Joseph Priestley - Nhà hóa học và nhà vật lý - Anh

Người tham gia tiệc sẽ hít khí oxit nito (khí gây cười) được trữ trong túi lụa lớn màu xanh lá cây, để tạo hưng phấn.

Trong thế kỷ 19, các thành viên của giới thượng lưu Anh tham gia vào một hình thức giải trí đặc biệt được gọi là các bữa tiệc khí cười. Những người tham gia sẽ hít khí nitơ oxit (N2O) - một hợp chất được phát hiện trong thế kỷ 18 sử dụng để gây tê, giảm đau. Các bữa tiệc như vậy dần lan rộng khắp Đại Tây Dương đến Mỹ.

Khí nitơ oxit được phát hiện như thế nào

Nitơ oxit được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1772 bởi Joseph Priestley, một nhà hóa học người Anh. Trong thí nghiệm quan sát các loại khí khác nhau, được mô tả: không màu, vị ngọt, có mùi hơi dễ chịu, Priestley tìm ra hợp chất nitơ oxit và công bố phát hiện của mình vào ba năm sau đó. Khi đó, nitơ oxit chỉ được sử dụng trong các thí nghiệm.

Năm 1799, mối quan tâm về nitơ oxit mới được hồi sinh khi một bác sĩ người Anh tên Thomas Beddoes nhận ra các đặc tính trị liệu của nó. Ông thử nghiệm để điều trị các bệnh về đường hô hấp, đặc biệt là bệnh lao - một căn bệnh chết người thời bấy giờ. Khí oxit nitơ được lưu trữ trong các túi lụa lớn, màu xanh lá cây, bệnh nhân sẽ hít khí từ ống vào cơ thể.

Khí được cho vào một chiếc túi, đặt ống để hút vào người.

Những bệnh nhân được thử nghiệm chia sẻ cảm giác khi họ hít khí oxit nitơ. Mỗi người mô tả khác nhau nhưng đa phần họ thấy hồi hộp và thú vị, cảm giác hưng phấn từ trong cơ thể. Vị bác sĩ đã thử nghiệm trong vài tháng và đi đến kết luận: khí không gây hại cho người.

Các bữa tiệc khí cười

Bác sĩ Thomas Beddoes thuê Humphry Davy 20 tuổi làm tổng giám đốc đầu tiên cho nghiên cứu của mình. Davy có nhiệm vụ tổ chức các bữa tiệc, mời người thân bạn bè đến trải nghiệm cảm giác hưng phấn khi hít khí nitơ oxit, yêu cầu họ ghi lại trải nghiệm của mình. Anh đặt tên cho loại khí này là ga khí cười. Những người tham gia rất vui vẻ, sảng khoái, họ thích thú và say mê với bữa tiệc. Từ đó, các bữa tiệc dần trở nên phổ biến hơn, không chỉ ở Anh mà lan sang Mỹ. Những người tham gia phải trả tiền để trải nghiệm cảm giác này.

Trong những buổi biểu diễn đó, họ tìm ra ý nghĩa y học của oxit nitơ và hiện thực hóa chúng. Năm 1844, một người trong bữa tiệc bị thương ở chân, anh ta được tiêm một liều khí cười thấp. Bệnh nhân không còn dấu hiệu đau đớn nữa. Khí nito oxit sau đó được sử dụng trên những bệnh nhân bị tê liệt.

Sau cùng các nhà khoa học kết luận, "khí cười" có khả năng phá vỡ đau đớn vật lý, có thể được sử dụng trong phẫu thuật khi không có tràn dịch máu lớn xảy ra.

Những bữa tiệc khí cười vào thế kỷ 19 ở Anh đến Mỹ và các nước khác.

