồ thủy tinh, vải vóc, thuốc nhuộm Đội ngũ thợ này tập hợp dần dần một vốn kiến thức về kỹ thuật hóa học thủ công phong phú và có giá trị. Chính họ đã để lại cho ngày nay những di vật quý giá như: đền đài, lăng mộ, kho báu, dụng cụ lao động, sinh hoạt Ngoài ra còn có những tư liệu ghi chép trên những tấm đá, tấm đất sét nung, thanh tre non, 8
giấy lao sậy (papirút Ai Cập). Một papirút có tiếng nhất là papirút Ebe (Eber), còn lưu trữ ở thư viện Trường Đại học Lepzic (Leipzig) viết khoảng 1600 năm trước công nguyên, phần chính nói về y học, về thuốc chữa bệnh. Còn có thể kể thêm tác phẩm của một số tác giả thi sĩ, sư gia, (truyện “Iliat và Ođixê” của Hôme (Homere) về chiến tranh thành Tơroa (Troie) khoảng 1200 năm trước công nguyên), triết gia (bộ “Bách khoa toàn thư” của Pơlin (Pline) viết khoảng thế kỉ 1 trước công nguyên), Các di vật ở trên được tìm thấy ở những nơi đã có một trình độ văn minh nào đó ở thời cổ đại, tại khu vực rộng lớn Á – Âu – Bắc Phi, đã xuất hiện dần dần trước sau nhau một ít các nền văn minh: Trung Quốc (sớm nhất), Ấn Độ, Lưỡng Hà, Ai Cập, Hi Lạp, La Mã (muộn nhất). Từ thời xa xưa người Trung Hoa đã biết sản xuất gồ gốm, một số kim loại, đúc chuông, tượng, chế thuốc nhuộm (inđigô, ), thuốc chữa bệnh, sản xuất đường, nấu rượu từ các hạt, Ấn Độ cũng có những di vật tương tự mới được phát hiện gần đây, có những đồ gốm, đồ đồng niên đại khoảng 3000 năm trước công nguyên.Khu vực Lưỡng Hà có những tấm đất sét khắc chữ hình nêm từ 3000 năm trước công nguyên ghi lại cách sản xuất các kim lại, sắt, đồng, bạc, chì từ quặng, có những tượng múa tôn giáo, từ 4000 năm trước công nguyên! Ở Việt Nam, nước Văn Lang, thời các vua Hùng, cũng biết sản xuất đồ gốm, nấu đồng, luyện sắt, đúc chuông, tượng, trống đồng, vũ khí Nền văn minh Ai Cập cổ đại được nghiên cứu và hiểu biết nhiều nhất. Trước khi bị Đế quốc Hi Lạp xâm chiếm, Ai Cập độc lập có các triều đại được xây dựng nên từ 7000 năm trước công nguyên, là nước có kỹ thuật tiên tiến của thế giới ngày xưa, các nghề thủ công đạt tới trình độ cao do trong chế độ chiếm hữu nô lệ của Ai Cập, có sự phân công lao động giữa các thợ thủ công và sự chuyên môn hóa sản xuất. Ai Cập cổ đại biết nung gạch từ 6000 năm trước công nguyên, biết tinh chế vàng bạc, sản xuất đồ gốm, chế thuốc nhuộm (thuốc nhuộm thực vật inđigô, nghệ, quỳ, thuốc nhuộm vô cơ như hồng hoàng, minium, ) chế rượu bia, rượu nho, dấm, các loại thuốc chữa bệnh (thuốc viên, thuốc xoa, thuốc bó, ) có kỹ thuật ướp xác người chu đáo từ 3000 năm trước công nguyên , trong kim tự tháp Khuphu (Khufu) 2900 năm trước công nguyên đã tìm thấy dao trổ bằng thép được chôn theo. Từ xa xưa, con người trong quá trình tìm hiểu thế giới đã nhận thấy cần phải có một lý thuyết nào đó hướng dẫn mình tiến tới 2. Những lý thuyết của các Triết gia cổ Hi Lạp – La Mã 9
Trong thời Cổ Đại, dân tộc Hi Lạp nổi bật lên ở khả năng tổng quát hóa. Họ có nhiều nhà triết học mạnh dạn xây dựng nên những lý thuyết tổng quát để giải thích các hiện tượng muôn hình muôn vẻ không ngừng diễn ra xung quanh mình. Đáng chú ý nhất có thuyết các chất đầu hay nguyên tố của mọi vật, có thuyết nguyên tử về cấu tạo gián đoạn của vật chất. Thuyết các nguyên tố được hình thành như sau: Nhà triết học Talet (Thales) ở thành phố Milê (Milet) sống ở thế kỉ thứ 7 sang thế kỉ thứ 6 trước công nguyên, đã suy nghĩ và kết luận rằng nước là nguyên lí, là chất đầu, là nguyên tố của tất cả: “Không có gì có thể xuất phát từ không có gì, tất cả xuất phát từ nước và rồi trở lại về nước”. Đung nóng nước thấy nước biến thành không khí (hơi nước), cho bay hơi nước (nước biển) thu được đất (muối). Anaximen (Anaximène) sống khoảng giữa thế kỉ thứ 6 trước công nguyên cho không khí là chất đầu. Xênôphan (Xenophane) cùng thế kỉ cho đất và nước là chất đầu. Hêraclit (Heraclite) (540 – 480 trước công nguyên) coi lửa là chất đầu. Empêđôc (Empédocle) (490 – 430 trước công nguyên) tổng hợp thành thuyết các nguyên tố: nước, không khí, đất, lửa là 4 chất đầu, là 4 nguyên tố tạo nên mọi vật. Mọi vật thể đều được tạo nên từ chúng theo những tỉ lệ khác nhau. Chúng ta lưu ý rằng, nguyên tố ở đây nghĩa là thứ đầu tiên, không kể là vật chất hay phi vật chất. Gần như đồng thời với thuyết các nguyên tố, ra đời thuyết nguyên tử. Một vấn đề to lớn là xét xem vật chất có cấu tạo như thế nào, có thể chi nhỏ mãi vô cùng không giới hạn, hay có giới hạn? Lơxip (Leucipe) ở thế kỉ thứ 5 trước công nguyên là tác giả của thuyết nguyên tử. Ông ch rằng vật chất có thể chia nhỏ dần đi đến những phần tử không thể chia nhỏ hơn được nữa, gọi chúng là các nguyên tử. Có các nguyên tử của nước, không khí, đất, lửa. Đêmôcrit (Democrite (460- 390 trước công nguyên), học trò của Lơxip hoàn thiện lý thuyết của thầy, được coi là ông tổ thật sự của thuyết nguyên tử. Đêmôcrit xuất phát từ nguyên lý: “không có gì thì không thể cho cái gì cả”, và lý luận như sau để đi đến thừa nhận sự tồn tại các nguyên tử: “Nếu bất kì một vật nào có thể chia nhỏ mãi không cùng thì có 2 điều, hoặc không có gì cả hoặc còn lại cái gì đó. Trong trường hợp thứ nhất, vật chất chỉ có một sự tồn 10
tại ảo tưởng mà thôi; trong trường hợp thứ hai, người ta đặt câu hỏi: còn lại gì vậy? Câu trả lời logic nhất là có sự tồn tại các nguyên tố thật sự, không chia được, không chỉ được gọi là các nguyên tử”. Ông quan niệm các nguyên tử của các nguyên tố có kích thước và hình dạng nhất định, giải thích được sự khác nhau về tính chất của các nguyên tố. Những chất thực tế ta thấy là những liên kết của các nguyên tử đó, nếu có sự thay đổi liên kết thì có thể làm chất này biến thành chất khác. Lơxip và Đêmôcrit là 2 nhà duy vật hoàn toàn, không chấp nhận có sự tham gia một vị thần thánh nào trong mọi hiện tượng trong vũ trụ. Platôn (Platon) (429 – 349 trước công nguyên), một triết gia có tên tuổi lớn, trong sách Timê (Timée) của mình, bác bỏ tính chất vật chất, bác bỏ thuyết nguyên tử, trình bày thuyết các ý của mình: một thượng đế đã xây dựng trật tự của thế giới bằng nguyên tố nước, không khí, đất, lửa đã tạo ra 4 loại sinh vật ứng với 4 nguyên tố đó là: loại thứ nhất gồm các thần tạo nên tia lửa, loại thứ hai gồm các động vật có cánh sống trong không khí, loại thứ ba gồm các động vật sống trong nước, loại thứ tư gồm các động vật sống trên cạn. Arixtôt (Aristotle) (384 – 322 trước công nguyên), học trò của Platôn, không coi nặng như thầy vấn đề nghiền ngẫm các ý, mà chú ý nhiều đến việc nghiên cứu thiên nhiên, đến các con vật và các cây cỏ. Ông bác bỏ thuyết nguyên tử, thừa nhận vật chất có thể chia vô hạn, thừa nhận có 4 nguyên tố nước, không khí, đất, lửa, tuy nhiên quan niệm nhau từng cặp: khô - ẩm, nóng – lạnh, 4 tính chất nguyên thủy ấy kết hợp từng cặp một thành các nguyên tố nước, không khí, đất, và lửa theo sơ đồ này. nóng + khô = lửa nóng + ẩm = không khí lạnh + khô = đất lạnh + ẩm = nước Hệ thống nguyên tố - tính chất nguyên thủy của Arixtôt được trình bày trong hình. Sự khác nhau giữa các chất là do tỉ lệ phối hợp các tính chất nguyên thủy. Khi đun nóng nước thiên nhiên, nước được biến thành không khí và để lại trong đĩa một bã là đất. Hiện tượng này được giải thích như sau: nước đã trả ẩm cho lửa, thu nóng của lửa tạo thành không khí, đồng thời nước trả lạnh cho lửa, thu khô của lửa, tạo thành đất! 11
Từ đây, Arixtôt rút ra kết luận là: “Hoàn toàn có khả năng biến đổi chất này thành chất khác!”. Kết luận này đã thống trị tai hại trong hóa học một thời gian rất dài, gần 2000 năm với trào lưu giả kim thuật. Dân tộc La Mã có óc thực tế hơn là óc suy luận, cho nên họ chỉ tiếp thu các tư tưởng triết học của dân tộc Hi Lạp, không đóng góp được gì thêm giúp phát triển lý thuyết vừa trình bày. Vài nét về Nhà trường Alêcxanđri (Alexandrie) Trong khoảng thời gian chuyển tiếp từ thời kì cổ đại sang thời kì trung cổ, từ thế kỉ thứ 2 đến thế kỉ thứ 6 sau công nguyên. Sự hoạt động mạnh mẽ của Nhà trường Alêcxanđri, có ảnh hưởng khá quan trọng đến sự tiến hóa của các ngành khoa học, trong đó có hóa học. Năm 323 trước công nguyên, Hoàng đế Hi Lạp, Alêcxanđri vĩ đại sau khi chinh phục được Ba Tư, Tiểu Á, và nhiều nước Á – Phi, tiến quân chiếm Ai Cập, cho xây dựng ở ngay cửa sông Nin (Nil) thành phố mới Alêcxanđri làm thủ đô cho nước Ai Cập thuộc Hi Lạp. Thành phố mới này trở thành một trung tâm thương mại và thủ công nghiệp lớn nhất thời bấy giờ, do chiếm vị trí đầu mối cho nhiều đường giao thông và biển đi khắp mọi nơi. Dòng vua Ptôlêmê (Ptolémée) trị vì Ai Cập từ thế kỉ thứ 3 trước công nguyên với ý đồ chiến lược tán dương, củng cố và khuếch trương ảnh hưởng chính quyền của mình, tìm cách tập trung ở Alêcxanđri tất cả các nhà thông thái của Hi Lạp và cho xây dựng một Viện hàn lâm khoa học, đó là thư viện công cộng đầu tiên trong lịch sử loài người (một thư viện khổng lồ chứa tới 700.000 sách viết bằng tay). Và một Trường Đại học Alêcxanđri cũng trở thành một trung tâm khoa học lớn nhất thời bấy giờ, thu hút mạnh mẽ nhiều thanh niên các nơi đến học tập. Những nhà bác học được mời đến chỉ mới làm được công tác bồi dưỡng, nghiên cứu và giảng dạy nhưng chưa đóng góp được nhiều cho sự tiến bộ của khoa học vì Viện hàn lâm khoa học Alêcxanđri là một cơ quan cung đình lấy những thuyết duy tâm làm tư tưởng chủ đạo. Dầu sao, từ Nhà Trường Alêcxanđri này đã xuất hiện một số danh nhân khoa học: Ơclit (Euclide) về tóan, lý; Acsimet (Archimède) về kỹ thuật, Hêrôphin (Hérophile) về y học, do đã chú ý gắn liền nghiên cứu khoa học với các ứng dụng phục vụ nông nghiệp, hang hải, quân sự, thương mại, Đối với hóa học, nó vẫn được coi như một bộ phận của “nghệ thuật bí mật thiêng liêng” của các giáo sĩ trong các đền thờ. Họ hoạt động dựa vào nhiều tà thuật 12
mê tín, tuy vậy cũng đã được tập hợp một số kiến thức về hóa kỹ thuật thủ công. Nhà trường Alêcxanđri tồn tại đến năm 641 và sau đó ngừng hoạt động hẳn do thành phố Alêcxanđri bị người Ả Rập tàn phá trong một cuộc bao vây 14 tháng liền. Nhờ sự tỏa sang của Nhà trường Alêcxanđri mà có nhiều thành tựu về triết học, văn học, khoa học, nghệ thuật của thế giới cổ đại được truyền lại cho đến ngày nay. 13
CHƯƠNG III: THỜI KÌ GIẢ KIM THUẬT Giả kim thuật là danh từ dịch từ chữ “alchimi”, mà người Ả Rập sau khi xâm chiếm Ai Cập giữa thế kỉ thứ 7, đặt ra bằng cách lắp tiền tố “al” của Ả Rập vào từ chimi để chỉ thứ “tiền hóa học” ngự trị trong thời kì trung cổ ở châu Âu (từ thế kỉ thứ 2 đến thế kỉ thứ 16). Mục đích chủ yếu của giả kim thuật là tìm hòn đá thần bí biến đổi các kim loại thường thành vàng. Do vậy có thể tạm định nghĩa hóa học ở thời kì này là “nghệ thuật biến đổi các kim loại thành vàng”, nhờ hòn đá “thần bí”. Sau đó người ta còn thêm yêu cầu tìm ra thuốc thần bí truyền cho con người sức khỏe, sự trẻ trung, tính bất tử. Tại sao lại có mục đích tha thiết viển vông, tìm cách biến các kim loại thành vàng? Nguyên nhân là do thời trung cổ, ở châu Âu có chế độ xã hội phong kiến phân tán, có sự buôn bán phát triển khá rộng rãi giữa châu Âu và phương Đông, nhưng vì giao thông khó khăn, đường xa đầy nguy hiểm nên cần vàng là vật liệu quý và nhỏ dễ mang theo để dùng làm vật trao đổi tương đương. Yêu cầu có nhiều vàng định hướng nghiên cứu cho các nhà giả kim thuật tìm “ngọc thần bí” có khả năng biến đổi một kim loại bất kì thành vàng. Cơ sở lý thuyết của giả kim thuật là quan niệm của Aritxtôt chuyển hóa được chất này thành một chất khác, kim loại này thành kim loại khác. Về nguồn gốc giả kim thuật, còn có thể kể thêm lòng tham lam của con người muốn có nhiều vàng để tạo cho mình một cuộc sống đế vương về vật chất, tham vọng bản thân sống luôn luôn khỏe mạnh, luôn luôn trẻ trung, sống đời cùng người thân mà không bao giờ có cảnh biệt ly. Giả kim thuật có một số đặc điểm như sau: 1. Hoạt động bí mật khép kín, có khuynh hướng tà thuật, không biết gì đến phương pháp khoa học. 2. Sử dụng những kí hiệu thần bí và một ngôn ngữ rối rắm cố ý. Truyền các kinh nghiệm cho nhau theo một đường lối tin cậy mù quáng không cần cơ sở gì, có sự kiểm tra gì. 3. Độc quyền nghiên cứu, nắm trong tay đám giáo sĩ tôn giáo là những người nắm văn học, khoa học, trong xã hội thời bấy giờ. 14
