c) Dự kiến phân tích các ý tưởng
2.3.4. Một số thông tin mới lạ về hóa học
2.3.4.1. Những thông tin mới lạ về hóa học tại Việt Nam
Ví dụ 1: Công nghệ bảo quản rau, củ, quả tươi đến 30 ngày
(Giới thiệu trong bài “Oxi-Ozon”, lớp 10)
Không hề dùng đến một loại hóa chất nào mà chỉ sử dụng: ôxy, không khí, nước sôi và... vỏ tôm, cua để bảo quản rau quả tươi. GS.TS. Trần Kim Qui, Giám đốc Trung tâm Nghiên Cứu Hóa Sinh Ứng Dụng Thành phố Hồ
công nghệ bảo quản rau quả tươi đến... 30 ngày. Tất cả các loại rau, củ, quả đều có thể giữ tươi trong vòng 1 tháng, mà không làm mất chất dinh dưỡng, màu sắc, mùi vị của chúng.
Quy trình bảo quản rau quả được tiến hành như sau: đầu tiên làm sạch rau quả, khử
những vi khuẩn, hóa chất (như dư lượng thuốc trừ sâu) trên rau, củ quả, sau đó chần qua nước sôi và... phun đều dung dịch chitosan (được chiết xuất từ vỏ tôm, cua) và đưa vào phòng lạnh để bảo quản. Tuy nhiên, nếu rau, củ, quả
chỉ giữ ở phòng lạnh không thì vẫn có thể bị
héo vì ẩm độ ở phòng lạnh khá thấp, khoảng 60%. Tác giả đã tăng cường thêm ẩm độ để rau, củ, quả tươi lâu, không bị
héo. Công đoạn bảo quản này không chỉ giữ tươi mà còn làm cho rau, củ, quả
trở nên sạch hơn vì thế rất an toàn khi sử dụng. Đây là lần đầu tiên Việt Nam nghiên cứu thành công công nghệ này. Trước đây, chúng ta chỉ xuất khẩu rau, củ, quả theo đường hàng không, giá rất cao. Nếu bảo quản rau quả bằng cách này có thể vận chuyển bằng đường biển.
Hiện nay, Đà Lạt - Lâm Đồng đang được chuyển giao công nghệ này, phục vụ cho xuất khẩu rau, củ, quả ra nước ngoài. Giá thành để bảo quản rau, củ, quả theo quy trình công nghệ này khá rẻ, khoảng 160 đồng/kg. GS.TS. Trần Kim Qui cho biết, quy trình này cũng phù hợp với các loại rau, củ, quả của các vùng miền trong cả nước.
Ví dụ 2: Người Việt Nam đạt giải sáng tạo dụng cụ khoa học
(Giới thiệu trong chương “Đại cương về hóa học hữu cơ”, lớp 11) Nhóm nghiên cứu gồm GS. Nguyễn Quý Đạo, GS. Michel Jouan , TS. Edouard Da Silva và TS. Nguyễn Thế Quyền (vừa hoàn thành luận án tiến sĩ
Hình 2.10 Máy làm ẩm rau, củ, quả cho việc giữ tươi
tại Pháp, hiện là giảng viên Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh) đạt giải Prix de l’Instrumentation 2007 - Giải thưởng cho sáng chế
máy móc, dụng cụ khoa học của Pháp. Nhóm đã thành công Trong việc nghiên cứu và chế tạo sản phẩm máy quang phổ Raman.
TS. Nguyễn Thế Quyền thực hiện chế tạo máy quang phổ Raman đầu tiên này với sự hướng dẫn của những thành viên "tiền bối" trong nhóm. TS. Nguyễn Thế Quyền cho hay, đây là chiếc máy dựa theo một sáng chế do GS. Nguyễn Quý Đạo và GS. Michel Jouan (cùng là giảng viên giảng dạy đại học danh tiếng Ecole Cenprale của Pháp) công bố cách đây vài năm.
