Carl Withelm Scheele - Người anh hùng của lịch sử hoá học

Thợ bào chế thuốc và thành viên Viện Hàn lâm Khoa học

Carl Scheele sinh ngày9/12/1742ởStralsund, Thụy Điển, trong gia đình cậu có tới 11 người con. Cậu không được đi học đầy đủ ở trường và cũng không hề được ai dạy về khoa học. Năm 14 tuổi Carl học việc bào chế thuốc tại nhà máy Bauch ở Gothenburg. Điều kiện sẵn có các chất hoá học ở xưởng bào chế thuốc đã giúp Carl bắt đầu công việc nghiên cứu của mình.

Cậu cũng đã đọc rất đam mê nhiều loại sách khoa học. Năm 1765, nhà máy Bauch giải thể và Scheele chuyển đến làm ở Malmo .

Năm 1768, Scheele chuyển đến Stockholm và vẫn làm việc về y dược. Tại đây, Scheele đã có khám phá đầu tiên của mình khi tách được acid tartaric [C ₄H ₆O ₆] từ hỗn hợp căn rượu. Anh đã gửi công trình này cho T.O.Bergman - nhà khoa học hàng đầu của Thụy Điển thời bấy giờ, nhưng Bergman đã không mấy chú ý đến nó. Năm 1770, thông qua giáo sư giải phẫu A.J.Retzius, kết quả nghiên cứu của Scheele mới được xuất bản.

Năm 1770, Scheele dời Stockholm , chuyển đến Uppsala và làm quen được với Bergman. Quan hệ giữa hai người phát triển rất tốt, người ta vẫn kể rằng, Scheele có lẽ là phát minh lớn nhất của Bergman.

Ngày 4/3/1775, Scheele được bầu vào Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia. Vinh dự lớn này trước đây chưa bao giờ được dành cho một học sinh y dược cả. Cũng trong năm đó, Carl Scheele chuyển đến Koping, một miền đất nhỏ ở Malar. Ở đây, ông làm việc ở vị trí của một người quản lý y dược. Lúc này, Scheele nhận được nhiều lời mời cho những vị trí công việc tốt hơn từ khắp nơi trên đất nước Thụy Điển. Thị trấn Koping vì muốn giữ chân Scheele nên đã giao cho ông sở hữu riêng một cơ sở y dược. Người ta kể lại rằng, Scheele đã ở lại Koping nhưng thực ra ông lại dành chủ yếu thời gian của mình để theo đuổi sự nghiệp khoa học.

“ Khí lửa” và người đầu tiên phát minh ra oxygen.

Ở Uppsala , vào khoảng trước năm 1773, Scheele đã phát minh ra “khí lửa” [oxygen]. Ông đã tạo ra “khí lửa” theo một số cách. Cách đầu tiên, ông trộn acid nitric với potash (KOH hoặc K ₂CO ₃) để tạo thành KNO ₃. Ông nhỏ axit sunfuric vào sản phẩm thu được, phản ứng này sinh ra NO ₂và O ₂. Ông sử dụng vôi tôi [Ca(OH) ₂] để hấp thụ khí mầu đỏ nâu [NO ₂], khí có màu còn lại chính là cái ông gọi là “khí lửa” [O ₂]. Ông đã có thể thu được khí lửa bằng cách đun nóng HgO và MnO ₂hoặc đun nóng bạc carbonate hay thuỷ ngân carbonate và dùng alkali [KOH] để hấpthụ hết CO ₂