Nhìn tổng quát, giả kim thuật có nguồn gốc Hi Lạp – Ai Cập. Nó được Ả Rập tiếp thu khi đến xâm chiếm Ai Cập giữa thế kỉ thứ 7 rồi đem truyền bá dần sang Tây Âu khi xâm chiếm Tây Ban Nha đầu thế kỉ thứ 8 (năm 711). Giả kim thuật đã phát triển theo 3 giai đoạn là: - Giả kim thuật ỏ Ai Cập thuộc Hi Lạp, từ thế kỉ thứ 4 đến giữa thế kỉ thứ 7. - Giả kim thuật trong giới Ả Rập, từ giữa thế kỉ thứ 7 đến đầu thế kỉ thứ 13. - Giả kim thuật trong thiên chúa giáo Tây Âu, từ đầu thế kỉ thứ 13 đến đầu thế kỉ thứ 16. 1. Giả kim thuật ở Ai Cập thuộc Hi Lạp (từ thế kỉ thứ 4 đến giữa thế kỉ thứ 7) Các nhà giả kim thuật có tên tuổi nhất trong giai đoạn này là: Zôsime: đã trình bài cách “cố định thủy ngân” (hóa rắn thủy ngân) cách chế nước thánh cho nghệ thuật điều chế vàng Hecmet ba lần vĩ đại (Hermès Trismégiste) sống vào khoảng đầu công nguyên, nhiều tài liệu viết “đóng kín”mang tên ông và số lượng quá nhiều, mấy thế kỉ sau công nguyên còn xuất hiện. Người ta nghi ngờ, tìm hiểu kĩ, nhận ra trong đó còn thứ cóp nhặt giả tạo. Ai Cập thuộc Hi Lạp, không có kiến thức gì khác mới đáng chú ý. 2. Giả kim thuật trong giới Ả Rập (từ giữa thế kỉ thứ 7 đến đầu thế kỉ thứ 13) Các quốc vương Ả Rập có đặc điểm vừa nắm chính quyền lẫn thần quyền. Sau khi xâm chiếm Ai Cập, họ theo gương chính quyền trước ở Ai Cập tích cực bảo trợ khoa học và nghệ thuật, thu hút tập trung các nhà bác học, khi đến Tây Ban Nha, người Ả Rập xây dựng vương quốc Coocđu (Cordoue) độc lập làm thành một trung tâm văn minh Ixlam, thành lập Trường Đại Học Coocđu có thư viện lớn nhất thời bấy giờ chứa 250.000 sách, giảng dạy các môn triết học, toán, thiên văn, chiêm tinh, y học, giả kim thuật, tổ chức dịch nhiều tài liệu cổ điển Hi Lạp sang tiếng Ả Rập. Người Ả Rập chú trọng nhiều nghiên cứu y học, dược học, tìm, chế biến nhiều thuốc chữa bệnh. Các nhà giả kim thuật có tên tuổi nhất trong giai đoạn này là Ghebe (Geber), khoảng 750-840, sống vào thời kì thịnh vượng nhất của đế quốc Ả Rập. Ông được coi là ông tổ của giả kim thuật Ả Rập. Các công trình chính của ông nói về tóan học, y học, giả kim thuật. Geber thêm vào Thuyết nguyên tố của Aritxtôt 2 nguyên tố mới là thủy ngân và lưu huỳnh để giải thích sự cấu tạo nên kim loại. Theo ông, các kim loại được cấu tạo từ sự kết hợp của thủy ngân với lưu huỳnh theo những tỉ lệ khác nhau; vàng là kim loại hoàn 15
thiện nhất, có tỉ lệ kết hợp giữa thủy ngân và lưu huỳnh là tốt nhất. Đây là một đóng góp thêm của giả kim thuật về mặt lý thuyết cho hóa học thời bấy giờ. Trong các công trình của ông lần đầu tiên xuất hiện các danh từ alcati, vitriol, alcohol, alembic, sự mô tả rõ ràng các lò, các thiết bị dùng trong các phòng nghiên cứu, cách chế biến chưng cất, kết tinh, thăng hoa Cách điều chế và tinh chế các kim loại, cách điều chế axit từ dấm Số tài liệu được coi là của ông viết để lại quá nhiều, còn tiếp tục được xuất bản trong nhiều thế kỉ sau nhưng thực ra có nhiều tác giả không phải là của ông. Razet (Rhasès), 860-940. Ông có 2 quyển sách nổi tiếng nhất: “Sách về những bí mật”, “Sách về bí mật của những bí mật”. Ông thêm nguyên tố muối làm thành phần thứ 3 trong cấu tạo kim loại. Ông nói đến nhiều kĩ thuật chế biến, nhiều dụng cụ thí nghiệm (lò nung, bình cổ cong, bình kết tinh, ), nhiều hóa chất. Ông đã mô tả phương pháp dùng vôi sống để loại nước ra khỏi cồn, thứ cồn lần đầu tiên được chế bằng chưng cất rượu nho. Avixen (Avicenne), 980-1036 là nhà khoa học Ả Rập lớn cuối cùng, nghiên cứu triết học, toán, thiên văn, y học, giả kim thuật, nhưng hoạt động nhiều trong lĩnh vực y học. Công trình chính là sách “Quy tắc của khoa y học” – có đề cập đến nhiều chất vô cơ, hữu cơ, và chiếm vị trí độc tôn về y học của Châu Âu suốt thời kì trung cổ 3. Giả kim thuật ở Tây Âu Thiên Chúa Giáo (từ đầu thế kỉ thứ 13 đến đầu thế kỉ 16) Văn hóa Ả Rập, từ Tây Ban Nha và Italia, xâm nhập ngày càng nhiều và mật thiết vào văn hóa thiên chúa giáo Châu Âu. Bắt đầu từ thế kỉ 12, giả kim thuật xâm nhập vào các nước Pháp, Đức, Anh qua các bản dịch tài liệu giả kim thuật từ tiếng Ả Rập sang tiếng La tinh, và được phổ biến rỗng rãi đến mức chẳng bao lâu giả kim thuật lan truyền khắp Châu Âu, như một bệnh truyền nhiễm! Nên nhớ rằng, thời bấy giờ Châu Âu có một thuận lợi lớn về tổ chức xã hội: nhiều thành phố ít lệ thuộc vào các chúa phong kiến, đẫ được tự trị nên tự do hơn. Đã xuất hiện những hội buôn lớn, ở các thành phố lớn đã thành lập các trường đại học dân sự khác với các trường tu viện, các trường đại học kiểu mới này dạy nhiều nghề khác nhau và có quyền tự trị như các công xưởng thủ công Do quyền lợi về chính trị và kinh tế ở thành phố nhiều hơn, hoạt động về tinh thần trở nên sôi nổi hơn, và nhu cầu học tập của thanh niên thuộc giới thợ thủ công và giới thương nhân cũng tăng lên. Có thể kể Đại học Bôlônha ở Italia (1119), Đại học Pari ở Pháp (1200), 16
Thời thịnh vượng nhất của giả kim thuật ở Châu Âu là vào các thế kỉ thứ 13 và 14. Lúc này nhà thờ thiên chúa giáo chiếm độc quyền văn hóa và nghiên cứu khoa học, trực tiếp là các tăng lữ, trong các phòng kín đọc sách, ghi chép, nghiên cứu, viết về các khoa học tự nhiên, đặc biệt chú ý đến môn giả kim thuật. Từ thế kỉ 15, tuy số môn đồ giả kim thuật Châu Âu vẫn tăng nhưng họ chỉ nhằm điều chế vàng nên giả kim thuật suy tàn dần không còn hi vọng gì tồn tại Những nhà giả kim thuật có tên tuổi nhất trong giai đoạn này là: Anbe Lơgrăng (Albert Legrand), 1193-1280, là nhà giả kim thuật người Đức có ảnh hưởng lớn nhất. Sách của ông trình bày các thuyết, phần lớn lấy của Aritxtôt, phần thì lấy của người Ả Rập, ông là người đầu tiên đưa ra khái niệm quan trọng ái lực hóa học, nêu ra những thuận lợi của các phương pháp tách (chưng cất, chưng cách thủy, thăng hoa, ), mô tả kĩ các thiết bị Ông đã dùng lửa để kiểm tra các mẫu vàng, bạc của các nhà giả kim thuật điều chế ra, và kết luận vàng, bạc đó đều là giả. Rôgiơ Bêcơn (Roger Bacon), 1220-1292, là một nhà giả kim thuật người Anh, được mệnh danh là “tiến sĩ kì diệu” (doctor mirabilis) do có những khả năng xuất sắc. Bêcơn có một trình độ vượt trình độ thời bấy giờ” ông cho tóan học có vị trí cơ bản trong các khoa học, một khoa học nào muốn tiến bộ phải biết kết hợp thí nghiệm với các phương pháp tóan học. Theo ông có hai phương pháp nghiên cứu là phương pháp lập luận trừu tượng và phương pháp thí nghiệm cụ thể; phương pháp thí nghiệm quan trọng vô cùng, vì nó cần thiết để kiểm tra những lập luận trừu tượng không đủ tin cậy. Bêcơn học ở Ôcpho (Oxford) nước Anh, tại Pari nước Pháp đỗ tiến sĩ, về ở tu viện Coocđơliê (Cordeliers) tại Pari ông bắt đầu nghiên cứu khoa học và làm giả kim thuật. Ông có tư tưởng tiến bộ chống lại triết học kinh viện nên bị các giáo phái nghi ngờ, tìm cách trù dập, đuổi đi, bắt giam, hành hạ, khủng bố nhiều năm, đến tàn tật khi ông được trả tự do. Sách “Tấm gương giả kim thuật” của ông trở thành sách giáo khoa thực hành, cho nhiều thế hệ nhà giả kim thuật sau này. Các đại diện giả kim thuật của Pháp là: Vanhxăng đơ Bôve (Vincent de Beauvais) -1260, Xanh Tôma Đacanh (Saint Thomas d’ Aqin), 1225-1274, và của Tây Ban Nha là Acnôn đơ Vinlơnơvơ (Arnauld de Villeneuve), 1240-1319, Raymông Luyn (Raymond Lulle), 1235-1315, 17
cả hai đều vừa là bác sĩ, vừa là nhà giả kim thuật. Lò chưng cất Chúng ta hãy đánh giá công minh xem, giả kim thuật đã có đóng góp gì có ích cho hóa học. Nhìn chung đó là một trào lưu đã kìm hãm sự phát triển của hóa học trong một thời gian quá dài! Nó chạy theo một mục đích mơ hồ, gây lãng phí quá lớn về lao động trí óc và chân tay, về khối lượng của cải vật chất so với kết quả thu được cho hóa học, tuy vậy có cũng có sự đóng góp thực tế đáng kể như sau: - Tập hợp được nhiều hiểu biết thực tế trong phòng thí nghiệm, hoàn thiện nhiều kĩ thuật trong phòng thí nghiệm (nung, chưng cất, hòa tan, lọc, bay hơi, kết tinh, thăng hoa, ). + - Phát hiện được nhiều chất mới: kim loại (Bi, Zn), muối (Hg, NH4 , ), các axit vô cơ H2SO4, HCl, HNO3, nước cường thủy (đây là một thành tích quan trọng). Đã phân biệt được chất kiềm bay hơi NH4OH với chất kiềm không bay hơi Na2CO3, phân biệt được 2 cacbonat Na2CO3 và K2CO3. Ở Châu Âu, thế kỉ 15, bắt đầu xuất hiện sự chuyên môn hóa những ngành sản xuất nhỏ axit, kiềm, muối, dược phẩm và một số chất hữu cơ phục vụ các ngành thủ công, nghiên cứu khoa học bằng thủ công trong những công xưởng, phòng thí nghiệm. Đóng góp nhiều là các nhà giả kim thuật Ả Rập. Phần đóng góp thiết thực của giả kim thuật sẽ giúp ích vào sự phát triển của hóa học ở thời kì hóa y học và hóa kỹ thuật. 18
CAFEIN LÀ GÌ VÀ HOẠT ĐỘNG RA SAO? Cafein (C8H10N4O2) là tên phổ biến của trimetilxantin ( tên đầy đủ là 1,3,7-trimethylxanthine hoặc 3,7-dihydro-1,3,7-trimethyl- 1H-purine-2,6-dione). Chất này còn có những cái tên khác như cà phê, trà, mat-tin (mateine), gua-ra-nai (guaranine), hay methyltheobromine. Cafein là sản phẩm của một số loại thực vật, trong đó có hạt cà phê, cây gua-ra-na, cây vơ-ba mát (yerba máte), cây cacao, và trà. Đối với thực vật, cafein là một thứ thuốc trừ sâu tự nhiên. Nó làm tê liệt và giết chết sâu bọ ăn thực vật. Phân tử này được chiết xuất lần đầu tiên vào năm 1819, bởi nhà hoá học Pháp, Friedrich Ferdinand Runge. Nếu là loại tinh khiết, cafein ở dạng bột màu trắng và cực kì đắng. Nó được thêm vào côla, và nhiều loại thức uống khác để đem lại một vị đắng thú vị rất đặc biệt. Tuy nhiên, cafein còn là một chất kích thích có thể gây nghiện. Trong cơ thể người ta, nó gây sự kích thích lên các dây thần kinh, nhịp tim, sự hô hấp, làm thay đổi tính cách con người , và hoạt động cũng giống như một chất lợi tiểu. Thông thường, một tách cà phê có chứa khoảng 100 mg cafein. Tuy nhiên, khoảng một nửa dân số của Châu Mĩ dùng 300 mg cafein mỗi ngày, như một liều thuốc thông dụng. Cafein được dùng dưới dạng cà phê, côla, sôcôla, và trà mặc dù có thể mua nó khá dễ dàng dưới dạng một chất kích thích. Người ta tin rằng cafein làm trở ngại sự tiếp nhận thông tin của não bộ và các cơ quan khác. Việc giảm sự tiếp nhận thông tin này sẽ làm chậm lại các hoạt động của tế bào. Nhưng tế bào thần kinh bị kích thích và tiết ra hóc-môn epinêrin (ađrenalin) làm tăng nhịp tim, huyết áp, và lượng máu chảy trong các cơ, giảm máu chảy đến da và các bộ phận khác. Và gây ra sự giải phóng glucose trong cơ thể. Cafein còn làm tăng mức độ truyền đạt của thần kinh. Cafein nhanh chóng được đào thải khỏi não hoàn toàn. Nó chỉ có hiệu quả trong một thời gian ngắn và có khuynh hướng không làm ảnh hưởng nhiều đến sự tập trung hay những chức năng khác của não. Tuy nhiên, sau một thời gian sử dụng cafein, ta sẽ tăng sức chịu đựng đối với nó. Sức chịu đựng khiến cho cơ thể dễ nhạy cảm. Vì thế việc cai nghiện sẽ khiến cho huyết áp giảm , có thể gây ra đau đầu và một số triệu chứng khác. Với quá nhiều 19
