- Mục đích của các nhà giả kim thuật đi tìm “hòn đá màu nhiệm” giúp biến thủy ngân thành vàng
2.3.4.2.Những thông tin mới lạ về hóa học trên thế giớ
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: 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 tác dụng của nhiệt sẽ dần bốc hơi lên trên miệng ống và từ từ đi qua mặt tờ giấy có vân tay, trên giấy sẽ hiện lên dấu vân tay của bạn. Vì trong điều kiện thường, trên ngón tay bạn có rất ít dầu tiết ra từ tuyến ngoài của lớp da trên
tay. Một người bình thường, trong một ngày một đêm, lượng dầu tiết ra trên da có thể lên tới 15 – 40g. Người nào có da nhờn, lượng dầu tiết ra trên da có thể lên tới 45g. Khi bạn dùng ngón tay tiếp xúc với giấy trắng, những chất dầu này liền bám dính vào giấy nhưng do lượng dầu rất ít nên không thể nhìn rõ vết của nó. Dầu mỡ và nước không thể trộn lẫn vào cùng nhau, áp lực giữa chúng rất nhỏ. Nhưng iốt và dầu lại là “những người bạn tốt”, kết cấu phân tử của chúng có nhiều điểm giống nhau, nên iốt có thể dung hòa trong dầu. Màu sắc của iốt rất đậm, nghĩa là nó có thể hoà tan được lượng nhỏ hơi iốt, và cũng có thể làm cho lượng dầu trên tờ giấy đó hiện lên màu sắc rõ nét, hiện lên dấu vân tay mang màu lá cọ trên tờ giấy trắng.
Từ trước đến nay, để lấy dấu vân tay tại hiện trường, cảnh sát thường sử dụng những phương tiện như iốt, bột, chất lỏng và hơi nước. Kỹ thuật truyền thống này có thể làm dấu vân tay bị thay đổi và mất đi những chứng cứ pháp y có giá trị, bao gồm dấu vết của các chất hóa học có trong dấu tay.
Một nghiên cứu mới do giáo sư hóa lý Sergei Kazarian, thuộc ĐH Hoàng gia London, và các cộng sự thực hiện sẽ khắc phục những nhược điểm nói trên. Thay cho các phương pháp cũ, việc dùng băng gelatin để lấy dấu vân tay sẽ thu giữ được cả các chất chứa trong vân tay, dù chỉ 1 phần triệu gam. Phân tích chúng, người ta xác định được nhân dạng, tuổi tác, giới tính của chủ nhân dấu tay đó. Phương pháp mới này có khả năng:
- Nhận diện phân tử trong 30 giây
(Trong quá trình nghiên cứu kỹ thuật lấy dấu vân tay mới, nhóm nghiên cứu nhận thấy loại băng được chế tạo từ gelatin (gelatin tape) có khả năng giúp các nhà khoa học hình sự phân tích hóa học các dấu tay thu thập được ở hiện trường, từ đó có được những thông tin cụ thể về chế độ ăn uống, giới tính, chủng tộc… của người để lại dấu tay.
Cũng như các phương tiện khác được sử dụng trong phương pháp lấy dấu vân tay theo qui ước, băng gelatin có thể thu thập dấu tay để lại trên nhiều bề mặt khác nhau, bao gồm tay nắm cửa, tay cầm của các vật chứa, thủy tinh dợn sóng, màn hình vi tính... Nhưng
so với các kỹ thuật lấy dấu tay theo phương pháp qui ước, kỹ thuật mới này có ưu điểm vượt trội là không làm biến dạng hay phá hủy dấu vân tay nguyên thủy, mà có thể giữ nguyên vẹn mọi chi tiết để các chuyên gia có thể phân tích một cách đầy đủ, chính xác và sâu rộng. Theo phương pháp mới này, dấu vân tay được lấy bằng băng galetin sẽ được chiếu bằng tia hồng ngoại trong một thiết bị cực nhạy và có khả năng “chụp ảnh hóa học”, giúp các chuyên gia nhận diện được các phân tử có trong dấu tay trong vòng không đầy 30 giây!
