Svante Arrhenius
- Chi tiết
- Chuyên mục: Chuyện kể hóa học
- Được viết ngày Thứ ba, 19 Tháng 5 2015 22:44
- Viết bởi Nguyễn Văn Đàm
Svante Arrhenius (sinh ngày 19/02/1859 - mất ngày 02/10/1927) là nhà khoa học người Thụy Điển. Ông là một nhà vật lý và cũng là nhà hóa học, đồng thời ông là một trong những người sáng lập của lĩnh vực hóa lý. Ông nhận giải Nobel Hóa học năm 1903. Ông là tác giả của thuyết axit-bazơ, thuyết ion trong dung dịch, phương trình Arrhenius và là người có nhiều ảnh hưởng trong giới khoa học thới đó.
Khi đọc những thông tin về ông, bạn sẽ thấy được những đóng góp to lớn của ông đối với nền hóa học, sức ảnh hưởng trong giới khoa học thời bấy giờ. Đồng thời, bạn cũng sẽ biết nguyên nhân tại sao nhà hóa học tài ba, có nhiều thành tựu lớn trong hóa học, đặc biệt là việc ông phát minh ra bản hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học Mendeleev lại không nhận được giải Nobel.
1. Cuộc đời và sự nghiệp Arrhenius
Arrhenius sinh ngày 19 tháng 2 năm 1859 tại Vik, gần Uppsala, Thụy Điển, con trai của Svante Gustav và Carolina Thunberg Arrhenius. Lúc 3 tuổi, Arrhenius tự học đọc mà không có sự khuyến khích của cha mẹ, và bằng cách xem những phép cộng các con số trong sổ sách kế toán của chamình, ông đã trở thành một thiên tài số học. Trong cuộc sống sau này, Arrhenius rất thích sử dụng các số liệu để khám phá các mối quan hệ toán học và các định luật.
Năm 8 tuổi, ông vào trường nhà thờ địa phương, bắt đầu từ lớp năm, năm 1876, ông tốt nghiệp như các sinh viên trẻ nhất và có khả năng nhất.
Tại Đại học Uppsala, ông không hài lòng với người hướng dẫn chính của môn vật lý và giảng viên duy nhất có thể giám sát ông trong hóa học, PerTeodor Cleve, vì vậy ông đã rời trường và đến nghiên cứu tại Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Thụy Điển tại Stockholm dưới sự hướng dẫn của nhà vật lý Erik Edlund trong năm 1881. Ông tập trung vào việc nghiên cứu sự dẫn điện của chất điện ly. Trong năm 1884, dựa trên nghiên cứu này, ông đã gửi một luận án 150 trang về sự dẫn điện của chất điện ly đến Uppsala cho các vị tiến sĩ. Nó đã không gây ấn tượng với các giáo sư và đã nhận được đánh giá ở mức thứ tư, nhưng dưới sự bảo vệ của ông, nó đã được phân loại lại ở mức thứ ba. Sau đó, các phần mở rộng của luận án này đã có thể đem về cho ông giải Nobel Hóa học.
Có 56 đề tài đưa ra trong luận án năm 1884, và hầu hết chúng ngày nay vẫn được chấp nhận, không thay đổi hoặc thay đổi nhỏ. Ý tưởng quan trọng nhất trong luận án là sự giải thích của ông về thực tế là cả muối tinh khiết và nước tinh khiết đều không dẫn điện, nhưng dung dịch của muối và nước thì dẫn điện.
Giải thích Arrhenius là khi hình thành một dung dịch, muối phân ly thành các hạt mang tích điện (Michael Faraday đã gọi đó là các ion nhiều năm trước đó). Arrhenius đề xuất rằng, ngay cả trong trường hợp không có một dòng điện, dung dịch của các muối chứa chứa ion. Do đó ông đề nghị rằng phản ứng hóahọc trong dung dịch là phản ứng giữa các ion.
Luận án không phải là rất ấn tượng với các giáo sư tại Uppsala, nhưng Arrhenius gửi nó tới một số nhà khoa học ở châu Âu những người đang phát triển ngành khoa học mới về hóa lý, chẳng hạn như Rudolf Clausius, Wilhelm Ostwald, và JH van't Hoff. Họ ấn tượng hơn rất nhiều, và thậm chí Ostwald đến Uppsala thuyết phục Arrhenius tham gia nhóm nghiên cứu của mình. Tuy nhiên, Arrhenius đã từ chối vì ông ông muốn ở lại Thụy Điển thêm một thời gian nữa (cha của ông rất yếu và chết vào năm 1885) và đã nhận được một cuộc hẹn tại Uppsala.
Trong một phần mở rộng của lý thuyết ion của Arrhenius đề xuất định nghĩa về axit và bazơ, trong năm 1884. Ông tin rằng axit là chất sản xuất các ion hydro trong dung dịch và các bazơ là chất tạo ra ion hydroxit trong dung dịch.
Sau đó, Arrhenius nhận được một khoản trợ cấp từ Viện khoa học Thụy Điển, điều đó cho phép ông nghiên cứu với Ostwald trong Riga (nay ở Latvia), với Friedrich Kohlraush ở Würzburg, Đức, với Ludwig Boltzmann ở Graz, Áo, và với van't Hoff ở Amsterdam.
Năm 1889 Arrhenius giải thích được thực tế là hầu hết các phản ứng đòi hỏi năng lượng nhiệt bổ sung để tiến hành qua việc xây dựng các khái niệm về năng lượng hoạt hóa, một hàng rào năng lượng phải bị phá vỡ trước khi hai phân tử phản ứng. Phương trình Arrhenius cung cấp các cơ sở định lượng về mối quan hệ giữa năng lượng hoạt hóa và tốc độ mà một phản ứng diễn ra.
Năm 1891 ông trở thành giảng viên tại Đại học Stockholm College (Stockholms Högskola, tại Đại học Stockholm), được thăng giáo sư vật lý (vớinhiều sự chống đối) vào năm 1895, và hiệu trưởng trong năm 1896.
Ông đã kết hôn hai lần, đầu tiên là cựu học trò Sofia Rudbeck của ông, người mà ông đã có một con trai, và sau đó Maria Johansson , người mà ông đã có hai con gái và một con trai.
Khoảng 1900, Arrhenius đã tham gia vào việc thiết lập Viện Nobel và các giải Nobel. Ông được bầu là thành viên của Viện khoa học Hoàng gia Thụy Điển năm 1901. Phần còn lại của cuộc đời mình, ông là một thành viên của Ủy ban Nobel về Vật lý và thành viên của Ủy ban Nobel về Hóa học. Ông đã sử dụng vị trí của mình để sắp xếp giải thưởng cho bạn bè của mình (Jacobus Van't Hoff, Wilhelm Ostwald, Theodore Richards) và cố gắng để từ chối chúng cho kẻ thù của mình (Paul Ehrlich, Walther Nernst, Dmitri Mendeleev_ do ông này có những chỉ trích về thuyết điên li của Arrenius). Năm 1901 Arrhenius được bầu vào Viện Hàn lâm Khoa học Thụy Điển. Năm 1903, ông trở thành người Thụy Điển đầu tiên được trao giải Nobel về hóa học. Năm 1905, sau khi thành lập Viện Nobel cho nghiên cứu vật lý tại Stockholm, ông được bổ nhiệm làm hiệu trưởng của học viện cho đến khi nghỉ hưu vào năm 1927. Ông trở thành một thành viên của Hội Hoàng gia vào năm 1910. Năm 1912, ông được bầu làm thành viên danh dự nước ngoài của Học viện Mỹ thuật và Khoa học Mỹ.