lượng cafein có thể gây ra ngộ độc cafein. Một số đặc điểm như: nóng tính, thường xuyên rơi vào tình trạng bị kích động, làm giảm sự tiểu tiện, gây mất ngủ, mặt đỏ ửng, làm lạnh tay/chân, bệnh đường ruột, và thỉnh thoảng lại bị ảo giác. Một số người mắc phải các triệu chứng ngộ độc cafein sau khi dùng khoảng 250 mg mỗi ngày. Đối với người lớn, ước tính khoảng 13-19 gam, cafein có thể gây chết người. Trong khi được coi là an toàn đối với con người, cafein có thể rất độc đối với thú nuôi, như chó, ngựa hay vẹt. Cafein được chứng mình có thể làm giảm bệnh tiểu đường (dạng II). Ngoài việc dùng cafein như một chất kích hay là một thói quen, chúng còn có thể làm thuốc giảm đau đầu khá hiệu quả. Dương Lưu soạn dịch (Theo Chemistry About) hoahocvietnam.com 20
ĐI TÌM THỦY TỔ CỦA CHẤT DẺO Có lẽ khó mà hình dung ra cuộc sống của chúng ta ngày nay nếu thiếu loại vật liệu không thể thiếu được này. Vậy loài người được hưởng “đặc ân” này từ bao giờ? Chúng ta hãy đi tìm thủy tổ của chất dẻo. Từ thế kỷ XVIII, thành phố Birmingham được coi như một trung tâm của thế giới về sản xuất khuy: khuy sừng, khuy thủy tinh, khuy xà cừ, khuy trai, khuy đồng Đã có năm, sản lượng khuy lên tới 600.000 tấn. Cho nên chẳng lạ gì các nhà phát minh ở nơi đây là những người đầu tiên lao vào tìm kiếm các vật liệu nhân tạo cho sản phẩm của địa phương mình. Năm 1862, tại cuộc triển lãm khuy quốc tế, bộ khuya có vẻ đẹp khác thường làm từ vật liệu mới, giữ bí mật gọi là parksine do nhà phát minh Park tìm ra, đã gây ấn tượng rất mạnh đối với khách tham quan. 5 năm sau, một người Birmingham khác là Spill “trình làng” một bộ khuy còn đẹp hơn thế nữa từ vật liệu gọi là xylonite. Song đáng tiếc những bộ khuy kiều diễm ấy không chịu được thử thách của thời gian. Chỉ sau ít lâu, chúng bị mờ đục, biến dạng và nứt vỡ. Tuy vậy, lịch sử đã chứng minh rằng: tuy thất bại nhưng hai nhà phát minh đã tìm ra một con đường nhân loại chưa từng khai phá. Họ đã tìm ra nitroxenluloza bằng cách cho axit nitric tác dụng lên bông. Các nhà y học nhậy bén sử dụng nitroxenluloza vào mục đích của mình: hòa tan nó trong ete, đặt tên là côlôđiông, để nhỏ vào các vết thương. Ete bay hơi, giọt dung dịch biến thành một lớp màng mỏng, ngăn cho vết thương khỏi bị nhiễm trùng. Cũng vào thời gian đó, anh học sinh nghèo của Mỹ John Hyatt phải rời ghế nhà trường để đi làm thợ xếp chữ. Là người thích sáng tạo, anh tự đặt cho mình nhiệm vụ thay thế những chiếc lô in bằng vật liệu hoàn hảo hơn và đã vài lần mải suy nghĩ đến nổi xảy ra tai nạn. Một hôm, những dòng chữ trên tờ bào anh đang tin đập vào mắt: Hãng “Fellow and Collander” thong báo sẽ thưởng 10.000 đôla cho những người nào tìm được chất gì đó chế tạo được quả bi-a, thay thế cho ngà voi ngày càng khan hiếm. John cau mày suy nghĩ và lại một tai nạn: ngón tay kẹp vào máy in. Anh đến trạm xá, nhỏ côlôđiông vào vết thương. Vẫn hồi hộp với cái tin vừa đọc, anh luống cuống, đánh đổ cả lọ côlôđiông. Dung dịch ấy đọng lại trên bàn tay, rồi rán lại thành một cục nhỏ. Hình ảnh cục nitroxenluloza nhỏ bé không buông tha anh, ngay cả trong giấc ngủ. Nó trở thành nguyên liệu cho thí nghiệm làm lén lút ở góc phòng của chàng trai hăm hở này. 21
Ý định tìm một chất biến nitroxenluloza thành dung dịch rắn đã dẫn anh đi qua hang trăm chất và cuối cùng đến camphor (long não). Ra khỏi khuôn, hỗn hợp nitroxenluloza với camphor đã trở thành những quả bi-a xinh xắn, vừa đủ sức nặng, lại bóng, đẹp, trông hấp dẫn hơn cả những “người anh em” bằng ngà voi. Đã thế, chúng lại nhuộm được thành bất kì màu gì. Chất liệu ấy, John gọi là xenluloit. Đó là thủ tổ của chất dẻo mà cho đến nay, người ta vẫn hay dung. Bạn cứ thử ngửi quả bóng bàn, con búp bê hoặc chiếc gọng kính nhựa mà xem, sẽ thấy thoang thoảng mùi thơm của long não. Xenluloit đấy! Người công nhân trẻ tuổi đã về đích trước trong cuộc thi đua với hanừg chục phòng thí nghiệm của các trường đại học và viện nghiên cứu. Năm 1870, anh được cấp bằng phát minh. Hai năm sau, anh đứng ra thành lập nhà máy sản xuất chất dẻo đầu tiên trên thế giới. Với tài sản lớn trong tay, John Hyatt có điều kiện để nghiên cứu khoa học theo sở thích của mình. Là nhà kinh doanh thành đạt ông cũng là một nhà phát minh “tầm cở”. Tuy mất khi còn khá trẻ, nhưng 34 năm sau khi tìm ra xenluloit, ông đã kịp nhận 200 bằng phát minh nữa., trong đó có các phát minh lớn như: các phương pháp tinh chế nước, làm đường từ mía và nhất là chế tạo ổ bi đũa, một bộ phận quan trọng của ngành cơ khí. John Hyatt là một tấm gương về say mê học hỏi và làm việc kiên trì. Tuấn Hoàng hoahocvietnam.com 22
Cloral và DDT Sự clo hoá rượu etylic (ethanol) để điều chế cloral hay triclorandehyd axetic (trichloroacetladehyde), CCl3CHO, lần đầu tiên được khám phá bởi Justus von Liebig vào năm 1832: Cl2 + C2H5OH → C2HCl3O + 5HCl Đó là một chất lỏng không màu, linh động, có mùi hắc và độc. Trong nước nó phản ứng tạo thành dạng hiđrat (2,2,2-tricloro-1-ethanediol – C2H3O2Cl3), một thuốc ngủ/giảm đau mạnh với tên gọi khác là thuốc “nốc ao” (knockout drops). Đồng thời, đó cũng là một chất phản ứng quan trọng trong quá trình điều chế thuốc trừ sâu DDT (viết tắt của từ Dichloro-Diphenyl- Trichloroethane) trong công nghiệp. Sử dụng DDT trong việc kiểm soát các bệnh lây từ côn trùng đã cứu sống hàng triệu người trong nửa thế kỷ vừa qua, chủ yếu là qua việc giết hàng loạt muỗi Anophen, một nơi trú ngụ chính cho sinh vật ký sinh gây bệnh sốt rét. Mặc dù mức độ độc hại của nó đối với động vật có vú không cao nhưng DDT có khả năng gây thối rữa. Sự tích luỹ của nó trong lưới thức ăn làm nó trở nên một mối nguy hiểm cho các loài chim cá và do đó nó đã bị cấm bởi Cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ từ năm 1972. Vỏ trứng bị tấn công bởi thuốc trừ sâu dư thừa do quá lạm dụng Đặng Ngọc Huy hoahocvietnam.com 23
NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA CHITIN, CHITOSAN VÀ DẪN XUẤT 1. Cấu trúc hóa học của chitin Chitin là polisaccarit mạch thẳng, có thể xem như là dẫn xuất của xenlulozơ, trong đó nhóm (-OH) ở nguyên tử C(2) được thay thế bằng nhóm axetyl amino (-NHCOCH3) (cấu trúc I). Như vậy chitin là poli (N-axety-2-amino-2-deoxi-b-D- glucopyranozơ) liên kết với nhau bởi các liên kết b-(C-1-4) glicozit. Trong đó các mắt xích của chitin cũng được đánh số như của glucozơ: 2. Cấu trúc hoá học của chitosan và một vài dẫn xuất. Chitosan là dẫn xuất đề axetyl hoá của chitin, trong đó nhóm (–NH2) thay thế nhóm (- COCH3) ở vị trí C(2). Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-glucozamin liên kết với nhau bởi các liên kết b-(1-4)-glicozit, do vậy chitosan có thể gọi là poly b-(1-4)-2-amino-2-deoxi-D- glucozơ hoặc là poly b-(1-4)-D- glucozamin (cấu trúc III). Dưới đây là công thức cấu tạo của các dẫn xuất: 24
3. Tính chất vật lý của chitin/chitosan. Chúng tôi nghiên cứu về trạng thái, màu sắc, mùi vị, tính tan của chitin/chitosan trong nước và trong một vài dung môi khác như: axit, bazơ hoặc trong các dung môi hữu cơ. 4. Tính chất hoá học của chitin/chitosan. - Trong phân tử chitin/chitosan có chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH3 trong các mắt xích N-axetyl-D-glucozamin và nhóm –OH, nhóm -NH2 trong các mắt xích D-glucozamin có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amin, vừa là amit. Phản ứng hoá học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế N-, hoặc dẫn xuất thế O-, N. - Mặt khác chitin/chitosan là những polime mà các monome được nối với nhau bởi các liên kết b-(1-4)-glicozit; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hoá học như: axit, bazơ, tác 25
nhân oxy-hóa và các enzim thuỷ phân 4.1.Các phản ứng của nhóm -OH -Dẫn xuất sunfat. -Dẫn xuất O-axyl cuả chitin/chitosan. -Dẫn xuất O–tosyl hoá chitin/chitosan. 4.2. Phản ứng ở vị trí N. -Phản ứng N-axetyl hoá chitosan. -Dẫn xuất N-sunfat chitosan. -Dẫn xuất N-glycochitosan (N-hidrroxy-etylchitosan). -Dẫn xuất acroleylen chitossan. -Dẫn xuất acroleylchitosan 4.3. Phản ứng xảy ra tại vị trí O, N. -Dẫn xuất O,N–cacboxymetylchitosan. -Dẫn xuất N,O-cacboxychitosan. -Phản ứng cắt đứt liên kết õ-(1-4) glicozit 5. Khả năng hấp phụ tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp của chitin/chitosan và một vài dẫn xuất. - Trong phân tử chitin/chitosan và một số dẫn xuất của chitin có chứa các nhóm chức mà trong đó các nguyên tử Oxi và Nitơ của nhóm chức còn cặp electron chưa sử dụng, do đó chúng có khả năng tạo phức, phối trí với hầu hết các kim loại nặng và các kim loại chuyển tiếp như: Hg2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+,Ni2+,Co2+ Tuỳ nhóm chức trên mạch polime mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau. - Ví dụ: với phức Ni(II) với chitin có cấu trúc bát diện với số phối trí bằng 6, còn phức Ni(II) với chitosan có cấu trúc tứ diện với số phối trí bằng 4. 26
trong đó là mạng polime. 6. Một số ứng dụng của chitin /chitosan và các dẫn xuất. - Chitin/chitosan và các dẫn xuất của chúng có nhiều đặc tính quý báu như: có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, có khả năng tự phân huỷ sinh học cao, không gây dị ứng, không gây độc hại cho người và gia súc, có khả năng tạo phức với một số kim loại chuyển tiếp như: Cu(II), Ni(II), Co(II) Do vậy chitin và một số dẫn xuất của chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: Trong lĩnh vực xử lí nước thải và bảo vê môi trường, dược học và y học, nông nghiệp, công nghiệp, công nghệ sinh học - Các polisaccarit tự nhiên mà điển hình là chitosan, nhận được bằng cách đề axetyl một phần của chitin. Chitosan và các dẫn xuất với đặc điểm có cấu trúc đặc biệt với các nhóm amin trong mạng lưới phân tử có khả năng hấp phụ tạo phức với kim loại chuyển tiếp như: Cu(II), Ni(II), Co(II) trong môi trường nước. Vì vậy, việc nghiên cứu những đặc điểm về tính chất hóa học, khả năng hấp phụ kim loại đang là vấn đề được các nhà khoa học quan tâm, 27
và từng bước được áp dụng vào giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trên Trái Đất Vũ Công Phong (Sưu tầm và biên soạn) hoahocvietnam.com 28
CHẤT CARBENDAZIM TRONG SẦU RIÊNG Thời gian gần đây, trên báo đài hay nói về sầu riêng có bôi chất carbendazim trên cuống để bảo quản khi thu hoạch. Sau đây là một số thông tin mà Hoahocvietnam.com có được về chất này, mời quý vị tham khảo. Carbendazim là chất bột có màu xám trắng. Công thức hóa học: C9H9N3O2 Công thức phân tử: Mã nhận dạng CAS number: 10605-21-7 Trọng lượng phân tử: 191.187 g/mol Nhiệt độ nóng chảy: 302-307 °C Những tên gọi khác: Methyl (1H-benzimidazol-2-yl)carbamate, Carbendazol (ZMAF), methyl- 2-benzimidazole carbamate (MBC, MCB, BCM, BMC) Sản xuất và ứng dụng: Vào năm 1988, sản lượng carbendazim toàn cầu xấp xỉ 3600 tấn. Nó là một chất thuộc nhóm thuốc diệt nấm benzimidazole được dùng rộng rãi nhất. Carbandazim thường được dùng như chất ngăn ngừa các bệnh thực vật ở cây ăn trái, rau quả, ngũ cốc Tác động: - Đối với môi trường: Carbendazim là chất gây hại cho các sinh vật sống dưới đất và dưới nước. - Đối với con người: Được đánh giá là có độc tính thấp đối với con người. Làm bỏng rát khi tiếp xúc với da và mắt. Theo các nghiên cứu trên động vật, tiếp xúc thường xuyên và lâu dài với carbendazim có thể tác động xấu đến quá trình sinh sản và phát triển ở người. Uyên Chi Hoahocvietnam.com 29
