Robert Bunsen - Nhà hóa học và nhà vật lý - Đức

Caesium được phát hiện bởi nhà hóa học Robert Bunsen và nhà vật lí học Gustav Robert Kirchhoff người Đức. Khi dùng kính phân tích quang hóa để tiến hành phân tích quang phổ của một loại nước khoáng, họ phát hiện hai đường màu xanh không rõ nguồn gốc. Sau này họ chứng minh được đây là do một loại nguyên tố mới tạo thành, đồng thời đặt tên cho loại nguyên tố này là caesium, caesium trong tiếng Latin có nghĩa là “màu xanh da trời”. Trong quá trình phát hiện ra caesium, hai nhà khoa học tổng cộng đã chưng khô 440 tấn nước khoáng với hàng trăm lần kết tinh khoáng vật.

Sau này, các nhà khoa học lại dùng phương pháp phân tích quang phổ để phát hiện ra các nguyên tố như rubidium, thalium, galium, helium. Hiện nay, phân tích quang phổ đã trở thành một phương pháp quan trọng trong phân tích hóa học.

Phan Thị Ngọc Trinh Giáo viên Hóa học - Trường Quốc tế Á Châu

Năm 1860 Robert Bunsen (1811-1899) và Gustav Kirchhoff (1824-1887) phát hiện ra hai kim loại kiềm, xêzi và rubidium, với sự trợ giúp của các quang phổ mà họ đã phát minh ra một năm trước. Những phát hiện này đã khánh thành một kỷ nguyên mới trong các phương tiện sử dụng để tìm các yếu tố mới. Trong 50 yếu tố đầu tiên phát hiện ra, ngoài những được biết đến từ thời cổ đại, đã hoặc các sản phẩm của phản ứng hóa học hoặc đã được phát hành bằng điện. Từ năm 1860 việc tìm kiếm được trên cho nguyên tố vi lượng phát hiện chỉ với sự giúp đỡ của các công cụ chuyên biệt như quang phổ này.

Bunsen, con trai của một giáo sư ngôn ngữ hiện đại tại Đại học Göttingen ở Đức, đã giành được học vị tiến sĩ từ trường đại học năm 1830. Sau đó ông được một khoản trợ cấp đi lại ba năm đó đã đưa anh đến nhà máy, nơi quan tâm địa chất, phòng thí nghiệm nổi tiếng, trong đó có Joseph Louis Gay-Lussac tại Paris. Đầu trong sự nghiệp của mình, ông đã nghiên cứu trong hóa hữu cơ, trong đó chi phí cho ông sử dụng mắt phải của mình khi một hợp chất asen, cacodyl cyanide, phát nổ. Trong suốt sự nghiệp của mình, ông vẫn quan tâm sâu sắc các chủ đề địa chất và một lần thực hiện phép đo nhiệt độ táo bạo của các nước trong ống Geyser của Iceland Great Geyser ngay trước khi nó nổ ra.

Bunsen và Kirchhoff, nhà vật lý Phổ đào tạo tại Königsberg, đã gặp và trở thành bạn bè vào năm 1851, khi Bunsen đã dành một năm tại Đại học Breslau, nơi Kirchhoff cũng được giảng dạy. Bunsen đã được gọi đến Đại học Heidelberg năm 1852, và anh nhanh chóng sắp xếp cho Kirchhoff để giảng dạy tại Heidelberg là tốt.

"Burner." Vẽ bởi William B. Jensen. Oesper phép Bộ sưu tập, Đại học Cincinnati.

công việc quan trọng nhất của Bunsen đã phát triển một số kỹ thuật được sử dụng trong tách, xác định, đo lường chất hóa học khác nhau. Ông cũng đã thực hiện một số cải tiến trong các loại pin hóa học để sử dụng trong cô lập với số lượng của tinh khiết kim loại-trong đó có một được gọi là pin Bunsen. Ông tạo ra các ổ ghi Bunsen để sử dụng trong các bài kiểm tra ngọn lửa của các kim loại khác nhau và các muối: ngọn lửa nonluminous của nó đã không can thiệp vào ngọn lửa màu ra từ các vật liệu kiểm tra.

