Oxy – Wikipedia Tiếng Việt

Các thí nghiệm ban đầu

Một trong những thí nghiệm đầu tiên được biết về mối quan hệ giữa đốt cháy và không khí đã được thực hiện vào thế kỷ thứ 2 TCN. Tác giả người Hy Lạp về cơ học, Philo của Byzantium. Trong tác phẩm Pneumatica của mình, Philo đã quan sát thấy rằng việc đảo một ống nghiệm qua một ngọn nến đang cháy và bao quanh cổ của ống bằng nước dẫn đến một số nước dâng lên.[14] Philo phỏng đoán không chính xác rằng các phần của không khí trong ống đã được chuyển thành nguyên tố cổ điển lửa và do đó có thể thoát ra qua các lỗ của ống thủy tinh. Nhiều thế kỷ sau Leonardo da Vinci đã phát triển dựa trên công trình của Philo bằng cách quan sát rằng một phần không khí được tiêu thụ trong quá trình đốt cháy và hô hấp.[15]

Vào cuối thế kỷ 17, Robert Boyle đã chứng minh rằng không khí là cần thiết cho quá trình đốt cháy. Nhà hóa học người Anh John Mayow (1641-1679) đã tinh chỉnh công trình này bằng cách chỉ ra rằng lửa chỉ cần một phần không khí mà ông gọi là Spiritus nitroaereus. Trong một thí nghiệm, ông đã phát hiện ra rằng việc đặt một con chuột hoặc một ngọn nến sáng trong một hộp kín trên mặt nước đã khiến nước dâng lên và thay thế một phần mười bốn thể tích không khí trước khi dập tắt lửa.[16] Từ đó, ông phỏng đoán rằng oxygen được tiêu thụ trong cả hai quá trình hô hấp và đốt cháy.

Mayow quan sát thấy antimon sẽ tăng trọng lượng khi được đun nóng và suy ra rằng nitroaereus phải kết hợp với nó. Ông cũng cho rằng phổi tách nitroaereus khỏi không khí và truyền nó vào máu và nhiệt trong động vật và chuyển động cơ bắp là do phản ứng của nitroaereus với một số chất trong cơ thể. Các ghi chép về những suy xét này và các thí nghiệm và ý tưởng khác đã được xuất bản năm 1668 trong tác phẩm Tractatus của ông trong phần "Hô hấp".[16]

Lý thuyết phlogiston

Robert Hooke, Ole Borch, Mikhail Lomonosov và Pierre Bayen đều tạo ra oxy trong các thí nghiệm vào thế kỷ 17 và 18 nhưng không ai trong số họ công nhận nó là một nguyên tố hóa học.[17] Điều này có thể một phần là do sự phổ biến của học thuyết về đốt cháy và ăn mòn được gọi là lý thuyết phlogiston, khi đó là lời giải thích được ưa chuộng của các quá trình trên.[18]

Được nhà giả kim người Đức JJ Becher thành lập vào năm 1667, và được nhà hóa học Georg Ernst Stahl sửa đổi vào năm 1731,[19] lý thuyết phlogiston tuyên bố rằng tất cả các vật liệu dễ cháy được làm từ hai phần. Một phần, được gọi là phlogiston, đã bị loại bỏ khi chất chứa nó bị đốt cháy, trong khi phần không bị loại bỏ được cho là dạng thật của nó, với tên khác là calx.[15]

Các vật liệu dễ cháy mà để lại ít cặn, như gỗ hoặc than, được cho là được làm chủ yếu từ phlogiston; các chất không cháy mà có thể bị ăn mòn, như sắt, được cho là chứa rất ít phlogiston. Không khí không đóng một vai trò trong lý thuyết phlogiston, cũng không có bất kỳ thí nghiệm định lượng ban đầu nào được thực hiện để kiểm tra ý tưởng; thay vào đó, nó dựa trên các quan sát về những gì xảy ra khi một thứ gì đó cháy, rằng hầu hết các vật thể thông thường dường như trở nên nhẹ hơn và dường như mất đi thứ gì đó trong quá trình cháy.[15]

Khám phá

Nhà giả kim, nhà triết học và bác sĩ người Ba Lan Michael Sendivogius (Michał Sędziwój) trong tác phẩm của mình De Lapide Philosophorum Tractatus duodecim e naturae fonte et Manuali experientia depromti (1604) đã mô tả một chất có trong không khí.[20]), và chất này giống hệt với oxy.[21] Sendivogius, trong các thí nghiệm được thực hiện từ năm 1598 đến 1604, đã nhận ra một cách đúng đắn rằng chất này tương đương với sản phẩm phụ dạng khí được giải phóng do sự phân hủy nhiệt của kali nitrat. Theo quan điểm của Bugaj, sự cô lập oxy và sự liên kết thích hợp của chất này với phần không khí cần thiết cho sự sống, tạo ra đủ bằng chứng cho việc Sendivogius đã phát hiện ra oxy.[21] Tuy nhiên, phát hiện này của Sendivogius thường bị các thế hệ các nhà khoa học và nhà hóa học từ chối.[20]