URANI - NGUYÊN TỐ PHÓNG XẠ Năm 1789, nhà hóa học người Đức Claprot (M.Klaproth) phát hiện ra một nguyên tố mới và để nhớ hành tinh Thiên Vương (Uranus) vừa được nhà thiên văn học người Anh Hơcsen (Herchel) tìm ra năm 1781. Ông đã đặt tên cho nguyên tố mới là Urani. Nhưng thật ra thì ông đã nhầm vì ông mới điều chế được Uranidioxyt (UO2) chứ chưa phải kim loại Urani. Mãi tới năm 1842, nhà hóa học Pháp Peligo ( E.Peligo) mới thực hiện điều chế ra bột kim loại màu đen của Urani khi dùng kim loại kali để khử muối Cloura khan của Urani đã được đun nóng. Urani là nguyên tố nằm ở ô 92 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, có bề ngoài màu trắng bạc, tỷ trọng 18,5-19, xấp xỉ như vàng, bằng 80% của chì; tương đối mềm, rất dễ dàng tiến hành gia công cơ khí; tính chất hóa học hoạt động; trong không khí có thể bị oxy hóa chầm chậm chuyển thành màu đen. Điều khác biệt với các kim loại khác là có tính phóng xạ- có thể tự động phóng ra những tia xạ mắt thường không thể nhận ra, cho nên nó là kim loại hiếm có tính chất phóng xạ. Tính phóng xạ do Becoren (H.Bequerel) tìm ra khi nghiên cứu hiện tượng phát lân quang của hợp chất Urani. Urani thiên nhiên là do mấy loại đồng vị phóng xạ của Urani hợp thành như: 238U, 235U, 234U, Một thời gian dài sau khi được phát hiện, Urani chưa được ứng dụng nhiều trong cuộc sống. Lịch sử khảo cổ cho biết cho biết rằng thời cổ La Mã hợp chất urani đã được dùng trong chế tạo thủy tinh màu. Ngoài ra, không có thêm một ứng dụng nào từ Urani nữa! Tới thế kỉ XIX, người ta bắt đầu nghiên cứu những tính chất và ứng dụng của Urani, xác định nó là chất nhuộm màu vàng rất đẹp cho thủy tinh và sành sứ. Năm 1896, sau khi Becoren phát hiện ra tính phóng xạ của Uurani, rồi vào năm 1903, Marie Curi và chồng là Pierre Curi phát hiện ra Radi có tính phóng xạ còn mạnh hơn mấy trăm vạn lần của Urani. Điều này làm người ta hứng thú nghiên cứu tính phóng xạ của Urani, và theo đó phương hướng sản xuất các muối Urani ở các nhà máy đã chuyển sang sản xuất Urani và Radi cũng cùng chứa trong khoáng Urani; muối Urani chỉ được xem là sản phảm phụ. Vấn đề ở chỗ trong khoáng Urani, hàm lượng Radi chỉ không quá 1 phần 100 vạn. Phải dùng tới 800 tấn nước, 400 tấn khoáng vật, cùng hàng ngàn tấn hóa chất mới có thể tách ra được 1 gam hợp chất Radi! Cho nên nghiên cứu sử dụng Urani đã được chú ý hơn. 30
Nhà hóa học người Đức Martin Heinrich Klaproth (01/12/1743 – 01/01/1817), người phát hiện ra nguyên tố Urani Qua đi 37 năm, để tới năm 1939, loài người đã có phát hiện trọng đại trong lịch sử khoa học: các nhà khoa học Đức Hari(O.Hahn) và Stratman (F.Strassmann) đã tìm ra sự phân hạch của Urani dưới tác dụng của những nơtron chậm. Một năm sau, các nhà vật lý Xô viết G.N. Flerop và K.A.Petrogiac dã chứng minh rằng hạt nhân của Urani có thể tự phân chia. Những phát minh đó đã mở đầu cho kỷ nguyên chinh phục năng lượng nguyên tử. Dùng phương pháp nhân tạo, oanh kích hạt nhân nguyên tử Urani sẽ xảy ra phản ứng phân rã liên tục mà phóng ra năng lượng cực lớn. Năng lượng đó gọi là năng lượng hạt nhân hoặc năng lượng nguyên tử. Từ năm 1942 việc sản xuất Urani tăng mạnh đặc biệt trong 20 – 30 năm gần đây Năng lượng phóng ra từ phản ứng dây chuyền của sự phân rã hạt nhân nguyên tử so với năng lượng phóng ra từ các phản ứng hóa học thông thường thì gấp hàng trăm vạn lần. Một gam hạt nhân Urani khi phát sinh phân hạch có thể tạo ra năng lượng 20000 kWh; 50 gam hạt nhân Urani khi phân hạch tỏa ra năng lượng tương đương với nhiệt năng sản ra khi đốt cháy hơn 10 000 kilogam than đá! Năng lượng hạt nhân của 1kg Urani là đủ để máy bay bay với tốc độ 1300 Km/giờ, bay được 10 000 kilomet, tức là bay quanh Trái Đất được 2,5 vòng. Trong điều kiện thích hợp tốc độ phản ứng phân rã hạt nhân là cực kì nhanh. Nếu để phát triển tự nhiên, không có khống chế, chỉ trong vòng thời gian từ 1/100 000 đến 1/1 000 000 của giây là một mảnh urani có thể phân rã hết, tạo nên vụ nổ cực lớn – vụ nổ hạt nhân. Urani 31
là “thuốc nổ” của bom nguyên tử, trong bom nguyên tử Urani được chia thành hai mảnh nhỏ hình bán cầu, đặt cách nhau một chút, lúc bình thường thì không có phản ứng gì. Khi cần cho bom nổ, dùng thuốc nổ thông thường dẫn lửa, làm cho mảnh Urani gồm hai mảnh bán cầu nhanh chóng khớp chặt vào nhau làm một, số nơtron đột ngột tăng lên, lập tức sản sinh phản ứng dây chuyền, chỉ trong vòng thời gian cực kì ngắn, quả bom nguyên tử sẽ tạo ra vụ nổ cực lớn giải phóng ra năng lượng khủng khiếp, nhiệt độ cao tới vài triệu độ và áp lực tới vài tỷ atôtphe. Nếu 1kg Urani phát sinh phản ứng phân rã, phóng ra 79,4 ngàn tỷ nhiệt luợng tương đương với sức tàn phá của 18 000 tấn thuốc nổ cực mạnh TNT. Lợi dụng tính chất năng lượng hạt nhân, chính quyền Hoa Kỳ chế tạo ra 3 quả bom nguyên tử, trong đó 2 quả đã ném xuống hai hòn đảo Hirosima và Nagasaki của Nhật Bản, đã giết chết hàng trăm ngàn người dân Nhưng vụ nổ hạt nhân có thể dùng để kiến thiết, như thuốc nổ thông thường như dùng trong khai thác hầm mỏ, xây dựng đê điều, đường xá 1 kg thuốc nổ hạt nhân có thể trong tích tắc, năng lượng sản sinh ra tương đương với sức lực của 25 000 lao động trong vòng một năm. Theo thống kê năm 1954 là năm thế giới có trạm phát điện nguyên tử đầu tiên đưa và vận hành, cho tới cuối năm 2006, toàn thế giới đã có 34 nước với 560 trạm phát điện nguyên tử, tạo ra 5780 tỷ kWh chiếm ¼ tổng lượng điện toàn thế giới làm ra. Trong đó, nước Mỹ có số trạm phát điện lớn nhất: 201. Tỷ trọng về điện nguyên tử trong tổng số lượng điện phát ra ở Pháp là lớn nhất cứ mỗi 10 kWh điện có trong đó 7 kWh là điện phát từ trạm điện nguyên tử. Các nhà khoa học cho biết, phần đồng vị chủ yếu của Urani thiên nhiên là 238U (còn đồng vị 235U trong tạo năng lượng nguyên tử rất ít)- chiếm tới 95%, rất cần cho sự phát triển bình thường của cây trồng. Nó làm tăng hàm lượng đường trong cây cà rốt, củ cải đường và một số cây ăn quả, bởi vì làm vi sinh vật trong đất được phát triển mạnh. Động vật cũng rất cần Urani. Người ta cho chuột ăn lượng nhỏ urani trong vòng một năm, thấy không có hậu quả có hại mà chuột tăng khối lượng lên gấp đôi! Hóa ra, Urani giúp cơ thể sống đồng hóa dễ dàng photpho, nitơ, kali, Dùng muối Urani có thể chữa được một số bệnh như bệnh đái đường, da liễu, các khối u Nhiều hợp kim có chứa urani có những tính năng quý giá như Thép – Urani chịu được nước cường toan, axít có tính oxi hóa mạnh Urani còn là chất xúc tác trong các phản ứng hóa học như xúc tác UO2 (urani dioxit), UC(UraniCacbua) 32
Nhiên liệu hạt nhân có phải là nguồn năng lượng từ khoáng vật như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên dùng chẳng bao lâu thì cạn kiệt ? Hiện nay nguồn nguyên liệu chủ chủ yếu cho sản xuất nguyên tử là Urani, ngoài ra còn có kim loại hiếm có tính phóng xạ khác như: Thoiri(Th), có lượng chứa trong vỏ Trái Đất ít hơn một chút so với Thiếc (Sn) còn nhiều hơn vonfram, Molipden nhưng giá trị khai thác còn quá ít. Còn Urani trong vỏ Trái Đất, nó chỉ chiếm 2,5.10-4 % về khối lượng trong đó 238U chiếm 99,28%. Còn 235U (đồng vị của 238U ) là nguyên liệu của lò phản ứn hạt nhân, chỉ chiếm hàm lượng vô cùng nhỏ trong vỏ Trái Đất. Nhưng trong nước biển có tàng chứa mấy tỷ tấn Urani, tức là hơn rất nhiều so với lượng Urani khoáng vật trên lục địa. Nếu như có thể tách lấy Urani từ trong nước biển để chúng ta sử dụng thì năng lượng nguyên tử mà con người tạo ra sẽ tương đương với hàng vạn tỷ tấn than tiêu chuẩn, và theo định mức tiêu thụ trung bình về năng lượng hiện nay trên toàn thế giới, là đủ cho loài người sử dụng trong vài vạn năm nữa! Vũ Công Phong biên soạn hoahocvietnam.com 33
DIETHYLEN GLYCOL (DEG) Công thức hóa học: C4H10O3 Công thức phân tử: (CH2CH2OH)2O Mã số nhận dạng CAS number: 111-46-6 Trọng lượng phân tử: 106.12 g/mol Tỷ trọng: 1,118 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy: -10,45oC Nhiệt độ sôi: 244oC Những tên gọi khác: Bis (2-Hydroxyethyl) Ether; Dihydroxydiethyl Ether; Beta,Beta'-Dihydroxydiethyl Ether; 2,2'- Dihydroxyethyl Ether; 2,2'-Oxydiethanol; Ethylene Diglycol; Diglycol; Glycol Ether; Glycol Ethyl Ether; 2-Hydroxyethyl Ether; 3-Oxapentane-1,5-Diol; 3-Oxa-1,5-Pentanediol; 2,2- Oxybisethanol; Brecolane NDG; Carbitol; Deactivator E; Deactivator H; DEG; Dicol; Dissolvant APV; TL4N Ứng dụng: - Diethylen glycol (DEG) thường được biết đến nhiều trong việc ứng dụng làm phụ gia nhiên liệu, phụ gia xây dựng, chất trợ nghiền xi măng, dùng như là chất chống đông lại và phụ gia chống đóng băng. - Sản phẩm trung gian trong sản xuất polymer và phản ứng hóa học. Nguyên liệu glycol cho sản xuất sợi polyeste và sản xuất PET. Dung môi hay chất dẻo hóa (cho) chất dẻo, sơn mài, sơn. - Dùng trong thủy lực, phanh, chất lỏng trao đổi nhiệt. Làm ẩm ướt và làm dẻo. Loại nước, hút ẩm. Chất điều hoà, dùng trong lau rửa. Bảo quản, chất tẩy rửa và chất khử trùng. - Dùng trong in ấn. Dung môi trong ngành dệt nhuộm, thuộc da. - Sản xuất chất nổ, thành phần điện phân. Cảnh báo: - Có tính độc, độc khi ăn phải, bỏng khi tiếp xúc với da, mắt (do hóa chất này có tính hút nước), làm suy giảm chức năng thận, tác động đến trung khu thần kinh, suy hô hấp và là tác nhân gây ung thư. - Có thể là tác nhân gây ảnh hưởng đến sự phát triển của trẻ, gây khuyết tật sinh, trọng lượng mới đẻ thấp, loạn chức năng sinh học - Có thể ảnh hưởng đến khả năng sinh dục, ảnh hưởng sự phát triển thai nhi 34
Thông tin thêm: Trong những ngày gần đây, chúng ta đều được nghe đến hóa chất Diethylen glycol (có tác dụng ngăn kem đánh răng đông cứng lại) có trong hai loại kem đánh răng xuất xứ Trung Quốc có nhãn hiệu "Excel" và "Mr.Cool" đã gây tử vong ở Panama, Cộng hòa Dominica, và hiện hai nước đã cấm lưu hành. Thanhdvien biên soạn hoahocvietnam.com ĐỘC TỐ 3-MCPD Độc tố 3-MCPD thuộc nhóm hóa chất gây độc có tên gọi chloropropanols, có công thức phân tử chung C3H7ClO2, khối lượng phân tử 110,5. Chloropropanols có các dẫn xuất 1,3-DCP; 2-MCPD; 2,3-DCP và 3-MCPD. Trong đó, 3-MCPD có hàm lượng cao nhất và tồn tại dưới dạng hỗn hợp racemic của 2 đồng phân (R) và (S) (hàm lượng của 2 đồng phân đối quang bằng nhau 50:50). 1,3-dicloro-2 propanol (1,3-DCP) 2-monochloropropane-1,3-diol (2-MCPD) 35
2,3-dichloro-2-propanol (2,3-DCP) 3-Monochloropropane-1,2-diol (3-MCPD) Độc tố 3-MCPD được hình thành qua phản ứng giữa chất béo với các chất có chứa Clo. Phản ứng thường xảy ra trong quá trình thủy phân chất đạm thực vật bằng acid clohidric HCl. Do đó thường gặp trong nước tương, bánh mì, formage, xúc xích nhất là trong nước tương, do nhà sản xuất dùng protein thực vật thủy phân bằng acid clohydric để làm tăng vị mặn và tăng hương vị (trong quy trình sản xuất nước tương, đây là khâu thủy phân đạm trong khô dầu đậu nành). Do đó, nếu dùng đúng nồng độ acid (không quá cao) độc tố sẽ sinh ra ít, phù hợp với hàm lượng tiêu chuẩn cho phép. Theo nhiều nghiên cứu, 3-MCPD có khả năng gây ung thư, gây đột biến gien ở người. Khánh Vân biên soạn hoahocvietnam.com 36
MỘT SỐ THUỐC THỬ THÔNG DỤNG Thuốc thử Barfoed: Thuốc thử này trông giống thuốc thử Benedict nhưng hơi khác một chút . Dung dịch được chuẩn bị bằng cách hòa tan 70g Đồng acetat monohydrat với 9ml axít acetic băng trong nước sau đó đưa vào bình định mức 1lít rồi thêm nước cho đến vạch định mức, dung dịch có thể sử dụng trong thời hạn một năm. Khi 1ml dung dịch thuốc thử này được đun nóng với 5 giọt chất mẫu, kết quả dương tính đối với monosacarit là sự hình thành kết tủa đỏ gạch tồn tại trong vòng 5 phút. Còn disacarit nhìn chung không thấy phản ứng xảy ra sau 10 phút đun nóng với thuốc thử. Kết tủa sẽ không đóng váng như khi thử với thuốc thử Benedict. Thuốc thử Benedict: Chúng tôi thường dùng thuốc thử bán trên thị trường vì nó có tính ổn định cao hơn dung dịch pha chế trong phòng thí nghiệm. Hiện nay ở Việt Nam chưa thấy xuất hiện thuốc thử này, thường nếu muốn mua bạn phải nhập khẩu. Dung dịch pha chế trong phòng thí nghiệm được phân ra hai loại, một là dung dịch thô dùng cho phân tích định tính, hai là dùng cho phân tích định lượng: Với dung dịch thô tiến hành như sau: trước hết hòa tan 100g Na2CO3 và 173g Natri Citrat dihydrat trong 850ml nước, khuấy đều và cho từ từ dung dịch của 17.3 g Đồng sulfat trong 100ml nước. Sau đó thêm hỗn hợp vào bình định mức 1lít và thêm nước đến vạch chỉ định, thuốc thử có thể sử dụng lâu dài. Trong 600ml nước nóng hòa tan các chất sau: - 200g Natri citrat (C6H5Na3O7) - 75g Natri cabonat - 125g Kali thiocynat Trong 100ml nước hòa tan - 18g CuSO4.5H2O Khi các dung dịch đã nguội trộn chúng với nhau và khuấy đều sau đó thêm 5ml dung dịch Kali 37
Ferocyanit rồi thêm nước vào cho đủ 1lít. Khi 1ml dung dịch thuốc thử được đun nóng với 5 giọt chất mẫu trong một cốc nước, dấu hiệu tích cực khi kiểm tra sự có mặt của đường khử là hình thành kết tủa trong 5 phút. Khoảng biến màu từ xanh lá cho đến vàng rồi chuyển qua màu cam sau đó là màu đỏ gạch tùy thuộc vào hàm lượng đường khử có trong chất mẫu; với một mẫu chứa 1% glucose thì màu của kết tủa thường là đỏ gạch. Thuốc thử Bial: Hòa tan 3 g orcinol (C7H8O2) trong 500 mL axít HCl đậm đặc, thêm 2,5 ml dung dịch feric clorua hexahydrat 10% và hòa tan hỗn hợp thành 1lít với nước và lúc này HCl xấp xỉ 6M. Thuốc thử chỉ bền trong vòng vài tuần, nhưng tôi chưa thử để lâu hơn, bạn hãy thử xem sao. Thuốc thử Bial được pha chế theo cách cổ điển được chuẩn bị trong 1lít HCl đậm đặc không pha loãng với nước. Dung dịch này phản ứng nhanh hơn (30-60 giây) nhưng kém bền so với thuốc thử pha chế bằng phương pháp nêu trên và hơi của HCl đậm đặc là cả một vấn đề nan giải. Và bạn cũng có thể dùng HCl 4M vẫn phản ứng tốt nhưng chậm và cho màu yếu hơn. Khi 1ml dd thuôc thử được đun nóng với 5 giọt chất mẫu trong một cốc nước thì dấu hiệu tích cực với pentose(phân tử đường chứa 5 cacbon) là sử đổi màu dung dịch từ xanh lá sang xanh da trời trong chốc lát. Thuốc thử Biuret: Thêm 300ml dung dịch NaOH 10% về thể tích vào 500ml dung dịch chứa 0.3% đồng sulfat pentahydrat và 1.2% Kali Tartrat (C4H4K2O6) khuấy đều rồi pha loãng thành 1lít dung dịch. Sau đó để dung dịch ở chỗ tối ngay để tránh thuốc thử bị biến tính. · Thuốc thử có thể dùng trong phân tích định tính và định lượng. Trong một phản ứng tiêu biểu một phần thể tích của mẫu được trộn với 2 phần thể tích của thuốc thử; tỉ số tối giản phụ thuộc vào nồng độ tối đa của protein mà bạn muốn phát hiện. Sự xuất hiện của protein sẽ cho ra màu tìm với bước sóng hấp thụ khoảng 550-555nm, chúng tôi thường đọc được ở 540nm. Thuốc thử Bradford: Hòa tan 100mg Coomassie Blue G-250 (C41H44N3NaO6S2) trong 50 mL etanol 95%, Thêm 100ml dung dịch axít photphoric 85%, và pha loãng đến 1lít. Thuốc thử cần được lọc ít nhất một lần, nếu thấy chưa hài lòng bạn có thể lọc 2 đến 3 lần khi thấy kết tủa xuất hiện trong duc dịch. Thuốc thử Bradford có bán trên thị trường với cấu trúc tương đối bền. Tôi nghe một số người nói rằng công thức của Sigma dùng 40ml metanol 4% và 120ml photphoric axít 10%. Tôi đã thử nhưng không thấy gì tốt hơn phương pháp cổ điển 38
cả. Người ta nói dung dịch này kém bền nhưng tôi đã dùng cả năm nay không thấy vấn đề gì. · Để định lượng protein hãy trộn 0.25ml mẫu với 2.5 ml thuốc thử Bradford. Sau 5 phút đo phổ hấp thụ ở 595nm. Một điểm bất lợi của thuốc thử này là nó cho ra một khoảng trắng dài làm ảnh hưởng đến kết quả đọc phổ bởi vì một số thuốc thử dính chặt với cuvét. Một điểm bất lợi khác nữa là thuốc thử này rất nhạy với dung dịch tẩy rửa nếu như dụng cụ thủy tinh không được rửa lại sạch thì có nghĩa là bạn đang nghiên cứu về khả năng hòa tan của màng protien trong chất tẩy rửa. Thuốc thử DNSA: Thuốc thử này dùng để phát hiện nhóm khử cuối mạch của hydrocarbon và tôi thấy nó rất hữu dụng trong nhiều thí nghiệm. Thành phần của nó là 1% của 3,5- dinitrosalicylic Axít (DNSA), 30% Natri Kali Tartrat và 0.4M NaOH. Thuốc thử này rất bền và sau vài năm cất trữ có một vài vẫn đen xuất hiện trong dung dịch, mặc dù cũ nhưng vẫn sử dụng tốt. Trong một phản ứng tiêu biểu, cùng một thể tích của mẫu và thuốc thử được đun nóng trong cốc nước sôi khoảng 10 phút. Sau đó để nguội và đó pha loãng với 10 phần thể tích nước đo phổ hấp thụ thu được bước sóng 540nm. Tôi thường dùng khoảng 0.4 ml mẫu và DNSA và sau khi đun nóng hòa tan với 4ml nước, thu được một hỗn hợp vừa đủ để chạy phổ hấp thụ. Khi không có nhóm khử nào xuất hiện thì màu thu được là màu vàng và khoảng hấp thụ từ 0.03-0.05, dấu hiệu tích cực là màu đỏ tạo thành với khoảng hấp thụ trên 1.0. Thuôc thử Lowry: · Thuốc thử 1: trộn lẫn một phần thể tích thuốc thử B (0.5% đồng sulfat pentahydrat, 1% Kali tartrat) với 50 phần thể tích của thuốc thử A (2% Natri carbonat, 0.4% NaOH). Cả hai thuốc thử A và B bền trong một thời gian tương đối dài nhưng tôi thấy thuốc thử B xuất hiện kết tủa có nghĩa là nó nhắc tôi cho thêm một ít NaOH. · Thuốc thử 2: Hòa tan thuốc thử Folin-Ciocalteu phenol thương mại với một lượng nước bằng về thể tích , thuốc thử sẽ bền trong vài tuần. Để định lượng protein trộn 0.25ml dung dịch chứa protein với 2.5 ml thuốc thử Lowry. Sau 10 phút thêm 0.25ml thuốc thử Lowry 2 và lắc đều. Sau 30 phút đo phổ hấp thụ ở 750nm.(Nếu bạn dùng Spectronic 20 với một ống photo thông thường thì 750nm là quá dài, nhưng ở 600nm cho kết quả hấp thụ thấp hơn nhưng vẫn còn chấp nhận được.) 39
Thuôc thử Seliwanoff: Hòa tan 1g resorcinol (C7H8O2) trong 300ml HCl đậm đặc sau đó pha loãng thành 1lít (lúc này HCl xấp xỉ 4M). Thuốc thử này có thể cất được hơn một năm. · Khi 1ml thuốc thử được đun nóng với 5 giọt chất mẫu trong một cốc nước đang sôi, một dấu hiệu tích cực đối với monosacarit có chứa nhóm ceton là sự chuyển màu của dung dịch từ vàng cam sang đỏ trong vòng 5 phút. Trong một số tài liệu khác thì nói rằng màu quả mơ là kết quả âm tính. Màu sắc của thí nghiệm kết quả phụ thuộc vào nồng độ của chất mẫu, và một vài loại đường như glucose thì không biến màu thậm chí sau mười phút trong thuốc thử. Thái Phú Khánh Hòa(Internet) hoahocvietnam.com NGUYÊN TỐ THỨ 118 Các nhà khoa học thuộc lĩnh vực hóa học, vật liệu học và khoa học đời sống ở Phòng Thí nghiệm Quốc Gia Lawrence Livermore (LLNL), hợp tác với các nhà nghiên cứu đến từ Dubna, Viện hợp tác nghiên cứu hạt nhân (JINR - Joint Institute for Nuclear Research) ở Nga, đã cùng khám phá ra nguyên tố thứ 118, một nguyên tố mới nhất với khối lượng phân tử rất lớn. Vào giữa tháng 2 và tháng 6 năm 2005, các nhà nghiên cứu đã thực hiện nhiều thí nghiệm với thiết bị JINR U400 cyclotron, và quan sát sự phân hủy của chuỗi nguyên tử cấu tạo bởi nguyên tố thứ 118. Ở những chuỗi nguyên tử đang phân rã này, nguyên tố thứ 118 phân hủy bởi các hạt alpha sẽ tạo ra nguyên tố thứ 116. Kết quả cuộc thí nghiệm nghiên cứu được xuất bản vào tháng 10 năm 2006 trên tạp chí Physical Review C. Thí nghiệm đã cho ra 3 nguyên tử của nguyên tố thứ 118 khi bắn ion canxi vào nguyên tố phóng xạ californium. Sau đó, nhóm nghiên cứu quan sát sự phá hủy 40
chuỗi nguyên tử do hạt alpha thì thấy nguyên tố thứ 118 phân rã đến nguyên tố thứ 116 và đến nguyên tố thứ 114. Trong các cuộc thí nghiệm trước đây, nhóm hợp tác nghiên cứu Livermore-Dubna đã tạo ra chất đồng vị tương tự nguyên tố thứ 116. Qua cuộc nghiên cứu này, nhóm hợp tác nghiên cứu Livermore-Dubna đã khám phá ra được 5 nguyên tố mới (nguyên tố thứ 113, 114, 115, 116 và 118). Ken Moody, người dẫn đầu nhóm Livermore, nói:“Tính chất khi phân hủy của tất cả các chất đồng vị mà chúng ta đã khám phá cho đến nay đã thêm vào danh sách các “nguyên tố bền” - “Island of Stability” ; điều này cho thấy rằng chúng ta có thể may mắn thành công nếu chúng ta cố gắng tiếp tục nỗ lực nghiên cứu hơn nữa”. Thuật ngữ “nguyên tố bền” - “Island of Stability” xuất phát từ vật lý hạt nhân diễn tả khả năng có thể cân bằng ổn định số lượng proton và neutron của các nguyên tố. Điều này cho phép các chất đồng vị của nhiều nguyên tố transuranic (là các nguyên tố có số lượng nguyên tử lớn hơn 92) có thể ổn định bền hơn so với các nguyên tố khác, và do đó phân hủy chậm hơn. Nguyên tố thứ 118 được kỳ vọng là một chất khí quý hiếm đứng ngay phía dưới chất radon trong bảng tuần hoàn các nguyên tố. Moody nói: “Có khoảng 90 nguyên tố hóa học, và thật là tuyệt vời khi chúng có thể tìm hiểu học hỏi bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học hơn nữa. Qua đó, chúng ta hiểu sự tồn tại và cấu tạo của thế giới này”. Các thành viên trong nhóm Livermore gồm: Moody, Dawn Shaughnessy, Mark Stoyer, Nancy Stoyer, Philip Wilk, Jacqueline Kenneally, Jerry Landrum, John Wild, Ron Lougheed và cựu nhân viên Joshua Patin. Giám đốc Hiệp hội Hóa học, Vật liệu và Khoa học đời sống - Chemistry, Materials and Life Sciences Associate, Tomas Diaz de la Rubia nói: “Điều này hoàn toàn là một bước đột phá trong lĩnh vực khoa học. Chúng ta đã khám phá ra một nguyên tố mới cho ta những hiểu biết sâu sắc các tính chất của vũ trụ. Đối với các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu thì đây là một bản di chúc mạnh mẽ và có giá trị đối với Khoa học kỹ thuật tại Phòng Thí nghiệm này”. Kể từ khi thành lập năm 1952, Phòng Thí nghiệm Livermore đã khám phá ra nhiều nguyên tố nặng. Trong những năm qua, nhờ được cung cấp các vật liệu đặc biệt để làm thí nghiệm, 41
nhóm nghiên cứu ở đây đã gặt hái nhiều thành công trong việc khám phá ra các nguyên tố mới. Năm 1999 và 2001, Phòng Thí nghiệm thông báo đã phát hiện lần lượt các nguyên tố 114 và 116. Năm 2004, nhóm hợp tác nghiên cứu Livermore-Dubna tiến hành khảo sát nguyên tố 113 và 115. Trong tương lai, nhóm hợp tác nghiên cứu LLNL-Dubna sẽ tiếp tục bổ sung thêm nhiều nguyên tố trong bảng các “nguyên tố bền”. Năm 2007, nhóm nghiên cứu dự định sẽ tìm ra nguyên tố thứ 120 bằng cách bắn phá Plutonium vào chất đồng vị của sắt. Mark Stoyer nói: “Sẽ tiếp tục tìm kiếm các nguyên tố mới trong nhóm các nguyên tố nặng cho đến giới hạn bền của hạt nhân. Hy vọng sẽ tìm ra giới hạn đó”. Phòng Thí nghiệm Quốc Gia Lawrence Livermore, thành lập năm 1952, có nhiệm vụ bảo đảm an toàn quốc gia và ứng dụng các khoa học kỹ thuật vào những vấn đề quan trọng trong thời buổi hiện đại này. Phòng Thí nghiệm Quốc Gia Lawrence Livermore do Đại Học California, Bộ Quản Lý Năng lượng An Toàn Hạt Nhân Quốc Gia của Mỹ quản lý. Quỳnh Thi dịch hoahocvietnam.com 42
