KÌ 3. THẾ KỈ HƯNG THỊNH CỦA HOÁ LÍ
KÌ 3. THẾ KỈ HƯNG THỊNH CỦA HOÁ LÍ
Một cuộc khảo sát về các giải Nobel Hóa học được trao trong thế kỉ 20 cho thấy rằng sự phát triển của khoa học này bao gồm những bước đột phá trong tất cả các phân ngành, với thế mạnh định hướng thuộc về hóa lí cùng các nhánh nhỏ hơn của nó (nhiệt động và động học), bên cạnh đó là cấu trúc hóa học và một số lĩnh vực của hóa hữu cơ lẫn hóa sinh. Hẳn nhiên, biên giới giữa các phân ngành hóa học đã không còn rõ ràng, nên sẽ có nhiều nhà khoa học đoạt giải được nhắc tới trong nhiều lĩnh vực.
Hóa lí đại cương và phổ học
Năm 1914, giải Nobel Hóa học được trao cho Theodore William Richards (ĐH Harvard) vì thành tựu "xác định chính xác nguyên tử khối của nhiều nguyên tố hóa học". Đa số các giá trị nguyên tử khối trong bảng Cannizzaros cũ được xác định từ thế kỉ 19 và có nhiều sai số. Năm 1913, Richards đã phát hiện ra sự khác biệt về nguyên tử khối của chì tự nhiên và chì tạo thành trong chuỗi phân rã phóng xạ của khoáng vật uranium. Nguyên nhân là bởi sự tồn tại của đồng vị, được Francis William Aston (ĐH Cambridge) chứng minh với sự trợ giúp của một thiết bị do chính ông phát triển: khối phổ kế. Aston cũng chỉ ra rằng nguyên tử khối của các đồng vị tinh khiết là bội số nguyên của nguyên tử khối hydrogen (được gọi là "whole number rule" – quy luật số nguyên). Nhờ những thành tựu này, Aston đã giành được giải Nobel Hóa học năm 1922.
Một lĩnh vực hóa lí khác quan tâm đến các hiện tượng hóa học ở bề mặt phân cách phase và ứng dụng quan trọng của chúng trong các quá trình kĩ thuật và sinh lí. Những nghiên cứu chi tiết về hiện tượng hấp phụ các bề mặt được Irving Langmuir tiến hành trong thời gian làm việc tại công ty General Electric (thường được biết với cái tên GE) đã giúp ông giành giải Nobel Hóa học năm 1932. Ông cũng là nhà khoa học công nghiệp đầu tiên có được vinh dự này.
Hai giải Nobel khác được trao cho những nghiên cứu về ứng dụng phương pháp quang phổ để giải quyết các vấn đề hóa học. Thực tế thì, phổ học đã đánh được các giải Nobel Vật lí 1952, 1955 và 1961. Còn trong lĩnh vực hóa học là vào năm 1971, với "nghiên cứu cấu trúc electron và hình học của phân tử, đặc biệt là các gốc tự do bằng phổ học phân tử" của Gerhard Herzberg, nhà vật lí ở ĐH Saskatchewan. Dĩ nhiên, đã nhắc đến phổ học thì không thể thiếu phương pháp được sử dụng phổ biến nhất: NMR (cộng hưởng từ hạt nhân) và giải thưởng Nobel Hóa học năm 1991 dành cho Richard R. Ernst (ĐH ETH, Zurich) với thành tựu "phát triển hệ phương pháp của phép cộng hưởng từ hạt nhân độ phân giải cao".
Nhiệt động lực học
Giải Nobel Hóa học đầu tiên được trao cho van 't Hoff bởi những công trình liên quan đến nhiệt động lực hoá học. Tới năm 1920, giải thưởng được trao cho Walther Hermann Nernst ở Berlin nhờ những công hiến cho lĩnh vực nhiệt động hóa học. Nernst đã chỉ ra rằng có thể xác định hằng số cân bằng của một phản ứng hóa học từ các dữ kiện nhiệt động. Ông cũng là người xây dựng nguyên lí thứ 3 của nhiệt động lực học, với quan điểm: Có thể làm giảm entropy của một hệ, bất kể mức độ lí tưởng thế nào, về giá trị 0 qua một số hữu hạn tác động. Quan điểm này đã được Jonathan Oppenheim và Lluís Masanes ở ĐH London chứng thực vào năm 2017.
Để chứng minh cho định lí nhiệt của mình, Nernst đã tiến hành các phép đo lường nhiệt động hóa học ở nhiệt độ rất thấp. Trong thập niên 1920, G. N. Lewis (ĐH Berkeley) đã tiếp tục mở rộng công nghiên cứu này và trình bày lại phát biểu về nguyên lí thứ ba. Năm 1933, William Francis Giauque, học trò của G. N. Lewis, đã chứng thực phát biểu này bằng cách sử dụng phương pháp khử từ đoạn nhiệt để mở rộng khoảng nhiệt độ thí nghiệm. Với phương pháp này, ông đã đạt được nhiệt độ chỉ cao hơn độ không tuyệt đối khoảng vài phần nghìn độ và có thể cung cấp các dữ liệu để tính entropy với độ chính xác cực kì cao. Ông cũng chỉ ra rằng có thể xác định entropy từ các dữ kiện phổ học. Với những đóng góp trong lĩnh vực nhiệt động hóa học, Giauque đã đánh được giải Nobel Hóa học 1949.
(còn tiếp)
Tìm hiểu các tài liệu của KEM: