Lịch sử phát triển của Hóa học

Hóa học phát triển từ giả kim thuật, đã được thực hành từ hàng ngàn năm trước ở Trung Hoa, Châu Âu và Ấn Độ.

Khoa giả kim thuật nghiên cứu về vật chất, nhưng thế giới của những nhà giả kim thuật đều dựa trên kinh nghiệm thực tế và công thức bắt nguồn từ thực hành chứ không dựa vào những nghiên cứu khoa học. Mục đích của họ là một chất gọi là “Hòn đá thông minh” dùng để biến đổi những chất như chì thành vàng. Các nhà giả kim thuật đã tiến hành rất nhiều thí nghiệm để tìm ra chất này qua đó họ đã phát triển nhiều dụng cụ mà ngày nay vẫn còn được sử dụng trong kỹ thuật hóa học.

Nhưng không một nhà giả kim thuật nào tìm ra được hòn đá thông minh đó và trong thế kỷ thứ 17, các phương pháp làm việc của khoa giả kim thuật được thay đổi bằng những phương pháp khoa học. Một phần kiến thức của các nhà giả kim thuật được sử dụng bởi các nhà hóa học, những người làm việc dựa vào kết luận hợp lý của những gì mà họ quan sát được chứ không dựa vào ý nghĩ biến hóa chì thành vàng.

Lịch sử của hóa học có thể được coi như bắt đầu từ lúc Robert Boyle tách hóa học từ khoa giả kim thuật trong tác phẩm The Skeptical Chemist (Nhà hóa học hoài nghi) vào năm 1661 nhưng thường được đánh dấu bằng ngày Antoine Lavoisier tìm ra khí ôxy vào năm 1783.

Hóa học như là một môn khoa học đã có được nhiều thúc đẩy vào thế kỷ 19. Những nghiên cứu của Justus von Liebig về tác động của phân bón đã thành lập ra ngành Hóa nông nghiệp và cung cấp nhiều nhận thức cho ngành hóa vô cơ. Cuộc tìm kiếm một hóa chất tổng hợp thay thế cho chất màu indigo dùng để nhuộm vải là bước khởi đầu của những phát triển vượt bậc cho ngành hóa hữu cơ và dược. Một đỉnh cao trong việc phát triển ngành hóa học là phát minh bảng tuần hoàn nguyên tố của Dmitri Ivanovich Mendeleev và Lothar Meyer. Mendelev đã sử dụng quy luật của bảng tuần hoàn để tiên đoán trước sự tồn tại và tính chất của germanium, gallium và scandium vào năm 1870. Gallium được tìm thấy vào năm 1875 và có những tính chất như Mendeleev đã tiên đoán trước.

Nghiên cứu trong hóa học đã phát triển trong thời kỳ chuyển tiếp sang thế kỷ 20 đến mức các nghiên cứu sâu về cấu tạo nguyên tử đã không còn là lãnh vực của hóa học nữa mà thuộc về vật lý nguyên tử hay vật lý hạt nhân. Mặc dù vậy các công trình nghiên cứu này đã mang lại nhiều nhận thức quan trọng về bản chất của sự biến đổi chất hóa học và của các liên kết hóa học. Các động lực quan trọng khác bắt nguồn từ những khám phá trong vật lý lượng tử thông qua mô hình quỹ đạo điện tử.

Lịch sử tìm ra nguyên tố flo

Tác giả bài viết: Hoài Minh – ĐH Đà Lạt

• Giai đoạn trước khi điều chế được flo ở trạng thái tự do

Nhóm halogen có năm nguyên tố: flo, clo, brom, iot và astatin. Đã từ lâu người ta cho rằng chúng rất giống nhau và là một ví dụ cổ điển về các nguyên tố tương tự nhau. Nhưng trong nhóm đó không phải các tính chất luôn luôn biến đổi một cách tuần tự. Ở flo có rất nhiều ngoại lệ trong sự biến đổi tuần tự các tính chất.

Axit flohydrid là một axit yếu tạo thành những muối axit, tác dụng lên thạch anh và các hợp chất chứa oxit silic, trong khi đó thì các axit hidric của các halogen khác hoàn toàn không có những tính chất đặc trưng đó. Tính tan của các muối cũng có sự khác biệt rõ rệt: florua bạc dễ hoà tan, ngược lại các muối canxi của clo, brom và iot thì dễ hòa tan còn fluorit thì rất ít tan. Flo có kích thước nguyên từ và kích thước ion bé cho nên dễ tạo thành những hợp chất phức tạp. Còn đối với những halogen khác thì khuynh hướng này rất ít.

Do có hoạt động hoá học cực kỳ mạnh nên flo là nguyên tố được tách ra ở trạng thái tự do muộn nhất trong các halogen và nó mới có ứng dụng thực tế cách đây không lâu.

