Top 10 Sự Thú Vị Về Nguyên Tố Hóa Học Thời Tiền Sử

Kim cương và than chì từ xa xưa đều có ở dạng tự nhiên trong vỏ Trái Đất. Than chì còn được gọi là grafit vì grafo trong tiếng Hi Lạp có nghĩa là viết.

Cacbon có 2 câu chuyện thú vị:
Vì sao chọn đồng vị cacbon 12 trong thang đo khối lượng nguyên tử (KLNT) của nguyên tố hóa học (NTHH)?
Đầu thế kỉ XX, người ta xác định oxi thiên nhiên là hỗn hợp của các đồng vị, làm cho thang đo KLNT không chính xác. Năm 1961, chọn đồng vị cacbon với ưu điểm có 2 đồng vị bền, C-12 chiếm tới 98,892% tổng số nguyên tử cacbon.

Dùng đồng vị C-14 để xác định niên đại của di vật khảo cổ nguồn gốc thực vật
Hạt nơtron vũ trụ tác động lên đồng vị N-14 tạo thành C-14, không bền và phân hủy theo chu kì. Hiện tượng quang hợp khiến cây hấp thụ 14CO2. Khi cây chết, lượng C-14 giảm dần, giúp xác định niên đại ngôi mộ cổ.

Trong thiên nhiên, lưu huỳnh xuất hiện nhiều ở các mỏ, thường gần nơi có hoạt động núi lửa.

SGK giáo trình đã giới thiệu về phương pháp Frasch để sản xuất lưu huỳnh từ tự nhiên. Người ta thường kể về câu chuyện thú vị về Herman Frasch, kỹ sư sáng tạo phương pháp này. Năm 1890, ông Frasch đã sử dụng một phương pháp độc đáo để khai thác lưu huỳnh từ độ sâu 150 m dưới lòng đất. Ông ta đưa một ống lớn đường kính 15 cm xuống lỗ khoan và sau đó thả một ống nhỏ hơn đường kính 8 cm. Ông lý luận rằng việc bơm nước nóng qua ống lớn sẽ làm lưu huỳnh ở lớp đất đó nóng chảy, từ đó có thể bơm lên mặt đất qua ống nhỏ. Phương pháp này gây sốc và tranh cãi, nhưng ông Frasch chứng minh thành công khi nhanh chóng sản xuất được lượng lưu huỳnh chất lượng cao. Câu chuyện còn kể về một người nổi tiếng không tin vào phương pháp này và hứa sẽ ăn hết lưu huỳnh ông Frasch khai thác được. Tuy nhiên, khi dòng chất lỏng chảy ra từ lỗ khoan, người này không thể thực hiện điều hứa của mình, và phương pháp Frasch trở thành một thành công lớn.

Kim cương và grafit, hai dạng cấu trúc tinh thể của cacbon, đã lâu trở thành những nguyên liệu quen thuộc. Nhưng từ năm 1970, các nhà khoa học đã mở ra khả năng tồn tại của một dạng cấu trúc tinh thể mới của cacbon, có hình dạng giống như quả bóng tròn.

Năm 1985, một nhóm nghiên cứu gồm Harold Kroto, Sean O'Brien, Robert Curl, Richart Smalley đang tìm kiếm chứng cứ về vật chất liên sao bằng cách sử dụng lazer và phổ hiện đại. Thay vào đó, họ tình cờ phát hiện một cấu trúc đặc biệt, gồm 60 nguyên tử cacbon, tạo thành một quả bóng tròn. Kiến trúc này được gọi là fullerene hoặc bóng Bucky, theo tên của kiến trúc sư người Mĩ Richard Buckminster-Fuller, người đã sử dụng cấu trúc này trong thiết kế mái nhà và phòng trưng bày. Cấu trúc fullerene không chỉ giới hạn ở C60 mà còn có các dạng khác như C70, C76, C84, C90, C94.

Năm 1991, nhà khoa học Osawa Eiji ở Nhật Bản khám phá ra một dạng cấu trúc khác của fullerene, được gọi là ống nanocacbon hay nano cacbon. Cấu trúc này có đặc tính ấn tượng, với độ cứng vượt trội hơn kim cương, khả năng kéo căng gấp 100 lần thép, và là loại sợi cứng nhất có thể tạo ra với trọng lượng nhẹ hơn thép 6 lần.