AXÍT CITRIC 1. Giới thiệu Axít citric là một axít hữu cơ thuộc loại yếu và nó thường được tìm thấy trong các loại trái cây thuộc họ cam quít. Nó là chất bảo quản thực phẩm tự nhiên và thường được thêm vào thức ăn và đồ uống để làm vị chua. Ở lĩnh vực hóa sinh thì axít citric đóng một vai trò trung gian vô cùng quan trọng trong chu trình axít citric của quá trình trao đổi chất xảy ra trong tất cả các vật thể sống. Ngoài ra axít citric còn đóng vai trò như là một chất tẩy rửa, an toàn đối với môi trường và đồng thời là tác nhân chống oxy hóa. Axít citric có mặt trong nhiều loại trái cây và rau quả nhưng trong trái chanh thì hàm lượng của nó được tìm thấy nhiều nhất, theo ước tính axít citric chiếm khoảng 8% khối lượng khô của trái chanh. Axít Citric Thông tin tổng quát Tên chuẩn 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylic acid Tên thường Axít chanh CTPT C6H8O7 SMILES (1) C(C(=O)O)C(CC(=O)O)(C(=O)O)O Khối lượng PT 192.13 g/mol Có dạng Tinh thể màu trắng Số CAS (2) [77-92-9] Tính chất 43
KL riêng 1665 kg/m3 Nhiệt độ nóng chảy 153ºC (307.4ºF, 426K) Nhiệt độ sôi Phân hủy ở 175ºC pKa pKa1=3.15 pKa2=4.77 pKa3=6.40 2. Tính chất Một vài tính chất vật lý của axít citric được liệt kê ở bảng trên, tính axít của nó là do ảnh hưởng của nhóm carboxyl -COOH, mà mỗi nhóm carboxyl có thể cho đi một proton để tạo thành ion citrat. Các muối citrat dùng làm dung dịch đệm rất tốt để hạn chế sự thay đổi pH của các dung dịch axít. Các ion citrat kết hợp với các ion kim loại để tạo thành muối, phổ biến nhất là muối Canxi Citrat dùng làm chất bảo quản và giữ vị cho thực phẩm. Bên cạnh đó ion citrat có thể kết hợp với các ion kim loại tạo thành các phức dùng làm chất bảo quản và làm mềm nước. Ở nhiệt độ phòng thì axít citric tồn tại ở dạng tinh thể màu trắng dạng bột hoặc ở dạng khan hay là dạng monohydrat có chứa một phân tử nước trong mỗi phân tử của axít citric. Dạng khan thu được khi axít citric kết tinh trong nước nóng, trái lại dạng monohydrat lại kết tinh trong nước lạnh. Ở nhiệt độ trên 74ºC dạng monohydrat sẽ chuyển sang dạng khan. Về mặt hóa học thì axít citric cũng có tính chất tương tự như các axít carboxylic khác. Khi nhiệt độ trên 175ºC thì nó phân hủy tạo thành CO2 và nước. 3. Lịch sử Vào thế kỷ thứ 8 nhà giả kim thuật Jabir Ibn Hayyan người Iran đã phát hiện ra axít citric. Các học giả châu Âu thời trung cổ cũng đã biết về axít tự nhiên trong chanh, những kiến thức sơ bộ về axít này cũng đã được ghi nhận vào thế kỷ XIII. Axít Citric được nhà hóa học người Thụy Sĩ tách được vào năm 1784, ông đã kết tinh được axít citric từ nước chanh ép. Năm 1860 ngành công nghiệp nước ép trái cây của Ý đã đưa công trình sản xuất axít citric vào hoạt động. 44
Năm 1893 C. Wehmer đã phát hiện ra rằng nấm mốc (3) cũng có thể tạo nên axít citric từ đường. Sản xuất axít citric theo kiểu vi sinh này đã không được đưa vào sản xuất công nghiệp cho đến thế chiến thứ I, do cục xuất khẩu nước hoa quả của Ý bác bỏ. Vào năm 1917 nhà hóa học thực phẩm James Currie người Mỹ đã phát hiện ra rằng nấm mốc hình sợi có thể dùng để sản xuất axít citric rất hiệu quả. Hai năm sau tập đoàn dược phẩm Pfizer đã ứng dụng kỹ thuật này vào sản xuất axít citric theo qui mô công nghiệp. 4. Sản xuất Kỹ thuật mà ngày nay người ta vẫn dùng trong công nghiệp sản xuất axít citric là nuôi nấm sợi trên đường ăn, sau đó lọc nấm mốc ra khỏi dung dịch và axít citric được tách bằng cách cho kết tủa với nước vôi tạo thành Canxi Citrat, sau đó kết tủa được xử lý bằng axít sulfuric. Ngoài ra axít citric còn được tách từ sản phẩm lên men của nước lèo (4) bằng cách dùng một dung dịch hydrocacbon của một bazơ hữu cơ Trilaurylamin để chiết. Sau đó tách dung dịch hữu cơ bằng nước. 5. Ứng dụng Với vai trò là một chất phụ gia thực phẩm, axít citric được dùng làm gia vị, chất bảo quản thực phẩm và đồ uống, đặc biệt là nước giải khát, nó mang mã số E330 (5). Muối Citrat của nhiều kim loại được dùng để vận chuyển các khoáng chất trong các thành phần của chất ăn kiêng vào cơ thể. Tính chất đệm của các phức Citrat được dùng để hiệu chỉnh độ pH của chất tẩy rửa và dược phẩm. Citric axít có khả năng tạo phức với nhiều kim loại có tác dụng tích cực trong xà phòng và chất tẩy rửa. Bằng cách phức hóa các kim loại trong nước cứng, các phức này cho phép các chất tẩy rửa tạo nhiều bọt hơn và tẩy sạch hơn mà không cần làm mềm nước trước. Bên cạnh đó axít citric còn dùng để sản xuất các chất trao đổi ion dùng để làm mềm nước bằng cách tách ion kim loại ra khỏi phức Citrat. Axít citric được dùng trong công nghệ sinh học và công nghiệp dược phẩm để làm sạch ống dẫn thay vì phải dùng axít nitric. Ở Anh, axít citric được dùng làm chất đệm để cho heroin nâu dễ hòa tan hơn. Một túi axít citric loại nhỏ được dùng để ép người nghiện thay kim tiêm bẩn bằng một cái sạch hơn nhằm hạn chế sự lây nhiễm của AIDS và bệnh viêm gan. Các axít khác dùng để hòa tan heroin nâu 45
là ascobbic, axetic và axít lactic, trong trường hợp thiếu thuốc con nghiện sẽ tiêm nước chanh vắt hay dấm. Citric axít là một trong những hóa chất cần thiết cho quá trình tổng hợp Hexametylen triperoxit diamin (HMDT) là một chất dễ phát nổ giống Axeton peroxit, nhạy với nhiệt và ma sát. Ở một số nước nếu bạn mua một số lượng lớn axít citric bạn sẽ bị liệt kê vào sổ đen của các âm mưu khủng bố. Axít citric cũng được cho vào thành phần của kem để giữ các giọt chất béo tách biệt. Ngoài ra nó cũng được thêm vào nước ép chanh tươi. 6. Thông tin về an toàn Citric axit được coi là an toàn sử dụng cho thực phẩm ở các quốc gia trên thế giới. Nó là một thành phần tự nhiên có mặt ở hầu hết các vật thể sống, lượng dư axít citric sẽ bị chuyển hóa và đào thải khỏi cơ thể. Điều thú vị là mặc dù axít citric có mặt khắp nơi trong cơ thể nhưng vẫn có một vài trường hợp mẫn cảm với axít citric. Tuy nhiên những trường hợp này rất hiếm và người ta thường gọi đó là phản ứng giả vờ của cơ thể. Axít citric khô có thể làm kích thích da và mắt do đó nên mặc áo bảo hộ khi tiếp xúc với axít này. (1) SMILES là một ngôn ngữ thông minh dùng các ký tự ASCII để biểu diễn các phân tử, phản ứng hóa học qua các nguyên tử và các ký hiệu liên kết. Con người có thể đọc và hiểu được một chuỗi SMILES và dùng để làm ký hiệu cho các phân tử hóa học mà người ta có thể tra cứu vào cơ sở dữ liệu để tìm một chất mong muốn. (2) CAS là số đăng kí cho các hợp chất hóa học, polyme, hợp chất vi sinh, hỗn hợp và hợp kim, các số đăng ký này sẽ giúp máy tính truy xuất từ cơ sở dữ liệu nhanh chóng hơn. (3) Nếu bạn nấu một ít agar rồi đổ vào đĩa petri dùng bàn thay bẩn chà lên vài lần, khoảng một tuần sau xem lại bạn sẽ thấy mốc xanh mọc rải rác trong đĩa agar. 46
(4) Theo cách gọi của người địa phương nước lèo là nước dùng cho súp, bún hay phở vv (5) Mã số phụ gia thực phầm qui định bởi liên minh châu Âu Thái Phú Khánh Hòa (lược dịch từ Wiki) hoahocvietnam.com ĐƯỜNG HOÁ HỌC Aspartame là một chất làm ngọt nhân tạo. Mặc dù nó có cùng chỉ số calo với đường ăn thông thường nhưng nó ngọt hơn đường ăn khoảng 200 lần. Chất này được nhà Hóa Học James Schlatter làm việc cho tập đoàn G D Searle phát hiện rất tình cờ vào năm 1965 trong khi ông đang thử nghiệm thuốc chống lở loét vết thương. Chất này được cho phép sử dụng trong nước giải khát có gas vào năm 1983. Sau một thập kỷ dài đấu tranh phản đối việc sử dụng chất làm ngọt này của John Olney (nhà nghiên cứu về thần kinh học) cùng với James Turner (khách hàng đại diện) và những khảo sát của bộ phận kiểm nghiệm của G D Searle. Người ta thấy rằng 2 thành phần chính của Aspartame là phenylalanin and aspartic acid (Được biết đến với cái tên aspartate là một amino acid kích thích, nó là một trong 20 amino acid cấu tạo nên protein và là một carboxylic acid tương tự asparagine tìm thấy trong protein của nhiều loài thực vật nhưng không đóng vai trò chủ yếu trong động vật và có thể hoạt động như là một tác nhân kích thích quá trình truyền tín hiệu thần kinh trong não, và là một sản phẩm của quá trình trao đổi chất trong chu trình urea, tham gia vào quá trình tạo thành glucose) là hai chất đối quang, có nghĩa là chúng có hai đồng phân mà không phải là hai ảnh gương có thể chồng lên nhau. Điều này có nghĩa là phân tử aspartame có hai tâm bất đối. Nếu các đồng phân không đối quang được sử dụng thì phân tử aspartame sẽ có hình dạng không đúng để vị giác phát hiện được nó. Trong quá trình tổng hợp aspartame, nguyên liệu là một hỗn hợp racemic (hàm lượng của 2 đồng phân đối quang bằng nhau 47
50:50) của phenylalanin và aspartic acid. Chỉ có đồng phần đối quang L của phenylalaninđược sử dụng, nó được chiết ra từ hỗn hợp racemic bằng phản ứng với acetic anhydric và NaOH và sản phẩm của phản ứng này được xử lý với enzym porcine kidney Acylase( là một loại enzym xúc tác rất mạnh, bền ở dạng khô, trong dung dịch nó bền ở nhiệt độ khoảng 70º C tại pH=7 còn nếu ở pH< 5 thì nó sẽ bị biến tính. Ezym này thể hiện tính chuyên biệt quang học ở mức độ cao so với chất nền. Vì lý do này mà nó được dùng phổ biến để tách hỗn hợp racemic của amino acid) và một quá trình chiết hữu cơ với sự có mặt của ion H+, Đồng phân L được tìm thấy trong lớp aquơ và đồng phân D được giữ lại trong lớp chất hữu cơ. Xử lý L-phenylalanin với metanol và HCl easter hóa nhóm –COOH, và ester này sau đó sẽ phản ứng với acid aspartic và cho ra sản phẩn cuối. Điều quan trọng là nhóm amin trên arpartic acid được bảo vệ bằng các nhóm carbobenzyloxy và nhóm acid gần nhóm amin nhất cũng được khóa bằng các nhóm benzyl, nhằm ngăn L-phenylalanin phản ứng với các nhóm này cho ra những sản phẩm không mong muốn. Nhóm acid yêu cầu để phản ứng được hoạt hóa bằng thuốc thử Castro. Thuốc thử này sẽ được thay thế khi L- phenylalani được thêm vào, nhưng các nhóm đã khóa sau đó phải được mở ra sau khi phản ứng cần thiết đã kết thúc. Carbobenzyloxy được mở bằng phản ứng với Hydro và platin(IV) oxit, metanol , cloroform, benzyl được mở bằng phản ứng với hydro/Pd/carbon cộng metanol và cloroform và sau đó quá trình tổng hợp kết thúc. Aspartame bị thủy phân trong cơ thể thành 3 chất đó là : aspartic acid (40%), phenylalanin (50%) và metanol (10%). Trong đó aspartic acid là một amino acid. Một vài nghiên cứu đã được tiến hành nhằm xác định tác dụng của chất làm ngọt trong cơ thể khi nó đi vào cơ thể ở dạng tự do, không bị ràng buộc bởi phân tử protein. Người ta nói rằng khi chất làm ngọt bị ngấm vào trong máu thì plasma của aspartate và glutamat tăng lên đáng kể. Cả aspartate và glutamat đóng vai trò như bộ phận truyền neuron trong não, truyền thông tin từ neuron này sang neuron khác. Khi có hơn một bộ phận truyền neuron hiệu, thì một neuron nào đó sẽ bị diệt bằng việc tăng nồng độ Canxi trong tế bào. Các tế bào neuron bị tổn thương là do việc dư lượng aspartate và glutamat là lý do mà chúng được xem như là độc tố gây kích thích các tế bào chết trong neuron thần kinh, chúng kích thích tế bào neuron cho đến khi tế bào này chết đi. Phenylalanin cũng là một amino acid khác thường được tìm thấy trong não. Người ta khuyến cáo rằng những người mà trật tự gen bị thay đổi thì phenylkeonuria( PKU(Một loại bệnh mà trong đó các enzym trao đổi chất với amino acid phenylalanin không có mặt gây nên sự dư thừa amoni acid dị thường nếu không được chữa trị sẽ gây biến chứng hệ thần kinh 48