Các hợp chất của flo được biết từ lâu. Ngay từ năm 1529 Agricôla đã mô tả khoáng chất fluorit là nguyên liệu dùng làm chất chảy trong luyện kim, là chất mà khi cho thêm vào các quặng thì hạ nhiệt độ nóng chảy của chúng.

Năm 1670, Soanzơvac ở Nurembe đã nhận thấy rằng khi đổ axit sunfuric vào một lọ bằng fluorin thì có một thứ khí sinh ra, ăn mòn chậu thủy tinh. Năm 1746 Macgrap đã mô tả axit flohidric và năm 1771 Prixtơli và Silơ, hai người làm việc độc lập với nhau đã điều chế được axit đó. Ampe rất ngạc nhiên về sự giống nhau giữa axit clohidric và axit flohidric nên đã cho rằng chất này là hợp chất của hidro và một nguyên tố mà người ta chưa biết. Nhiều nhà bác học đã dự đoán rằng axit flohidric là một hợp chất nhưng mãi họ không thể tách nó thành các nguyên tố vì flo rất hoạt động, nó tác dụng được với nước, với thành bình và với các chất khác cùng có trong đó. Tính độc của florua hidro là nguyên nhân làm cho nhiều nhà bác học bị hy sinh tính mạng khi nghiên cứu hợp chất đó. Người ta biết rằng tình trạng ốm yếu của Đevy bắt đầu từ năm 1814, sau những công trình nghiên cứu của ông về flo. Gay-lytxắc và Têna, khi điều chế axit flohidric cũng đã phải chịu nhiều nỗi đau đớn vì những lượng nhỏ florua hidro.

Tuy nhiên các nhà bác học không chịu từ bỏ ý muốn giải quyết một trong những nhiệm vụ khó khăn nhất của hóa học vô cơ và học đã kiên trì tiếp tục làm những thí nghiệm điều chế flo tự do

• Quá trình điều chế Flo tự do của Moatxan

Năm 1886, nhà bác học Pháp Hăngri Moatxan (1826-1907) đã điều chế được flo ở trạng thái tự do. Tên fơto của nguyên tố này do chữ Hy Lạp fơtoriôt là hủy hoại. Tên này do Ampe đưa ra năm 1816 và chỉ có các nhà hoá học Nga dùng mà thôi, còn các nước khác thì lại dùng tên flo do chữ Latinh fluere có nghĩa là chảy.

Khi nghiên cứu tất thảy những thí nghiệm tiến hành trước kia nhằm điều chế flo tự do, Hăngri Moatxan đã giải quyết được vấn đề phức tạp đó. Thoạt tiên, Moatxan làm những bình chữ U bằng bạch kim rồ sau bằng đồng (như thế thì lớp mỏng florua đồng sinh ra sẽ không bị flo hoặc florua hidro phá hoại) và đổ vào bình đó axit flohidric khan. Nhưng vì axit flohidric không dẫn điện được nên ông đổ thêm florua kali axit. Ông tìm cách hạ thấp nhiệt độ xuống -23^oC bằng cách nhúng bình điện phân vào một chậu chứa hỗn hợp sinh hàn. Hai điện cực làm bằng bạch kim và cách biệt nhau bởi những nút làm bằng fluorin. Để thu flo, ông đã dùng những ống đồng, flo thoát ra ở cực âm còn ở cực dương thì có hidrô được tạo thành.

Moatxan đã báo cáo tin cho Viện hàn lâm khoa học Paris biết việc mình điều chế được flo. Để kiểm tra kết quả của ông, Viện đã thành lập một hội đồng gồm các nhà bác học hoá học: Đêbơrê, Fơrêmi và Bectơlô. Nhưng trong ngày đầu ông không thu được nguyên tố flo, và chỉ đến ngày thứ hai, sau khi đã phân tích cẩn thận toàn bộ quá trình công việc, Moatxan mới thu được một lượng flo vừa đủ để hội đồng tin ở sự đúng đắn của phát minh mới. Khi báo tin cho Viện biết về phát minh của mình, Moatxan viết: “Có thể có nhiều giả thiết về bản chất của khí sinh ra. Đơn giản nhất là có thể giả thiết rằng đó là flo, nhưng cũng có thể là polyflorua hydro hoặc là hỗn hợp của axit flofidric và ozon, hỗn hợp này khá mạnh để giải thích được tác dụng mãnh liệt của khí đó đối với axit silic kết tinh.”

Năm 1897, Moatxan và Điua đã điều chế được flo ở trạng thái lỏng. Họ đã làm hoá lỏng bằng oxi lỏng dưới áp suất 325mm thủy ngân và ở nhiệt độ -187^oC. Họ cũng có vinh dự là đã phát minh ra khả năng tham gia phản ứng mãnh liệt của flo ở những nhiệt độ cực kỳ thấp. Năm 1903, Moatxan và Điua đã điều chế được flo ở thể rắn.

Lịch sử Bảng hệ thống tuần hoàn các NTHH

Đoạn phim về lịch sử của bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học.
http://www.youtube.com/watch?v=1geccHiylcU