Ở Châu Âu thế kỷ 18, cách thức giao tiếp và trao đổi thông tin còn rất nguyên thuỷ so với ngày nay. Thông thường, các nhà khoa học sử dụng thư tay để mô tả kết quả nghiên cứu của mình cho các đồng nghiệp. Scheele thì lại hầu như không được tiếp cận với các tài liệu khoa học, mặc dù ông đã từng liên lạc với Lavosier và cũng từng nhận được một bản sao cuốn sách đầu tiên của nhà khoa học này. Viết một cuốn sách là cách tốt nhất để phổ biến các kết quả nghiên cứu, tuy nhiên, phải mất hàng năm trời mới có thể đạt được đủ các kết quả cho cuốn sách và còn phải mất một khoảng thời gian lâu hơn thế để sách được xuất bản. Hàng năm, Scheele đều cho xuất bản hai hoặc ba công trình, những công trình của ông đều là những khám phá quan trọng. Sự thực là, Scheele đã khám phá ra oxy (khí lửa) trước Priestley hai năm. Nhưng cuốn sách của ông, Luận thuyết hoá học về không khí và lửamãi đến năm 1777 mới được xuất bản, khi ấy thì các nhà khoa học Châu Âu đều biết phát hiện năm 1774 của Priestley về khí duy trì sự cháy (oxy). Nói chung, Priestley đã được chính thức công nhận là tác giả của phát minh về oxygen, nhưng ở đây, người ta vẫn không bao giờ quên nhắc đến cái tên Carl Withelm Scheele, bởi vì họ vẫn hiểu rằng, chính ông mới là người đầu tiên tìm ra chất khí phổ biến và nổi tiếng này.

Cuộc đời chỉ có khám phá và khám phá

Ít có nhà khoa học nào lại khám phá ra nhiều chất mới và đơn giản như Scheele, năm 1774, khi nung nóng Mangan đioxit (MnO ₂) với axit clohydric (HCl), ông đã tìm ra khí chlorine (khí clo). Việc khảo sát tính chất của clo gắn liền với một câu chuyện về lòng dũng cảm của nhà khoa học. Nhận thức được tính độc hại của loại khí này, Scheele đã dặn người phụ tá của mình phải cẩn thận tránh xa, còn bản thân ông thì vẫn chấp nhận nguy hiểm để làm thí nhiệm với nó. Người ta đã ghi nhân công lao của Scheele trong việc khám phá ra bảy nguyên tố là N, O, Cl, Mn, Mo, Ba và W (thực ra vào thời đó, cả Scheele và Priestley vẫn chưa nhận ra oxy là một nguyên tố hoá học), và cũng như “khí lửa”, trong nhiều trường hợp, ông phải chia sẻ những khám phá này với những người khác vì những kết quả nghiên cứu khoa học của ông thường được chậm xuất bản.

Thiên tài thực nghiệm của Scheele phải nói là cực kỳ hiếm có. Trong một điều kiện ăn ở không tốt, các thiết bị thí nghiệm thì sơ khai, và nền khoa học lý hoá thời bấy giờ lại kém phát triển, vậy mà Scheele vẫn có thể làm nên những phát minh lớn. Tài năng của Scheele chính là tố chất tự nhiên được phát triển qua một quá trình làm việc liên tục và sự tâp trung không biết mệt mỏi. Tìm hiểu các công trình của Scheele, người ta thấy rằng những phát minh của ông không hề lộn xộn mà cực kỳ có hệ thống, đó là kết quả của những thí nghiệm cẩn thận, được sắp đặt để xác minh những nhận định đã được vạch ra từ trước. Công lao của ông trong việc khám phá ra những chất mới có lẽ ít ai sánh được. Sau sự phát minh ra clo và các hợp chất bari, Scheele cũng đã mô tả các muối khác nhau của mangan, bao gồm các manganate và các permanganate, giải thích tác động của nguyên tố này trong hiện tượng tạo ra màu và làm phai màu thuỷ tinh. Năm 1775, ông khảo sát axit arsenic và các phản ứng của nó, tìm ra “màu xanh Scheele”, một công trình quy mô lớn xuất bản năm 1778, “Màu xanh Scheele” chính là hợp chất đồng arsenite (CuHAsO ₃), một màu xanh lá cây nổi tiếng đã từng được sử dụng trong các kỹ thuật pha chế. Một nửa thế kỷ sau đó, người ta mới biết đồng arsenite là một chất độc. Có ý kiến cho rằng, sự tồn tại của loại phẩm màu này trong bức tranh treo ở phòng ngủ của Napoleon có lẽ là một nhân tố dẫn đến cái chết của vị hoàng đế.

