Vào thế kỷ 17, khoa học đang trải qua thời kỳ phát triển nhanh chóng và đôi khi điều này dẫn đến những thí nghiệm vô cùng kỳ quặc của các nhà giả kim thuật. Một trong những ví dụ nổi bật nhất về cách tiếp cận nghiên cứu khoa học ngông cuồng như vậy là câu chuyện của Hennig Brand, một thương gia người Hamburg, cái tên đã mãi mãi đi vào biên niên sử hóa học.
Vào năm 1669, không hiểu do ma đày quỷ ám thế nào mà Brand bỗng nghĩ rằng ông có thể biến nước tiểu của con người thành vàng. Dĩ nhiên, ở bất cứ thời đại nào thì ý tưởng này cũng bị coi là quái đản, nhưng nó đã thu hút tâm trí vị thương gia Hamburg đến mức ông ta quyết thực hiện kế hoạch của mình với ý chí thép đặc trưng của người Đức.
Ý TƯỞNG ĐIÊN RỒ TỪ 60 THÙNG NƯỚC TIỂU
Brand đã thu gom được một lượng nước tiểu đáng kinh ngạc – 60 thùng đầy. Thông thường, một gia đình 10 người phải mất ít nhất hai tuần để cho ra một thùng nước tiểu, như vậy, Brand có lẽ đã tuyển dụng nhiều người để thu thập “nguyên liệu thô”, thậm chí có thể còn phải thuê tiền. Hãy tưởng tượng phản ứng của những người hàng xóm chứng kiến những thùng nước tiểu được chuyển đến nhà Brand mỗi ngày!
Nhưng việc thu gom nguyên liệu chỉ là bước khởi đầu. Tiếp theo, nước tiểu cần được ủ cho “hoang hoải”, nghĩa là phải đạt được độ “chín” cần thiết. Không nói hẳn ai cũng biết cái mùi hương “nồng nàn nhức mũi” đến mức độ nào luôn tỏa ra “ngào ngạt” xung quanh nhà của Brand trong phạm vi bán kính vài trăm mét. Bà vợ cực lực phản đối nhưng vẫn không thể lay chuyển ý chí sắt đá của Brand.
MÙI HÔI VÀ MỘT KHÁM PHÁ… DIỆU KỲ
Quả thực, Brand đã thể hiện đức kiên trì đáng nể. Ông đã để cho 60 thùng nước tiểu bốc hơi theo phương pháp tự nhiên cho đến khi dưới đáy thùng chỉ còn lại thứ chất lỏng đặc quánh như sáp nóng chảy; sau đó ông ta dồn lượng “chất dẻo” này vào khoảng mươi thùng, cất xuống dưới tầng hầm để “ủ lên men” trong vài tháng. Kết quả, chất này chuyển màu đen kịt. Nhưng Brand không nản chí. Ông đun nóng khối đen này theo kiểu chưng cất, thu lấy sản phẩm bay hơi vào một cái bình lớn và rồi từ dạng hơi, sản phẩm này ngưng tụ thành dạng rắn.
Brand thất vọng ê chề khi phát hiện ra rằng chất tạo thành không phải là vàng. Tuy nhiên, nó có những đặc tính rất khác thường: phát sáng trong bóng tối và dễ cháy. Brand không hề hay biết rằng ông đã phát hiện ra phốt pho, một nguyên tố mà về sau sẽ đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của khoa học và công nghiệp.
Mặc dù đến thời điểm này, một nửa khu phố có lẽ đã khốn khổ khốn cùng vì “kho nước tiểu” hôi hám trong nhà Brand, nhưng ông ta vẫn tự hào khoe phát hiện của mình với bạn bè và tuyên bố đây là một trong những bí mật lớn của khoa học.