Máy quang phổ Raman có giá thành rẻ hơn khoảng 20 lần so với máy Raman thông thường hiện có giá từ 1000 - 2000 euro. Ngoài những công trình nghiên cứu cơ bản, máy Raman giá rẻ có nhiều áp dụng trong những lĩnh vực khác nhau như: tìm tạp chất trong dầu hoả, kiểm định giá trị kim cương, đá quý... chỉ sau 1, 2 giây.
Ví dụ 3: 100 triệu USD để sản xuất ethanol từ sắn
(Giới thiệu trong bài “Nguồn hiđrocacbon thiên nhiên”, lớp 11)
Ethanol thường được biết là các đồ uống có cồn, nay đang được một số
người xem là nguồn nhiên liệu thay thế cho xăng dầu và được sử dụng ngày càng nhiều. Theo thỏa thuận giữa Công ty cổ phần Dịch vụ - Du lịch Dầu khí (Petrosetco) và Tập đoàn Itochu Nhật Bản, ký kết ngày 9/3/2007 tại Hà Nội,
nhà máy sản xuất ethanol đầu tiên từ sắn lát (đầu tiên tại Việt Nam) với vốn
đầu tư 100 triệu USD được đặt tại Khu công nghiệp Hiệp Phước (Thành phố
Hồ Chí Minh) với công suất 100 triệu lít ethanol/năm.
Phát biểu tại buổi lễ ký kết, ông Trần Công Tào, Chủ tịch Hội đồng quản trị Petrosetco cho biết sự có mặt của ethanol trong xăng không chỉ giảm
thiểu được một phần lượng xăng nhập khẩu mà còn góp phần không nhỏ vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Toàn bộ sản phẩm của nhà máy sẽ cung ứng cho thị trường để pha vào xăng, phục vụ cho các hoạt động công nghiệp và giao thông vận tải. Nhà máy dự kiến sẽ hoàn thành vào quý I/2009.
Ví dụ 4: Vật liệu siêu hấp thụ nước từ... tinh bột sắn!
(Giới thiệu trong bài “Sacarozơ, tinh bột và xenlulozơ”, lớp 12)
Từ tinh bột sắn, Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ tại thành phố Hồ Chí Minh (VINAGAMMA) đã chế tạo thành công vật liệu siêu hấp thụ nước. Mỗi ha đất, chỉ cần bón 50 kg chất này, có thể giảm 50% lượng nước cần tưới tiêu.
Theo ông Hoàng Bình, chủ nhiệm
đề tài nghiên cứu, nguyên liệu chính để
chế tạo vật liệu siêu hấp thụ nước là tinh bột sắn, kết hợp với một số hoá chất khác. Sau đó, nguyên liệu được phối trộn và đem
đi chiếu tia phóng xạ. Vật liệu siêu hấp thụ
nước có thể hút, giữ lượng nước gấp 400 lần thể tích của nó. Khi được đưa vào môi
trường tự nhiên, nó có thể tự phân huỷ trong vòng 1 tháng và không gây độc hại cho môi trường. Không những có thể giữ ẩm cho đất, loại vật liệu này có thể phối trộn với phân bón cải tạo đất cát thành đất mùn. Tuỳ theo loại cây, người trồng trọt có thể pha trộn vật liệu siêu hấp thụ nước theo tỷ lệ thích hợp
để bảo đảm giữ ẩm cho đất, cây trồng mà không gây úng.
Hình 2.11 Vật liệu siêu hấp thụ nước do VINAGAMMA chế tạo
Hiện nay, giá bán sản phẩm do trung tâm VINAGAMMA dự kiến sẽ
khoảng từ 25 - 30.000/kg, trong khi các sản phẩm ngoại nhập tương tự hiện có bán trên thị trường có giá từ 800.000 -1,5 triệu đồng/kg.