Các công trình xuất bản năm 1776 liên quan đến thạch anh, phèn và đất sét. Khi phân tích các giải phẫu bàng quang, lần đầu tiên ông đã tìm ra acid uric [C ₃H ₄N ₄O ₃]. Năm 1778, ông đã đề xuất một phương pháp mới điều chế calomel và bột algaroth (antimonious oxychloride-SbOCL). Ông đã thu được axit molybdic từ một khoáng vật của molybden (Mo) mà ông cẩn thận tách ra từ quặng molybdena thông thường (tên thương mại là plumbago hay chì đen). Trong những năm tiếp theo, Scheele đã chỉ ra rằng plumbago chứa chủ yếu là cacbon. Ông cũng xuất bản một nghiên cứu ước tính tỷ lệ oxy trong khí quyển, công trình này đã được ông thực hiện trong suốt năm 1778, trước Henry Cavendish ba năm. Năm 1780, Scheele chứng minh rằng, tính axit của sữa chua chính là do một chất mà sau này được gọi là axit lactic [C ₃H ₆O ₃]. Đường sữa (lactose-C ₁₂H ₂₂O ₁₁) cũng là do Scheele tìm ra và khi đun sôi chất đường này với axit nitric, ông đã thu được axit mucic.

Phát minh tiếp theo của Scheele ra đời năm 1781, đó là kết quả phân tích thành phần khoáng vật của tungsten (Wolfram- W) về sau khoáng vật này được lấy tên là Scheelite (calcium tungstate), và từ nó ông thu được axit tungstic. Năm 1772, Scheele công bố một số thí nhiệm tổng hợp ête và năm 1773, khảo sát các tính chất của glycerine [C ₃H ₈O ₃],- một hợp chất mà ông đã phát minh ra từ bảy năm trước đó. Cũng vào thời gian đó, bằng một loạt các thí nhiệm thú vị, ông đã chỉ ra rằng, không thể tạo ra màu xanh Prussian (xanh Phổ) mà không cần đến sự tồn tại của một chất có bản chất là acid, và từ đó chất này được gọi là axit prussic (axit cyanhydric, thu được khi cho hydro xiamua-HCN tan vào nước). Scheele còn mô tả thành phần, tính chất và các hợp chất tạo nên loại màu Prussian cũng như phân lập được axit pussic, thậm chí vì chưa biết đầy đủ về tính độc hại của hợp chất này, ông còn nếm thử để xác định mùi vị của nó. HCN cũng như các muối của nó đều là những hợp chất nổi tiếng. Chúng thuộc vào hàng những hợp chất vô cùng độc (HCN cũng là hợp chất độc có trong sắn củ). Vì chỉ cỡ mg HCN cũng có khả năng làm chết người nên hợp chất này thường được các điệp viên dùng để tự sát nhanh khi cần thiết. Nhiều người vẫn tin rằng, có lẽ cái chết của Scheele là do nhiễm độc HCN, một hợp chất mà chính ông là người tạo ra.

Trong những năm cuối đời, Scheele chuyển sang nghiên cứu axit thực vật, ông đã phân lập khảo sát hàng loạt những hợp chất tổng hợp nổi tiếng như axit citric [C ₆H ₈O ₇] (axt chanh), axit malic [COOH • CH ₂• CHOH • COOH] (axit có trong các loại quả còn xanh), axit oxalic [HOOCCOOH • 2H ₂O] (một axit độc có trong nhiều loại cây), và axit gallic [C ₇H ₆O ₅] (điều chế từ chất tannin của cây, được điều chế để sản xuất mực in). Nhiều phát minh quan trọng của Scheele đã trở thành những nền tảng quyết định cho sự mạnh mẽ của nền hoá học hữu cơ một thế kỷ sau đó.