Một nhà nghiên cứu khác tên Wells, người từng trải nghiệm bữa tiệc, nhận ra những điểm bất thường. Nếu cứ sử dụng khí nito oxit như một cách để làm cơ thể hưng phấn, người dùng dễ nhiễm độc. Dùng lâu ngày dễ bị nghiện, không thể thoát ra, từ đó họ sẽ dần vô cảm với cuộc sống hiện tại. Một vài trường hợp nạn nhân có biểu hiện mặt tái xanh, cơ thể không cử động, tĩnh mạch lớn... Từ đó, Wells cho rằng oxit nito có khả năng gây mê ở người.

Tuy nhiên, Wells không chứng minh được quan điểm của mình và bị công chúng phản bác. Sau này, một đồng nghiệp cũ của Wells, William Morton, đã trở thành người đề xuất chính thúc đẩy việc sử dụng oxit nito như thuốc mê khi chứng minh được tác dụng trong y khoa. Năm 1846, Morton đã giới thiệu sử dụng ether làm thuốc mê. Ether có nhiều ưu điểm hơn oxit nitơ và được công nhận.

Từ đó, oxit nitơ không còn phổ biến nữa. Những bữa tiệc khí cười dần mất đi. Nếu như trước đây nó được sử dụng cho giải trí thì ngày nay oxit nitơ được dùng trong một số loại hình phẫu thuật.

Cách đây đúng 248 năm, vào ngày 1/8/1774, nhà hóa học người Anh Joseph Priestley đã khám phá ra ô-xy (oxygen), bằng cách dùng kính lúp đốt cháy (burning lens) chiếu ánh sáng vào một cục ôxít thủy ngân được đặt trong một bình thủy tinh úp ngược trong một chén thủy ngân. Khi bình thủy ngân nóng, bọt khí phát sinh. Ông gọi không khí này là “dephlogisticated air”. Đây là 1 trong 100 phát hiện vĩ đại của khoa học thế giới.

Phát hiện này đã giúp nhà hóa học người Pháp Antoine Lavoisier phát hiện ra vai trò của nó trong quá trình cháy và đã đổi tên “vital air” (không khí quan trọng) này thành oxygène vào năm 1777, một từ có nguồn gốc tiếng Hy Lạp, oxy “oxys” là axit, nghĩa đen là sắc, từ vị của axit và gène (-genēs) là nhà sản xuất, nghĩa đen là người sinh ra, bởi vì ông đã nhầm tưởng rằng oxy là thành phần của chất tạo ra axit. Các nhà hóa học sau này cũng xác định rằng Lavoisier đã sai trong vấn đề này, nhưng vì cái tên oxygene này đã quá nổi tiếng nên đã được đưa vào ngôn ngữ tiếng Anh bất chấp sự phản đối của các nhà khoa học Anh.

Kể từ đó, các nhà khoa học đã lần lượt khám phá ra rằng nước (H2O) được tạo thành từ hai thể tích hydro và một thể tích oxy vào năm 1805. Đến năm 1811, ra đời định luật Avogadro (Ở cùng nhiệt độ và áp suất, những thể tích bằng nhau của mọi chất khí cùng chứa một số phân tử). Năm 1877, khám phá ra oxy lỏng. Năm 1891, sản xuất oxy lỏng. Năm 1923, nhà khoa học người Mỹ Robert H. Goddard phát triển động cơ tên lửa đốt nhiên liệu lỏng; động cơ sử dụng xăng để làm nhiên liệu và oxy lỏng làm chất oxy hóa. Goddard đã phóng thành công một tên lửa nhỏ dùng nhiên liệu lỏng, bay với tốc độ 97 km/h vào ngày 16/3/1926 tại Massachusetts.

Những ứng dụng của khám phá này được tìm thấy ở các thiết bị y tế, trên máy bay, trong phi thuyền, tàu ngầm, bình dưỡng khí của thợ lặn, người leo núi, máy hàn, máy cắt kim loại trong công nghiệp,….