Người ta cũng thường cho rằng oxy được phát hiện lần đầu tiên bởi dược sĩ Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele. Ông đã tạo ra khí oxy bằng cách đun nóng oxide thủy ngân (HgO) và các nitrat khác nhau vào năm 1771–2.[15][22][23] Scheele gọi khí là "không khí lửa" vì khi đó nó là tác nhân duy nhất được biết đến để hỗ trợ quá trình đốt cháy. Ông đã viết một tường thuật về khám phá này trong một bản thảo có tựa đề Luận về không khí và lửa, mà ông đã gửi cho nhà xuất bản của mình vào năm 1775. Tài liệu đó được xuất bản năm 1777.[24]

Cùng lúc đó, vào ngày 1 tháng 8 năm 1774, một thí nghiệm do giáo sĩ người Anh Joseph Priestley tiến hành đã tập trung ánh sáng mặt trời vào oxide thủy ngân chứa trong một ống thủy tinh, nó giải phóng một loại khí mà ông đặt tên là "không khí khử chất độc".[23] Ông lưu ý rằng nến cháy sáng hơn trong khí và một con chuột hoạt động nhiều hơn và sống lâu hơn khi hít thở nó. Sau khi tự mình hít thở khí, Priestley viết: "Cảm giác của nó đối với phổi của tôi không khác nhiều so với không khí thông thường, nhưng tôi tưởng tượng rằng vú của tôi cảm thấy nhẹ và dễ dàng một cách kỳ lạ trong một thời gian sau đó." [17] Priestley công bố những phát hiện của mình vào năm 1775 trong một bài báo có tiêu đề "Ghi chép về những khám phá sâu hơn trong không khí", nằm trong tập thứ hai của cuốn sách của ông có tựa đề Thí nghiệm và quan sát về các loại không khí khác nhau.[15][25] Vì ông đã công bố những phát hiện của mình trước, nên Priestley thường được ưu tiên trong việc xác định ai khám phá ra oxy.

Nhà hóa học người Pháp Antoine Laurent Lavoisier sau đó tuyên bố đã phát hiện ra chất mới một cách độc lập. Priestley đến thăm Lavoisier vào tháng 10 năm 1774 và nói với anh ta về thí nghiệm của mình và cách anh ta giải phóng khí mới. Scheele cũng đã gửi một bức thư cho Lavoisier vào ngày 30 tháng 9 năm 1774, trong đó mô tả việc ông đã khám phá ra chất trước đây chưa từng được biết đến, nhưng Lavoisier không bao giờ thừa nhận đã nhận nó. (Một bản sao của bức thư được tìm thấy trong đồ đạc của Scheele sau khi ông qua đời.)[24]

Đóng góp của Lavoisier

Lavoisier đã tiến hành các thí nghiệm định lượng đầy đủ đầu tiên về quá trình oxy hóa và đưa ra lời giải thích chính xác đầu tiên về cách thức hoạt động của quá trình đốt cháy.[23] Ông đã sử dụng những thí nghiệm này và những thí nghiệm tương tự, tất cả đều bắt đầu vào năm 1774, để làm mất uy tín của thuyết phlogiston và để chứng minh rằng chất được phát hiện bởi Priestley và Scheele là một nguyên tố hóa học.

Trong một thí nghiệm, Lavoisier đã quan sát thấy rằng không có sự gia tăng tổng thể về trọng lượng khi thiếc và không khí được đốt nóng trong một thùng kín.[23] Ông lưu ý rằng không khí tràn vào khi ông mở thùng chứa, điều này cho thấy một phần không khí bị mắc kẹt đã được tiêu thụ. Ông cũng lưu ý rằng khối lượng thiếc đã tăng lên và sự gia tăng đó cũng giống như trọng lượng của không khí lao vào. Điều này và các thí nghiệm khác về quá trình đốt cháy đã được ông ghi lại trong cuốn sách Sur la combustion en général, được xuất bản năm 1777.[23] Trong công trình đó, ông đã chứng minh rằng không khí là hỗn hợp của hai chất khí; 'không khí quan trọng', cần thiết cho quá trình đốt cháy và hô hấp, và azote (Gk. ἄζωτον "vô hồn"), cũng không hỗ trợ. Azote sau đó trở thành nitơ trong tiếng Anh, mặc dù nó vẫn giữ tên trước đó trong tiếng Pháp và một số ngôn ngữ châu Âu khác.[23]

