Svante Arrhenius

Svante Arrhenius là một nhà vật lý và nhà hóa học vật lý người Thụy Điển nổi tiếng với lý thuyết phân ly điện giải và mô hình hiệu ứng nhà kính. Ngoài ra, ông cũng là một trong những người đã đặt nền móng cho ngành hóa học vật lý.

Svante August Arrhenius sinh ngày 19 tháng 2 năm 1859 trong gia đình có truyền thống làm nông. Năm ba tuổi, Svante đã bộc lộ năng khiếu tính toán khi có thể đọc và giải được các bài toán đơn giản. Trên trường học, ông rất say mê môn toán và vật lý. Năm 1876, Svante thi vào Đại học Uppsala, theo học ngành toán, hóa học và vật lý. Hai năm sau, ông tốt nghiệp và đến năm 1881, ông đến Stockholm để làm việc dưới sự hướng dẫn của Giáo sư E. Edlund tại Viện Hàn lâm Khoa học. Năm 1884, Arrhenius nhận bằng tiến sĩ và được trao tặng danh hiệu Giáo sư danh dự tại Đại học Uppsala cũng như được Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển trao học bổng du học vào năm 1886. Học bổng này giúp ông hoàn thành việc học bằng các chuyến thực tế (1886-1890) đến các phòng thí nghiệm của Wilhelm Ostwald tại Đại học Riga ở Latvia (khi đó là một phần của nước Nga) và tại Đại học Leipzig ở Đức, Friedrich Kohlrausch tại Đại học Würzburg ở Đức, Ludwig Boltzmann tại Đại học Graz ở Áo và Jacobus Henricus van’t Hoff tại Đại học Amsterdam.

SỰ NGHIỆP KHOA HỌC

Sự nghiệp khoa học của Arrhenius bao gồm ba chuyên ngành riêng biệt trong lĩnh vực rộng lớn của Vật lý và Hóa học: Hóa học vật lý, Vật lý vũ trụ và Hóa học miễn dịch. Mỗi giai đoạn trong sự nghiệp của ông tương ứng với một môi trường tổ chức khác nhau. Những năm còn là nghiên cứu sinh tiến sĩ và sau tiến sĩ (1884-1890), ông tiên phong trong lĩnh vực Hóa học vật lý mới tại Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học ở Stockholm và các trường đại học nước ngoài; công trình nghiên cứu Vật lý vũ trụ (1895-1900) của ông được thực hiện tại Stockholms Högskola (nay là Đại học Stockholm); và các nghiên cứu về Hóa học miễn dịch (1901-1907) của ông diễn ra tại Viện Huyết thanh Quốc gia ở Copenhagen và Viện Vật lý – Hóa học Nobel (thành lập năm 1905) ở Stockholm.

Hoá học vật lý

Đóng góp chính của Arrhenius cho Hóa học vật lý là lý thuyết của ông (năm 1887) cho rằng chất điện phân, một số chất tan trong nước tạo thành dung dịch dẫn điện, bị phân tách hoặc phân ly thành các hạt tích điện, gọi là ion, ngay cả khi không có dòng điện chạy qua dung dịch. Cách tiếp cận nghiên cứu chất điện phân hoàn toàn mới mẻ này thoạt đầu gặp phải sự phản đối nhưng dần dần được chấp nhận rộng rãi nhờ những nỗ lực của Arrhenius và Ostwald. Cùng tư duy đơn giản nhưng thiên tài đã tạo cảm hứng cho giả thuyết phân ly, Arrhenius vào năm 1889 đã diễn đạt mối liên hệ giữa nhiệt độ và hằng số tốc độ phản ứng hóa học thông qua phương trình Arrhenius, ngày nay được gọi là phương trình Arrhenius.

Công thức phương trình Arrhenius (nguồn: rdsic.edu.vn)

Phương trình Arrhenius ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực hóa học. Phương trình này mô tả mối quan hệ giữa tốc độ phản ứng hóa học và nhiệt độ. Trong đó, tốc độ phản ứng (k) có thể được tính bằng công thức k = A * e^(-Ea/RT), trong đó A là hằng số tốc độ, Ea là năng lượng kích thích hoặc năng lượng kích hoạt của phản ứng, R là hằng số khí, và T là nhiệt độ (tuyệt đối) của phản ứng. Phương trình Arrhenius được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của hóa học, bao gồm cả nghiên cứu về tốc độ phản ứng hóa học, điều kiện tối ưu hoá trong quá trình sản xuất, nghiên cứu về cơ chế phản ứng, và dự đoán độ ổn định của các hợp chất hóa học. Ví dụ, trong việc nghiên cứu về tốc độ phản ứng, phương trình Arrhenius cho phép chúng ta dự đoán tốc độ phản ứng sẽ thay đổi như thế nào khi nhiệt độ thay đổi. Điều này giúp chúng ta hiểu và tối ưu hóa quá trình sản xuất hóa chất và các liệu phôi trong công nghiệp. Ngoài ra, phương trình Arrhenius cũng được sử dụng trong nghiên cứu về ứng dụng của các chất xúc tác trong các quá trình phản ứng, đồng thời cung cấp thông tin quan trọng về cơ chế phản ứng hóa học.