Bạc tự nhiên thường xuất hiện dưới dạng các hợp chất như Ag2S và AgCl. Các nhà địa chất thường mô tả bạc là kim loại 'ưa lưu huỳnh và ưa clo' vì các hợp chất của nó không bền, đặc biệt là AgCl. Dưới tác động của ánh sáng Mặt Trời, bạc có thể giải phóng ra dưới dạng tự do từ các hợp chất này.

Các khám phá trong các khu mộ cổ cho thấy cách đây 2500 năm, nhiều quốc gia sử dụng bạc làm tiền tệ.

Bạc trong nhiếp ảnh: Ngành nhiếp ảnh tồn tại nhờ vào bạc halogenua, đặc biệt là bạc nitrat, có khả năng phản ứng với các ion halogenua. Trước thế kỉ XVI, việc vẽ tranh chính xác được thực hiện thông qua việc sử dụng 'buồng tối'. Đến thế kỉ XVII, việc thêm một thấu kính vào 'buồng tối' tạo ra một kiểu 'máy ảnh', và vào năm 1725, Johann Schulze đã tạo ra tấm ảnh đầu tiên với nitrat bạc, một bước đột phá trong nghệ thuật nhiếp ảnh.

Vì sao bạc bị sẫm màu khi để lâu ngoài không khí? Trong không khí, khí hidro sulfua H2S tác động với bạc tạo thành Ag2S, màu đen. Dùng dung dịch natri thiosulfat hoặc amoniac để lau sạch vết đen này.

Bạc có tác dụng chữa bệnh không? Trong thế kỉ IV TCN, quân Hi Lạp chiếm Ấn Độ và các sĩ quan ăn uống bằng đồ bạc không bị bệnh đường ruột, điều mà lính dùng đồ thiếc không có. Bạc tan trong nước có khả năng tiêu diệt vi khuẩn, giúp giảm nguy cơ nhiễm trùng.

Vàng, được gọi là aurora trong tiếng La Tinh, có nghĩa là rạng đông. Nhiều thế kỷ trước và cho đến ngày nay, vàng vẫn được coi là kim loại tuyệt vời và hoàn mỹ. Khoảng niên đại thế kỷ XIV TCN, một khuôn mặt bằng vàng nguyên chất được phát hiện trong lăng tẩm Ai Cập.

Khát khao biến kim loại thường thành vàng đã tạo nên thuật giả kim. Giả kim thuật dựa trên quan điểm của Aristoteles, nhà triết học thế kỷ IV trước công nguyên, rằng có thể chuyển hóa chất này thành một chất khác, kim loại này thành kim loại khác. Trải qua 12 thế kỷ Trung cổ, giả kim hạn chế sự phát triển của hóa học. Tuy nhiên, phương pháp hóa học hiện đại không thể biến kim loại thành vàng bởi cần phải tác động vào hạt nhân nguyên tử.

Ngày nay có thể biến kim loại thành vàng không? Sử dụng hạt nơtron bắn vào hạt nhân thủy ngân có đồng vị 196 (Hg-196) có thể biến thủy ngân thành vàng, nhưng phương pháp này quá đắt đỏ để thực hiện.

Vàng trong nước biển chứa khoảng 8 tỉ tấn vàng. Tuy nhiên, lưu lượng nước trong đại dương là vô tận, và chỉ có khoảng 0,01 - 0,05 mg vàng trong mỗi 1 tấn nước biển. Dây chuyền vàng thanh gần như sợi chỉ, bởi 1 g vàng có thể kéo thành 1 sợi dài 2 km.

Trong buổi sinh hoạt CLB sinh viên, một cô gái hỏi: 'Sắt có từ khi nào?'. Chuyên gia khảo cổ học trả lời: 'Khoảng nghìn năm TCN, khi con người đầu tiên luyện sắt từ quặng, mở thời kì đồ Sắt.' Cô gái nói: 'Nhỡ con người biết sắt còn trước nữa cơ thì sao?'. Chuyên gia khảo cổ trả lời: 'Không thể', nhưng thực tế sắt tự do đến từ thiên thạch. Sắt, coban, niken là anh em ruột khai sinh từ thiên tào và là những kim loại họ hàng ở ba hộ liền nhau trong bảng HTTH của Mendeleev. Có khoảng 20 thiên thạch rơi xuống Trái Đất thì 1 là sắt. Khó khăn nhất trong việc nấu quặng sắt là nhiệt độ cao nóng chảy (1539 độ C). Những bí quyết xây lò cao ở Anatolia khoảng 1500 năm TCN đã mở ra thời kì Đồ Sắt.