Cuối cùng, lý thuyết Arrhenius đã được chấp nhận rộng rãi và ông đã chuyển sang đề tài khoa học khác. Trong năm 1902, ông bắt đầu nghiên cứu các vấn đề sinh lý về mặt lý thuyết hóa học. Ông xác định rằng phản ứng trong các sinh vật sống và trong ống nghiệm theo quy luật tương tự. Năm 1904, ông đưa ra tại Đại học California một khóa học các bài giảng, các đối tượng để minh họa cho việc áp dụng các phương pháp hóa lý cho việc nghiên cứu lý thuyết về chất độc và kháng độc tố, và được xuất bản vào năm 1907 dưới tiêu đề Immunochemistry . Ông cũng hướng sự chú ý địa chất (nguồn gốc của kỷ băng hà), thiên văn học, vật lý vũ trụ học, và vật lý thiên văn, giải thích nguyên nhân sự ra đời của hệ mặt trời là do sự va chạm giữa các vì sao.
Ông nghĩ rằng cuộc sống có thể đã được truyền từ hành tinh này đến hành tinh bởi việc vận chuyển các bào tử, lý thuyết bây giờ gọi là panspermia. Ông nghĩ đến ý tưởng của một ngôn ngữ phổ quát, đề xuất sửa đổi của ngôn ngữ tiếng Anh.
Trong những năm cuối đời, ông đã viết cả sách giáo khoa và sách phổ biến, cố gắng nhấn mạnh sự cần thiết phải tiếp tục làm việc về các chủ đềông đã thảo luận.
Vào tháng 9, năm 1927, ông đã gục ngã bởi sự tấn công của bệnh đường ruột cấp tính, qua đời vào ngày 02/10, và được chôn cất ở Uppsala.
2. Hiệu ứng nhà kính
Arrhenius phát triển một lý thuyết để giải thích các thời kỳ băng hà, và vào năm 1896 ông là nhà khoa học đầu tiên cố gắng để tính toán những thay đổi trong mức độ của carbon dioxide trong khí quyển có thể làm thay đổi nhiệt độ bề mặt thông qua hiệu ứng nhà kính. Ông chịu ảnh hưởng từ công việc của những người khác, trong đó có Joseph Fourier và John Tyndall. Arrhenius sử dụng quan sát hồng ngoại của mặt trăng từ FrankWashington Very và Samuel Pierpont Langley tại Đài quan sát Allegheny ở Pittsburgh để tính toán khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại trong khí quyển bởi khí CO2 và hơi nước. Sử dụng 'định luật Stefan' (hay còn gọi là định luật Boltzmann Stefan), ông đã xây dựng định luật nhà kính.
Dựa trên thông tin từ các đồng nghiệp của ông Arvid Högbom, Arrhenius là người đầu tiên dự đoán rằng lượng khí thải carbon dioxide từ việc đốt các nhiên liệu hóa thạch và các quá trình đốt khác đủ lớn để gây ra sự nóng lên toàn cầu. Theo tính toán của ông Arrhenius bao gồm các thông tin phản hồi từ những thay đổi trong hơi nước cũng như hiệu ứng vĩ độ, nhưng ông bỏ qua những đám mây, đối lưu nhiệt lên trong bầu khí quyển, và các yếu tố cần thiết khác.
Giá trị hấp thụ của Arrhenius cho CO2 và kết luận của ông đã gặp sự chỉ trích của Knut Angstrom vào năm 1900, người đã xuất bản quang phổ hồng ngoại hiện đại đầu tiên của CO2 với hai dải hấp thụ, và công bố kết quả thử nghiệm dường như cho thấy hấp thụ bức xạ hồng ngoại của các khí trong khí quyển đã được "bão hòa"vì vậy, khi bổ sung thêm vào không khí có thể không có sự khác biệt. Arrhenius trả lời mạnh mẽ trong năm 1901 (Annalen der Physik), bác bỏ phê bình hoàn toàn. Ông cho rằng khí thải CO2 của con người sẽ là đủ mạnh để ngăn chặn thế giới xâm nhập vào một kỷ băng hà mới, và rằng đất ấm hơn sẽ là cần thiết để nuôi sống số dân ngày càng tăng nhanh.