Vật lý vũ trụ

Vật lý vũ trụ là thuật ngữ được Arrhenius và các đồng nghiệp tại Hội Vật lý Stockholm sử dụng cho nỗ lực phát triển các lý thuyết vật lý liên kết các hiện tượng của biển, khí quyển và đất liền. Các cuộc tranh luận trong Hội về nguyên nhân của kỷ băng hà đã dẫn dắt Arrhenius xây dựng mô hình khí hậu đầu tiên về ảnh hưởng của khí cacbon dioxide (CO2) trong khí quyển, được xuất bản trên Tạp chí Triết học vào năm 1896. Quy tắc tổng thể nổi lên từ mô hình là nếu lượng CO2 tăng hoặc giảm theo cấp số nhân thì nhiệt độ sẽ tăng hoặc giảm gần theo cấp số cộng. Liên kết các tính toán của mô hình trừu tượng của mình với các quá trình tự nhiên, Arrhenius ước tính tác động của việc đốt nhiên liệu hóa thạch như một nguồn CO2 trong khí quyển. Ông dự đoán rằng lượng CO2 tăng gấp đôi chỉ riêng do đốt nhiên liệu hóa thạch sẽ mất 500 năm và dẫn đến nhiệt độ tăng từ 3 đến 4 °C (khoảng 5 đến 7 °F). Hiện tượng này ngày còn được gọi là hiệu ứng nhà kính.

Sơ đồ lý giải hiện tượng hiệu ứng nhà kính (nguồn: wikipedia)

Hiệu ứng nhà kính diễn ra khi khí quyển hấp thụ nhiệt từ tia cực quang. Hơi nóng từ mặt trời truyền xuống Trái Đất bị giữ lại ở tầng đối lưu, tạo ra hiệu ứng nhà kính ở bề mặt các hành tinh hoặc các Vệ tinh. Cơ cấu hoạt động này không khác nhiều so với một nhà kính (dùng để cho cây trồng) thật, điều khác biệt là nhà kính (cây trồng) có các cơ cấu cách biệt hơi nóng bên trong để giữ ấm không bị mất qua quá trình đối lưu. Một ví dụ về Hiệu ứng nhà kính làm cho nhiệt độ của không gian bên trong của một nhà trồng cây làm bằng kính tăng lên khi Mặt Trời chiếu vào. Nhờ vào sức ấm này mà cây có thể đâm chồi, ra hoa và kết trái sớm hơn. Ngày nay người ta hiểu khái niệm này rộng hơn, dẫn xuất từ khái niệm này để miêu tả hiện tượng nghẽn nhiệt trong bầu khí quyển của Trái Đất được Mặt Trời chiếu sáng là hiệu ứng nhà kính khí quyển. Trong hiệu ứng nhà kính khí quyển, phần được đoán là do tác động của loài người gây ra được gọi là hiệu ứng nhà kính nhân loại (gia tăng).

Hoá học miễn dịch

Công trình nghiên cứu của Arrhenius về Hóa học miễn dịch, một thuật ngữ được phổ biến qua cuốn sách cùng tên xuất bản năm 1907 của ông, là nỗ lực nghiên cứu các phản ứng độc tố-kháng độc tố, chủ yếu là phản ứng bạch hầu, sử dụng các khái niệm và phương pháp được phát triển trong Hóa học vật lý. Cùng với Torvald Madsen, giám đốc Viện Huyết thanh Quốc gia ở Copenhagen, ông đã thực hiện các nghiên cứu thực nghiệm rộng rãi về độc tố của vi khuẩn cũng như độc tố thực vật và động vật. Tuy nhiên, những khó khăn kỹ thuật quá lớn khiến Arrhenius không thể đạt được mục tiêu biến Hóa học miễn dịch thành một ngành khoa học chính xác. Thay vào đó, chính những công kích mạnh mẽ của ông đối với lý thuyết thống trị trong lĩnh vực nghiên cứu miễn dịch, lý thuyết chuỗi bên do nhà khoa học y tế người Đức Paul Ehrlich xây dựng, đã thu hút sự chú ý. Tuy nhiên, điều này chỉ tồn tại trong thời gian ngắn, và Arrhenius dần rời bỏ lĩnh vực này.