Tuyến việc này đã dẫn đến quang phổ này. Nó đã được Kirchhoff người cho rằng ngọn lửa màu tương tự có thể có thể được phân biệt bằng cách nhìn vào quang phổ phát xạ của họ thông qua lăng kính. Khi ông chiếu ánh sáng qua ngọn lửa như vậy, các đường bóng tối trong quang phổ hấp thụ của ánh sáng tương ứng với bước sóng, với các bước sóng của các đường sáng sắc nét đặc trưng của quang phổ phát xạ của cùng một bài thi.

Bunsen đã dành 40 năm cuối của sự nghiệp tại Heidelberg. Các nhà hóa học trẻ kéo đến anh ta, bao gồm cả Julius Lothar Meyer và Dmitri Mendeleev.

Bắt đầu từ khi khám phá ra nguyên tố xezi năm 1860, các nhà khoa học chỉ dùng một kĩ thuật phân tích hóa học mà đã phát hiện ra thêm 20 loại nguyên tố nữa. Với kỹ thuật này, các nhà thiên văn học có thể biết được những thành phần hóa học cấu tạo nên những thiên thể cách xa chúng ta đến vài triệu năm ánh sáng, các nhà vật lý có thể hiểu cặn kẽ lửa nguyên tử của mặt trời sản sinh ra ánh sáng và nhiệt; các nhà thiên văn học khác cũng có thể tính được sự vận động và tốc độ của những thiên thể xa xôi và dải ngân hà.

Kỹ thuật phân tích được nói đến trên đây chính là phép phân tích được nói đến trên đây chính là phép phân tích quang phổ. Phương pháp này do hai nhà khoa học là Gustav Kirchhoff và Robert Bunsen phát hiện ra, chủ yếu là phân tích những chất hóa học cháy và ánh sáng phát ra từ những tinh cầu xa xôi. Họ đã phát hiện ra mỗi loại nguyên tố đều phát ra ánh sáng với một tần số đặc biệt. Sự ra đời của quang phổ học đã lần đầu tiên chứng minh được rằng những nguyên tố khác. Điều đó cho thấy xét về góc độ hóa học, thì trái đất không phải là độc nhất vô nhị trong vũ trụ. Phát hiện của hai ông đã được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như sinh học, vật lý và khoa học nghiên cứu trái đất.

Dấu hiệu ánh sáng nguyên tử đã được phát hiện ra như thế nào?

Năm 1814, nhà thiên văn học người Đức Joseph Fraunhofer phát hiện ra tất cả tần số quang phổ do năng lượng mặt trời bức xạ ra là không đồng đều. Năng lượng mặt trời chủ yếu tập trung ở trên đỉnh năng lượng của một vài tần số đặc biệt nào đó. Một số ý kiến cho rằng phát hiện đó khá thú vị song không có ai nhận ra được tầm quan trong của nó và thế là quan điểm này của Fraunhofer đã chìm vào quên lãng đến 40 năm.

Gustav Kirchhoff sinh năm 1824, ông là một nhà vật lý học người Ba Lan đầy nghị lực mặc dù chiều cao của ông chưa đầy 5 feet. Vào giữa những năm 50 của thế kỷ XIX, Kirchhhoff tập trung vào nghiên cứu dòng điện tại trường đại học Breslau. Năm 1858, trong khi đang làm phụ tá trợ giảng cho một vị giáo sư, Kirchhhoff chú ý thấy trong quang phổ của ngọn lửa có những tia rất sáng. Hiện tượng đó đã làm ông nhớ lại trường hợp tương tự được miêu tả trong tác phẩm của Joseph Fraunhofer mà ông từng có dịp được đọc. Sau khi tiến hành nghiên cứu, Kirchhhoff đã phát hiện ra: điểm sáng (hay tia sáng) trong ánh sáng phát ra của ngọn lửa mà ông nghiên cứu có sự tương đồng về tần suất và độ dài của sóng với phát hiện trong bức xạ mặt trời của Fraunhofer.