Sau khi hành hạ khứu giác hàng xóm láng giềng suốt vài tháng, cuối cùng “bí mật” của Brand cũng được “bật mí” để giới khoa học biết đến. Phát hiện này tuy tình cờ nhưng đã trở thành một cột mốc quan trọng trong lịch sử hóa học. Nguyên tố phốt pho lần đầu tiên được phát hiện kể từ thời cổ đại và đặc tính của nó đã gây chấn động trong cộng đồng khoa học. Khả năng phát sáng trong bóng tối của phốt pho gần như kỳ diệu và tính dễ cháy cao của nó đã mở ra những khả năng mới cho nhiều ứng dụng khác nhau.
SCHEELE TIẾP NỐI BƯỚC CHÂN BRAND
Mặc dù khám phá của Brand mang tính cách mạng nhưng phương pháp sản xuất phốt pho của ông vẫn còn quá nhiều khiếm khuyết. Quá trình này kéo dài, tốn nhiều công sức và nói một cách nhẹ nhàng là khó chịu. Tuy nhiên, tiềm năng của nguyên tố mới lớn đến mức các nhà khoa học tiếp tục tìm kiếm những phương cách hiệu quả hơn để thu được nó.
Một bước đột phá xảy ra vào thập niên 1750 khi nhà hóa học người Thụy Điển Carl Scheele phát triển phương pháp sản xuất phốt pho ở quy mô công nghiệp mà không cần sử dụng nước tiểu. Khám phá này là một cuộc cách mạng thực sự trong ngành hóa chất.
Scheele, một trong những nhà hóa học xuất sắc trong thời đại của ông, đã phát hiện ra rằng phốt pho có thể được lấy từ xương động vật. Ông đun nóng hỗn hợp xương nghiền và axit sulfuric, sau đó thêm bột than củi vào và đun lại hỗn hợp này đến nhiệt độ cao. Quá trình này giải phóng hơi phốt pho, sau đó ngưng tụ thành chất rắn.
Phương pháp của Scheele hiệu quả và “sạch” hơn nhiều so với phương pháp của Brand. Nó cho phép sản xuất phốt pho với số lượng lớn, mở đường cho việc sử dụng rộng rãi phốt pho trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ngoài ra, phương pháp này còn khởi xướng nghiên cứu có hệ thống về phốt pho và các hợp chất của nó, dẫn đến nhiều khám phá quan trọng trong hóa học.
Điều thú vị cần lưu ý là Scheele, giống như nhiều nhà khoa học thời đó, không phải là nhà nghiên cứu chuyên nghiệp. Ông là dược sĩ và thực hiện các thí nghiệm của mình khi rảnh rỗi. Tuy nhiên, đóng góp của ông cho khoa học được đánh giá khá cao: ngoài phương pháp sản xuất phốt pho, ông còn phát hiện ra oxy, clo, mangan và một số axit hữu cơ.
DIÊM PHỐT PHO: HAI MẶT TỐI SÁNG CỦA MỘT Ý TƯỞNG
Một trong những ứng dụng đầu tiên và quan trọng nhất của phốt pho là sản xuất diêm. Trước khi phát minh ra diêm phốt pho, quá trình tạo lửa rất khó khăn và bất tiện: người ta sử dụng đá lửa và bùi nhùi, đòi hỏi những kỹ năng và thời gian nhất định. Diêm phốt pho đã tạo nên một cuộc cách mạng thực sự trong cuộc sống hàng ngày, cho phép tạo ra lửa một cách nhanh chóng và dễ dàng.
Que diêm phốt pho đầu tiên được phát minh vào những năm 1830. Chúng là những que gỗ nhỏ, đầu được phủ một lớp hỗn hợp phốt pho, lưu huỳnh và các chất khác. Khi cọ xát vào bề mặt nhám, đầu que diêm bốc cháy và tạo ra ngọn lửa.
Loại diêm này nhanh chóng trở nên phổ biến và sản lượng của chúng bắt đầu tăng lên. Tuy nhiên, người ta nhanh chóng nhận ra rằng ý tưởng tuyệt vời này cũng có mặt tối. Những công nhân tham gia vào ngành diêm bắt đầu mắc phải một căn bệnh khủng khiếp gọi là “hoại tử hàm do phốt pho” hay còn gọi là “hàm fossey” hay “hàm hóa thạch”.