Ví dụ 5: Chế tạo thành công vật liệu cao su chống cháy
(Giới thiệu trong bài “Vật liệu polime”, lớp 12)
KS Nguyễn Thành Nhân và các cộng sự thuộc Viện Kỹ thuật Nhiệt đới và Bảo vệ Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh vừa nghiên cứu, chế tạo thành công vật liệu cao su chống cháy và các kết cấu cứu hộ hỏa hoạn khẩn cấp cho các tòa nhà cao tầng.
Từ một số loại nhựa cao su đã được nghiên cứu trước đây, các nhà khoa học đã chọn loại phụ gia chống cháy thích hợp nhằm tạo ra các loại cao su chống cháy phù hợp để chế tạo đệm hơi, ống tuột cứu hộ - các kết cấu cứu hộ hoả hoạn khẩn cấp cho các toà nhà cao tầng.
Sản phẩm chống cháy bao gồm: hệ pha trộn cao su nhựa chống cháy
được thực hiện trên cơ sở các thông số cơ, hóa, lý đáp ứng yêu cầu sản xuất sản phẩm đệm hơi và ống cứu hộ bền trong môi trường các chất chữa cháy.
Sản phẩm này có thể chịu ở nhiệt độ hơn 150oC và với lớp chịu lửa có thể
chịu được ở nhiệt độ 600oC...
2.3.4.2. Những thông tin mới lạ về hóa học trên thế giới
Ví dụ 1: Nguyên tử khiêu vũ tạo nên điện toán siêu nhanh
(Giới thiệu trong chương “Nguyên tử”, lớp 10)
Treo lơ lửng trong ánh sáng laser, hàng nghìn nguyên tử kết theo từng
đôi và nhảy với nhịp đối ứng hoàn hảo. Đây chính là mô hình kỹ thuật để xây dựng máy tính lượng tử mạnh mẽ nhất thế giới. Trey Porto, chuyên gia tại Viện tiêu chuẩn và công nghệ (Bộ Thương mại Mỹ) cho biết có thể thực hiện
vô số phép tính cùng lúc trong thế giới lượng tử và kỹ thuật này dùng các cặp nguyên tử rubidium cực lạnh liên tục đổi chỗ cho nhau, thực hiện vai trò lưu trữ - xử lý dữ liệu.
Trong các máy tính hiện nay, đơn vị lưu trữ nhỏ nhất là bit - một số nhị
phân có giá trị bằng 0 hoặc 1 tương ứng với trạng thái tắt/bật, sai/đúng... Còn công nghệ lượng tử cho phép kết hợp nhiều kiểu khác nhau. Bit lượng tử hay còn gọi là qubit có thể dao động giữa các vị trí từ 0 - 1 giống như cái công tắc
đang bật dở, chưa tắt hẳn, chưa bật hẳn. Sự linh động này giúp cho nhiều phép tính được thực hiện đồng thời.
Nhóm nghiên cứu của Porto tách các cặp nguyên tử ra trong một lưới ánh sáng hình thành bởi sáu tia laser tập trung tại một điểm và treo chúng trong một nền giống nhau, trông như cái giếng tròn. Khi bị ép sát vào không gian nhỏ hơn, các cặp nguyên tử bắt đầu dao động trong khoảng từ 0 - 1 và "nhảy múa" giống hai đồng xu ma thuật, theo đó đồng này sấp thì đồng kia ngửa.
Hiện nay, các "cặp nhảy" mới bước theo một nhịp giống nhau. Để khai thác thêm sức mạnh của mô hình này trong máy tính lượng tử, các nhà khoa học còn phải tiếp tục cấu hình để các cặp khác nhau nhảy theo nhịp khác nhau.
Ví dụ 2:Sự kỳ lạ của nguyên tử oxi và quá trình hình thành hệ mặt trời
(Giới thiệu trong bài “Hạt nhân nguyên tử - Nguyên tố hóa học – Đồng vị” hoặc bài “oxi”, lớp 10)
Hỗn hợp nguyên tử oxi kỳ lạ trong một thiên thạch phát nổ trên vùng trời Pueblito de Allende, Mexico gần 40 triệu năm trước đã khiến các nhà khoa học phải đau đầu kể từ thời điểm đó.
