15:59 31/12/2024
Hỏi - Đáp
Vào thế kỷ 14, một nhà giả kim có khám phá đáng kinh ngạc. Trộn axit nitric với amoni clorua (khi đó được gọi là sal amoniac) tạo ra dung dịch bốc khói, tính ăn mòn cao, có thể hòa tan vàng, bạch kim và các kim loại quý khác. Dung dịch này được gọi là nước cường toan hoặc “nước hoàng gia”.
Đây được coi là bước đột phá lớn trong hành trình khám phá Hòn đá phù thủy - ột loại chất thần thoại mà người ta tin rằng có thể tạo ra thuốc trường sinh và chuyển đổi các kim loại cơ bản như chì thành vàng.
Nước cường toan mới pha chế. (Ảnh: Wikipedia)
Mặc dù các nhà giả kim cuối cùng thất bại trong nhiệm vụ này, nhưng nước cường toan (hiện được sản xuất bằng cách trộn axit nitric và axit clohydric) vẫn được sử dụng để khắc kim loại, làm sạch các vết kim loại và các hợp chất hữu cơ trên đồ thủy tinh trong phòng thí nghiệm. Nước này cũng được dùng trong Quy trình Wohlwill để tinh chế vàng thành có độ tinh khiết 99,999 %.
Trong một tình tiết kỳ lạ ở Chiến tranh Thế giới thứ hai, loại chất lỏng ăn mòn này còn được sử dụng trong một trường hợp kịch tính hơn, giúp một nhà hóa học cứu các di sản khoa học của đồng nghiệp khỏi tay của Đức quốc xã.
Vào cuối những năm 1930, Đức Quốc xã rất cần vàng để phục vụ cuộc chiến tranh xâm lược sắp tới. Để đạt được mục tiêu này, Đức Quốc xã cấm mang vàng ra khỏi nước và cùng với cuộc đàn áp người Do Thái đang diễn ra, binh lính Đức tịch thu một lượng lớn vàng cùng các vật có giá trị khác của các gia đình Do Thái và các nhóm bị đàn áp khác.
Trong số những thứ bị tịch thu, có cả các huy chương giải Nobel mà các nhà khoa học Đức giành được. Nhiều người trong số họ đã bị cách chức vào năm 1933 vì có tổ tiên là người Do Thái.
Một huy chương vàng Nobel. (Ảnh: AFP)
Sau khi nhà báo và người theo chủ nghĩa hòa bình Carl von Ossietzky đang ở tù và nhận giải Nobel Hòa bình năm 1935, Đức Quốc xã cấm tất cả người Đức nhận hoặc giữ bất kỳ giải thưởng Nobel nào.
Trong số các nhà khoa học Đức bị ảnh hưởng do lệnh cấm có Max von Laue và James Franck. Von Laue đã nhận giải Nobel Vật lý năm 1914 cho công trình nhiễu xạ tia X trong tinh thể, trong khi Franck và đồng nghiệp Gustav Hertz, nhận giải năm 1925 vì đã xác nhận bản chất lượng tử của electron.
Vào tháng 12/1933, von Laue, vốn là người Do Thái, bị trục xuất khỏi vị trí cố vấn tại Viện Vật lý và Kỹ thuật Liên bang ở Braunschweig theo Luật Khôi phục Dịch vụ Dân sự Chuyên nghiệp mới được ban hành. Franck, mặc dù được miễn trừ luật này do trước đó đã thực hiện nghĩa vụ quân sự, nhưng đã từ chức tại Đại học Göttingen để phản đối vào tháng 4/1933.
Cùng với nhà vật lý đồng nghiệp Otto Hahn, người đã giành giải Nobel Hóa học năm 1944 nhờ khám phá ra sự phân hạch hạt nhân, von Laue và Franck đã giúp hàng chục đồng nghiệp bị đàn áp di cư khỏi Đức trong suốt những năm 1930 và 1940.
Không muốn Đức Quốc xã tịch thu huy chương giải Nobel của mình, von Laue và Franck đã gửi chúng cho nhà vật lý người Đan Mạch Niels Bohr - người đã đoạt giải Nobel Vật lý năm 1922, nhờ ông cất giữ an toàn. Viện Vật lý mà Bohr thành lập ở Copenhagen từ lâu đã là nơi trú ẩn an toàn cho những người tị nạn tránh sự đàn áp của Đức Quốc xã. Viện này hợp tác chặt chẽ với Quỹ Rockefeller của Mỹ để tìm việc làm tạm thời cho các nhà khoa học Đức. Nhưng vào ngày 9/4/1940, mọi thứ đã thay đổi khi Adolf Hitler xâm lược Đan Mạch.
Khi quân đội Đức hành quân qua Copenhagen và áp sát Viện Vật lý, Bohr và các đồng nghiệp phải đối mặt với một tình thế tiến thoái lưỡng nan. Nếu Đức Quốc xã phát hiện ra huy chương giải Nobel của Franck và von Laue, hai nhà khoa học này sẽ bị bắt giữ và hành quyết. Thật không may, các huy chương này không dễ giấu vì nặng và to hơn huy chương Nobel ngày nay. Tên của những người chiến thắng cũng được khắc nổi bật ở mặt sau, khiến những chiếc huy chương không khác gì những trát tử hình bằng vàng ròng đối với Franck và von Laue.