Thành tựu

Arrhenius không chỉ là một nhà khoa học lỗi lạc mà còn có ảnh hưởng đáng kể đến các hoạt động của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển. Ông là thành viên của Ủy ban Nobel Vật lý từ năm 1901 đến năm 1927 và đóng vai trò quyết định trong việc trao giải Nobel Vật lý và Hóa học trong phần lớn thời gian đó. Ông cũng tham gia vào việc xây dựng các điều lệ của Quỹ Nobel (1900). Đóng góp đáng chú ý nhất của ông là đề xuất rằng các ứng cử viên cho giải thưởng nên được đề cử bởi các nhà đề cử nước ngoài cũng như Thụy Điển, do đó đảm bảo quá trình lựa chọn mang tính quốc tế. Năm 1903, Svante Arrhenius được trao giải Nobel Hoá học “Vì những đóng góp phi thường của ông cho sự tiến bộ của Hóa học thông qua lý thuyết phân ly điện phân”

Trong suốt sự nghiệp của mình, việc phổ biến khoa học là mối quan tâm lớn của Arrhenius. Nỗ lực thành công nhất của ông trong lĩnh vực này là cuốn sách “Những thế giới đang hình thành” (1908), ban đầu được xuất bản bằng tiếng Thụy Điển và được dịch sang nhiều ngôn ngữ khác. Trong đó, ông đưa ra giả thuyết về thuyết panspermia – nghĩa là, ông đề xuất sự sống được lan truyền khắp vũ trụ bởi các vi khuẩn được đẩy bằng áp lực ánh sáng. Những suy đoán này không được chấp nhận trong ngành vũ trụ học hiện đại. Arrhenius đã viết bài về hóa học vật lý cho ấn bản thứ 13 (1926) của Bách khoa toàn thư Britannica.

Nhiều bài giảng và ấn phẩm ngắn cho thấy sự quan tâm và khả năng viết của ông cho công chúng nói chung. Đặc biệt trong những thập kỷ cuối đời, ông đã xuất bản một số sách phổ biến, thường được dịch sang nhiều ngôn ngữ và xuất bản nhiều lần. Chúng bao gồm Världarnas utveckling (1906, Sự ra đời của các thế giới), Stjärnornas Öden (1915, Vận mệnh của các vì sao) và những cuốn khác. Năm 1913 xuất bản Smittkopporna och deras bekämpande (Bệnh đậu mùa và việc phòng chống) và năm 1919 là Kemien och det moderna livet (Hóa học và Cuộc sống Hiện đại).

Arrhenius được bầu làm Viện sĩ nước ngoài của Royal Society vào năm 1911, và được trao tặng huy chương Davy của Hội và huy chương Faraday của Hiệp hội Hóa học (1914). Trong số nhiều bằng chứng về sự xuất sắc mà ông nhận được có bằng danh dự từ các trường Đại học Birmingham, Cambridge, Edinburgh, Greifswald, Groningen, Heidelberg, Leipzig và Oxford.

CUỘC SỐNG CÁ NHÂN VÀ NHỮNG NGÀY CUỐI ĐỜI

Arrhenius là một người hài lòng, hạnh phúc trong công việc và cuộc sống gia đình. Trong Thế chiến thứ nhất, ông đã nỗ lực để giải thoát và hồi hương các nhà khoa học Đức và Áo bị bắt làm tù binh.

Arrhenius kết hôn hai lần, lần đầu tiên vào năm 1894 với Sofia Rudbeck – một trong những người phụ nữ Thụy Điển đầu tiên lấy bằng cử nhân khoa học của Đại học Uppsala. Cuộc hôn nhân không hạnh phúc và ngắn ngủi và cả hai ly hôn vào năm 1896. Họ có một con trai. Cuộc hôn nhân thứ hai của Arrhenius là với Maria Johansson vào năm 1905. Cuộc hôn nhân này có ba người con.

Năm 1924, trong một chuyến du lịch, Arrhenius bị đột quỵ và sức khoẻ ông bắt đầu yếu dần. Ông qua đời tại Stockholm vào ngày 2 tháng 10 năm 1927 và được chôn cất tại Uppsala.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

The Nopel Prize

Britannica

Wikipedia

Rdsic