Tuy không tham gia vào nghiên cứu này, nhưng nhà hóa học phân tích Facundo Fernandez, thuộc Viện Công nghệ Georgia, nhận xét rằng kỹ thuật mới này nhận diện dấu vân tay nhanh hơn rất nhiều so với các phương pháp qui ước. Ông nói: “Không ai có thể nói rằng những phương pháp khác nhanh bằng phương pháp này được”).
- Cung cấp thông tin sâu rộng
Theo nhóm nghiên cứu, dấu vân tay có thể chỉ chứa một vài phần triệu gram chất dịch tiết của cơ thể, nhưng chừng đó cũng đủ để cung cấp những manh mối có giá trị về một cá nhân, như giới tính, chủng tộc, chế độ ăn uống và cả lối sống nữa.
Chẳng hạn, với kỹ thuật mới này, các chuyên gia có thể xác định một người là nam giới qua lượng urea được phát hiện trong dấu tay cao hơn lượng urea thường có ở phụ nữ; hoặc một hỗn hợp phức tạp của các chất hóa học trong dấu tay sẽ là đầu mối để biết chủng tộc và tuổi tác của người đó. Ngoài ra, kỹ thuật mới còn giúp nhận ra dấu vết của những vật dụng hay các chất mà người để lại dấu tay đã tiếp xúc hoặc sử dụng, như thuốc súng, khói, ma túy, chất nổ, vũ khí hóa học hoặc sinh học.
Theo ông Kazarian, ngay cả chế độ ăn uống của một người cũng có thể được xác định từ dấu tay, bởi vì người ăn chay có thể có nồng độ amino acid khác với những người khác. Phát biểu với tạp chí Live Science, giáo sư Kazarian nói: “Cần có thêm nhiều người tình nguyện tham gia vào các cuộc thử nghiệm để thu thập dữ liệu thống kê về dấu tay có liên quan đến chủng tộc, giới tính, tuổi tác… nhưng chúng tôi tin rằng kỹ thuật mới này sẽ là một công cụ vô cùng hữu hiệu trong tương lai. Những kỹ thuật khác cũng có thể phân tích chất hóa học trong dấu tay, trong đó có việc sử dụng tia X. Nhưng ông Kazarian cho biết kỹ thuật mới này đặc biệt hữu hiệu trong việc nhận diện các chất hữu cơ kết tụ – những thành phần chính của dấu vân tay.
Ví dụ 3: Keo dính siêu mỏng
(Giới thiệu trong bài “Cacbon”, lớp 11)
Theo Hãng tin Reuters, các nhà nghiên cứu thuộc Viện bách khoa Rensselaer (Mỹ) đã chế tạo thành công loại keo dán Nanoglue. Loại keo này có thể được dàn mỏng đến mức độ dày của lớp keo được dàn chỉ bằng 1/100.000 lần sợi tóc người.
"Xương sống" của Nanoglue là các phân tử carbon. Nhóm khoa học đã phủ lên chuỗi các phân tử trên một lớp đồng mỏng, có tác dụng bảo vệ chuỗi. Nếu đốt nóng lên ở nhiệt độ từ 3980C hoặc hơn, phân tử đồng và silica tạo thành một liên kết hóa chất vững chãi, giúp nâng độ kết dính lên gấp 5 đến 7 lần so với lúc nguội. Loại keo siêu mỏng này có thể được dùng trong việc sản xuất các con chip siêu nhỏ.
Ví dụ 4: Thiết bị bán dẫn siêu mỏng
(Giới thiệu trong bài “Cacbon”, lớp 11)
Đại học Manchester (Anh) đã đạt được một bước đột phá trong việc sử dụng chất graphene để chế tạo màng bán dẫn có độ dày chỉ bằng 1/10 triệu mm. Thành tựu này có thể dẫn tới việc chế tạo ra các bộ vi xử lý nhanh hơn và có thể thay thế silicon.
Graphene, một màng nguyên tử carbon giống như mạng nhện, được phát hiện nhiều năm trước đây, nhưng các cuộc thí nghiệm khi đó cho thấy graphene khó có thể giữ ổn định ở kích cỡ nhỏ. Theo Chuyên san Nature, các nhà khoa học Anh cho rằng công nghệ nói trên mới chỉ ở giai đoạn đầu và dự đoán công nghệ trên sẽ được sử dụng rộng rãi sau năm 2025.