Lại nói về cuốn sách duy nhất của ông về không khí và lửa, xuất bản năm 1777, mặc dù nó đã được viết từ vài năm trước đó. Bản thảo được gửi cho nhà in từ năm 1777, và hầu hết các kết quả nghiên cứu được hoàn thành từ trước 1773. Mặc dù được xuất phát từ cơ sở không đúng của lý thuyết về sự cháy hồi đó, nhưng cuốn sách của Scheele vẫn chứa đựng những giá trị vĩnh cửu và căn bản. Một trong những quan sát quan trọng nhất được ghi lại hồi đó là không khí bao gồm hai loại khí, loại thứ nhất duy trì sự cháy loại thứ hai chống lại sự cháy. Loại khí thứ nhất chính là “khí lửa”, hay oxy. Năm 1777 một cách ngẫu nhiên Scheele đã điều chế ra hydro sunfua [H ₂S] và lần đầu tiên mô tả tác động hoá học của ánh sáng đối với các hợp chất của bạc. Có thể nói không quá lời rằng, chính Scheele đã mở ra lĩnh vực nghiên cứu quang hoá, một lĩnh vực không chỉ làm cơ sở cho các kỹ thuật phim ảnh mà còn mang lại nhiều ứng dụng khác cho cuộc sống con người.

Cuộc sống ngắn ngủi và khiêm nhường, cái chết lặng lẽ và bí ẩn

Carl Withelm Scheele mất ngày26/5/1786ở tuổi 43. Hai ngày trước khi qua đời Scheele đã làm lễ cưới với một goá phụ tên là Pohls để người phụ nữ này có thể thừa kế xưởng dược của ông. Sau khi Scheele mất người ta vẫn còn biết rất ít về cuộc đời ngắn ngủi của ông, về cuộc sống nghèo khó và về sự vật lộn với bệnh tật. Mặc dù, như đã nói ở trên, cái chết của Scheele có khả năng là do trúng độc HCN, nhưng chuyện này trên thực tế vẫn chưa rõ ràng và còn nhiều bí ẩn. Chỉ biết chắc chắn một điều là, chính quá trình làm việc triền miên trong điều kiện độc hại và ít được bảo vệ đã huỷ hoại sức khoẻ của Scheele. Ông đã đem cả mạng sống của mình ra phục vụ khoa học.

Khổ ải hay hạnh phúc?

Việc chậm công bố phát minh về oxy và một số nguyên tố khác cũng có thể coi là những điều không may mắn xẩy ra với Scheele. Nhưng những điều đó chưa bao giờ làm suy giảm niềm hăng say nghiên cứu của ông. Người ta có cảm giác rằng cuộc sống của ông đầy rẫy những khổ ải và nguy hiểm. Ông làm việc cả ngày lẫn đêm, ăn ở thì đạm bạc. Scheele vẫn thường phải uống nhiều rượu để có thể vượt qua cái lạnh khủng khiếp của những đêm Bắc Âu. Những năm cuối đời, ông còn phải chống chọi với bệnh thấp khớp nghiêm trọng và sự hành hạ của các chất độc trong cơ thể. Nếu tập trung vào nghề kinh doanh y dược, có lẽ Scheele sẽ được hưởng một cuộc sống sung túc và nhẹ nhàng hơn. Nhưng cuối cùng, Scheele đã chon một cuộc đời mà ông cho là hạnh phúc:

“Tôi là một người hạnh phúc, và chẳng phải lo gì đến chuyện ăn ở và cũng chẳng phải lo gì đến công việc kinh doanh y dược, đối với tôi, đó chỉ là một trò giải trí. Nhưng, tất cả mối quan tâm của tôi chính là quan sát những hiện tượng mới. Và một người sẽ hạnh phúc biết bao nhiêu khi sự khám phá ra những điều mới mẻ trở thành phần thưởng đền đáp cho sự hăng say lao động của mình.”

Nguồn:Tia sáng , số 11, 6/2006