Kirchhhoff suy ngẫm rất lâu về phát hiện đó và trong đầu ông nảy ra một ý định: Dùng lăng kính để tách bất kì chùm sáng nào ông muốn nghiên cứu thành các phần cấu tạo nên nó. Cách làm phổ biến thời đó là tiến hành quan sát thông qua một loạt các thiết bị lọc ánh sáng hằng thủy tinh màu. Người ta tin rằng phương pháp này có thể tìm thấy ngọn sáng trong bức xạ của bất kỳ chất khí đang cháy nào.

Tuy nhiên kế hoạch của ông đã không được thuận lợi. Ngọn lửa mà ông dùng để đống nóng các chất khí lại có độ sáng quá cao, do vậy đã ảnh hưởng đến sự quan sát.

Vào lúc đó, nhà hóa học người Đức Robert Bunsen cũng tham gia vào nghiên cứu. Năm 1858, Bunsen khi đó 47 tuổi và đang miệt mài nghiên cứu về quang hóa học – ánh sáng của các nguyên tố khi cháy phát ra. Trong thời gian nghiên cứu, Bunsen đã phát minh ra một loại đèn thắp trong đó không khí và khí gas sẽ hòa lẫn trong đèn trước khi đốt lửa. Chúng ta ngày nay vẫn dùng loại đèn đó và gọi là đèn Bunsen.

Ngọn lửa do đèn Bunsen thắp lên có nhiệt độ vô cùng lớn (hơn 27000F) thế nhưng loại lửa này hầu như không phát ra ánh sáng.

Năm 1859, Kirchhhoff và Bunsen bắt đầu hợp tác với nhau tại trường đại học Heidelberg. Họ dùng lăng kính của Kirchhhoff kết hợp với đèn của Bunsen để thiết kế và chế tạo ra máy đo quang phổ đầu tiên. Máy đo này là một loại máy quang phổ cho phép đốt cháy các chất hóa học mẫu và đồng thời dùng lăng kính tiến hành tách ánh sán sinh ra trong quá trình đốt thành quang phổ có tần số khác nhau.

Họ cùng nhau sắp xếp các vạch quang phổ của các nguyên tố đã biết (tần số cụ thể trong năng lượng phát xạ của mỗi loại nguyên tố), đồng thời họ đã phát hiện ra các loại nguyên tố luôn phát ra một nhóm các vạch phổ có “dấu hiệu” tương đồng nhau, hơn nữa dựa vào những vạch phổ độc đáo này có thể xác nhận được ra sự tồn tại của mỗi loại nguyên tố.

Trên cơ sở của phát hiện này, song song với việc sắp xếp các vạch phổ đặc biệt của mỗi nguyên tố, Kirchhoff và Bunsen đã đưa ra những phân tích hóa học đầu tiên mang tính toàn diện về đáy biển và mặt trời. Kết quả chứng minh các nguyên tố hidro, heli, natri và sáu loại nguyên tố khác có mặt trên trái đất cũng tồn tại trong bầu khí quyển của mặt trời. Đây là minh chứng đầu tiên cho thấy xét trên góc độ hóa học thì trái đất không phải là độc nhất vô nhị trong vuc trụ. Bunsen đã mang lại cho khoa học một phương pháp phân tích có tầm ứng dụng rộng rãi và rất linh hoạt, hơn nữa hai ông còn tìm ra phương pháp để xác định thành phần của bất cứ hành tinh nào và tính chính xác của nó cũng giống như việc chúng ta xác định chính xác được acid sulfuric, clo hay bất kỳ loại hợp chất hóa học nào khác.