Lavoisier đổi tên 'không khí quan trọng' thành oxygène vào năm 1777 từ gốc Hy Lạp ὀξύς (oxys) (acid, theo nghĩa đen là "sắc", từ mùi vị của acid) và -γενής (-genēs) (người sản xuất, nghĩa đen là người sinh ra), bởi vì ông ấy đã nhầm tưởng rằng oxy là thành phần của tất cả các acid.[26] Các nhà hóa học (chẳng hạn như Sir Humphry Davy vào năm 1812) cuối cùng xác định rằng Lavoisier đã sai trong vấn đề này (hydro tạo cơ sở cho hóa học acid), nhưng khi đó cái tên này đã quá nổi tiếng.[27]

Oxygen đã đi vào ngôn ngữ tiếng Anh bất chấp sự phản đối của các nhà khoa học Anh và thực tế là Priestley người Anh đã đầu tiên cô lập chất khí này và viết về nó. Điều này một phần là do một bài thơ ca ngợi khí có tựa đề "Oxygen" trong cuốn sách nổi tiếng The Botanic Garden (1791) của Erasmus Darwin, ông nội của Charles Darwin.[24]

Lịch sử sau này

Giả thuyết nguyên tử ban đầu của John Dalton cho rằng tất cả các nguyên tố đều là nguyên tố cấu tạo và các nguyên tử trong các hợp chất thông thường sẽ có tỷ lệ nguyên tử đơn giản nhất so với nhau. Ví dụ, Dalton giả định rằng công thức của nước là HO, dẫn đến kết luận rằng khối lượng nguyên tử của oxy gấp 8 lần khối lượng của hydro, thay vì giá trị hiện đại là khoảng 16.[28] Năm 1805, Joseph Louis Gay-Lussac và Alexander von Humboldt đã chỉ ra rằng nước được tạo thành từ hai thể tích hydro và một thể tích oxy; và đến năm 1811 Amedeo Avogadro đã đưa ra cách giải thích chính xác về thành phần của nước, dựa trên cái mà ngày nay gọi là định luật Avogadro và các phân tử nguyên tố gồm hai nguyên tử trong các khí đó.[29] [a]

Vào cuối thế kỷ 19, các nhà khoa học nhận ra rằng không khí có thể được hóa lỏng và các thành phần của nó được cô lập bằng cách nén và làm mát nó. Sử dụng phương pháp phân tầng, nhà hóa học và vật lý người Thụy Sĩ Raoul Pierre Pictet đã làm bay hơi lưu huỳnh dioxide lỏng để hóa lỏng carbon dioxide, sau đó được làm bay hơi để làm lạnh khí oxy đủ để hóa lỏng nó. Ông đã gửi một bức điện vào ngày 22 tháng 12 năm 1877 cho Viện Hàn lâm Khoa học Pháp ở Paris thông báo về phát hiện của ông về oxy lỏng.[30] Chỉ hai ngày sau, nhà vật lý người Pháp Louis Paul Cailletet đã công bố phương pháp hóa lỏng oxy phân tử của riêng mình.[30] Chỉ một vài giọt chất lỏng được tạo ra trong mỗi trường hợp và không thể tiến hành phân tích có ý nghĩa. Oxy được hóa lỏng ở trạng thái ổn định lần đầu tiên vào ngày 29 tháng 3 năm 1883 bởi các nhà khoa học Ba Lan từ Đại học Jagiellonian, Zygmunt Wróblewski và Karol Olszewski.[31]

Năm 1891, nhà hóa học người Scotland James Dewar đã có thể sản xuất đủ oxy lỏng cho nghiên cứu.[32] Quy trình sản xuất oxy lỏng đầu tiên có tính khả thi về mặt thương mại được phát triển độc lập vào năm 1895 bởi kỹ sư người Đức Carl von Linde và kỹ sư người Anh William Hampson. Cả hai người đều hạ nhiệt độ của không khí cho đến khi nó hóa lỏng và sau đó chưng cất các khí thành phần bằng cách đun sôi từng chất một và thu giữ chúng riêng biệt.[33] Sau đó, vào năm 1901, hàn oxyacetylene lần đầu tiên được chứng minh bằng cách đốt cháy hỗn hợp acetylene và O2 nén. Phương pháp hàn và cắt kim loại này sau đó trở nên phổ biến.[33]

Năm 1923, nhà khoa học người Mỹ Robert H. Goddard trở thành người đầu tiên 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 bay thành công một tên lửa nhỏ chạy bằng nhiên liệu lỏng 56 m ở 97 km/h vào ngày 16 tháng 3 năm 1926 tại Auburn, Massachusetts, Hoa Kỳ.[33][34]

Trong các phòng thí nghiệm hàn lâm, oxy có thể được điều chế bằng cách đun nóng kali chlorat trộn với một tỷ lệ nhỏ mangan đioxide.[35]

Mức độ oxy trong khí quyển đang có xu hướng giảm nhẹ trên toàn cầu, có thể do quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch.[36]