Các đốm khoáng chất li ti trên bề mặt thiên thạch được cho là có từ thời khai sinh thái dương hệ. Chúng có chứa các dạng oxi, hay còn gọi là đồng vị,
rất khác so với đồng vị oxi phát hiện được ở đất đá trên các hành tinh đã được biết đến; trong đó có cả Trái Đất, mặt trăng và các thiên thạch từ sao Hỏa.
Hiện các nhà nghiên cứu thuộc đại học California San Diego cùng với Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley đã thiết lập được mô hình có thể giải thích tính khác thường này: quan điểm cho rằng ánh sáng từ Mặt Trời thuở mới hình thành có lẽ đã thay đổi tính cân bằng của các đồng vị trong những phân tử hình thành sau khi Mặt Trời tỏa sáng.
Khi các nhà nghiên cứu chiếu ánh sáng vào đám khí cacbon mono-oxit
để tạo ra cacbon dioxit, tính cân bằng của các đồng vị oxi trong phân tử mới
đã không biến đổi theo con đường được dự đoán qua mô hình mà các nhà khoa học công bố trên số ra ngày 5 tháng 9 trên tờ Science.
Mark Thiemens, chủ nhiệm khoa Khoa học vật chất kiêm giáo sư hóa học và hóa sinh học thuộc đại học California – San Diego đồng thời là người
điều hành dự án, cho biết: “Chúng tôi đã hiểu được chút ít về quá trình hình thành hệ mặt trời”.
Các kết quả thu được dần dần loại bớt giả thuyết có thể về quá trình khí, bụi cô đặc lại để hình thành nên các hành tinh; từ đó giúp nhóm nghiên cứu cũng như các nhà khoa học tìm được thông tin về gió mặt trời mà tàu vũ
trụ Genesis của NASA mang về. Lá chắn nguyên tử
Các nhà khoa học nghĩ rằng Mặt Trời thuở đầu giải phóng ra tia cực tím cực mạnh. Năng lượng ánh sáng ở bước sóng cực ngắn sẽđánh bật nguyên tử oxy ở một vài phân tử nên chúng tự do bám vào các nguyên tử khác hình thành phức hợp mới. Trong quá trình đó, nguyên tử ôxi có hấp thụ năng lượng.
Đây chính là con đường mà khí trở thành bụi rồi hình thành các loại khoáng chất kích cỡ lớn hơn, va đập vào nhau để tiếp tục tạo hình hành tinh. Oxi là nguyên tố hóa học có nhiều nhất trong hệ mặt trời, nó đồng thời là chất tham gia vào hầu hết các hoạt động nói trên.
Mỗi một đồng vị oxi phản ứng với một nhóm bước sóng ánh sáng nhất
định. Do đó, đám mây phân tử khí chứa nhiều đồng vị oxi sẽ làm tắt ánh sáng, bảo vệ các phân tử khí khi ánh sáng truyền qua. Các bước sóng ánh sáng khác, bao gồm những bước sóng có khả
năng làm bật đồng vị oxi, sẽ không bị
cản trở cho phép tồn tại các đồng vị
hiếm hơn trong các phân tử mới.
Đồng vị oxi có nhiều nhất là
đồng vị oxi 16. Đất đá trên các hành tinh có tương đối nhiều đồng vị nặng hơn, hiếm hơn dường như các đồng vị hiếm đó được ưu tiên hơn khi hành tinh hình thành.
Hiệu ứng quang điện
Subrata Chakraborty – nhà nghiên cứu hậu tiến sĩ thuộc đại học California San Diego đồng thời là tác giả đầu tiên của nghiên cứu – cho biết: “Chúng tôi đã quyết định thử nghiệm trực tiếp quan điểm cho rằng lá chắn quang điện có thể thay
đổi tỉ lệ các đồng vị”.