Trong cơn tuyệt vọng, Bohr tìm đến George de Hevesy, một nhà hóa học người Hungary làm việc trong phòng thí nghiệm của ông. Năm 1922, de Hevesy phát hiện ra nguyên tố Hafnium và sau đó đi tiên phong trong sử dụng đồng vị phóng xạ làm chất đánh dấu để theo dõi các quá trình sinh học ở thực vật và động vật – công trình mà ông đã được trao giải Nobel Hóa học năm 1943. Lúc đầu, de Hevesy đề nghị chôn các huy chương, nhưng Bohr ngay lập tức bác bỏ ý kiến này, vì biết rằng quân Đức chắc chắn sẽ đào bới khuôn viên Viện Vật lý để tìm kiếm các huy chương. Do đó, De Hevesy đã đưa ra một giải pháp: hòa tan các huy chương trong nước cường toan.
Nước cường toan có thể hòa tan vàng là nhờ kết hợp cả axit nitric và axit clohydric, trong khi từng hóa chất đơn lẻ lại không thể làm được điều này. Axit nitric thường có thể oxy hóa vàng, tạo ra các ion vàng, nhưng dung dịch nhanh chóng trở nên bão hòa, dẫn đến dừng phản ứng.
Khi axit clohydric được thêm vào axit nitric, phản ứng thu được tạo thành hợp chất nitrosyl clorua và khí clo, cả hai đều dễ bay hơi và thoát ra khỏi dung dịch dưới dạng hơi. Càng nhiều sản phẩm này thoát ra, hỗn hợp càng trở nên kém hiệu lực, nghĩa là nước cường toan phải được chuẩn bị ngay trước khi sử dụng. Khi vàng được ngâm trong hỗn hợp này, nitrosyl clorua sẽ oxy hóa vàng.
Tuy nhiên, các ion clorua trong axit hydrochloric sẽ phản ứng với các ion vàng, tạo ra axit chloroauric. Điều này giúp loại bỏ vàng khỏi dung dịch, ngăn không cho dung dịch trở nên bão hòa và cho phép phản ứng tiếp tục.
Max von Laue và James Franck - hai nhà khoa học có huy chương vàng Nobel bị hòa tan để qua mặt Đức Quốc xã. (Ảnh: Wikimedia Commons)
Nhưng mặc dù cách làm này hiệu quả, nhưng quá trình diễn ra rất chậm, có nghĩa là sau khi de Hevesy đã nhúng các huy chương vào một cốc thủy tinh cường toan, ông buộc phải đợi nhiều giờ dài dằng dặc để chúng tan ra. Trong khi đó, người Đức đã tiến gần hơn bao giờ hết.
Tuy nhiên, cuối cùng, các huy chương vàng cũng biến mất, dung dịch trong cốc chuyển sang màu hồng và sau đó là màu cam đậm.
Công việc đã hoàn thành, sau đó, de Hevesy đặt chiếc cốc thủy tinh lên kệ phòng thí nghiệm, giấu nó giữa hàng chục cốc hóa chất có màu sắc rực rỡ khác. Thật đáng kinh ngạc, mưu mẹo đã có tác dụng. Mặc dù người Đức lùng sục Viện Vật lý từ trên xuống dưới, nhưng họ không bao giờ nghi ngờ chiếc cốc chứa chất lỏng màu cam nằm trên kệ của de Hevesy. Họ tin rằng đó chỉ là một dung dịch hóa học vô thưởng vô phạt khác.
George de Hevesy, bản thân là người Do Thái, vẫn ở Copenhagen – nơi bị Đức Quốc xã chiếm đóng cho đến năm 1943, nhưng cuối cùng ông buộc phải chạy trốn đến Stockholm. Khi đến Thụy Điển, ông được thông báo rằng mình đã giành giải Nobel Hóa học. Với sự giúp đỡ của Hans von Euler-Chelpin, nhà khoa học Thụy Điển giành giải Nobel, de Hevesy đã tìm được một vị trí làm việc tại Đại học Stockholm, nơi ông ở lại cho đến năm 1961.
Khi quay trở lại phòng thí nghiệm ở Copenhagen sau này, de Hevesy tìm thấy lọ nước cường toan chứa các huy chương Nobel đã bị hòa tan đúng ở nơi ông đã để chúng, nằm nguyên vẹn trên giá. Sử dụng sắt clorua, de Hevesy đã kết tủa vàng ra khỏi dung dịch và đưa cho Quỹ Nobel ở Thụy Điển. Tổ chức này đã sử dụng số vàng đó để đúc lại các huy chương của Franck và von Laue. Các huy chương đã được trao trả lại cho chủ sở hữu ban đầu trong một buổi lễ tại Đại học Chicago vào ngày 31/1/1952.
Dù hòa tan huy chương vàng chỉ là một việc nhỏ, nhưng hành động thông minh của George de Hevesy cũng là một trong vô số hành động phản kháng Đức Quốc xã, giúp đảm bảo chiến thắng cuối cùng của quân Đồng minh và khiến chủ nghĩa phát xít ở châu Âu sụp đổ.
Mặc dù nước cường toan thường được coi là hóa chất duy nhất có thể hòa tan vàng, nhưng điều này không hoàn toàn chính xác, vì còn có một nguyên tố khác: nguyên tố kim loại lỏng thủy ngân. Khi trộn với gần như tất cả các kim loại, thủy ngân thâm nhập và trộn lẫn với cấu trúc tinh thể của chúng, tạo thành một chất rắn hoặc giống như bột nhão được gọi là hỗn hống (amalgam).
Quá trình này cũng được sử dụng trong khai thác và tinh chế bạc và vàng từ quặng. Trong quá trình này, quặng nghiền được trộn với thủy ngân lỏng, làm cho vàng hoặc bạc bên trong quặng ngấm ra và hòa trộn với thủy ngân. Thủy ngân sau đó được nung nóng để làm bay hơi, để lại kim loại nguyên chất.