trung ương)). Những người mắc chứng này thì trong cơ thể hàm lượng phenylalain tương đối cao do đó sự trao đổi chất giữa enzym và phenylalanin là rất khó khăn trong quá trình thủy phân. Hàm lường phenylalanin cao rất có hại cho não thỉnh thoảng vẫn xảy ra trường hợp tử vong. Metanol rất độc nó thường được ruột non tiết ra khi nhóm metyl của aspartame tương tác với enzym chymotrysin. Nó đã được chỉ ra rằng một số nước trái cây và thức uống có có cồn có chứa một lượng nhỏ metanol. Điều quan trọng là metanol không bao giờ xuất hiện mình nó. Trong các trường hợp có mặt của etanol, thường thì hàm lượng cao hơn nhiều do dó etanol đã giảm tác hại của metanol vào cơ thể. Aspartame (đường hóa học) có liên đến việc tăng nguy cơ ung thư trên chuột. Nghiên cứu phủ nhận những phát hiện trước đây về an toàn của chất làm ngọt. Các nhà nghiên cứu của Italia đang tìm hiểu về độ an toàn của aspartame(Chất làm ngọt nhân tạo), chất làm ngọt có ít calo được tìm thấy ở đường ăn, soda cho người ăn kiêng và trong hàng nghàn thực phẩm khác. Chuột được cho ăn chất làm ngọt có thể dẫn đến bị ung thư, theo báo cáo của các nhà nghiên cứu thì thậm chí liều lượng cho chuột thấp hơn mức cho phép dùng cho người. Những nghiên cứu phủ nhận các báo các khác thì khuyến cáo rằng aspartame là an toàn cho sử dụng. Tuy nhiên, các chuyên gia thì cho rằng những nghiên cứu gần đây đã được hướng vào trong một phương pháp không chính thống và những những người chống đối đang tìm cách để hiểu được tại sao chất làm ngọt lại gây ung thư. Nguyên nhân là do aspartame phân hủy thành các hợp chất mà các chất này hiếm thấy trong cơ thể và thực phẩm trước khi chúng ngấm vào máu. “Đây là nhưng thông tin rất thú vị” theo như James Popp, phó chủ tịch hội Khoa Học Chất Độc đóng tại Reston bang Virginia, USA. “Cộng đồng khoa học sẽ phải xem xét và đặt câu hỏi rằng cả hai trường phái nghiên cứu trên sẽ cho chúng ta biết được điều gì” Cả hai cơ quan quản lý thực phẩm và thuốc của Mỹ(FDA) và Quản Lý An Toàn Thực Phẩm của châu Âu đã hứa hẹn là sẽ công bố về phát hiện của các nhóm nghiên cứu. Nhưng cả hai cơ quan này đều không khuyến cáo về mức độ an toàn khi sử dụng aspartame . Chuột ăn kiêng 49
Năm 1981 FDA đã chứng nhận aspartame sử dụng trong thực phẩm dựa trên nhiều nghiên cứu mức độ an về toàn bệnh ung thư. Cơ Quan Quản Lý An toàn Thực Phẩm của Châu Âu đã tái xác nhận về aspartame năm 2002 và đã không thay đổi những đánh giá trước đây. Morando Soffritti và đồng nghiệp tại trung tâm nghiên cứu Ung thư Maltoni Bologna, Ý. Đã quyết định kiểm tra lại aspartame. Họ cũng thử nghiệm nhiều chất phổ biến khác được cho là vô hại, như Vitamin, Coca Họ vừa mới công bố kết luận của họ về aspartame trong tạp chí 1 Environmental Health Perspectives . Để đánh giá chất làm ngọt, những người nghiên cứu đã thử nghiệm lên 1800 con chuột , chúng khoảng 8 tuần tuổi. Và họ đã để chuột sống hết quãng đời của chúng trên khoảng 3 năm. Họ đã phát hiện rằng chuột sau khi chết trên các mô của chúng có dấu hiệu ung thư. Một vài loại ung thư đã có nguy cơ tăng trên chuột ở một liều lượng tương đối thấp. Ví dụ ở liều lượng khoảng từ 20 đến 500 miligam trên một kg thể trọng, và khoảng 20% chuột cái được cho ăn aspartame mắc bệnh ung thư máu và máu trắng ác tính, so với 9% số chuột cái không cho ăn aspartame. Chuột đực đã được cho ăn nhiều hơn chuột cái để tăng nguy cơ về bệnh ưng thư máu. Những con chuột được nhốt riêng và chuột có cho ăn aspartame có tuổi thọ tương đương. Đối với người thì giới hạn an toàn hằng ngày là 40 miligam trên một kilogam thể trọng, theo như khuyến cáo của WHO. Nếu một người uống 28 lon CoCa (đồ uống kiêng) một ngày thì đã vượt quá giới hạn trên. Không Quá ngọt Nghiên cứu đã không được thực hiện theo cách cổ điển, theo như Jonh Bucher giám đốc đại diện của Chương Trình Môi Trường độc hại tại Trung tâm Sức Khỏe và Môi Trường của Mỹ. Nhìn chung chuột đã bị giết sau hai năm tuổi trong quá trình khảo sát. Cả hai phương pháp đều có những điểm mạnh riêng, ông nói. Để chuột sống lâu hơn sẽ cho phép các nhà nghiên cứu có được thông tin đầy đủ hơn về sự phát triển của tế bào ưng thư, khi mà nguy cơ ưng thư sẽ tăng khi chuột già đi. Những những phân tích thống kê thì còn mơ hồ và khó có thể so sánh chuột đã được cho ăn kiêng ở những độ tuổi khác nhau. Mặc dù nghiên cứu đã có những kết quả khả quan theo như lời của Bucher. Những người nghiên cứu khác thì cho rằng việc gây ưng thư do aspartame là không rõ ràng. Trong cơ thể aspartame phân hủy thành hai amoni acid mà chúng là thành phần của bình thường của protein trong thực phẩm và metanol. Metanol mặc dù có thể có hại, nhưng không 50
được xem như một chất gây ung thư và có mặt trong nhiều sản phẩm bao gồm cả nước ép hoa quả. Michele Medinsky, một chuyên gia chất độc ở Durham, North Carolina nói rằng một vài nghiên cứu về chất gây ung thư trước đây được thực hiện bởi nhóm các nhà khoa học Ý đã mâu thuẫn với những nhóm nghiên cứu khác. Khoảng 8000 tấn aspartame trong khoảng 6000 sản phẩm được tiêu thụ hàng năm ở Mỹ. Thái Phú Khánh Hòa (Sưu tầm và dịch) hoahocvietnam.com CHẤT TẨY SƠN LÀ GÌ? Dung môi tẩy sơn cơ bản hay chất cạo sơn là những dung môi dùng để cạo bỏ lớp sơn cũ. Chúng không phải là một hóa chất duy nhất mà là sự trộn lẫn của nhiều chất khác nhau, mỗi chất có một tác dụng riêng. Các thành phần hoạt hóa thường là một chất được gọi là metylen clorua. Một số sản pẩm có chứa các thành phần hoạt hóa khác với metylen clorua, nhưng chúng không hiệu quả lắm trong việc ăn mòn, làm giộp và gây tróc lớp sơn cũ. Một số hóa chất khác trong chất tẩy sơn có tác dụng tăng nhanh quá trình làm bong, và làm chậm quá trình bay hơi của dung môi, và đóng vai trò như một tác nhân làm giày dung môi (giữ cho dung môi bay hơi chậm hơn). Chất tẩy sơn tiêu biểu có hai loại, dạng lỏng và dạng nhũ tương. Nhìn chung thì dạng lỏng sẽ tẩy nhanh hơn. Dạng nhũ tương thì tẩy sạch hơn vì nó không bị nhỏ giọt và bám dính lâu hơn, nhất là trên những vật hình trụ hay khi làm việc với bề mặt thẳng đứng. Thật khó để nói rằng bất cứ một chất hay hỗn hợp các chất có khả năng bám dính cao dùng để bóc lớp sơn cũ, nên phải được lựa chọn cẩn thận. Những dung môi hòa tan cơ bản sẽ tẩy nhanh hơn và không có tác dụng xấu lên bề mặt của gỗ, nhưng chúng có thể có hại đến sức khỏe con người vì vậy nên đọc kỹ hướng dẩn sử dụng của nhà sản xuất trước khi dùng. Về cơ bản thì có một số điểm lưu ý về an toàn khi sử dụng chất tẩy sơn nhưng không thể thay thế được bản hướng dẫn của nhà sản xuất đối với từng sản phẩm, điều quan trọng là bạn phải đọc lưu ý được in trên nhãn của mỗi sản phẩm. 51
Thái Phú Khánh Hòa (sưu tầm và dịch) hoahocvietnam.com THÔNG TIN VỀ ACID PICRIC Cứ vài tháng lại xuất hiện một bài báo địa phương về một đội gỡ bom dọn dẹp axít picric được tìm thấy trong một phòng thí nghiệm. Một chất rất dễ phát nổ, như vậy tại sao axít picric lại được xem là một chất nguy hiểm. Hãy điểm qua một vài sự kiện của việc sử dụng axít này và hãy xem cần làm những gì để tránh xảy ra những rủi ro đáng tiếc. Picric axít (2,4,6 Trinitrophenol) thường được tìm thấy trong các bộ phận giám định pháp y dùng để làm biến màu cây noel và cho việc phát hiện nước tiểu. Ngành mô học dùng dể biến màu cơ ở những khớp nối, thể không bào, các phần gỗ (picro aniline xanh) và tác nhân làm thuốc hãm màu. Nó đã được sử dụng làm được phẩm để trị bệnh sốt rét, giun móc, mụn giộp, đậu mùa cũng như dùng làm thuốc kháng sinh. Và dung dịch 1% của axít picric dùng để xử lý ngoại thương cho người bị bỏng. Nhà Hóa Học người Anh Peter Woulfe tìm ra axít picric vào năm 1771. Axít Picric được đặt tên từ tiếng Hy Lạp pikros, có nghĩa là ‘chát’ vì nó có vị chát. Axít này đã được dùng để nhuộm vàng vải nhung và len. Picric axít được sản xuất đại trà trong chiến tranh Thế Giới thứ I và được gọi là ‘chim hoàng yến’ vì da của các công nhân đều bị nhuốm vàng. Tính dễ nổ của axít picric được phát hiện vào đầu năm 1885, các thí nghiệm về axít này được tiến hành tại Lydd, nước Anh, đã chứng minh nó là chất nổ và gọi là Lyddite vào năm 1888. Nó được dùng phổ biến để chế bom và lựu đạn trong chiến tranh Thế Giới I. Axít picric khan nguy hiểm giống như thuốc nổ TNT, nó cần ngòi nổ để phát nổ. Tuy nhiên, là một axít mạnh, nó phản ứng với các kim loại phổ biến (trừ nhôm) tạo thành muối dễ phát nổ nếu bị cọ xát. Bom, mìn và lựu đạn đều được mạ một lớp thiếc hoặc để ngăn không cho axít piric phản ứng với vỏ bọc kim loại. Có rất nhiều sự cố xảy ra liên quan đến axít picric. Vào ngày 6 tháng 12 năm 1917, một tàu quân sự ở Nova Scotia chở 2300 tấn axít piric và 180 tấn TNT đã bốc cháy và phát nổ làm 52
1900 người chết ngay tại chỗ và 9000 người khác bị thương. Chỉ cần các kim loại va chạm nhẹ với axít picric thì muối picrat sẽ thể hiện tính nguy hiểm của nó. Vào ngày 1 tháng 5 năm 1916 một xí nghiệp sản xuất quân dụng ở Pháp bốc cháy làm axít picric nóng chảy và lan ra nền bê tông. Canxi picrat tạo thành và phát nổ làm chất 170 người. Đã có vụ nổ nào trong phòng thí nghiệm hay chưa? Vẫn chưa có một tài liệu nào nói về tai nạn do axít picric phát nổ trong phòng thí nghiệm. Bộ phận vận chuyển Hóa chất độc hại cháy nổ phân loại axít piric chứa ít hơn 30% nước về khối lượng vào chất chảy nổ loại 1.1D và nếu lượng nước trên 10% về thể tích được xếp vào loại 4.1 chất rắn dễ cháy. Ở trạng thái ướt thì khả năng phát nổ bị hạn chế rất nhiều. Điều đáng quan tâm là khi gặp phải axít picric đã bị dehydrat hóa. Trường hợp nguy hiểm nhất khi chai đựng nó quá cũ và có nắp đậy bằng kim loại lúc này nắp kim loại và các tinh thể axít có thể phản ứng hình thành muối picrat và phát nổ, với những tình trạng này xẩy ra tốt nhất là gọi các chuyên gia chất nổ đến. Các chuyên gia gỡ bom có kinh nghiệm sẽ dùng robot gắp lọ đựng axít rồi thả vào nước để hydrat hóa axít hoặc đem cho nổ ở một nơi khác. Nếu lọ đựng axít bằng nhựa và axít bên trong đã bị khô, một vài tinh thể có thể được hình thành trên miệng chai, ma sát khi mở nắp có thể làm cho chai axít nổ tung. Trường hợp này nên mở chai đựng axít trong một xô nước, nghiêng chai để cho nước vào nắp và ren xoắn để hòa tan các tinh thể bám dính lên đó. Thêm đá lạnh để làm chìm lọ chứa để nước ngấm vào dễ hơn. Để yên bình chứa trong nước như vậy khoảng vài ngày cho đến khi nhìn thấy nước ở bên trong chai, lúc này có thể mở nắp chai một cách an toàn và tái hydrat axít, nếu như bạn còn nghi ngờ thì nên gọi chuyên gia chất nổ. Dẫu sao đề phòng vẫn tốt hơn, nếu bạn thật sự muốn dùng axít picric trong phòng thí nghiệm bạn cần thực hiện một số điều sau đây. Phải giữ axít picric ướt, đừng mở lọ hóa chất mới ra xem nếu như bạn chưa sử dụng cho đến khi thật sự cần thiết. Và ghi ngày tháng mở nắp lần đầu tiên lên nhãn điều này sẽ giúp bạn dễ kiểm soát, kiểm tra mức độ hydrat hóa của axít 6 tháng một lần và thêm nước cất vào nếu thấy cần thiết. Không dùng muỗng sắt để lấy axít ra khỏi lọ. Khi lấy hóa chất xong nên lau sạch miệng chai bằng khăn ướt, nhất là các ren xoắn trên cổ chai. Thanh lý những chai axít picric cũ có nắp bằng kim loại. Không nên cất giữ một lượng lớn axít picric trong phòng thí nghiệm.Thay hóa chất mới sau hai 53