Hình 2.12 Mô hình phân tử màng cacbon (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ví dụ 5: Vật liệu mỏng nhất thế giới
(Giới thiệu trong bài “Cacbon”, lớp 11)
Các nhà khoa học Đức và Anh đã chế tạo ra loại vật liệu mỏng nhất thế giới có độ dày chỉ bằng 1/200.000 sợi tóc. Loại màng này được kết nối bởi các nguyên tử carbon 6 cạnh có dạng tổ ong, nếu xếp chồng lên nhau phải cần tới 200.000 lớp mới bằng độ dày một sợi tóc.
Theo nguyên tắc vật lý, vật liệu mới này không thể tồn tại ổn định và rất dễ bị hủy hoại bởi nhiệt độ nhưng các nhà nghiên cứu cho biết, sở dĩ loại màng này có thể tồn tại ổn định là do chúng không ở trạng thái tĩnh mà rung động nhẹ theo dạng sóng.
Các giáo sư của Đại học Manchester (Anh) cho biết loại màng này có thể tạo ra một cuộc cách mạng, chủ yếu sẽ được ứng dụng vào việc tăng tốc độ máy tính và nghiên cứu các loại thuốc mới. Ngoài ra, nó còn có thể dùng làm lưới lọc siêu nhỏ, tách biệt các thành phần khác nhau trong không khí...
Ví dụ 6: Áo giáp siêu bền
(Giới thiệu trong bài “Cacbon”, lớp 11)
Một loại sợi carbon do Đại học Cambridge (Anh) phát triển có thể dệt thành áo giáp siêu bền dành cho binh sĩ và người thi hành luật pháp.
Các nhà nghiên cứu nói vật liệu mới này bền hơn, cứng chắc hơn nhiều lần so với các sợi hiện được dùng để làm áo giáp. Đây là loại sợi nhẹ, được
Hình 2.13 Áo giáp siêubền
Ống carbon nano là những khối trụ carbon rỗng có bề dày bằng một nguyên tử. "Các sợi nano này có những đặc tính làm chúng có thể được dệt thành vải, hoặc được ghép vào các vật liệu hỗn hợp để tạo ra những sản phẩm siêu bền" - theo giáo sư Windle. Sợi được tạo ra tại Đại học Cambridge rất chắc, nhẹ và hấp thụ năng lượng tốt ở dạng những mảnh bay tới với một tốc độ rất cao.
Ngoài ra vật liệu mới cũng có thể có những ứng dụng trong lĩnh vực tạo ra áo quần "thông minh" kỹ thuật cao, thùng rác ngăn ngừa bom, panô mặt trời xếp được và có thể thay thế dây đồng trong việc truyền điện và tín hiệu.
Ví dụ 7: Sản xuất silic oxit từ vỏ trấu
(Giới thiệu trong bài “Silic và hợp chất của silic”, lớp 11)
Thông thường, silic oxit được chiết tách từ cát nóng chảy ở nhiệt độ cao. Quá trình này tiêu tốn nhiều năng lượng và chi phí đầu tư lớn. Các nhà nghiên cứu thuộc Viện Nghiên cứu Khoa học (IISc) của bang Bangalor, Ấn Độ đã thành công trong việc tách silic oxit từ vỏ trấu để cung cấp cho các nhu cầu công nghiệp và dược phẩm. Theo công nghệ mới, quá trình tách silic oxit được tiến hành theo các công đoạn sau:
1. Vỏ trấu được đốt thành tro, sau đó lấy tro này hoà với xút (NaOH) trong một thiết bị phân huỷ để tạo ra natri silicat.
2. Sục khí CO2 vào dung dịch natri silicat thu được để tạo ra natri bicacbonat và silic oxit. Lọc, tách để thu silic oxit.
3. Natri bicacbonat được xử lý bằng canxi hydroxit để tạo ra canxi cacbonat và xút. Xút được tuần hoàn trở lại thiết bị phân huỷ.
Hình 2.14 Thuốc Quikclot
Quá trình này còn tạo ra một lượng nhỏ cacbon. Lượng cacbon này có thể được hoạt hoá bằng hơi nước và sau đó được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước.
Hàng năm, ở Ấn Độ có khoảng 12 triệu tấn vỏ trấu được tạo ra. Trong đó, silic oxit chiếm đến 80% thành phần của vỏ trấu. Vì vậy, đây là một nguồn nguyên liệu dồi dào để sản xuất silic oxit.