Nhóm nghiên cứu đã chiếu một tia cực tím bước sóng dài cực mạnh do cơ
quan Nguồn ánh sáng cao cấp thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Barkeley tạo ra vào một cái ống chứa đầy khí cacbon mono-oxit. Ánh sáng đã giải phóng một vài nguyên tử oxi, cho phép chúng tái hợp với các phân tử cacbon mono-xit khác để
tạo nên cacbon dioxit. Chakraborty sau đó thu thập và phân tích cacbon dioxit để
xác định tính cân bằng của đồng vị oxi trong các phân tử mới.
Bằng cách điều khiển chính xác bước sóng ánh sáng, các nhà khoa học đã có thể tạo môi trường hình thành hỗn hợp đồng vị oxi giống như môi trường trên trái
đất hoặc thiên thạch Allende.
Hình 2.12 Thiên thạch chứa khoáng chất lâu
Bước sóng ánh sáng bị đồng vị oxi 16 hấp thụ sẽ sản sinh ra phân tử cacbon dioxit có chứa nhiều dạng oxi nặng hơn. Các nhà khoa học chỉ tiến hành thí nghiệm với 2 bước sóng ánh sáng: một bước sóng có tạo ra hỗn hợp nhiều đồng vị oxi nặng, bước sóng còn lại thì không.
Bước sóng ánh sáng không bị đồng vị oxi 16 hấp thụ sẽ sản sinh ra hỗn hợp giống với hỗn hợp trên thiên thạch Alllende. Lại một nửa trong số hai bước sóng ánh sáng được thí nghiệm, một bước sóng có tạo hỗn hợp, bước sóng còn lại thì không. Chakraborty cho biết: “Một số quá trình có thể làm biến đổi hỗn hợp, nhưng không thể là lá chắn quang điện”.
Hỗn hợp ban đầu
Theo Thiemens, những mẫu vật mà tàu vũ trụ GENESIS mang về có thể sẽ
phải được phân tích dựa trên kết quả của nghiên cứu này. Bằng cách phân tích bầu khí quyển bên ngoài của mặt trời thể hiện qua gió mặt trời, nghiên cứu hướng đến việc xác định thành phần ban đầu của tinh vân mặt trời cũng như của dòng xoáy khí bụi hình thành nên thái dương hệ.
Các phép tính toán được nhóm nghiên cứu của Thiemen cùng các nhà khoa học khác sẽ giúp giải đáp được mắt xích hóa học không tương hợp giữa thiên thạch và đất đá trên các hành tinh. Một vài mô hình nghiên cứu cũng đã được thiết lập để
giải thích đặc điểm khác thường, trong đó có quan điểm cho rằng một ngôi sao nổ
có thể phát nổ với một lượng cực lớn đồng vị oxi 16. Những đặc điểm khác thường
đó sẽ bị loại bỏ khi bằng chứng thực hiện chứng minh rằng chúng không có khả
năng tồn tại.
Theo Thiemens, giả thuyết duy nhất còn trụđược chính là quan điểm về tính
đối xứng phân tử. Quan điểm trên cho rằng một nguyên tử mang hai đồng vị oxi ở
hai bên có thể trở thành phân tử bền vững nếu hai đồng vị không tương xứng với nhau. Quá trình này cũng đồng thời ủng hộ sự hình thành các phân tử có chứa các
Thiemens cho biết: “Không hề có bất cứ hoạt động mạnh mẽ nào. Cũng không cần phải có sự tồn tại của một ngôi sao sắp nổ để tạo nên những bóng mây cỡ tinh vân trong vũ trụ”.
Ví dụ 3: Kỹ thuật mới lấy dấu tay siêu nhạy
(Giới thiệu trong bài “Flo-Brom-Iot”, lớp 10)
Hơi iốt có thể làm cho dấu vân tay hiện lên dễ dàng. Khi ấn ngón tay lên mặt một trang giấy trắng bóng và đưa mảnh giấy có in dấu tay lên trên miệng ống thuỷ tinh có hai giọt iốt, được đặt lên một ngọn lửa nhỏ. Iốt chịu