"Nếu số lượng axit cacbonic [CO2] trong không khí giảm đi một nửa so với hiện tại, nhiệt độ sẽ giảm khoảng 4°; nếu giảm đi một phần tư sẽ làm cho nhiệt độ giảm khoảng 8°. Mặt khác, khi tăng gấp đôi lượng khí carbon dioxide trong không khí sẽ tăng nhiệt độ của bề mặt trái đất lên khoảng 4°; và nếu lượng khí carbon dioxide tăng gấp bốn lần, nhiệt độ sẽ tăng lên 8°".
"Mặc dù biển hấp thụ axit cacbonic, hoạt động như một bộ điều chỉnh công suất rất lớn, chiếm khoảng năm phần sáu lượng axit cacbonic được sản xuất ra, chúng tôi chưa nhận ra rằng tỷ lệ phần trăm nhỏ của axit cacbonic trong khí quyển có thể bởi những tiến bộ của ngành công nghiệp được thay đổi đến một mức độ đáng chú ý trong quá trình một vài thế kỷ".
"Bởi vì thời kỳ ấm áp xen kẽ với thời gian đóng băng, thậm chí sau khi con người xuất hiện trên trái đất, chúng ta phải tự hỏi mình: Liệu có khả năng là chúng ta sẽở trong thời kỳ địa chất đến giai đoạn đóng băng mới? Và các vùng khí hậu nóng của châu Phi sẽ trở thành những vùng khí hậu ôn đới? Có vẻ không có chổ cho lo âu. Quá trình đốt cháy rất lớn than do các cơ sở công nghiệp là đủ để tăng tỷ lệ carbon dioxide trong không khí đến một mức độ cảm nhận được".
"Chúng ta thường nghe những lời than vãn rằng than được lưu trữ trong đất bị lãng phí bởi các thế hệ hiện tại mà không cần bất kỳ suy nghĩ về tương lai, và chúng ta đang lo sợ bởi sự tàn phá khủng khiếp của cuộc sống và tài sản đó đã theo đuổi các vụ phun trào núi lửa ngày nay. Chúng ta có thể thấy một mặt tích cực ở đây, như trong mọi trường hợp khác, có mặt tốt và mặt xấu. Bởi ảnh hưởng của hàm lượng cabon dioxit càng tăng trong khí quyển, chúng ta có thể hy vọng để thưởng thức tời kì có khí hậu tốt hơn, ít biến đổi hơn, đặc biệt là liên quan đến những vùng lạnh hơn của trái đất, thời kì trái đất sẽ cho ra nhiều loại cây trồng, mùa màng phong phú hơn so với hiện nay".
Arrhenius rõ ràng tin rằng một thế giới ấm hơn sẽ là một thay đổi tích cực. Ý tưởng của ông vẫn còn được lưu thông, nhưng cho đến năm 1960 hầu hết các nhà khoa học nghi ngờ rằng sự nóng lên toàn cầu có thể xảy ra.
Arrhenius ước tính giảm một nửa lượng CO2 sẽ làm giảm nhiệt độ 4-5° C và tăng gấp đôi CO2 sẽ gây ra sự gia tăng nhiệt độ 5-6° C. Trong ấn phẩm năm 1906 của mình, Arrhenius điều chỉnh xuống dưới giá trị đến 1,6° C (bao gồm hơi nước thông tin phản hồi: 2.1° C). (2007) ước tính gần đây của IPCC nói rằng giá trị này (độ nhạy khí hậu) có khả năng là từ 2 đến 4,5° C. Arrhenius dự kiến mức độ CO2 tăng với tỷ lệ nhất định do phát thải trong thời gian của mình. Kể từ đó, lượng cacbon dioxit công nghiệp đã tăng với tốc độ nhanh hơn nhiều: Arrhenius dự kiến sẽ tăng gấp đôi CO2 mất khoảng 3000 năm, nó hiện nay ước tính trong hầu hết các tình huống mất khoảng một thế kỷ.