Trong tự nhiên có nhiều loại quặng đồng, khó xác định tuổi của đồng nhưng được biết trước thời kì đồng thanh. Đây có lẽ là kim loại đầu tiên giúp con người lao động khoảng 4000 năm TCN. Ở Ai Cập cổ, công cụ lao động bằng đồng như rìu, dao được tìm thấy. Hợp kim đồng và thiếc được phát hiện khoảng 3500 năm TCN ở Lưỡng Hà, từ đó có tên gọi đồng thanh. Mỏ đồng nổi tiếng nhất ở đảo Sip (Cuprus), và từ đó có tên tiếng La Tinh cuprum.

Thiếc đã được sử dụng từ khoảng 3000 - 4000 năm TCN.

Đối với thiếc, có 2 câu chuyện thú vị như sau:

• Tiếng kêu của thiếc: Nếu bạn có hai cái que giống nhau, một que là que hàn và một que là que thiếc, để phân biệt chúng, bạn chỉ cần nghe âm thanh khi uốn cong. Que thiếc khi bị uốn cong sẽ phát ra âm thanh nổ giòn đặc trưng do sự chuyển dịch và biến dạng của tinh thể tạo thành thiếc trắng.
• Bệnh dịch thiếc: Trong một kho chứa, viên thanh tra phát hiện những hòm đựng chiếc khuy bằng thiếc bỗng chất đầy loại bột xám. Khi nhiệt độ giảm xuống 13,2 độ C, thiếc trắng chuyển thành thiếc xám ở dạng bột, tạo nên hiện tượng được gọi là bệnh dịch thiếc.

Khám phá cho thấy con người đã sử dụng chì từ 3000 - 4000 năm TCN, làm đồng tiền, tượng và hệ thống ống dẫn nước ở vườn treo Babylon cổ đại.

Trong khi người xưa thường nhầm lẫn chì với thiếc, những dấu vết này được phát hiện trong ngôn ngữ của một số nước Đông Âu như Ba Lan, Tiệp Khắc. Chì được biết đến từ rất sớm, và quặng chì chủ yếu là PbS và PbCO3, với nhiệt độ nóng chảy khoảng 327 độ C.

Chì là một trong những kim loại mềm, được sử dụng trong việc viết thư trên tấm chì cuộn lại từ thế kỉ V, VI TCN.

Tại sao một số tác phẩm nghệ thuật cổ bị đen đi? Sơn màu thường chứa hợp chất chì, và trong không khí có H2S, chì chuyển thành PbS màu đen. Sử dụng dung dịch hidro peroxit H2O2 để rửa có thể chuyển chì thành chì sunfat màu trắng.

Tại sao có chì trong xăng? Chì tetraetyl Pb(C2H5)4 được thêm vào xăng để chống nổ trong động cơ. Chất này rất độc hại, không nên hút ống xi phông để lấy xăng.

Thủy ngân xuất hiện trong ngôi mộ Ai Cập cách đây 3000 năm TCN. Ở Tây Ban Nha, người ta khai thác thủy ngân dễ dàng từ vùng núi cao, tận dụng sự không hoạt động hóa học của nguyên tố này.

Thủy ngân là kim loại duy nhất ở trạng thái lỏng cả mùa hè và mùa đông. Hỗn hống thủy ngân, sự hòa tan của nó với các kim loại khác, được sử dụng để làm mái vòm nhà thờ bằng vàng thật. Thủy ngân không dính ướt, tạo ra những khối cầu bạc đẹp mắt.

Đây là chất rất độc, gây dị ứng và mẩn đỏ khi tiếp xúc với da. Nhiều câu chuyện lịch sử ghi lại những vị vua bị đầu độc bởi thủy ngân, như vua Thụy Điển Erich XIV và vua Anh Charles II.

Năm 1810, sự cố tràn thủy ngân từ tàu Triumph của Anh khiến hơn 200 người bị ngộ độc.