Trong vũ trụ, Oxy là nguyên tố phổ biến xếp hàng thứ 3 (sau hydro và heli) theo khối lượng, khoảng 0,9% khối lượng của Mặt trời là oxy. Nhưng theo khối lượng trong vỏ trái đất thì Oxy là nguyên tố phổ biến nhất, chiếm 49,2% khối lượng của vỏ Trái đất.

Các nhà khoa học nói rằng khoảng 3,5 tỷ năm đầu tiên Trái Đất gần như không có oxy cho đến khi Sự kiện ôxy hóa vĩ đại (Great Oxygenation Event – GOE) xảy ra, ôxy tự do bắt đầu thoát ra ở dạng khí từ các đại dương cách đây 2,7 tỉ năm, đạt đến 10% với mức như hiện nay vào khoảng 1,7 tỉ năm trước.

Oxy có khả năng kết hợp với hemoglobin trong máu để nó có thể đi nuôi tế bào cơ thể người và động vật, oxy hoá các chất thực phẩm ở trong cơ thể tạo năng lượng cho cơ thể hoạt động. Oxy có vai trò rất quan trọng không thể thiếu đối với quá trình hô hấp của con người và động vật, là yếu tố quan trọng nhất cho sự tồn tại của loài người cũng như nhiều sinh vật khác trên Trái Đất. Thiếu oxy khoảng 5 phút thì mô não bị chết vĩnh viễn và không có khả năng hồi phục.

Trái đất còn Oxy khi Mặt trời còn chiếu sáng, thực vật còn nở hoa, và quá trình quang hợp (thu nhận và chuyển hóa năng lượng ánh sáng Mặt trời) còn diễn ra. Tuy nhiên, sự cân bằng này không phải là vĩnh viễn bởi vì mức độ oxy trong khí quyển đang có xu hướng giảm nhẹ do con người đốt cháy quá nhiều nhiên liệu hóa thạch, mức giảm oxy trung bình hàng năm là 4ppm, nồng độ giảm khoảng 4% trong 10.000 năm và có thay đổi lớn hơn và nhanh hơn nếu con người sử dụng bom nguyên tử để giết hại lẫn nhau?

Tiểu sử & Sự nghiệp

Nhà khoa học người Anh Joseph Priestley là người đầu tiên phát hiện oxy và cô lập nó ở trạng thái khí. Khám phá của ông là tiền đề giúp các nhà khoa học sau này có thể hiểu được bản chất của quá trình đốt cháy hoặc oxy hóa một chất hóa học.

Joseph Priestley sinh ra tại một thị trấn nhỏ gần thành phố Leeds, Vương quốc Anh, vào năm 1733. Ông là con trưởng trong gia đình gồm 6 người con. Cha của ông là Jonas Priestley, một người sản xuất vải dệt may và mẹ ông là Mary, con gái một nông dân địa phương. Do không may mẹ mất sớm nên ông chuyển đến sống với gia đình người cô ruột từ năm 9 tuổi. Tại đó, ông tiếp xúc thường xuyên với các cuộc thảo luận thần học và chính trị của những người “bất đồng chính kiến” – một nhóm tín đồ không tuân thủ nghiêm ngặt giáo lý của Giáo hội Anh và thường bị phân biệt đối xử vì niềm tin không chính thống của họ.

Priestley theo học tại các trường địa phương, nhưng do mắc bệnh lao trong những năm ở độ tuổi thiếu niên nên ông phải bỏ học giữa chừng. Ông học tiếng Hy Lạp, tiếng Latinh, tiếng Do Thái khi còn ở trường, và sau đó tự học tiếng Pháp, tiếng Ý, tiếng Đức, tiếng Chaldean, tiếng Syria, tiếng Ả Rập, cũng như những nội dung cơ bản về hình học và đại số. Sau khi bình phục sức khỏe, ông đăng ký vào Học viện Daventry với mục tiêu trở thành một mục sư. Tại đây, ông bắt đầu quan tâm đến triết học tự nhiên và khoa học thực nghiệm.

Sau khi tốt nghiệp, Priestley trở thành mục sư của giáo đoàn địa phương tại thị trấn Needham Market, Suffolk (Anh). Tuy nhiên, ông có mối quan hệ không tốt với một số thành viên của giáo đoàn. Nguyên nhân là do ông có khuynh hướng bác bỏ nhiều giáo lý truyền thống bao gồm thuyết Chúa Ba Ngôi và linh hồn bất tử.

Năm 1761, Priestley chuyển đến thị trấn Warrington, Cheshire. Ông làm trợ giảng về ngôn ngữ hiện đại và thuật hùng biện tại Học viện Dissenting Academy. Đây là môi trường tuyệt vời giúp ông nuôi dưỡng niềm đam mê ngày càng tăng đối với khoa học. Trong một chuyến đi đến London, Priestley tình cờ gặp Benjamin Franklin – người có công sáng chế ra cột thu lôi để chống sét. Franklin khuyên ông nên theo đuổi con đường nghiên cứu học thuật, và kể từ đó ông bắt đầu thực hiện các thí nghiệm về điện. Không lâu sau, ông xuất bản cuốn sách Lịch sử và Hiện trạng của Điện (The History and Present State of Electricity) cũng như được bầu làm thành viên của Hiệp hội Hoàng gia vào năm 1766.

Nhưng một thời gian sau, Priestley chuyển lĩnh vực quan tâm của mình sang hóa học. Ông được biết đến là người đầu tiên thực hiện quá trình cacbonat hóa nhân tạo. Năm 1767, ông chuyển đến sống ở gần một nhà máy bia tại thành phố Leeds. Ông bị cuốn hút bởi chất khí bay lên từ những thùng ủ bia [khí CO2] nên đã thực hiện nhiều nghiên cứu với loại khí này. Trong một thí nghiệm, Priestley đặt bát nước lên trên bề mặt thùng ủ bia chứa lúa mạch đang lên men. Ông phát hiện bát nước nhanh chóng có vị chua ngọt giống như nước khoáng lấy từ các suối tự nhiên ở vùng Niederseltsers, Đức. Ông đã viết về “sự hài lòng đặc biệt” về loại nước soda mà ông đã uống, đồng thời trình bày cách tạo ra nước có ga trong bài báo có tựa đề “Impregnating Water with Fixed Air” công bố năm 1772.

Vào thế kỷ 17 – 18, hầu hết các nhà khoa học tin vào thuyết phlogiston do Johann Joachim Becher đề xuất năm 1667. Thuyết này cho rằng, thế giới vật chất không chỉ hình thành từ bốn nguyên tố theo niềm tin của người Hy Lạp cổ đại (đất, nước, không khí, lửa) mà còn có thêm một nguyên tố tương tự như lửa gọi là phlogiston. Nguyên tố này giải phóng trong quá trình bốc cháy của một vật chất để tạo thành vật chất khác.

Trong một thí nghiệm vào ngày 1/8/1774, Priestley tập trung ánh sáng Mặt trời qua thấu kính để làm nóng mẫu oxit thủy ngân (HgO). Quá trình này giải phóng một loại khí đặc biệt cho phép ngọn nến cháy sáng hơn và giúp con chuột sống lâu hơn bên trong lọ thủy tinh đậy kín. Ông gọi nó là khí khử phlogiston (dephlogisticated air). “Tôi đã phát hiện ra một loại khí tốt hơn gấp năm hoặc sáu lần so với không khí thông thường”, Priestley cho biết. Hơn 10 năm sau, ông biên soạn cuốn sách “Thí nghiệm và quan sát các loại không khí khác nhau” (Experiments and Observations on Different Kinds of Air). Cuốn sách này đã thay thế lý thuyết lỗi thời của triết gia Hy Lạp Aristotle, người cho rằng chỉ có một loại “không khí”.