Theo ý kiến của H.S.Mukunda, giáo sư thuộc Trung tâm Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ, IISc, và là Giám đốc điều hành của Hội các công nghệ năng lượng tiên tiến từ bã thải sinh hoạt (ABETS): đây là một công nghệ thân thiện với môi trường, trong đó tất cả các hoá chất đều được tái sử dụng. Theo ông Mukunda, các nhà máy có công suất 5-20 tấn/ngày có thể được lắp đặt cạnh các nhà máy phát điện nhỏ và nhà máy đồng phát điện. Nếu làm được điều này, thì có thể thu hồi lại vốn đầu tư trong vòng 4 năm và công nghệ này có tiềm năng ứng dụng ở các nước trồng lúa trên toàn thế giới.
Ví dụ 8: Thuốc QuikClot cầm máu trong giây lát
(Giới thiệu trong chương “Sơ lược về một số kim loại khác”, lớp 12) Từ các ion bạc, hai nhà khoa học Galen
Stucky và Todd Ostomel cùng với các cộng sự của họ ở Trường Đại học Tổng hợp California (Mỹ) đã chế tạo thành công loại thuốc cầm máu mới có tên QuikClot. Thuốc được sản xuất dưới dạng bột xốp, màu khoáng chất. Sử dụng QuikClot chữa vết thương chảy máu, kết quả cầm máu nhanh gấp 5
lần so với các loại thuốc hiện có. Trong các thí nghiệm ở lợn, QuikClot bảo đảm cứu sống tất cả những con vật bị chảy máu động mạch, còn nếu chữa theo các phương pháp truyền thống thì chỉ có thể cứu sống 50%.
Hình 2.15 Tà vẹt đường sắt
Hiện một số quân y viện của cảnh sát Mỹ và quân đội liên quân ở Iraq và Afghanistan đã sử dụng QuikClot chữa các vết thương chảy máu. Theo số liệu của nhà sản xuất, hãng dược phẩm Z-Medica, nhờ loại thuốc cầm máu mới này đã cứu sống được ít nhất 150 cảnh sát và quân nhân Mỹ. Sắp tới, QuikClot sẽ được sử dụng rộng rãi ở các bệnh viện và có bán tại các nhà thuốc trên khắp nước Mỹ.
Ví dụ 9: Từ túi nhựa tới tà vẹt đường sắt
(Giới thiệu trong bài “Đại cương về polime”, lớpìm) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Theo lời của Patrick Walter viết trong tạp chí "Chemistry & Industry" của SCI, tà vẹt đường sắt được làm từ chất dẻo phế liệu, kể cả những mảnh vụn của miếng chắn ôtô và thùng máy vi tính tái sinh, có thể sắp được tìm thấy trong vật liệu làm tà vẹt trên các tuyến đường sắt tại vương quốc Anh.
Công ty Micron của Anh đã sản xuất tà vẹt từ phế liệu polystyrene và polyethylene. Họ đã tiếp cận với Network Rail, nhà điều hành các tuyến đường sắt Anh quốc cho việc thiết lập quan hệ đối tác. Polystyrene thường được dùng làm các tách cafe dùng một lần rồi bỏ, còn polyethylene thường có trong các màn treo và túi xách. Các thanh tà
vẹt làm từ các vật dụng này nên sở hữu được độ bền có khả năng hàng thế kỷ. Điều nay so sánh với độ bền chỉ vài chục năm nếu làm từ gỗ hoặc bê tông.
Chất liệu gỗ và bê tông có những bất lợi. Tà vẹt làm từ bê tông nặng và dễ nứt vỡ, cũng như tà vẹt làm từ gỗ thì đòi hỏi phải được bảo trì và xử lý hóa chất để chống mục rữa. Những kiểm tra về các thông số kỹ thuật cho thấy tà vẹt làm từ chất dẻo cũng không thua kém làm từ bê tông. Vì thế, tà vẹt làm từ chất dẻo có đủ khả năng thay thế cho các vật liệu khác. Chi phí cho việc bảo
Hình 2.16 Các thanh giảm xốc (màu đỏ)
của ô tô làm bằng chất dẻo mới
trì đường sắt và hệ thống tàu điện ngầm do đó cũng giảm, giúp Network Rail