năm sử dụng. Làm việc với hóa chất này trong tủ hút, và nếu có thể nên mua dung dịch 1% đã pha sẵn để dùng vào việc làm biến màu khi cần thiết. Khi bạn muốn thanh lý axít picric ướt thì có rất nhiều phương pháp để thực hiện. Trước hết bạn nên khử axít sang một dạng an toàn hơn dùng natri hydroxit và natri sulfit (Na2SO3 ). Khi xử lý xong hóa chất vẫn còn độc tính và thải theo qui trình xử lý chất thải độc hại. Không được đổ xuống bồn rửa, nó có thể phản ứng với ống dẫn nước thải bằng kim loại và gây nổ. Cuối cùng, axít picric là chất độc hại, nuốt phải 1-2 gam có thể gây ngộ độc. Bụi của axít gây kích thích da và mắt. Tác dụng lên mắt làm mắt đổi màu vàng. Bị ngộ đôc axít picric có thể gây nhức đầu, buồn nôn, tiêu chảy, chóng mặt vàng da nước tiểu màu đỏ. Những triệu chứng như thế này không nên xử lý trong phòng thí nghiệm theo cách cổ điển, mà phải đưa đến bệnh viện. Thái Phú Khánh Hòa (sưu tầm và dịch) hoahocvietnam.com SƠ LƯỢC BỂ TUYỂN NỔI XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU Ở Việt Nam, dầu khí đã được phát hiện vào ngày 26/6/1986, tấn dầu đầu tiên đã khai thác được từ mỏ dầu Bạch Hổ. Tiếp theo nhiều mỏ dầu khí ở thềm lục địa phía Nam, đã đi vào khai thác như mỏ Đại Hùng, mỏ Rồng, mỏ Rạng Đông, các mỏ khí như Lan Tây Lan Đỏ Nhà nước ta bắt đầu tiến hành xây dựng nhà máy chế biến dầu đầu tiên với công suất 6 triệu tấn năm. Đồng thời hàng loạt các dự án về sử dụng và chế biến khí đồng hành, cũng như chuẩn bị xây dựng nhà máy chế biến dầu thứ hai đang được phê duyệt. Như vậy ngành công nghiệp chế biến dầu khí nước ta đang bước vào thời kỳ mới, thời kỳ mà cả nước ta đang thực hiện mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa.Chắc chắn sự đóng góp của ngành dầu khí 54
trong công cuộc công nghiệp hóa đất nước sẽ rất có ý nghĩa, góp phần xây dựng đất nước để sau vài thập niên tới có thể sánh ngang các nước tiên tiến trong khu vực và trên thế giới. Cùng với sự phát triển của ngành chế biến dầu, một trong những vấn đề được mọi người rất quan tâm hiện nay, đó là tình trạng ô nhiễm môi trường của các chất thải có nhiễm dầu. Các hiện tượng tràn dầu, rò rỉ khí dầu gây nên tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường, như làm hủy hoại hệ sinh thái động thực vật, và gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người. Vì vậy vấn đề bảo vệ môi trường khỏi các chất ô nhiễm dầu đã trở thành một trong những vấn đề được xã hội quan tâm. Với mục tiêu góp phần bảo vệ môi trường. Ngoài việc tránh các hiện tượng rò rỉ khí dầu ra bên ngoài thì việc xử lý nước thải trong nhà máy lọc dầu được đặc biệt quan tâm chú ý, đầu tư và phát triển. Phương pháp xử lý nước thải có nhiễm dầu dựa vào đặc tính không tan trong nước và nhẹ hơn nước của dầu. Phương pháp đó chính là phương pháp tuyển nổi. Có nhiều phương pháp tuyển nổi để xử lý nước thải: tuyển nổi với sự tách không khí từ dung dịch; tuyển nổi với việc cho không khí qua vật liệu xốp ; tuyển nổi hóa học và tuyển nổi điện; tuyển nổi với sự phân tách không khí bằng cơ khí. Bể tuyển nổi được sử dụng để loại bỏ các hạt rắn hoặc lỏng ra khỏi hỗn hợp nước thải và cô đặc bùn sinh học. Không khí được thổi vào bể tạo bọt khí, bọt khí và hạt nổi lên trên mặt nước thải và bị loại bỏ bằng các thiết bị gạt bọt. Một số loại hóa chất như phèn nhôm, muối ferric, silicat hoạt tính có thể được thêm vào nước thải để kết dính các hạt lại làm cho nó dể kết với các bọt khí để nổi lên bề mặt hơn. Một chỉ số quan trọng để tính toán cho bể tuyển nổi là tỉ lệ A/S (air/solid ratio). Hình ảnh một bể tuyển nổi 55
Hiện nay phương pháp tuyển nổi được ứng dụng phổ biến trong công nghiệp là phương pháp tuyển nổi bằng áp suất hay còn gọi là tuyển nổi với sự tách không khí từ dung dịch. Ưu điểm của phương pháp là cho phép làm sạch nước với nồng độ tạp chất còn lại rất nhỏ, thiết bị cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, dễ thực hiện thi công, lắp đặt sửa chữa. Quá trình tuyển nổi bằng áp lực được tiến hành qua hai giai đoạn: + Bão hòa nước bằng không khí dưới áp suất cao + Tách khí hòa tan dưới áp suất khí quyển. Ngọc Việt hoahocvietnam.com CHẤT ĐỐT SINH HỌC TỪ THỰC VẬT Dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên là những sản phẩm của quá trình biến đổi hóa học, sinh học, vật lý diễn ra cách đây hằng trăm triệu năm từ nguyên liệu ban đầu là xenlulozo. Nguồn tài nguyên thiên nhiên không thể tái tạo trên đang được con người khai thác cho mọi hoạt động sống, có nguy cơ cạn kiệt trong tương lai! Vì vậy, việc tìm ra những nguồn năng lượng mới, không gây ô nhiễm môi trường là một trong ưu tiên hàng đầu của thế giới hiện tại ngày nay. Bằng cách sử dụng thành phần cấu tạo chính của thực vật là xenlulozo (chiếm trên 90% khối lượng khô trong tế bào), các nhà khoa học thuộc viện nghiên cứu nông nghiệp quốc gia Pháp (INRA) dự định lấy thân và lá cây làm nguồn nguyên liệu chính thay vì hạt và củ như hiện nay, để sản xuất xăng và dầu diesel. Phương pháp này sẽ được ứng dụng vào nghành công nghiệp chất đốt sinh học trong vài năm tới. Trong các nghành sản xuất thì công nghiệp sản xuất chất đốt sinh học còn khá mới mẻ. Tuy nhiên, tương lai của nó lại đang bị đe dọa. Vì để sản xuất ra nhiên liệu xanh, người ta phải sử dụng một lượng lớn loài thực vật tương ứng. Chẳng hạn, với nước Pháp, một trung tâm 56
nông nghiệp của Châu Âu, để đạt được chỉ tiêu chất đốt sinh học chiếm 8% thị phần chất đốt vào năm 2010 thì cần có 2 triệu ha cây làm nguyên liệu. Song trên thực tế diện tích có thể trồng các loại cây này không ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp chỉ có 1,5 triệu ha. Mặt khác, năng xuất hiện nay của các cây dùng làm nguyên liệu sản xuất chất đốt còn khá thấp, như cây cải dầu chỉ đạt 1500 lít/ha, lúa mì là 2500 lít / ha Trong khi đó, phương pháp chiết xuất từ thân cây và lá cho phép đạt con số hơn 5000 lít/ ha ! tức là gấp đôi năng xuất của loài cây cao nhất, do đó gảm áp lực về diện tíc đất trồng. Một điểm đáng chú ý khác là không như lúa mì chỉ sản xuất ra cồn và etanol, chất đốt lấy ừ thân cây sau khi chế biến có thể thích hợp với mọi động cơ. Ngoài việc khai thác các nguồn nguyên liệu từ các loài cây trồng, các loại gỗ, rác thải thực vật từ quá trình sản xuất nông nghiệp như rơm, trấu và ngũ cốc cũng sẽ là một nguồn nguyên liệu dồi dào khác. Chính vì vậy, tất cả các loài cây đều có thể là giếng dầu đảm bảo an ninh năng lượng cho chúng ta trong tương lai. Một vấn đề hết sức quan trọng khác là lựa chọn phương pháp để chế biến những nguyên liệu này có hiệu quả. Hiện các nhà khoa học đang nghiên cứu hai phương pháp khác nhau để chế biến chất đốt từ thân và lá cây: phương pháp hóa nhiệt và phương pháp hữu cơ. Trước hết thân cây và lá cây được làm nóng bằng hơi nước ở nhiệt độ 8000C, lúc này các phân tử xenlulzo bị biến đổi thành các thành phần tương tự như trong thành phần dầu mỏ. Sau đó bằng các phản ứng hóa học, các phân tử này sẽ tự kết hợp lại tạo ra chất đốt (xăng, diesel ). Đó là sản xuất theo phương pháp hóa nhiệt. Còn ở phương pháp thứ hai, cây sau khi được cắt và bó lại từng bó sẽ được hydro hóa bằng một loại vi khuẩn nấm. Phân tử xenlulzo biến đổi thành các phân tử đường hữu cơ, sau đó được lên men thành etanol. Trong tình hình hiện nay, giá cả dầu mỏ thế giới luôn biến động bất thường cùng với tình trạng ô nhiễm môi trường do khí thải của các phương tiện giao thông. Việt Nam một đất nước nông nghiệp là chủ yếu, mỗi năm nước ta xuất khẩu hàng triệu tấn luơng thực, cùng với việc loại bỏ hàng chục triệu tấn rác hữu cơ, rơm, trấu, mùn cưa Việc triển khai dự án vào thực tế rất được mong chờ. Cây xanh lúc đó sẽ trở thành nguồn vàng thực sự. 57
Vũ Công Phong biên soạn hoahocvietnam.com DẦU MỎ VÀ XĂNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG CHÍNH CỦA CHÚNG TA Dầu và khí thiên nhiên đáp ứng hầu hết nhu cầu năng lượng của Mỹ. Những nước công nghiệp khác cũng phụ thuộc tương tự vào dầu mỏ như một nguồn năng lượng chủ yếu. Những sản phẩm hàng năm từ khí thiên nhiên ở Mỹ xấp xỉ 500 triệu lít. Năm 1995, nguồn năng lượng của Mỹ có 24% từ khí thiên nhiên, 38% từ dầu mỏ, 23% từ than đá, 8% từ năng lượng hạt nhân và 4% từ thuỷ điện. Sản phẩm dầu mỏ trong nước hàng năm đạt mức cao nhất vào năm 1971 với 4.2 tỉ thùng (barrel). Năm 1995, nó giảm xuống dưới 3 tỉ thùng và phải nhập khẩu đến 2 tỉ thùng (1 thùng tương đương 42 gallon, khoảng 158 lít). Sự phụ thuộc vào dầu mỏ nhập khẩu của nhiều nước đã có những hệ quả về kinh tế và chính trị quan trọng, điển hình bằng việc giá dầu biến động đột ngột đã khiến Irắc xâm lấn Kuwait vào năm 1990 và xảy ra cuộc chiến tranh ở Vịnh Ba Tư ngay sau đó. Những nỗ lực đổi mới đang hứa hẹn sẽ giảm sự phụ thuộc kinh tế vào dầu mỏ nhập khẩu và phát triển những nguồn năng lượng mới để đáp ứng nhu cầu khi mà trữ lượng dầu mỏ và khí thiên nhiên đang cạn dần. Nước Mỹ, với hơn 200 triệu phương tiện gắn máy, tiêu thụ năng lượng hằng năm nhiều nhất trên toàn thế giới và 70% số đó được đáp ứng bằng xăng dầu. Đặng Ngọc Huy hoahocvietnam.com 58
QUY TRÌNH “CHÁY BỐC HƠI” THÀNH HYDROGEN Quy trình “cháy bốc hơi” chuyển dầu đậu nành, glucose thành Hydrogen. Bất kỳ ai đang hâm nóng dầu thực vật hay nước sirô đều biết rằng cả dầu và đường đều không bay hơi – dầu ăn sẽ bốc khói và chuyển sang màu nâu, đường chuyển sang màu đen, và cả hai đều để lại một lớp carbon cáu bẩn trên các đồ dùng nấu nướng. Hiện nay, một nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Minnesota đã phát minh ra “quy trình phản ứng cháy bốc hơi” mà quy trình này là gia nhiệt cho dầu ăn và nước đường với tốc độ nhanh hơn cách làm thông thường trong nhà bếp gấp một triệu lần và tạo ra hydrogen cùng carbon monoxide, một hỗn hợp gọi là khí tổng hợp (syngas), bởi vì khí này được dùng để sản xuất nhiều hóa chất và nhiên liệu, bao gồm xăng dầu. Quy trình mới hoạt động nhanh hơn các kỹ thuật hiện đang sử dụng từ 10 đến 100 lần, mà không cần đến các nhiên liệu tự nhiên chuyên dùng và trong lò đốt thì nhỏ hơn các thiết bị hiện đang dùng ít nhất 10 lần. Công việc này có thể nâng cao hiệu suất sản xuất nhiên liệu từ những nguồn năng lượng mới rất có ý nghĩa. Quy trình này sẽ được xuất bản vào ngày 3 tháng 11 trong tạp chí Khoa học. Người dẫn đầu nhóm nghiên cứu là Lanny Schmidt, phó giáo sư ngành kỹ thuật hóa học và khoa học vật liệu ở trường Đại Học, nói: “Đây là một cách sử dụng loại nhiên liệu sinh học rẻ tiền, không có giá trị gì và biến nó thành các loại nhiên liệu và hóa chất hữu ích. Về năng lực tiềm tàng, nhiên liệu sinh học có thể dùng là dầu ăn hoặc thậm chí là các sản phẩm từ phân bò, phân chuồng, thân cây ngô hay cây thân gỗ”. Một loại nhiên liệu đầy hứa hẹn là dầu diesel sinh học có thể sản xuất từ dầu đậu nành. Hiện nay, quy trình chủ yếu chuyển dầu ăn thành dầu diesel sinh học đòi hỏi cần có methanol, nhiên liệu tự nhiên. Quy trình mới này lại bỏ qua giai đoạn tạo thành dầu diesel sinh học mà chuyển dầu ăn trực tiếp thành hydrogen và khí CO bằng cách gia nhiệt đun dầu ăn lên nhiệt độ khoảng 10000C. Khoảng 70% hydrogen trong dầu ăn sẽ chuyển thành khí hydrogen. Tương tự, dùng dung dịch glucose gần bão hòa và gia nhiệt nhanh để tạo thành khí tổng hợp thay vì chỉ thu được các sản phẩm thông thường là: carbon và nước. Khi chuyển các loại thực vật thành nhiên liệu có thể dùng được thì khó khăn ở chỗ phải bẻ 59