“HÀM FOSSEY” – CÁI GIÁ CỦA SỰ TIẾN BỘ
Hàm Fossey đã trở thành một trong những bệnh nghề nghiệp tồi tệ nhất trong lịch sử các ngành công nghiệp. Những công nhân thường xuyên tiếp xúc với hơi phốt pho trắng được sử dụng trong sản xuất diêm bắt đầu bị đau răng dữ dội và thoái hóa xương hàm. Đặc biệt, quá trình tiêu hủy mô xương hàm diễn ra rất nhanh.
Triệu chứng của căn bệnh này thực sự đáng sợ. Xương hàm bị phân hủy theo đúng nghĩa đen và bắt đầu phát sáng trong bóng tối do sự tích tụ phốt pho. Bệnh nhân phải chịu đựng những cơn đau khủng khiếp, khuôn mặt của họ bị biến dạng và hơi thở trở nên cực kỳ hôi thối. Phương pháp điều trị hiệu quả duy nhất là phẫu thuật cắt bỏ hàm bị ảnh hưởng, điều này tất nhiên dẫn đến những tổn thương nghiêm trọng cho xương mặt và gương mặt nói chung, đồng thời tước bỏ chức năng ăn nhai.
Phụ nữ và trẻ em, những người chiếm đa phần trong lực lượng lao động ở các nhà máy diêm, đặc biệt dễ mắc bệnh. Cơ thể của họ, bị suy yếu do điều kiện làm việc khắc nghiệt và dinh dưỡng kém, có khả năng chống chịu kém hơn trước tác động độc hại của phốt pho.
Quy mô của vấn đề là rất lớn. Ở một số xưởng diêm, có tới 50% công nhân mắc phải “hàm fossey”. Căn bệnh này không chỉ khiến con người bị tàn tật về thể chất mà còn dẫn đến sự cô lập với xã hội do vẻ mặt biến dị và mùi hôi khủng khiếp tỏa ra từ người mắc bệnh.
VÌ QUYỀN LỢI NGƯỜI LAO ĐỘNG VÀ VÌ MỘT LOẠI DIÊM AN TOÀN
Những tác động khủng khiếp của phốt pho trắng trong ngành diêm đã dẫn đến phong trào lao động ngày càng gia tăng nhằm đòi hỏi điều kiện làm việc tốt hơn. Năm 1888, “cuộc đình công” nổi tiếng diễn ra ở London khi công nhân tại nhà máy “Bryant and May” từ chối làm việc để phản đối điều kiện lao động nguy hiểm và mức lương rẻ mạt.
Cuộc đình công này khiến dư luận chú ý đến nạn vấn “hàm hóa thạch” và buộc các chính phủ trên thế giới phải ra tay hành động. Năm 1906, một công ước quốc tế được ký kết tại Bern cấm sử dụng phốt pho trắng trong sản xuất diêm.
Trước đó, các nhà khoa học và nhà phát minh cũng làm việc hết mình để tạo ra những que diêm an toàn. Năm 1855, nhà hóa học người Thụy Điển Johan Edvard Lundström được cấp bằng sáng chế cho “diêm an toàn”, loại vật liệu chỉ chứa phốt pho trên bề mặt đánh lửa đặc biệt chứ không có trong đầu que diêm. Những que diêm này không thể vô tình bắt lửa và không thải ra khói độc trong quá trình sản xuất cũng như sử dụng.
Dần dần, diêm an toàn thay thế hẳn diêm chứa phốt pho nguy hiểm, khiến tỷ lệ mắc “hàm hóa thạch” giảm đáng kể. Tuy nhiên, vấn đề chỉ được giải quyết hoàn toàn vào giữa thế kỷ 20, khi việc sử dụng phốt pho trắng trong sản xuất diêm bị cấm hoàn toàn ở toàn bộ các quốc gia trên thế giới.